CN113466742B - 基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，在110kV变电站测量变压器高压侧的相电流以及低压侧的负序电压、线电压，首先通过相电流判断短路故障，接着根据负序电压启动保护，然后利用线电压识别线路单相断线故障，最后根据判定结果发出某相告警信号，并与备自投配合，跳开相应的进线断路器。本发明能够根据系统零序阻抗与正序阻抗的比值自适应地调整电压整定值，提高了断线识别的灵敏性。同时，本发明依靠短路电流量及电压量设计各判据，线路轻载或空载的情况不影响断线保护的可靠性。此外，本发明对两组理论值变化情况相同的线电压加入两组的向量差不能过大的限制条件，可以防止实际运行中其他类型故障引起断线的误识别。

Description

基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法

技术领域

本发明涉及一种基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

随着我国社会经济的不断发展，对电力供应量和供应稳定程度要求的不断提高，110kV电力线路在我国的电网中的规模在不断的迅速扩大，同时110kV电力线路通过复杂地形以及恶劣气候条件的情况也随之增多。在电力系统中，用电安全和用电稳定是至关重要的因素，断线故障会使得电力系统处于非全相运行的状态，会造成低压侧电压严重不平衡，影响用户的正常用电，甚至造成设备损坏。但由于断线故障发生概率小、故障特性较轻，故目前相关方向的研究不够充分。此外，目前的一些断线故障保护方案依赖于电流的变化量，这导致在线路轻载、空载时无法准确识别断线故障。因此，迫切需要针对输电线路断线故障的判别方法、解决方案和保护装置开展更加深入的研究，以利于电网安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，在110kV输电线路发生断线故障时可以快速准确地进行判断和保护。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，包括以下步骤：

步骤1：判断线路是否发生短路故障，如果线路发生短路故障，则不执行后续步骤2-4，如果线路未发生短路故障，则继续执行后续的步骤2；

步骤2：判断110kV线路是否满足断线保护启动条件

计算110kV主变低压侧电压互感器TV的二次a相负序电压U_a2、b相负序电压U_b2、c相负序电压U_c2，判断如下条件是否满足：

(1)二次a相负序电压U_a2大于等于整定值：U_a2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

(2)二次b相负序电压U_b2大于等于整定值：U_b2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

(3)二次c相负序电压U_c2大于等于整定值：U_c2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

式中，K_rel.u为可靠系数，U_2min根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定，U_unb为系统正常运行时，负荷端变电站110kV母线呈现负序特性的不平衡电压；

满足上述任一条件，则认为满足断线保护启动条件，继续执行后续步骤3；同时不满足以上三个条件时，判定线路未发生断线故障，不执行后续的步骤3-4；

步骤3：识别断线故障相

采集110kV主变的低压侧电压互感器TV的二次线电压U_ab、U_bc、U_ca，判别如下故障判据是否满足：

(1)A相断线识别方法：

①低压侧电压互感器TV二次线电压U_ab在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ab≤U₂

②低压侧电压互感器TV二次线电压U_bc在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_bc≤U₂

③低压侧电压互感器TV二次线电压U_ca在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_ca≤U₄

④低压侧电压互感器TV二次线电压U_ab与U_bc的差值小于等于整定值U₅：|U_ab-U_bc|≤U₅

当上述判据全部满足，判定A相线路发生断线故障；

(2)B相断线识别方法：

①低压侧电压互感器TV二次线电压U_ab在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_ab≤U₄

②低压侧电压互感器TV二次线电压U_bc在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_bc≤U₂

③低压侧电压互感器TV二次线电压U_ca在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ca≤U₂

④低压侧电压互感器TV二次线电压U_bc与U_ca的差值小于等于整定值U₅：|U_bc-U_ca|≤U₅

当上述判据全部满足，判定B相线路发生断线故障；

(3)C相断线识别方法：

①低压侧电压互感器TV二次线电压U_ab在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ab≤U₂

②低压侧电压互感器TV二次线电压U_bc在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_bc≤U₄

③低压侧电压互感器TV二次线电压U_ca在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ca≤U₂

④低压侧电压互感器TV二次线电压U_ca与U_ab的差值小于等于整定值U₅：|U_ca-U_ab|≤U₅

当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障；

以上判别式中，整定值U₁、U₂、U₃、U₄均根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定；U₅按照110kV主变低压侧电压互感器TV二次额定线电压值E_ab的0.1倍来整定；

当识别出某一相的断线故障后，继续执行后续步骤4；当三相线路均未被判定发生断线故障时，不执行后续步骤4；

步骤4：断线告警与故障切除

根据步骤3中的断线故障相判定结果，同时延时t₁后发出故障相的断线告警信号、延时t₂后跳相应断路器切除故障线路并接入备用电源恢复供电。

本发明的目的还可以通过以下技术措施进一步实现：

前述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，步骤1判断线路是否发生短路故障的方法为：采集110kV线路电流互感器TA的二次侧a相电流I_a、二次侧b相电流I_b、二次侧c相电流I_c，判断如下条件是否满足：

(1)二次侧a相电流I_a大于等于整定值：I_a≥K_rel.iI_l.max

(2)二次侧b相电流I_b大于等于整定值：I_b≥K_rel.iI_l.max

(3)二次侧c相电流I_c大于等于整定值：I_c≥K_rel.iI_l.max

式中，K_rel.i为电流可靠系数；I_l.max为系统正常运行的最大负荷电流，由实际线路测量得到；满足上述任一条件则判定线路发生短路故障，由线路的短路保护来识别并切除故障；同时不满足以上三个条件时，判定线路未发生短路故障。

前述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，电流可靠系数K_rel.i取值为1.3～1.5。

前述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，可靠系数K_rel.u取值为1.1～1.2。

前述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，

步骤2的启动判断条件中的U_2min根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定为：

E_a为110kV主变低压侧电压互感器TV二次额定相电压值。

前述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，步骤2中U_unb取4～6V。

前述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，步骤3的整定值U₁、U₂根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定为：

步骤3的整定值U₃与U₄根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定为：

以上公式中，E_ab为110kV主变低压侧电压互感器TV二次额定线电压值。

前述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，电压整定值U₅取10V。

前述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，t₁时间整定为0.1～0.3s，t₂时间整定为躲过断路器合闸时三相不同期时间，为0.2～0.5s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明对两组理论值变化情况相同的线电压加入向量差幅值不能过大的限制条件，可以防止实际运行中其他类型故障引起断线保护的误识别。

2.本发明充分考虑了110kV系统零序、正序等值阻抗的影响，兼容不同的系统阻抗环境，更具有应用价值。当系统的参数确定时，电压整定值也随之确定，并且对于不同的系统有不同的电压整定值，能够根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值自适应地调整整定值。于是在进行断线保护方法的整定计算时，可以给出适合每个系统阻抗的整定值，同时在系统阻抗变化时自适应地调整整定值，以获得最佳的故障识别效果。

3.本发明充分利用短路故障发生后电流急剧增大而断线后电流不会明显增加的特征，将短路与断线区分开。考虑到输电线路的故障主要包括短路和断线，并且短路发生的概率远高于断线，若能够排除短路故障，可以有效提高断线识别的可靠性。

4.本发明依靠电流量设计的短路识别判据是作为辅助判据，依靠电压量设计启动判据和故障选相判据是作为主判据，而短路电流、电压量均与负载大小无关，因此在轻载或空载时不影响断线识别的可靠性与准确性，解决了在轻载或空载情况下断线故障难以识别的难题。

5.考虑到110kV变电站主变通常高压侧无电压互感器，无法进行测量，本发明通过断线后低压侧的电压特征识别高压侧断线故障，不需要对现有常用的110kV线路进行大规模的改造，投入实际使用较为方便。

附图说明

图1是110kV线路单相断线时系统结构图；

图2是函数I_B/I_负荷＝g(Z₀/Z₁)图像；

图3是110kV线路单相断线时主变低压侧线电压向量图；

图4是函数U_ab/E_ab＝f(Z₀/Z₁)图像；

图5是函数U_ca/E_ca＝f(Z₀/Z₁)图像；

图6是110kV变电站单母线分段一次主接线图；

图7是基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法的原理图；

图8是基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法的流程图；

图9是断线保护装置原理接线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

1.110kV断线故障分析：

110kV断线故障示意图如图1所示，断线故障处不伴随线路接地，同时负荷侧主变中性点为直接接地运行。设A相为断线故障相，具体分析断线后高压侧电流、低压侧负序电压、低压侧线电压的变化规律：

(1)高压侧电流

设上级变电站110kV侧电源电势分别为E_A、E_B、E_C。用对称分量法分析得到高压侧A相各序电流分量为：

式中，Z₁、Z₂、Z₀分别为断线处的正序、负序、零序等值电抗，一般情况下有Z₁＝Z₂。

令t＝Z₀/Z₁，化简上式可得：

由A、B、C相各序分量间的矢量关系，可求得高压侧各相电流幅值为：

可以发现发生断线故障后，故障相的电流降为0，非故障相的电流取决于系统阻抗与正序阻抗的比值，其变化关系图如图2所示。

考虑断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值始终大于等于0.5，即t≥0.5。由图2电流变化特征可以发现，当t≥0.5时，故障后的电流始终不超过1.146倍的负荷电流。而短路故障发生后，故障相会出现极大的短路电流，通常为负荷电流的几十倍，根据这一特征能够较好地区分短路故障与断线故障。

(2)低压侧负序电压

高压侧A相正序、负序电压分别为：

对Yd11接线的变压器，假设变压器变比为1：1，考虑各相量角度的变化，三角形侧的正序电压总是超前星形侧正序电压30°，三角形侧负序电压总是滞后星形侧负序电压30°。记传递到三角形侧的电源电势为E_a、E_b、E_c，则低压侧各相负序电压幅值为：

令t＝Z₀/Z₁，化简上式可得低压侧各相负序电压幅值为：

考虑断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值始终大于等于0.5，即t≥0.5。当系统阻抗环境不同时，t的取值也不同，此时每一个t的取值都有一个对应的负序电压理论值。

(3)低压侧线电压

低压侧a相正序、负序电压幅值分别为：

令t＝Z₀/Z₁，化简上式可得：

由U_a1与U_a2的夹角为120°，可求得：

同理可求得U_b、U_c，则低压侧各线电压幅值为：

低压侧线电压的电压向量图如图3所示。

由图3以及公式(10)可以发现，有两组线电压的幅值变化情况相同，剩余一组的幅值变化情况这两组不同，其线电压变化关系图分别如图4与图5所示。

从图4和图5的变化关系可以发现，各线电压都随t的增大而减小，同时每一个t的取值都对应唯一的一个电压幅值。虽然在断线故障后两组线电压的理论值相同，但在实际应用中由于阻抗因素的影响，他们的实际值会存在一定的偏差。为更好的区分断线故障与其他类型故障，应当对这两组相同幅值的线电压加入向量差不能过大的限制条件，可以防止实际运行中其他类型故障引起断线保护的误识别。

总结归纳上述故障分析得到的数据，制定出基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护的原理如图7所示。根据110kV线路断线故障自适应识别及保护的原理，实施本发明基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法的流程如图8所示。

2.基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法实施例：

图6为110kV单母线分段电气主接线图，进线1#与进线2#分别连接110kV母线1#与110kV母线2#；110kV母线1#和110kV母线2#之间有分段断路器3QF；进线1#间隔设备为断路器1QF，并在110kV母线1#串接有电流互感器TA1；进线2#间隔设备为断路器2QF，并在110kV母线1#串接有电流互感器TA2；110kV母线1#还接有母线电压互感器TV1；110kV母线2#还接有母线电压互感器TV2；进线1#线路负荷侧设有断路器4QF，进线2#线路负荷侧设有断路器5QF，负荷端110kV变电站110kV侧装设110kV备自投装置。下面以110kV单母线分段电气主接线为例，具体阐述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法：

步骤1：判断是否为短路故障

(1)110kV线路进线1#短路故障判断方法

采集110kV线路电流互感器TA1的二次侧a相电流I_a、二次侧b相电流I_b、二次侧c相电流I_c，判断如下条件是否满足：

(1)二次侧a相电流I_a大于等于整定值：I_a≥K_rel.iI_l.max

(2)二次侧b相电流I_b大于等于整定值：I_b≥K_rel.iI_l.max

(3)二次侧c相电流I_c大于等于整定值：I_c≥K_rel.iI_l.max

式中，K_rel.i为电流可靠系数,取1.3～1.5；I_l.max为系统正常运行的最大负荷电流，由实际线路测量得到；

满足上述任一条件则判定线路发生短路故障，由线路的短路保护来识别并切除故障，不执行本方案的后续步骤2-4；以上三个条件同时都不满足时，判定线路未发生短路故障，继续执行本断线保护方法的后续步骤2；

(2)110kV线路进线2#短路故障判断方法

采集110kV线路电流互感器TA1的二次侧a相电流I_a、二次侧b相电流I_b、二次侧c相电流I_c，判断如下条件是否满足：

(1)二次侧a相电流I_a大于等于整定值：I_a≥K_rel.iI_l.max

(2)二次侧b相电流I_b大于等于整定值：I_b≥K_rel.iI_l.max

(3)二次侧c相电流I_c大于等于整定值：I_c≥K_rel.iI_l.max

式中，K_rel.i为电流可靠系数，取1.3～1.5；I_l.max为系统正常运行的最大负荷电流，由实际线路测量得到；

满足上述任一条件则判定线路发生短路故障，由线路的短路保护来识别并切除故障，不执行本方案的后续步骤2-4；以上三个条件同时都不满足时，判定线路未发生短路故障，继续执行本断线保护方法的后续步骤2；

步骤2：判断是否满足断线保护启动条件

(1)110kV线路进线1#启动判断方法

计算110kV母线1#主变低压侧电压互感器TV1的二次a相负序电压U_a2、b相负序电压U_b2、c相负序电压U_c2，判断如下条件是否满足：

1)a相负序电压大于等于整定值：U_a2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

2)b相负序电压大于等于整定值：U_b2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

3)c相负序电压大于等于整定值：U_c2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

式中，K_rel.u为可靠系数，取1.1～1.2；U_2min由自适应整定方法确定，

t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，E_a为110kV主变低压侧电压互感器TV测得的电源电动势的二次值；U_unb为系统正常运行时，负荷端变电站110kV母线呈现负序特性的不平衡电压，取4～6V；

满足上述任一条件，则认为满足启动条件，继续执行后续步骤3；同时不满足以上三个条件时，判定线路未发生断线故障，不执行后续的步骤3-4；

(2)110kV线路进线2#启动判断方法

采集110kV母线2#主变低压侧电压互感器TV2的二次a相负序电压U_a2、b相负序电压U_b2、c相负序电压U_c2，判断如下条件是否满足：

1)a相负序电压大于等于整定值：U_a2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

2)b相负序电压大于等于整定值：U_b2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

3)c相负序电压大于等于整定值：U_c2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

式中，K_rel.u为可靠系数，取1.1～1.2；U_2min由自适应整定方法确定，

U_unb为系统正常运行时，负荷端变电站110kV母线呈现负序特性的不平衡电压，取4～6V；

满足上述任一条件，则认为满足启动条件，继续执行后续步骤3；同时不满足以上三个条件时，判定线路未发生断线故障，不执行后续的步骤3-4；

U_2min按照如下方法确定：

式中，t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，E_a为110kV主变低压侧电压TV二次额定相电压值。

步骤3：识别断线故障相

(1)110kV线路进线1#故障相识别方法

采集110kV主变的低压侧电压互感器TV1的二次线电压U_ab、U_bc、U_ca，判定如下故障判据是否满足：

1)A相断线识别方法：

①低压侧TV1二次线电压U_ab在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ab≤U₂

②低压侧TV1二次线电压U_bc在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_bc≤U₂

③低压侧TV1二次线电压U_ca在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_ca≤U₄

④低压侧TV1二次线电压U_ab与U_bc的差值小于等于整定值U₄：|U_ab-U_bc|≤U₅

当上述判据全部满足，判定进线1#的A相线路发生断线故障；

2)B相断线识别方法：

①低压侧TV1二次线电压U_ab在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_ab≤U₄

②低压侧TV1二次线电压U_bc在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_bc≤U₂

③低压侧TV1二次线电压U_ca在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ca≤U₂

④低压侧TV1二次线电压U_bc与U_ca的差值小于等于整定值U₄：|U_bc-U_ca|≤U₅

当上述判据全部满足，判定进线1#的B相线路发生断线故障；

3)C相断线识别方法：

①低压侧TV1二次线电压U_ab在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ab≤U₂

②低压侧TV1二次线电压U_bc在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_bc≤U₄

③低压侧TV1二次线电压U_ca在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ca≤U₂

④低压侧TV1二次线电压U_ca与U_ab的差值小于等于整定值U₄：|U_ca-U_ab|≤U₅

当上述判据全部满足，判定进线1#的C相线路发生断线故障；

(2)110kV线路进线2#故障相识别方法

采集110kV主变的低压侧电压互感器TV2的二次线电压U_ab、U_bc、U_ca，判定如下故障判据是否满足：

1)A相断线识别方法：

①低压侧TV2二次线电压U_ab在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ab≤U₂

②低压侧TV2二次线电压U_bc在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_bc≤U₂

③低压侧TV2二次线电压U_ca在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_ca≤U₄

④低压侧TV2二次线电压U_ab与U_bc的差值小于等于整定值U₄：|U_ab-U_bc|≤U₅

当上述判据全部满足，判定进线2#的A相线路发生断线故障；

2)B相断线识别方法：

①低压侧TV2二次线电压U_ab在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_ab≤U₄

②低压侧TV2二次线电压U_bc在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_bc≤U₂

③低压侧TV2二次线电压U_ca在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ca≤U₂

④低压侧TV2二次线电压U_bc与U_ca的差值小于等于整定值U₄：|U_bc-U_ca|≤U₅

当上述判据全部满足，判定进线2#的B相线路发生断线故障；

3)C相断线识别方法：

①低压侧TV2二次线电压U_ab在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ab≤U₂

②低压侧TV2二次线电压U_bc在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_bc≤U₄

③低压侧TV2二次线电压U_ca在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ca≤U₂

④低压侧TV2二次线电压U_ca与U_ab的差值小于等于整定值U₄：|U_ca-U_ab|≤U₅

当上述判据全部满足，判定进线2#的C相线路发生断线故障；

当识别出某一相的断线故障后，继续执行后续步骤4；当三相线路均未被判定发生断线故障时，不执行后续步骤4；

以上判别式中，电压整定值的上下限U₁与U₂、U₃与U₄均由自适应整定方法确定，U₅按照110kV主变低压侧电压互感器TV二次额定线电压值E_ab的0.1倍来整定，110kV主变低压侧电压互感器TV测得的额定线电压的二次值E_ab＝100V，则计算得到U₅＝10.00V；

U₁与U₂按照如下方法确定：

U₃与U₄按照如下方法确定：

以上公式中，t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，E_ab为110kV主变低压侧电压互感器TV二次额定线电压值。

步骤4：断线告警与故障切除

(1)进线1#断线告警与故障切除方式

根据步骤3中的故障相判定结果，同时延时t₁后发出故障相的断线告警信号、延时t₂后跳相应断路器切除故障线路并接入备用电源恢复供电。

时间t₁整定为0.1～0.3s，时间t₂整定为躲过开关合闸时三相不同期时间，为0.2～0.5s。

(2)进线2#断线告警与故障切除方式

根据步骤3中的故障相判定结果，同时延时t₁后发出故障相的断线告警信号、延时t₂后跳相应断路器切除故障线路并接入备用电源恢复供电。

时间t₁整定为0.1～0.3s，时间t₂整定为躲过开关合闸时三相不同期时间，为0.2～0.5s。

在电力系统继电保护中，保护动作既要准确迅速，又要防止拒动或误动。上述的基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法中，设置步骤2对断线故障保护启动条件进行判断，如果满足条件则进行继电保护装置预启动然后再进行步骤3进一步判断的原因是，线路发生断线故障后会出现负序电压分量，步骤2检测到相应负序电压分量，则预启动断线继电保护装置，可以为下一步一旦确认断线故障迅速进行保护动作做准备，但满足步骤2的断线启动条件后还不足以认定线路出现了断线故障，因为其他类型故障也可能出现负序电压分量，仍需进行步骤3的断线故障相识别来进一步确定断线故障是否发生以及哪一相为故障相。步骤2与步骤3的判据互为补充，既可以为迅速动作做准备，又可以避免110kV输电线路因发生轻微扰动(例如电压波动或者其他异常情况)就直接执行步骤3来识别故障相而造成保护的误动作。

3.基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法的保护原理接线图

以A相断线为例，110kV线路断线障自适应识别及保护方法的原理接线图如图9所示。

其中，电流互感器TA、电流继电器KA1、电流继电器KA2、电流继电器KA3实现步骤1中的判断短路故障功能，一旦流入电流继电器的任意相电流大于整定值，相应的常闭触点立刻断开，不再执行之后的动作；

电压互感器TV、负序电压滤过器KVN1实现步骤2中判别负序电压启动的功能，当且仅当负序电压继电器测得电压大于等于整定值相应的常开触点才闭合，保护正式启动；

电压互感器TV、电压继电器KV1、电压继电器KV2、电压继电器KV3、电压继电器KV4、电压继电器KV5、电压继电器KV6实现步骤3中故障相识别功能，以A相断线为例，此时电压继电器KV1设定的整定值为U₁,电压继电器KV2设定的整定值为U₂，电压继电器KV3设定的整定值为U₃，电压继电器KV4设定的整定值为U₄,电压继电器KV5设定的整定值为U₁,电压继电器KV6设定的整定值为U₂，只有当低压侧相应相电压的二次值落入指定范围内时所有的常开触点才闭合并判定A发生断线故障，保护装置开始动作；

时间继电器KT1、信号继电器KS实现步骤4中断线告警功能，当保护动作条件满足后经t₁延时发送断线告警信号，该信号继电器KS不自动复归，发送告警信号后需要人为操作方可停止告警；

时间继电器KT2、出口跳闸继电器KCO实现步骤4中故障切除功能，当保护动作条件满足后经t₂延时跳相应断路器并启动备自投恢复供电。

4.负荷恢复方式

结合上述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，以图6所示的110kV单母线分段接线电气主接线为例，给出发生断线故障后负荷的恢复方式：

(1)母联备自投运行方式

当110kV母线1#、110kV母线2#单独运行时，断路器QF1与QF2均处于合闸位置，断路器QF3处于分闸位置。此时一旦满足断线保护动作条件并发送告警信号后，延时t₂后准备先跳故障线路断路器QF1或QF2，再合上QF3，将未运行的母线当作备用，及时恢复失电母线的供电。

(2)进线1#备自投运行方式

当110kV母线1#运行，110kV母线2#热备用时，断路器QF1与QF3均处于合闸位置，断路器QF2处于分闸位置。此时一旦满足断线保护动作条件并发送告警信号后，延时t₂后准备先跳故障线路断路器QF1，再合上QF3和QF2，将110kV母线2#当作备用，及时恢复失电母线的供电。

(3)进线2#备自投运行方式

当110kV母线2#运行，110kV母线1#热备用时，断路器QF2与QF3均处于合闸位置，断路器QF1处于分闸位置。此时一旦满足断线保护动作条件并发送告警信号后，延时t₂后准备先跳故障线路断路器QF2，再合上QF3和QF1，将110kV母线1#当作备用，及时恢复失电母线的供电。

5.应用情形

本发明方案能够使用在下列情况下：(1)负荷端110kV变电站变压器中性点运行方式为：直接接地运行；(2)110kV变电站110kV侧装设有备自投装置或中、低压侧装设有备自投装置。能够满足110kV变电站110kV单母线分段一次主接线等类型的一次主接线。本发明方案可以采用微机继电保护装置实施。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：判断线路是否发生短路故障，如果线路发生短路故障，则不执行后续步骤2-4，如果线路未发生短路故障，则继续执行后续的步骤2；

步骤2：判断110kV线路是否满足断线保护启动条件

计算110kV主变低压侧电压互感器TV的二次a相负序电压U_a2、b相负序电压U_b2、c相负序电压U_c2，判断如下条件是否满足：

(1)二次a相负序电压U_a2大于等于整定值：U_a2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

(2)二次b相负序电压U_b2大于等于整定值：U_b2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

(3)二次c相负序电压U_c2大于等于整定值：U_c2≥K_rel.u(U_2min+U_unb)

式中，K_rel.u为可靠系数，U_2min根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定，U_unb为系统正常运行时，负荷端变电站110kV母线呈现负序特性的不平衡电压；

满足上述任一条件，则认为满足断线保护启动条件，继续执行后续步骤3；同时不满足以上三个条件时，判定线路未发生断线故障，不执行后续的步骤3-4；

步骤3：识别断线故障相

采集110kV主变的低压侧电压互感器TV的二次线电压U_ab、U_bc、U_ca，判别如下故障判据是否满足：

(1)A相断线识别方法：

①低压侧电压互感器TV二次线电压U_ab在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ab≤U₂

②低压侧电压互感器TV二次线电压U_bc在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_bc≤U₂

③低压侧电压互感器TV二次线电压U_ca在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_ca≤U₄

④低压侧电压互感器TV二次线电压U_ab与U_bc的差值小于等于整定值U₅：|U_ab-U_bc|≤U₅

当上述判据全部满足，判定A相线路发生断线故障；

(2)B相断线识别方法：

①低压侧电压互感器TV二次线电压U_ab在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_ab≤U₄

②低压侧电压互感器TV二次线电压U_bc在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_bc≤U₂

③低压侧电压互感器TV二次线电压U_ca在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ca≤U₂

④低压侧电压互感器TV二次线电压U_bc与U_ca的差值小于等于整定值U₅：|U_bc-U_ca|≤U₅

当上述判据全部满足，判定B相线路发生断线故障；

(3)C相断线识别方法：

①低压侧电压互感器TV二次线电压U_ab在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ab≤U₂

②低压侧电压互感器TV二次线电压U_bc在整定值U₃、U₄之间：U₃≤U_bc≤U₄

③低压侧电压互感器TV二次线电压U_ca在整定值U₁、U₂之间：U₁≤U_ca≤U₂

④低压侧电压互感器TV二次线电压U_ca与U_ab的差值小于等于整定值U₅：|U_ca-U_ab|≤U₅

当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障；

以上判别式中，整定值U₁、U₂、U₃、U₄均根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定；U₅按照110kV主变低压侧电压互感器TV二次额定线电压值E_ab的0.1倍来整定；

当识别出某一相的断线故障后，继续执行后续步骤4；当三相线路均未被判定发生断线故障时，不执行后续步骤4；

步骤4：断线告警与故障切除

根据步骤3中的断线故障相判定结果，同时延时t₁后发出故障相的断线告警信号、延时t₂后跳相应断路器切除故障线路并接入备用电源恢复供电。

2.如权利要求1所述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于，步骤1判断线路是否发生短路故障的方法为：采集110kV线路电流互感器TA的二次侧a相电流I_a、二次侧b相电流I_b、二次侧c相电流I_c，判断如下条件是否满足：

(1)二次侧a相电流I_a大于等于整定值：I_a≥K_rel.iI_l.max

(2)二次侧b相电流I_b大于等于整定值：I_b≥K_rel.iI_l.max

(3)二次侧c相电流I_c大于等于整定值：I_c≥K_rel.iI_l.max

式中，K_rel.i为电流可靠系数；I_l.max为系统正常运行的最大负荷电流，由实际线路测量得到；满足上述任一条件则判定线路发生短路故障，由线路的短路保护来识别并切除故障；同时不满足以上三个条件时，判定线路未发生短路故障。

3.如权利要求2所述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于，电流可靠系数K_rel.i取值为1.3～1.5。

4.如权利要求1所述的基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于，可靠系数K_rel.u取值为1.1～1.2。

5.如权利要求1所述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于：

步骤2的启动判断条件中的U_2min根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定为：

E_a为110kV主变低压侧电压互感器TV二次额定相电压值。

6.如权利要求1所述的基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于，步骤2中U_unb取4～6V。

7.如权利要求1所述基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于：步骤3的整定值U₁、U₂根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定为：

步骤3的整定值U₃与U₄根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定为：

以上公式中，E_ab为110kV主变低压侧电压互感器TV二次额定线电压值。

8.如权利要求1所述的基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于，电压整定值U₅取10V。

9.如权利要求1所述的基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法，其特征在于，t₁时间整定为0.1～0.3s，t₂时间整定为躲过开关合闸时三相不同期时间，为0.2～0.5s。

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