CN110794340A - 一种高压架空线的断线保护方法及电路 - Google Patents

一种高压架空线的断线保护方法及电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压架空线的断线保护方法及电路，包括：步骤S1，采集线路继电保护装置安装处的电压和电流信息，得到三相电压采样值和三相电流采样值，对采集的信息进行低通滤波处理，得到三相电压相量和三相电流相量；步骤S2，利用三相电压相量计算得到负序电压相量，利用三相电流相量计算得到负序电流相量，进一步计算得到负序电压电流的相角差；步骤S3，进行延时判断，若满足断线条件，则判定为区内故障，若不满足断线条件，则判定没有发生断线故障。实施本发明，能够可靠识别和切除高压输电线路的断线故障，不依赖对端通信、无需增加硬件设备、可靠性高。

Description

一种高压架空线的断线保护方法及电路
技术领域
本发明属于电力监测领域，涉及一种高压架空线的断线保护方法及电路。
背景技术
由于目前我国城市高压电网通常采用架空线路作为电能传输的手段，架空线路暴露在旷野中，容易受到雷击以及外力破坏发生各种断线故障，成为一些人身事故的诱因。相比于短路故障，断线故障发生概率小、故障特性较轻，故长久以来研究人员以及设备生产厂家将主要精力都投入到高压输电线路短路故障的研究中。由于未配备专门针对线路断线故障的保护装置，发生断线故障后，需要故障线路落地导致接地故障，保护才能识别故障并进行切除。
目前对于断线故障仍主要依赖巡线人员或用户发现断线故障后告知供电部门，供电部分进行故障确认后再采取停电措施，导致故障信息获取严重滞后。断线故障未及时清除，悬空的导线可能会造成人员伤亡和严重的设备损坏情况。由于断线故障发生概率小、故障特性较轻，目前相关方向的研究不够充分，所提方法实用性不强。目前大部分方法需要采集线路的双端信息，在线路没有配置纵联通信或光纤通道失效的情况下，目前的断线保护方法难以适用。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种高压架空线的断线保护方法及电路，解决五针对性的保护装置，故障的排除需要线路落地，并且需要采集线路双端信息，实用性低，成本高，安全性差的问题。
本发明的一方面，提供一种高压架空线的断线保护方法，其包括如下步骤：
步骤S1，采集线路继电保护装置安装处的电压和电流信息，得到三相电压采样值和三相电流采样值，对采集的信息进行低通滤波处理，得到三相电压相量和三相电流相量；
步骤S2，利用三相电压相量计算得到负序电压相量，利用三相电流相量计算得到负序电流相量，进一步计算得到负序电压电流的相角差；
步骤S3，进行延时判断，若满足断线条件，则判定为区内故障，若不满足断线条件，则判定没有发生断线故障。
进一步，在步骤S1中，具体过程包括：
步骤S11,采用电流突变量启动判据，设置启动元件启动时刻为t0；
步骤S12,根据本侧线路两侧三相电流瞬时值
Figure BDA0002271596780000011
和三相电压瞬时值
Figure BDA0002271596780000012
使用全周傅里叶算法计算得到电流相量
Figure BDA0002271596780000013
和电压相量同时获取此时三相断路器状态
Figure BDA0002271596780000021
其中，
Figure BDA0002271596780000022
即当前时刻前40ms-60ms数据窗；
步骤S13,对三相断路器状态进行判断，若满足运行条件，则开放保护，若不满足运行条件，则闭锁保护。
进一步，在步骤S1中，所述三相断路器的运行条件为若三相断路器状态
Figure BDA0002271596780000023
均为1，即此时线路已稳定运行100ms，其中，k＝0,1,2…119。
进一步，在步骤S2中，所述负序电压相量依据以下公式进行计算：
Figure BDA0002271596780000024
其中，
Figure BDA0002271596780000025
为负序电压相量，
Figure BDA0002271596780000026
分别为A、B、C三相电压相量，α＝ej120°为对称分量中的旋转因子。
进一步，在步骤S2中，所述负序电流相量依据以下公式进行计算：
Figure BDA0002271596780000027
其中，
Figure BDA0002271596780000028
为负序电流相量，
Figure BDA0002271596780000029
分别为A、B、C三相电流相量，α＝ej120°为对称分量中的旋转因子。
进一步，在步骤S2中，所述负序电压电流的相角差依据以下公式进行计算：
Figure BDA00022715967800000210
其中，Δα为负序电压电流的相角差，
Figure BDA00022715967800000211
为负序电流相量，为负序电压相量，arg()为计算相量辐角。
进一步，所述断线条件为保护启动前线路有电流，保护启动后线路无电流，有负序电压电流，且负序方向元件为正方向。
进一步，在步骤S3中，所述断线条件依据以下计算式进行计算：
Figure BDA00022715967800000213
其中，
Figure BDA00022715967800000214
为使用保护启动前20ms-40ms数据窗计算所得电流相量；
Figure BDA00022715967800000215
为使用当前时刻前40ms-60ms数据窗数据所得相量；Iset1为有流整定值；Iset2为无流整定值；I2set为负序电流门；U2set为负序电流门槛值。
进一步，在步骤S3中，所述断线条件具体计算过程中对同方向的保护，按照以下公式进行阶梯配合原则的整定：
tset＝tc+nΔt
其中，tc为固定时间门槛，该门槛应大于断路器重合闸时间，对于220kV线路考虑为1s；Δt为时间梯度；越靠近背后电源侧保护，其n取值越大，即时延越长；越靠近对侧电源，则n取值越小，即时延越短。
进一步，在步骤S3中，开放保护具体过程为，若满足断线条件，则发出跳闸命令，三相断路器全部跳开并闭锁重合闸。
相应地，本发明的另一方面，还提供一种高压架空线的断线保护电路，所述电路用以实现以下方法步骤：
采集线路继电保护装置安装处的电压和电流信息，得到三相电压采样值和三相电流采样值，对采集的信息进行低通滤波处理，得到三相电压相量和三相电流相量；
利用三相电压相量计算得到负序电压相量，利用三相电流相量计算得到负序电流相量，进一步计算得到负序电压电流的相角差；
进行延时判断，若满足断线条件，则判定为区内故障，若不满足断线条件，则判定没有发生断线故障。
该电路包括：依次相连的等值电源、母线、继电保护装置及被保护线路。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供一种高压架空线的断线保护方法及电路，利用线路的单端电气量信息，根据系统发生断线后故障相电流从负荷电流减小为0左右，并且出现较大的负序分量，通过负序电压和负序电流组成负序方向元件判断故障方向；以及通过时间上的阶梯配合，进行断线故障的判别。
本发明提出的方法只使用线路一侧的电气量，不需要线路对侧信息，能够在没有纵联通信的情况下实现断线故障可靠识别，具有较好的工程应用前景；
能够可靠识别和切除高压输电线路的断线故障，具有不依赖对端通信、无需增加硬件设备、可靠性高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明提供的一种高压架空线的断线保护方法的主流程示意图。
图2为本发明提供的一种高压架空线的断线保护电路的示意图。
图3为本发明实施例中的三相相电流幅值波形图。
图4本发明实施例中的负序相角差波形图。
图5本发明实施例中的负序电压幅值波形图。
图6本发明实施例中的负序电流幅值波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，示出了本发明提供的一种高压架空线的断线保护方法的一个实施例的主流程示意图，在本实施例中，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，采集线路继电保护装置安装处的电压和电流信息，得到三相电压采样值和三相电流采样值，对采集的信息进行低通滤波处理，得到三相电压相量和三相电流相量；
具体实施例中，在步骤S1中，具体过程包括：
假设实际应用时保护装置采样点数为24点采样，则采样间隔；设当前时刻为t。
步骤S11,采用电流突变量启动判据，设置启动元件启动时刻为t0；
步骤S12,根据本侧线路两侧三相电流瞬时值
Figure BDA0002271596780000041
和三相电压瞬时值
Figure BDA0002271596780000042
使用全周傅里叶算法计算得到电流相量
Figure BDA0002271596780000043
和电压相量
Figure BDA0002271596780000044
同时获取此时三相断路器状态
Figure BDA0002271596780000045
其中，
Figure BDA0002271596780000046
即当前时刻前40ms-60ms数据窗；
具体的，以电压相量的计算为例，u(i),i＝1,2,3,…,N表示一个周波内电压的瞬时值，电压相量U的实部Ur和虚部Ui分别为：
Figure BDA0002271596780000047
Figure BDA0002271596780000048
利用上式计算结果，得电压相量为：
Figure BDA0002271596780000049
步骤S13,对三相断路器状态进行判断，若满足运行条件，则开放保护，若不满足运行条件，则闭锁保护。
步骤S2，利用三相电压相量计算得到负序电压相量，利用三相电流相量计算得到负序电流相量，计算得到负序电压电流的相角差；
具体实施例中，利用三相电压相量计算得到负序电压相量
Figure BDA00022715967800000410
利用三相电流相量计算得到负序电流相量进一步计算得到负序电压电流的相角差
具体的，所述负序电压相量依据以下公式进行计算：
Figure BDA00022715967800000413
其中，
Figure BDA00022715967800000414
为负序电压相量，分别为A、B、C三相电压相量，α＝ej120°为对称分量中的旋转因子。
具体的，所述负序电流相量依据以下公式进行计算：
Figure BDA0002271596780000051
其中，
Figure BDA0002271596780000052
为负序电流相量，
Figure BDA0002271596780000053
分别为A、B、C三相电流相量，α＝ej120°为对称分量中的旋转因子。
具体的，所述负序电压电流的相角差依据以下公式进行计算：
Figure BDA0002271596780000054
其中，Δα为负序电压电流的相角差，为负序电流相量，
Figure BDA0002271596780000056
为负序电压相量，arg()为计算相量辐角。
步骤S3，进行延时判断，若满足断线条件，则判定为区内故障，若不满足断线条件，则判定没有发生断线故障。
具体的实施例中，所述断线条件为保护启动前线路有电流，保护启动后线路无电流，有负序电压电流，且负序方向元件为正方向，具体依据以下计算式进行计算：
Figure BDA0002271596780000057
其中，
Figure BDA0002271596780000058
为使用保护启动前20ms-40ms数据窗计算所得电流相量；
Figure BDA0002271596780000059
Figure BDA00022715967800000510
为使用当前时刻前40ms-60ms数据窗数据所得相量；Iset1为有流整定值，需大于线路最小负荷电流且留有一定裕度；Iset2为无流整定值，需小于线路最小负荷电流但需大于线路电容电流；I2set为负序电流门，可按照传统负序量保护中负序电流门槛值整定；U2set为负序电流门槛值，按照3P级电压互感器精度整定为6.6kV；
具体的，如图3至图6所示，为距离继电保护装置30％处发生A相断线故障时的仿真波形；从图中可以看出，故障前三相电流幅值为0.6739kA，线路内部发生A相断线故障40ms后，A相电流幅值为0.037kA，小于整定值，而B、C相电流的幅值分别为0.6252kA和0.5911kA，大于整定值；负序电压幅值为12.57kV，负序电流幅值为0.2833kA，相角差为96.62°；根据以上分析，满足断线判断条件。
具体的，所述断线条件具体计算过程中对同方向的保护，按照以下公式进行阶梯配合原则的整定：
tset＝tc+nΔt
其中，tc为固定时间门槛，该门槛应大于断路器重合闸时间，对于220kV线路考虑为1s；Δt为时间梯度；越靠近背后电源侧保护，其n取值越大，即时延越长；越靠近对侧电源，则n取值越小，即时延越短；
具体的，开放保护具体过程为，若满足断线条件，则发出跳闸命令，由于为了防止线路在落地后重合闸造成人生伤亡事故，三相断路器全部跳开并闭锁重合闸，在单端量的断线保护中，因为单端量保护判据采用了负序方向元件，需要负序电压与负序电流同时存在，因此不需要考虑由于TA断线导致保护误动。
如图2所示，相应地，本发明的另一方面，还提供一种高压架空线的断线保护电路，所述电路用以实现以下方法步骤：
采集线路继电保护装置安装处的电压和电流信息，得到三相电压采样值和三相电流采样值，对采集的信息进行低通滤波处理，得到三相电压相量和三相电流相量；
利用三相电压相量计算得到负序电压相量，利用三相电流相量计算得到负序电流相量，进一步计算得到负序电压电流的相角差；
进行延时判断，若满足断线条件，则判定为区内故障，若不满足断线条件，则判定没有发生断线故障。
该电路包括：依次相连的等值电源1、母线2、继电保护装置4及被保护线路3。
更多的细节，可以参照并结合前述对图1至图6的描述，在此不进行详述。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供一种高压架空线的断线保护方法及电路，利用线路的单端电气量信息，根据系统发生断线后故障相电流从负荷电流减小为0，并且出现较大的负序分量，通过负序电压和负序电流组成负序方向元件判断故障方向；以及通过时间上的阶梯配合，进行断线故障的判别；
本发明提出的方法只使用线路一侧的电气量，不需要线路对侧信息，能够在没有纵联通信的情况下实现断线故障可靠识别，具有较好的工程应用前景；
能够可靠识别和切除高压输电线路的断线故障，具有不依赖对端通信、无需增加硬件设备、可靠性高等优点。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种高压架空线的断线保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，采集线路继电保护装置安装处的电压和电流信息，得到三相电压采样值和三相电流采样值，对采集的信息进行低通滤波处理，得到三相电压相量和三相电流相量；
步骤S2，利用三相电压相量计算得到负序电压相量，利用三相电流相量计算得到负序电流相量，进一步计算得到负序电压电流的相角差；
步骤S3，进行延时判断，若满足断线条件，则判定为区内故障，若不满足断线条件，则判定没有发生断线故障。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，具体过程包括：
步骤S11,采用电流突变量启动判据，设置启动元件启动时刻为t0；
步骤S12,根据本侧线路两侧三相电流瞬时值
Figure FDA0002271596770000011
和三相电压瞬时值
Figure FDA0002271596770000012
使用全周傅里叶算法计算得到电流相量
Figure FDA0002271596770000013
和电压相量
Figure FDA0002271596770000014
同时获取此时三相断路器状态
Figure FDA0002271596770000015
其中，即当前时刻前40ms-60ms数据窗；
步骤S13,对三相断路器状态进行判断，若满足运行条件，则开放保护，若不满足运行条件，则闭锁保护。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S13中，所述三相断路器的运行条件为三相断路器状态
Figure FDA0002271596770000017
均为1，即此时线路已稳定运行100ms，其中，k＝0,1,2…119。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述负序电压相量依据以下公式进行计算：
Figure FDA0002271596770000018
其中，
Figure FDA0002271596770000019
为负序电压相量，
Figure FDA00022715967700000110
分别为A、B、C三相电压相量，α＝ej120°为对称分量中的旋转因子。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述负序电流相量依据以下公式进行计算：
Figure FDA00022715967700000111
其中，
Figure FDA00022715967700000112
为负序电流相量，
Figure FDA00022715967700000113
分别为A、B、C三相电流相量，α＝ej120°为对称分量中的旋转因子。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述负序电压电流的相角差依据以下公式进行计算：
其中，Δα为负序电压电流的相角差，
Figure FDA0002271596770000022
为负序电流相量，
Figure FDA0002271596770000023
为负序电压相量，arg()为计算相量辐角。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，
所述断线条件为保护启动前线路有电流，保护启动后线路无电流，有负序电压电流，且负序方向元件为正方向，具体依据以下计算式进行计算：
Figure FDA0002271596770000024
其中，
Figure FDA0002271596770000025
为使用保护启动前20ms-40ms数据窗计算所得电流相量；
Figure FDA0002271596770000026
Figure FDA0002271596770000027
为使用当前时刻前40ms-60ms数据窗数据所得相量；Iset1为有流整定值；Iset2为无流整定值；I2set为负序电流门；U2set为负序电流门槛值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述断线条件具体计算过程中对同方向的保护，按照以下公式进行阶梯配合原则的整定：
tset＝tc+nΔt
其中，tc为固定时间门槛，该门槛应大于断路器重合闸时间，对于220kV线路考虑为1s；Δt为时间梯度；越靠近背后电源侧保护，其n取值越大，即时延越长，越靠近对侧电源，则n取值越小，即时延越短。
9.如权利要求7所述的电路，其特征在于，在步骤S3中，开放保护具体过程为，若满足断线条件，则发出跳闸命令，三相断路器全部跳开并闭锁重合闸。
10.一种高压架空线的断线保护电路，用以实现如权利要求1至9任一所述的方法，其特征在于，该电路包括，依次相连的等值电源、母线、继电保护装置及被保护线路。
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