CN112531656A - 一种输电线路高阻接地故障继电保护系统 - Google Patents

一种输电线路高阻接地故障继电保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种输电线路高阻接地故障继电保护系统，涉及电力系统继电保护的技术领域，解决了现有消除过渡电阻对输电线路距离保护影响的方法无法兼具现场应用简便性以及实际保护可靠性的问题，本发明基于继电保护电流数据获取部分、继电保护电流数据处理部分及出口驱动部分三大块的配合，能及时确认输电线路的高阻接地故障发生情况，保证继电保护动作的可靠性，且独立于输电线路原有输电线路微机保护之外，不改动原已成型的保护装置，不影响原有保护的运行，能快速投入实际智能变电站运用。

Description

一种输电线路高阻接地故障继电保护系统
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护的技术领域，更具体地，涉及一种输电线路高阻接地故障继电保护系统。
背景技术
输电线路在发生单相接地故障时，传统的距离保护对过渡电阻的耐受能力不高，当发生高阻接地故障时，距离保护容易出现超越、拒动等情况，不利于保证距离保护动作的准确性。
传统的输电线路距离保护通常需要进行母线电压、线路三相电流的采样，通过比较测量阻抗值与动作特性阻抗的大小进行保护，受过渡电阻影响大；为了消除过渡电阻对距离保护的影响，目前可采用的方法包括：采用抗过渡电阻能力强的继电器，如：零序电抗继电器、序分量距离继电器等，但这些方法过于依赖零序电流极化量的相位信息，需要再结合其它方法进行零序电流的相位修正，所述结合的其它方法如行波测距理论，其要求线路两侧装置能够快速准确交换行波到达时间等信息，对微机保护的硬件性能及变电站间通信链路质量提出了严格要求，而且需要专门的录波装置，但现有数字化变站内输电线路的继电保护已基本成型，不能接受复杂的改动，该专利技术方案没有兼具现场应用简便性以及实际保护的可靠性，因此为解决以上问题，公布日为CN103278740A，公开日为2015年12月23的中国专利中提出了一种抗附加故障距离影响的线路单相接地故障单端测距方法，克服了过渡电阻和负荷电流对单端故障测距精度的影响，在输电线路单相高阻接地故障时具有很高的测距精度，而且不需要录波装置，更不需要考虑微机保护等，但此专利技术方案中，仅考虑输电线路单端故障，不适合于当前复杂集成的智能数字化变电站输电线路的继电保护，无法保证保护的可靠性。
发明内容
为解决现有消除过渡电阻对输电线路距离保护影响的方法无法兼具现场应用简便性以及实际保护可靠性的问题，本发明提出一种输电线路高阻接地故障继电保护系统，能够灵活配置，不影响原有继电保护的运行，保证输电线路在发生高阻接地故障的情况下，保护也能正确动作。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种输电线路高阻接地故障继电保护系统，包括：
继电保护电流数据获取部分，用于获取微机保护装置的本侧及对侧的电流采样信息；
继电保护电流数据处理部分，接收并处理继电保护电流数据获取部分传输的电流采样信息，确认输电线路发生高阻接地故障的情况；
出口驱动部分，接收继电保护电流数据处理部分确认的高阻接地故障情况，驱动微机保护装置的保护出口。
由于目前智能化数字变电站中输电线路的主保护除距离保护外还包括差动保护，差动保护基于的基尔霍夫电流定律，因此，输电线路两侧微机保护装置需要获取各自对侧的电流采样信息，来作为计算差动保护动作判据所需的电流量(而距离保护的故障相电压可以根据常规技术直接获得)，在本技术方案中，继电保护电流数据获取部分、继电保护电流数据处理部分及出口驱动部分三大块配合，能及时确认输电线路的高阻接地故障发生情况，保证继电保护动作的可靠性，且独立于输电线路原有输电线路微机保护之外，不改动原已成型的保护装置，不影响原有保护的运行，能快速投入实际智能变电站运用。
优选地，所述继电保护电流数据获取部分包括过程层、间隔层及站控层，所述过程层包括若干个电流采样合并单元，电流采样合并单元采集微机保护装置的本侧及对侧的电流采样信息后，采用IEC-61850通信规约传输至间隔层，所述间隔层包括首接保护装置、后接保护装置及测控装置，后接保护装置通过IEC-61850通信规约访问首接保护装置，获取相应的微机保护装置的本侧及对侧电流采样信息，所述测控装置测量控制间隔层内的电气量，所述站控层内设有信息监控系统，工作人员通过信息监控系统访问间隔层传输的数据信息及变电站运行情况的信息，下发继电保护指导工作命令，转发至间隔层及过程层执行。
在此，为了保证数据传输的有效与可靠性，继电保护电流数据获取部分内部的数据传输(过程层、间隔层及站控层之间)采用IEC-61850通信规约，如此相当于在定义了继电保护电流数据获取部分的数据通信模型后，任何客户均可通过服务器接口访问数据对象，后接保护装置通过IEC-61850通信规约访问首接保护装置，获取相应的微机保护装置的本侧及对侧电流采样信息，无需增设其它通信设备，即不需要对现有变电站进行改造，不影响原有保护的正常运行，便于工作人员及时投入实际现场使用。
优选地，所述继电保护电流数据获取部分通过IEC-61850通信规约向继电保护电流数据处理部分传输电流采样信息。
优选地，所述继电保护电流数据处理部分包括主控单片机、过渡电阻计算模块及故障距离计算模块；所述过渡电阻计算模块根据微机保护装置的本侧测量电压
Figure BDA0002789959640000031
结合继电保护电流数据获取部分传输的电流采样信息：微机保护装置的本侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000032
及微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000033
计算过渡电阻值，计算出的过渡电阻值传输至故障距离计算模块，故障距离计算模块根据过渡电阻值计算故障距离值，主控单片机根据过渡电阻计算模块、故障距离计算模块计算的结果确认输电线路发生高阻接地故障的情况。
优选地，所述继电保护电流数据处理部分还包括线路末端故障判断模块，线路末端故障判断模块根据微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000034
判断线路末端故障的发生位置，线路末端故障的发生位置位于微机保护装置的本段线路或下一段线路，主控单片机根据线路末端故障判断模块的判断结果确认线路末端故障的情况。
在此，智能化数字变电站中输电线路的主保护还包括距离保护，而实际上负荷电流可能转移引起测量阻抗降低，造成距离保护无法可靠动作，线路末端故障判断模块可以根据微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000035
判断故障发生位置及区分负荷电流转移引起测量阻抗降低的情形，保证继电保护的可靠动作。
优选地，线路末端故障判断模块根据微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000036
判断线路末端故障发生位置的判断条件为：
当
Figure BDA0002789959640000037
时，微机保护装置的本段线路故障；
当
Figure BDA0002789959640000038
时，微机保护装置的下一段线路故障或本段线路无故障，其中，
Figure BDA0002789959640000039
为微机保护装置的对侧测量零序电流；
Figure BDA00027899596400000310
为线路正常运行时最大不平衡零序电流。
优选地，所述主控单片机根据输电线路发生高阻接地故障的情况及线路末端故障的情况，通过IEC-61850通信规约向发生高阻接地故障或线路末端故障的微机保护装置发送GOOSE跳闸命令报文，微机保护装置的跳闸回路接通，故障切除，无需对原有保护装置跳闸回路进行改造。
优选地，所述主控单片机根据输电线路发生高阻接地故障的情况及线路末端故障的情况，对出口驱动部分进行电平输出驱动，闭合出口继电器，接通跳闸回路，故障线路断路器跳闸，故障切除。
优选地，将继电器模块作为出口驱动部分内微机保护装置出口回路的出口继电器辅助触点，主控单片机输出电平触发继电器模块动作，出口继电器辅助触点闭合，微机保护装置出口回路接通，断路器跳闸线圈动作，故障切除。
优选地，所述继电器模块为光耦继电器模块。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出一种输电线路高阻接地故障继电保护系统，基于继电保护电流数据获取部分、继电保护电流数据处理部分及出口驱动部分三大块的配合，能及时确认输电线路的高阻接地故障发生情况，保证继电保护动作的可靠性，且独立于输电线路原有输电线路微机保护之外，不改动原已成型的保护装置，不影响原有保护的运行，能快速投入实际智能变电站运用。
附图说明
图1表示本发明实施例中提出的输电线路高阻接地故障继电保护系统的原理框图；
图2表示本发明实施例中提出的双侧电源输电线路的接线图；
图3表示本发明实施例中提出的主控单片机与出口驱动部分驱动配合的接线原示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，本发明提出的输电线路高阻接地故障继电保护系统，以变电站内输电线路MN为例，参见图1，输电线路MN之间某一点k发生高阻接地故障，其中M作为输电线路MN一端微机保护装置x的本侧，N作为对侧，对另一端而言，M作为输电线路MN另一端微机保护装置y的对侧，N作为本侧，综上，所述系统包括：
继电保护电流数据获取部分，用于获取微机保护装置的本侧M及对侧N的电流采样信息；
继电保护电流数据处理部分，接收并处理继电保护电流数据获取部分传输的电流采样信息，确认输电线路发生高阻接地故障的情况；
出口驱动部分，接收继电保护电流数据处理部分确认的高阻接地故障情况，驱动微机保护装置的保护出口。
在本实施例中，继电保护电流数据获取部分包括过程层、间隔层及站控层，过程层包括若干个电流采样合并单元，电流采样合并单元采集微机保护装置的本侧及对侧的电流采样信息后，采用IEC-61850通信规约传输至间隔层，间隔层包括首接保护装置、后接保护装置及测控装置，后接保护装置通过IEC-61850通信规约访问首接保护装置，获取相应的微机保护装置的本侧及对侧电流采样信息，测控装置测量控制间隔层内的电气量，站控层内设有信息监控系统，工作人员通过信息监控系统访问间隔层传输的数据信息及变电站运行情况的信息，下发继电保护指导工作命令，转发至间隔层及过程层执行。
为了保证数据传输的有效与可靠性，继电保护电流数据获取部分内部的数据传输(过程层、间隔层及站控层之间)采用IEC-61850通信规约，以此定义了继电保护电流数据获取部分的数据通信模型后，任何客户均可通过服务器接口访问数据对象，后接保护装置通过IEC-61850通信规约访问首接保护装置，获取相应的微机保护装置的本侧及对侧电流采样信息，无需增设其它通信设备，即不需要对现有变电站进行改造，不影响原有保护的正常运行，便于工作人员及时投入实际现场使用。
参见图1，继电保护电流数据获取部分通过IEC-61850通信规约向继电保护电流数据处理部分传输电流采样信息，继电保护电流数据处理部分包括主控单片机、过渡电阻计算模块及故障距离计算模块；所述过渡电阻计算模块根据微机保护装置的本侧测量电压
Figure BDA0002789959640000051
结合继电保护电流数据获取部分传输的电流采样信息：微机保护装置的本侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000052
及微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000053
计算过渡电阻值，计算出的过渡电阻值传输至故障距离计算模块，故障距离计算模块根据过渡电阻值计算故障距离值，主控单片机根据过渡电阻计算模块、故障距离计算模块计算的结果确认输电线路发生高阻接地故障的情况，具体的，以图2中的双侧电源输电线路的接线图为例，图2中M、N分别为母线，Zm为M侧电源阻抗，Zn为N侧电源阻抗，当发生接地故障时，M、N侧的短路电流
Figure BDA0002789959640000061
以及M、N侧的测量零序电流
Figure BDA0002789959640000062
均由母线侧流向短路点，
Figure BDA0002789959640000063
为短路点接地电流；过渡电阻计算模块根据微机保护装置的本侧测量电压
Figure BDA0002789959640000064
结合继电保护电流数据获取部分传输的电流采样信息：微机保护装置的本侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000065
及微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure BDA0002789959640000066
计算过渡电阻值的公式为：
Figure BDA0002789959640000067
其中，Rf表示过渡电阻，
Figure BDA0002789959640000068
为本侧(M侧)母线A相(故障相)电压；
Figure BDA0002789959640000069
为本侧测量零序电流；
Figure BDA00027899596400000610
为对侧测量零序电流，由传统常用的光纤差动保护测量电流数据得到；
计算零序补偿系数K0：
Figure BDA00027899596400000611
其中，Z1为线路正序阻抗，Z0为线路零序阻抗，由线路参数决定；
则故障距离计算公式为：
Figure BDA00027899596400000612
其中，x表示故障距离。
在本实施例中，继电保护电流数据处理部分还包括线路末端故障判断模块，线路末端故障判断模块根据微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure BDA00027899596400000613
判断线路末端故障的发生位置，线路末端故障的发生位置位于微机保护装置的本段线路或下一段线路，主控单片机根据线路末端故障判断模块的判断结果确认线路末端故障的情况。线路末端故障判断模块根据微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure BDA00027899596400000614
判断线路末端故障发生位置的判断条件为：
当
Figure BDA00027899596400000615
时，微机保护装置的本段线路故障；
当
Figure BDA0002789959640000071
时，微机保护装置的下一段线路故障或本段线路无故障，其中，
Figure BDA0002789959640000072
为微机保护装置的对侧测量零序电流；
Figure BDA0002789959640000073
为线路正常运行时最大不平衡零序电流。
在继电保护电流数据处理部分确认高阻接地故障后，继电保护电流数据处理部分的主控单片机可以根据输电线路发生高阻接地故障的情况及线路末端故障的情况，通过IEC-61850通信规约向发生高阻接地故障或线路末端故障的微机保护装置发送GOOSE跳闸命令报文，微机保护装置的跳闸回路接通，故障切除，无需对原有保护装置跳闸回路进行改造。
在继电保护电流数据处理部分确认高阻接地故障后，继电保护电流数据处理部分的主控单片机对保护出口动作驱动的另一种具体的实施方式为：所述主控单片机根据输电线路发生高阻接地故障的情况及线路末端故障的情况，对出口驱动部分进行电平输出驱动，闭合出口继电器，接通跳闸回路，故障线路断路器跳闸，故障切除，具体的参见图3，将继电器模块作为出口驱动部分内微机保护装置出口回路1的出口继电器辅助触点，主控单片机输出电平触发继电器模块动作，出口继电器辅助触点闭合，微机保护装置出口回路1接通，断路器跳闸线圈动作，故障切除，在本实施例中，继电器模块为光耦继电器模块。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，包括：
继电保护电流数据获取部分，用于获取微机保护装置的本侧及对侧的电流采样信息；
继电保护电流数据处理部分，接收并处理继电保护电流数据获取部分传输的电流采样信息，确认输电线路发生高阻接地故障的情况；
出口驱动部分，接收继电保护电流数据处理部分确认的高阻接地故障情况，驱动微机保护装置的保护出口。
2.根据权利要求1所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，所述继电保护电流数据获取部分包括过程层、间隔层及站控层，所述过程层包括若干个电流采样合并单元，电流采样合并单元采集微机保护装置的本侧及对侧的电流采样信息后，采用IEC-61850通信规约传输至间隔层，所述间隔层包括首接保护装置、后接保护装置及测控装置，后接保护装置通过IEC-61850通信规约访问首接保护装置，获取相应的微机保护装置的本侧及对侧电流采样信息，所述测控装置测量控制间隔层内的电气量，所述站控层内设有信息监控系统，工作人员通过信息监控系统访问间隔层传输的数据信息及变电站运行情况的信息，下发继电保护指导工作命令，转发至间隔层及过程层执行。
3.根据权利要求2所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，所述继电保护电流数据获取部分通过IEC-61850通信规约向继电保护电流数据处理部分传输电流采样信息。
4.根据权利要求3所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，所述继电保护电流数据处理部分包括主控单片机、过渡电阻计算模块及故障距离计算模块；所述过渡电阻计算模块根据微机保护装置的本侧测量电压
Figure FDA0002789959630000011
结合继电保护电流数据获取部分传输的电流采样信息：微机保护装置的本侧测量零序电流
Figure FDA0002789959630000012
及微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure FDA0002789959630000013
计算过渡电阻值，计算出的过渡电阻值传输至故障距离计算模块，故障距离计算模块根据过渡电阻值计算故障距离值，主控单片机根据过渡电阻计算模块、故障距离计算模块计算的结果确认输电线路发生高阻接地故障的情况。
5.根据权利要求4所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，所述继电保护电流数据处理部分还包括线路末端故障判断模块，线路末端故障判断模块根据微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure FDA0002789959630000021
判断线路末端故障的发生位置，线路末端故障的发生位置位于微机保护装置的本段线路或下一段线路，主控单片机根据线路末端故障判断模块的判断结果确认线路末端故障的情况。
6.根据权利要求5所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，线路末端故障判断模块根据微机保护装置的对侧测量零序电流
Figure FDA0002789959630000022
判断线路末端故障发生位置的判断条件为：
当
Figure FDA0002789959630000023
时，微机保护装置的本段线路故障；
当
Figure FDA0002789959630000024
时，微机保护装置的下一段线路故障或本段线路无故障，其中，
Figure FDA0002789959630000025
为微机保护装置的对侧测量零序电流；
Figure FDA0002789959630000026
为线路正常运行时最大不平衡零序电流。
7.根据权利要求6所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，所述主控单片机根据输电线路发生高阻接地故障的情况及线路末端故障的情况，通过IEC-61850通信规约向发生高阻接地故障或线路末端故障的微机保护装置发送GOOSE跳闸命令报文，微机保护装置的跳闸回路接通，故障切除。
8.根据权利要求6所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，所述主控单片机根据输电线路发生高阻接地故障的情况及线路末端故障的情况，对出口驱动部分进行电平输出驱动，闭合出口继电器，接通跳闸回路，故障线路断路器跳闸，故障切除。
9.根据权利要求8所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，将继电器模块作为出口驱动部分内微机保护装置出口回路的出口继电器辅助触点，主控单片机输出电平触发继电器模块动作，出口继电器辅助触点闭合，微机保护装置出口回路接通，断路器跳闸线圈动作，故障切除。
10.根据权利要求9所述的输电线路高阻接地故障继电保护系统，其特征在于，所述继电器模块为光耦继电器模块。
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