CN112653105A - 基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法及装置，所述方法包括如下步骤：包括如下步骤：1)依托变电站站域电流关联矩阵重构TA断线相电流；2)基于本间隔电流信息计算TA断线相电流；3)线路后备保护TA断线闭锁后再开放判别：采用步骤1)和步骤2)计算的断线相电流构成主判据，并利用线路发生接地短路故障时产生的零序电压构成辅助判据，当主判据和辅助判据条件均满足时，线路后备保护经延时开放，之后按照后备保护未闭锁情况下实施计算、判别及动作。本发明可在TA单相断线闭锁线路后备保护后，线路再发生单相接地故障情况下重新开放后备保护，从而有效提升线路后备保护切除故障的及时性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体是一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法及装置。
背景技术
电流互感器(Current Transformer，简称为TA)广泛应用于电力系统中，用于将电力系统的大电流(一次电流)转变为控制、保护、测量、计量、监控等二次设备用的小电流(二次电流)。TA二次侧回路断线是一种较常见的电气故障，断线后在TA二次侧可产生几千伏甚至上万伏的高电压，会给作业人员、二次设备带来严重危险。此外，断线后造成TA二次侧电流与实际电流出现偏差，严重时会导致保护的误动或拒动。因此目前通常采用TA断线后闭锁相应保护功能的措施，包括：闭锁差动保护、距离保护、零序电流保护等。但是也带来了一些问题，例如：TA断线后如果输电线路或主设备再发生短路故障，保护会因被闭锁而无法及时动作切除故障。
针对该问题，有学者通过研究短路故障及TA断线的电气特性差异，从不同的角度提出了一些解决措施，主要集中于差动保护，例如：在TA断线闭锁差动保护后，当相电流大于电流阈值(设置为最大负荷电流)且满足保护动作条件时，则判断动作区内发生短路故障并开放差动保护；有学者通过采集线路两侧电压电流，提出了一种基于S变换相角差及能量相对熵的线路纵联保护新原理，避免了TA断线闭锁差动保护的副作用。但是，针对后备保护目前所开展的研究工作有限，有学者提出了基于本间隔电流信息重构断线相电流的保护方案，提供了一种针对TA断线后再故障的处置新思路，但是出于可靠性的角度未在工程实际中得到有效应用。
随着近十年来智能电网建设工作的快速推进，尤其是基于数字化采样、网络化传输以及信息高度共享理念的智能变电站建设，为后备保护的性能提升提供了新的技术手段。基于变电站站内信息共享的站域继电保护原理被提出，相应设备被研制并已投入应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，用于在TA单相断线闭锁线路后备保护后，再发生线路单相接地故障情况下重新开放后备保护，从而有效提升线路后备保护切除故障的及时性和准确性。
一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，包括如下步骤：
1)依托变电站站域电流关联矩阵重构TA断线相电流；
2)基于本间隔电流信息计算TA断线相电流；
3)线路后备保护TA断线闭锁后再开放判别：采用步骤1)重构的断线相电流和步骤2)计算的断线相电流构成主判据，并利用线路发生接地短路故障时产生的零序电压构成辅助判据，当主判据和辅助判据条件均满足时，线路后备保护经延时T1开放；所述主判据为：当线路后备保护因TA断线被闭锁后，比较步骤1)重构的断线相电流和步骤2)计算的断线相电流，如果两者之间的差异小于设定值时，认为重构的TA断线相电流为有效量。
进一步的，所述设定值为线路正常运行时的最大不平衡电流与保护计算可能最大误差两者的最大值。进一步的，所述辅助判据为：
所述辅助判据含义为：当线路发生TA断线一侧测量的零序电压
的绝对值大于整定值时，判定线路发生接地短路故障，其中，Uset为零序电压整定值，按相应电力系统在最大运行方式下，线路发生高阻接地故障时零序电压数值能够准确判别的原则整定。
进一步的，所述步骤1)依托变电站站域电流关联矩阵重构TA断线相电流的具体步骤包括：
(1.1)以变电站某电气主设备为中心，将与该主设备直接连接的断路器视作为KCL节点的支路，则该KCL节点内的电流向量和为零，变电站其他主设备均可视作KCL节点；
(1.2)设定变电站站域电流关联矩阵；电流关联矩阵以节点为行，以各支路为列；矩阵中的元素为相应支路与节点的连接关系值，如果两者有直接电气连接则置元素为“1”，否则置“0”，形成变电站站域电流关联矩阵；
(1.3)依托变电站站域电流关联矩阵，构建变电站某支路和相应KCL节点直接连接的其他支路的电流关系式，利用其他支路的相应相电流，计算出短路故障前、后该支路的TA断线相电流。
进一步的，所述步骤2)基于本间隔电流信息重构TA断线相电流的具体步骤包括：
(2.1)设定变电站某线路三相负荷平衡，然后推导出TA断线相电流与其他两相电流的关系式；
(2.2)记录短路故障前的线路健全相电流信息；
(2.3)根据短路故障后测量的线路健全相电流，计算短路故障后的线路电流正序分量、零序分量；
(2.4)根据所记录的短路故障前线路各相电流，以及计算的短路故障后线路电流正序分量、零序分量，计算该线路的TA断线相电流。
进一步的，所述步骤3)的延时T1按照躲过相邻线路主保护和距离Ⅰ段保护动作延时的原则整定，T1取200ms。
一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护装置，包括重构单元、计算单元及判别保护单元：
所述重构单元，用于依托变电站站域电流关联矩阵重构TA断线相电流；
所述计算单元，用于基于本间隔电流信息计算TA断线相电流；
所述判别保护单元，用于采用所述重构单元重构的TA断线相电流和所述计算单元计算的断线相电流构成主判据，并利用线路发生接地短路故障时产生的零序电压构成辅助判据，当主判据和辅助判据条件均满足时，线路后备保护经延时T1开放；所述主判据为：当线路后备保护因TA断线被闭锁后，比较所述重构单元重构的TA断线相电流和所述计算单元计算的断线相电流，如果两者之间的差异小于设定值时，认为所述重构单元重构的TA断线相电流为有效量。
进一步的，所述设定值为线路正常运行时的最大不平衡电流与保护计算可能最大误差两者的最大值。。
进一步的，所述辅助判据为：
所述辅助判据含义为：当线路发生TA断线一侧测量的零序电压
的绝对值大于整定值时，判定线路发生接地短路故障，其中，Uset为零序电压整定值，按相应电力系统在最大运行方式下，线路发生高阻接地故障时零序电压数值能够准确判别的原则整定。
进一步的，所述延时T1按照躲过相邻线路主保护和距离Ⅰ段保护动作延时的原则整定，T1取200ms。
本发明针对因TA断线闭锁导致高压输电线路后备保护无法及时动作的弊端，提出了一种基于电流信息重构原理的线路后备保护方法；其综合利用变电站站域信息以及本间隔电流信息，重构TA断线相电流，依托变电站多间隔信息、基于电流差动原理可构建全站区域内的后备保护，依托本发明提供的方法可有效重现TA断线相电流信息，可在TA单相断线闭锁线路后备保护后，线路再发生单相接地故障情况下重新开放后备保护，从而有效提升线路后备保护切除故障的及时性和准确性。
附图说明
图1是本发明实施例线路范围内发生单相接地短路故障示意图；设定线路L1的A相发生接地短路故障，故障点K与线路N端的距离占线路总长的百分比为α，电流由母线流向线路为正方向；线路L1两侧均连接相应电力系统；
图2是本发明实施例变电站A(简称为站A)站域电气信息联系示意图，站A连接在图1所示线路L1的N侧；BUS01-BUS12是站A高压母线，CB01-CB28是站A的断路器，T1、T2是站A配备的两台主变压器；
图3是本发明实施例基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法中线路后备保护闭锁后再开放逻辑图；
图4是本发明实施例在图1所示线路L1的N侧TA B相断线后，线路L1的A相发生接地短路故障情况下，采用重构电流方案前后计算得到的线路L1 N侧A相阻抗轨迹对比；图4中的横轴为阻抗的电阻分量(R)，纵轴为阻抗的电抗分量(X)，单位均为欧姆(简称为欧)；图中圆圈所含范围为线路L1 N侧后备保护(阻抗保护)动作区。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的基本思路：针对线路L1的N侧后备保护因TA断线被闭锁后，线路再次发生单相接地短路故障(K)的情况；第一步以该线路L1发生TA断线一侧(N侧)的站A为对象，构建依托变电站站域电流关联矩阵，并重构线路L1 N侧TA断线相电流(方案1)；第二步，基于线路L1发生接地短路故障前后，线路L1 N侧本间隔的健全相电流信息，重构线路L1 N侧TA断线相电流(方案2)；第三步，基于两种电流重构方案计算的线路L1 N侧TA断线相电流构成主判据，并利用线路发生接地短路故障时产生的零序电压构成辅助判据，当主判据和辅助判据条件均满足时，线路L1 N侧后备保护经延时开放，之后按照后备保护未闭锁情况下实施计算、判别及动作。
具体的，本发明实施例提供一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，包括如下步骤：
步骤1：依托站A的站域电流关联矩阵重构TA断线相电流(重构方案1)，具体步骤如下：
步骤1.1：以站A母线BUS03为中心，将与BUS03直接连接的断路器CB02、CB05、CB06构成广义KCL节点，该节点内的电流向量和为零；同样其他主设备均可视作KCL节点；
步骤1.2：设定变电站的站域电流关联矩阵YZ，见式(1)；
电流关联矩阵YZ以节点为行，以各支路为列；矩阵中的元素yzmn为支路n与元件m连接关系值，如果两者有直接电气连接则置“1”，否则置“0”；以图2为例构建站A的电流关联矩阵，见式(2)：
步骤1.3：依托站域电流关联矩阵YZ，构建CB02支路和以BUS03为中心的KCL节点其他支路(CB05支路、CB06支路)的电流关系式；以CB02支路TA B相断线后，线路L1再发生A相接地故障为例，重构后的CB02断线相(B相)电流为：
式(3)中
为CB02重构后的B相电流，
分别为CB05、CB06支路B相电流。
在依托站域电流关联矩阵重构TA断线相电流(重构方案1)过程中，注意以下几点：(1)设定图1中线路L1的N侧TA(即图2中的CB02断路器TA)B相发生断线，并导致线路L1的N侧后备保护被闭锁；之后线路L1发生A相接地短路故障，故障点K与线路N端(站A)的距离占线路L1总长的百分比为α，设定电流由母线流向线路为正方向；该设定同样适用于步骤2的计算；(2)设定电流流入KCL节点为正方向。
步骤2：基于本间隔电流信息计算TA断线相电流(重构方案2)；具体步骤如下：
步骤2.1：设定发生单相接地短路故障前，线路L1三相负荷平衡，则推导出线路L1的N侧(CB02断路器)TA断线相(B相)电流与其他两相电流的关系式；
式(4)中
为线路L1的N侧三相负荷电流。
步骤2.2：记录短路故障前线路L1的N侧(CB02断路器)A相、C相(TA非断线相)电流信息；
步骤2.3：根据短路故障后测量的线路L1 N侧(CB02断路器)A相、C相(TA非断线相)电流，计算短路故障后的线路L1的电流正序分量3I1、零序分量3I0，见式(5)、(6)；
步骤2.4：由式(4)、式(5)、式(6)，计算线路L1的N侧TA断线相电流(CB02断路器B相电流)，见式(7)；
在基于本间隔电流信息计算TA断线相电流(重构方案2)过程中，注意以下几点：式(5)、(6)中，C1M、C0M分别为故障点K向线路L1 N侧电力系统的正序、零序分配系数，计算公式见式(8)；式(8)中，ZM1、ZN1和ZM0、ZN0分别为线路L1 M侧、N侧电力系统的正序和零序阻抗，ZL1、ZL0为线路L1的正序、零序阻抗；
步骤3：线路L1后备保护TA断线闭锁后再开放判别，具体步骤如下：
步骤3.1：采用重构方案1、方案2计算线路L1的N侧TA断线相电流组成主判据，见式(9)；
所述主判据含义为：当线路后备保护因TA断线被闭锁后，比较两种电流重构方案计算的断线相电流；如果两者之间的差异小于设定值时，认为重构电流为有效量。式(9)中，不等式右侧为设定值，其数值为线路正常运行时的最大不平衡电流
与保护计算可能最大误差(0.2In)两者的最大值。其中，
为断线相，此处取B相；kunb为不平衡系数，可取0.15-0.3；In为线路L1的N侧TA二次额定电流。
步骤3.2：利用线路L1发生接地短路故障时产生的零序电压构成辅助判据，见式(10)；
所述辅助判据含义为：当线路L1 N侧测量的零序电压
的绝对值大于整定值时，判定线路发生接地短路故障。其中，Uset为零序电压整定值，按相应电力系统在最大运行方式下，线路发生高阻接地故障时零序电压数值能够准确判别的原则整定，一般取3V。
步骤3.3：重构电流主判据和零序电压辅助判据共同构成线路后备保护再开放判据，见图3；当主判据和辅助判据条件均满足时，线路后备保护经延时T1重新开放，之后按照后备保护未闭锁情况下实施计算、判别及动作。延时T1按照躲过相邻线路主保护和距离Ⅰ段保护动作延时的原则整定，可取200ms。
本发明实施例还提供一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护装置，包括重构单元、计算单元及判别保护单元：
所述重构单元，用于依托变电站站域电流关联矩阵重构TA断线相电流；
所述计算单元，用于基于本间隔电流信息计算TA断线相电流；
所述判别保护单元，用于采用所述重构单元重构的TA断线相电流和所述计算单元计算的断线相电流构成主判据，并利用线路发生接地短路故障时产生的零序电压构成辅助判据，当主判据和辅助判据条件均满足时，线路后备保护经延时T1开放，之后按照后备保护未闭锁情况下实施计算、判别及动作。
所述延时T1按照躲过相邻线路主保护和距离Ⅰ段保护动作延时的原则整定，T1取200ms。
所述主判据为：当线路后备保护因TA断线被闭锁后，比较所述重构单元重构的TA断线相电流和所述计算单元计算的断线相电流，如果两者之间的差异小于设定值时，认为所述重构单元重构的TA断线相电流为有效量，所述设定值为线路正常运行时的最大不平衡电流与保护计算可能最大误差两者的最大值。
所述辅助判据为：
所述辅助判据含义为：当线路发生TA断线一侧测量的零序电压
的绝对值大于整定值时，判定线路发生接地短路故障，其中，Uset为零序电压整定值，按相应电力系统在最大运行方式下，线路发生高阻接地故障时零序电压数值能够准确判别的原则整定。
图1所示线路L1的N侧(CB02断路器)TA B相断线后，线路L1的A相发生接地短路故障情况下，采用重构电流方案前后计算得到的线路L1 N侧A相阻抗轨迹对比如图4所示。图4中，如果不实施电流重构，TA B相断线后，由线路L1 N侧的测量数据(电压、电流)计算得到的N侧A相阻抗(ZA)的最终轨迹落在阻抗圆外，即计算的阻抗数值大于实际阻抗，线路L1后备保护(接地距离保护)存在拒动风险；实施电流重构后，计算得到的A相阻抗(Zrec.A)数值与实际阻抗基本相同，阻抗最终轨迹落在阻抗圆内，线路L1后备保护可以正确动作。即依托本发明提供的方法可有效重现TA断线相电流信息，确保在TA断线后线路后备保护的有效性。
本发明针对TA断线闭锁导致高压输电线路后备保护无法及时动作的弊端，提出了一种基于电流信息重构原理的线路后备保护方案；依托本发明提供的方法可有效重现TA断线相电流信息，确保在TA断线后线路后备保护仍然能够有效工作，可在TA单相断线闭锁线路后备保护后，线路再发生单相接地故障情况下重新开放后备保护，从而有效提升线路后备保护切除故障的及时性和准确性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)依托变电站站域电流关联矩阵重构TA断线相电流；
2)基于本间隔电流信息计算TA断线相电流；
3)线路后备保护TA断线闭锁后再开放判别：采用步骤1)重构的断线相电流和步骤2)计算的断线相电流构成主判据，并利用线路发生接地短路故障时产生的零序电压构成辅助判据，当主判据和辅助判据条件均满足时，线路后备保护经延时T1开放；所述主判据为：当线路后备保护因TA断线被闭锁后，比较步骤1)重构的断线相电流和步骤2)计算的断线相电流，如果两者之间的差异小于设定值时，认为重构的TA断线相电流为有效量。
2.如权利要求1所述的基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，其特征在于：所述设定值为线路正常运行时的最大不平衡电流与保护计算可能最大误差两者的最大值。
3.如权利要求1所述的基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，其特征在于：所述辅助判据为：
所述辅助判据含义为：当线路发生TA断线一侧测量的零序电压
的绝对值大于整定值时，判定线路发生接地短路故障，其中，Uset为零序电压整定值，按相应电力系统在最大运行方式下，线路发生高阻接地故障时零序电压数值能够准确判别的原则整定。
4.如权利要求1所述的基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，其特征在于：所述步骤1)依托变电站站域电流关联矩阵重构TA断线相电流的具体步骤包括：
(1.1)以变电站某电气主设备为中心，将与该主设备直接连接的断路器视作为KCL节点的支路，则该KCL节点内的电流向量和为零，变电站其他主设备均可视作KCL节点；
(1.2)设定变电站站域电流关联矩阵；电流关联矩阵以节点为行，以各支路为列；矩阵中的元素为相应支路与节点的连接关系值，如果两者有直接电气连接则置元素为“1”，否则置“0”，形成变电站站域电流关联矩阵；
(1.3)依托变电站站域电流关联矩阵，构建变电站某支路和相应KCL节点直接连接的其他支路的电流关系式，利用其他支路的相应相电流，计算出短路故障前、后该支路的TA断线相电流。
5.如权利要求1所述的基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，其特征在于：所述步骤2)基于本间隔电流信息重构TA断线相电流的具体步骤包括：
(2.1)设定变电站某线路三相负荷平衡，然后推导出TA断线相电流与其他两相电流的关系式；
(2.2)记录短路故障前的线路健全相电流信息；
(2.3)根据短路故障后测量的线路健全相电流，计算短路故障后的线路电流正序分量、零序分量；
(2.4)根据所记录的短路故障前线路各相电流，以及计算的短路故障后线路电流正序分量、零序分量，计算该线路的TA断线相电流。
6.如权利要求1所述的基于电流信息重构的高压输电线路后备保护方法，其特征在于：所述步骤3)的延时T1按照躲过相邻线路主保护和距离Ⅰ段保护动作延时的原则整定，T1取200ms。
7.一种基于电流信息重构的高压输电线路后备保护装置，其特征在于：包括重构单元、计算单元及判别保护单元：
所述重构单元，用于依托变电站站域电流关联矩阵重构TA断线相电流；
所述计算单元，用于基于本间隔电流信息计算TA断线相电流；
所述判别保护单元，用于采用所述重构单元重构的TA断线相电流和所述计算单元计算的断线相电流构成主判据，并利用线路发生接地短路故障时产生的零序电压构成辅助判据，当主判据和辅助判据条件均满足时，线路后备保护经延时T1开放；所述主判据为：当线路后备保护因TA断线被闭锁后，比较所述重构单元重构的TA断线相电流和所述计算单元计算的断线相电流，如果两者之间的差异小于设定值时，认为所述重构单元重构的TA断线相电流为有效量。
8.如权利要求7所述的基于电流信息重构的高压输电线路后备保护装置，其特征在于：所述设定值为线路正常运行时的最大不平衡电流与保护计算可能最大误差两者的最大值。
9.如权利要求7所述的基于电流信息重构的高压输电线路后备保护装置，其特征在于：所述辅助判据为：
所述辅助判据含义为：当线路发生TA断线一侧测量的零序电压
的绝对值大于整定值时，判定线路发生接地短路故障，其中，Uset为零序电压整定值，按相应电力系统在最大运行方式下，线路发生高阻接地故障时零序电压数值能够准确判别的原则整定。
10.如权利要求7所述的基于电流信息重构的高压输电线路后备保护装置，其特征在于：所述延时T1按照躲过相邻线路主保护和距离Ⅰ段保护动作延时的原则整定，T1取200ms。
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| CN113239531A (zh) * | 2021-05-07 | 2021-08-10 | 南京国电南自维美德自动化有限公司 | 阻抗保护振荡闭锁判别方法、系统、存储介质及计算设备 |
| CN115313365A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-08 | 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种配电网后备保护方法及装置 |
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2020
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| CN115313365B (zh) * | 2022-08-04 | 2024-04-26 | 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种配电网后备保护方法及装置 |
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