CN113625189A - 测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法 - Google Patents

测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，在110kV变电站测量变压器低压侧的负序电压与相电压，首先判断是否为短路故障，接着根据负序电压来启动断线保护，最后利用相电压来识别断线相及故障类型，并进行断线告警与故障切除。本发明不仅能快速、准确地识别断线相，还能判断故障类型，更方便检修人员维修线路。同时，本发明依靠电压量设计启动判据和故障选相判据，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。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。

Description

测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法
技术领域
本发明涉及一种测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，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。同时，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。此外，目前针对断线故障的研究缺少对断线故障处伴有负荷侧接地情形的判别，不能区分不同类型的断线故障。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，提供一种测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，在110kV输电线路发生断线故障时可以快速准确地进行断线故障类型和故障相的判断和保护。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，包括以下步骤：
步骤1：判断线路是否为短路故障,如果判定线路发生短路故障，不执行后续步骤2-4；如果判定线路未发生短路故障，继续执行后续的步骤2；
步骤2：判断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Ua2、b相负序电压Ub2、c相负序电压Uc2，判断如下条件是否满足：
(1)a相负序电压Ua2大于等于整定值：Ua2≥Krel.u(U2min+Uunb)
(2)b相负序电压Ub2大于等于整定值：Ub2≥Krel.u(U2min+Uunb)
(3)c相负序电压Uc2大于等于整定值：Uc2≥Krel.u(U2min+Uunb)
式中，Krel.u为可靠系数，U2min按主变低压侧电压互感器TV二次负序电压的最小值整定，即1/3Ea；Uunb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：识别断线故障相与故障类型
本110KV线路负荷侧主变中性点为不接地运行，断线故障类型分为断线情况1、断线情况2，断线情况1为断线故障处不伴随线路接地，断线情况2为断线故障处伴有负荷侧线路接地，采集110kV主变低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua、b相电压Ub、c相电压Uc，判断如下条件是否满足：
1)断线情况1的断线故障相与故障类型判别方法：
(1)A相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub较故障前保持不变；
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述判据全部满足，判定A相线路发生断线故障，B相为故障相滞后相；
(2)B相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc较故障前保持不变；
当上述判据全部满足，判定B相线路发生断线故障，C相为故障相滞后相；
(3)C相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua较故障前保持不变；
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障，A相为故障相滞后相；
2)断线情况2的断线故障相与故障类型判别方法：
(1)A相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua在整定值U5、U6之间：U5≤Ua≤U6
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub较故障前保持不变；
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc在整定值U5、U6之间：U5≤Uc≤U6
当上述判据全部满足，判定A相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障，B相为故障相滞后相；
(2)B相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua在整定值U5、U6之间：U5≤Ua≤U6
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub在整定值U5、U6之间：U5≤Ub≤U6
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc较故障前保持不变；
当上述判据全部满足，判定B相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障，C相为故障相滞后相；
(3)C相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua较故障前保持不变；
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub在整定值U5、U6之间：U5≤Ub≤U6
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc在整定值U5、U6之间：U5≤Uc≤U6
当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障，A相为故障相滞后相；
Ea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，U1按照Ea/2的0.95倍来整定，U2按照Ea/2的1.05倍来整定；U5按照
Figure BDA0003192092290000031
的0.95倍来整定，U6按照
Figure BDA0003192092290000032
的1.05倍来整定；
当识别出某一相发生断线情况1或断线情况2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情况1和断线情况2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中的断线故障相及故障类型判定结果，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。
前述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，步骤1判断线路是否为短路故障的方法为：采集110kV线路电流互感器TA的二次侧a相电流Ia、二次侧b相电流Ib、二次侧c相电流Ic，判断如下条件是否满足：
(1)二次侧a相电流Ia大于等于整定值：Ia≥Krel.iIl.max
(2)二次侧b相电流Ib大于等于整定值：Ib≥Krel.iIl.max
(3)二次侧c相电流Ic大于等于整定值：Ic≥Krel.iIl.max
式中，Krel.i为电流可靠系数；Il.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。
前述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，所述电流可靠系数Krel.i取值为1.3～1.5。
前述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，步骤2中可靠系数Krel.u取值为1.1～1.2。
前述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，步骤2中电压整定值U2min取19.25V，负序不平衡电压Uunb取4～6V。
前述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，步骤3中判别故障相滞后相的二次相电压较故障前是否保持不变的方法为：二次相电压处于整定值U3与U4之间则判别为较故障前保持不变，整定值U3＝0.9Ea，整定值U4＝1.1Ea。
前述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，整定值U3取54.84V，整定值U4取60.62V。
前述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，整定值U1取27.42V，整定值U2取30.31V，整定值U5取31.67V，整定值U6取35.00V。
前述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，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。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明充分考虑了110kV线路发生不同类型的断线故障的故障特征，能够较好地区分不伴随负荷侧接地的断线故障与伴随负荷侧接地的断线故障，更方便检修人员维修线路。
2.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。
3.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。
4.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线路发生断线情况1时的系统结构图；
图2是110kV线路发生断线情况1时主变低压侧电压向量图；
图3是110kV线路发生断线情况2时的系统结构图；
图4是110kV线路发生断线情况2时主变低压侧电压向量图；
图5是测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法的逻辑原理图；
图6是测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法的流程图；
图7是110kV变电站单母线分段一次主接线图；
图8是断线保护装置原理图。
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：
1.1断线情况1
110kV发生断线情况1时的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不接地运行。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、低压侧相电压的变化规律：
(1)高压侧电流
设上级变电站110kV侧电源电势分别为EA、EB、EC。当110kV线路某处断线，以A相断线为例，因变压器中性点不接地，无零序电流流过，所以IA0＝0，由对称分量法计算得到：
Figure BDA0003192092290000051
其中，Z1为系统的正序等值电抗。
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：
Figure BDA0003192092290000052
其中，I负荷为系统正常运行时的负荷电流幅值，其大小等于EA/Z1。
在发生断线情况1的断线故障后，故障相的电流会降为0，同时非故障相的电流降为负荷电流的
Figure BDA0003192092290000053
倍。
(2)低压侧负序电压
高压侧A相正、负序电压分别为：
Figure BDA0003192092290000061
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Y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°，且星形侧零序电压无法传递到三角形侧。记传递到三角形侧的电源电势为Ea、Eb、Ec，则低压侧各相负序电压幅值为：
Ua2＝Ub2＝Uc2＝Ea/2 (4)
在发生断线情况1的断线故障后，系统全相出现负序电压分量，其幅值均为电源电势的1/2。
(3)低压侧相电压
低压侧各相电压幅值为：
Figure BDA0003192092290000062
设电源电压正序相序为A-B-C，则A为故障相时，B相为故障相滞后相，C相为故障相超前相。在发生断线情况1的断线故障后，故障相与故障相超前相的低压侧相电压幅值均减为故障前的一半，而故障相滞后相的低压侧相电压幅值不变。三角形侧电压向量图如图2所示。
1.2断线情况2
110kV发生断线情况2时的断线故障示意图如图3所示，断线故障处伴有负荷侧线路接地，同时负荷侧主变中性点为不接地运行。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、低压侧相电压的变化规律：
(1)高压侧电流
设上级变电站110kV侧电源电势分别为EA、EB、EC。当110kV线路某处断线且负荷侧断线处接地，以A相断线为例，因变压器中性点不接地，无零序电流流过，所以IA0＝0，由对称分量法计算得到：
Figure BDA0003192092290000063
其中，Z1为系统的正序等值电抗。
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：
Figure BDA0003192092290000071
在发生断线情况2的断线故障后，故障相的电流会降为负荷电流的1/3，同时非故障相的电流降为负荷电流的
Figure BDA0003192092290000072
倍。
(2)低压侧负序电压
高压侧A相正、负序电压分别为：
Figure BDA0003192092290000073
对Yd11接线的变压器，假设变压器变比为1：1(理想变压器)，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°，且星形侧零序电压无法传递到三角形侧。记传递到三角形侧的电源电势为Ea、Eb、Ec，则低压侧各相负序电压幅值为：
Ua2＝Ub2＝Uc2＝Ea/3 (9)
在发生断线情况2的断线故障后，系统全相出现负序电压分量，其幅值均为电源电势的1/3。
(3)低压侧相电压
低压侧各相电压幅值为：
Figure BDA0003192092290000074
设电源电压正序相序为A-B-C，则A为故障相时，B相为故障相滞后相，C相为故障相超前相。在发生断线情况2的断线故障后，故障相与故障相超前相的低压侧相电压幅值均减为故障前的
Figure BDA0003192092290000075
倍，而故障相滞后相的低压侧相电压幅值不变。三角形侧电压向量图如图4所示。
总结归纳上述故障分析得到的数据，制定出测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法逻辑原理如图5所示。根据保护逻辑原理，实施本发明的流程如图6所示。
2.测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法
图7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。
图6为测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法流程图，下面以110kV单母线分段电气主接线为例，具体阐述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法：
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Ia、二次侧b相电流Ib、二次侧c相电流Ic，判断如下条件是否满足：
1)二次侧a相电流Ia大于等于整定值：Ia≥Krel.iIl.max
2)二次侧b相电流Ib大于等于整定值：Ib≥Krel.iIl.max
3)二次侧c相电流Ic大于等于整定值：Ic≥Krel.iIl.max
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，不执行后续步骤2-4；同时不满足以上三个条件时，判定线路未发生短路故障，继续执行后续的步骤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TA2的二次侧a相电流Ia、二次侧b相电流Ib、二次侧c相电流Ic，判断如下条件是否满足：
1)二次侧a相电流Ia大于等于整定值：Ia≥Krel.iIl.max
2)二次侧b相电流Ib大于等于整定值：Ib≥Krel.iIl.max
3)二次侧c相电流Ic大于等于整定值：Ic≥Krel.iIl.max
上式中，Krel.i为电流可靠系数，Krel.i取值为1.3～1.5；Il.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，不执行后续步骤2-4；同时不满足以上三个条件时，判定线路未发生短路故障，继续执行后续的步骤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主变低压侧电压互感器TV1的二次a相负序电压Ua2、b相负序电压Ub2、c相负序电压Uc2，判断如下条件是否满足：
1)a相负序电压Ua2大于等于整定值：Ua2≥Krel.u(U2min+Uunb)
2)b相负序电压Ub2大于等于整定值：Ub2≥Krel.u(U2min+Uunb)
3)c相负序电压Uc2大于等于整定值：Uc2≥Krel.u(U2min+Uunb)
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；
(2)110kV线路进线1#启动判断方法
计算110kV主变低压侧电压互感器TV2的二次a相负序电压Ua2、b相负序电压Ub2、c相负序电压Uc2，判断如下条件是否满足：
1)a相负序电压Ua2大于等于整定值：Ua2≥Krel.u(U2min+Uunb)
2)b相负序电压Ub2大于等于整定值：Ub2≥Krel.u(U2min+Uunb)
3)c相负序电压Uc2大于等于整定值：Uc2≥Krel.u(U2min+Uunb)
上式中，Krel.u为可靠系数，Krel.u取值为1.1～1.2；Uunb为系统正常运行时负序电压滤过器检测得到的负荷端变电站110kV母线呈现负序特性的不平衡电压，Uunb取4～6V；
Ea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，电源电动势电压互感器TV二次侧测量值U2min按断线情况1、断线情况2这两种断线类型中低压侧电压互感器TV二次负序电压的最小值整定；断线情况1低压侧电压互感器TV二次负序电压的最小值理论值为Ea/2，断线情况2低压侧电压互感器TV二次负序电压的最小值理论值为Ea/3，因此U2min按照U1按照Ea/3来整定，U2min取19.25V。
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：识别断线故障相与故障类型
(1)110kV线路进线1#故障相及故障类型识别方法
采集110kV主变低压侧电压互感器TV1二次a相电压Ua、b相电压Ub、c相电压Uc，判断如下条件是否满足：
断线情况1：
1)A相断线识别方法：
①低压侧TV1二次a相电压Ua在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U3、U4之间：U3≤Ub≤U4
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
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TV1二次a相电压Ua在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U3、U4之间：U3≤Uc≤U4
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TV1二次a相电压Ua在整定值U3、U4之间：U3≤Ua≤U4
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障；
断线情况2：
1)A相断线识别方法：
①低压侧TV1二次a相电压Ua在整定值U5、U6之间：U5≤Ua≤U6
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U3、U4之间：U3≤Ub≤U4
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U5、U6之间：U5≤Uc≤U6
当上述判据全部满足，判定A相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障；
2)B相断线识别方法：
①低压侧TV1二次a相电压Ua在整定值U5、U6之间：U5≤Ua≤U6
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U5、U6之间：U5≤Ub≤U6
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U3、U4之间：U3≤Uc≤U4
当上述判据全部满足，判定B相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障；
3)C相断线识别方法：
①低压侧TV1二次a相电压Ua在整定值U3、U4之间：U3≤Ua≤U4
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U5、U6之间：U5≤Ub≤U6
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U5、U6之间：U5≤Uc≤U6
当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障；
(2)110kV线路进线2#故障相及故障类型识别方法
采集110kV主变低压侧电压互感器TV2二次a相电压Ua、b相电压Ub、c相电压Uc，判断如下条件是否满足：
断线情况1：
1)A相断线识别方法：
①低压侧TV1二次a相电压Ua在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U3、U4之间：U3≤Ub≤U4
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
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TV1二次a相电压Ua在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U3、U4之间：U3≤Uc≤U4
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TV1二次a相电压Ua在整定值U3、U4之间：U3≤Ua≤U4
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障；
断线情况2：
1)A相断线识别方法：
①低压侧TV1二次a相电压Ua在整定值U5、U6之间：U5≤Ua≤U6
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U3、U4之间：U3≤Ub≤U4
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U5、U6之间：U5≤Uc≤U6
当上述判据全部满足，判定A相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障；
2)B相断线识别方法：
①低压侧TV1二次a相电压Ua在整定值U5、U6之间：U5≤Ua≤U6
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U5、U6之间：U5≤Ub≤U6
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U3、U4之间：U3≤Uc≤U4
当上述判据全部满足，判定B相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障；
3)C相断线识别方法：
①低压侧TV1二次a相电压Ua在整定值U3、U4之间：U3≤Ua≤U4
②低压侧TV1二次b相电压Ub在整定值U5、U6之间：U5≤Ub≤U6
③低压侧TV1二次c相电压Uc在整定值U5、U6之间：U5≤Uc≤U6
当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障；
当识别出某一相发生断线情况1或断线情况2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情况1和断线情况2断线故障时，不执行后续步骤4；
以上判别式中，U3按照电源电动势电压互感器TV二次侧测量值Ea的0.95倍来整定，U4按照Ea的1.05倍来整定，在本实施例一般适用的电力线路中，110kV主变低压侧电压互感器TV测得的电源电动势的二次值
Figure BDA0003192092290000121
则计算得到U3取54.84V，U4取60.62V。当二次相电压处于整定值U3与U4之间则判别为较故障前保持不变，该相为故障相滞后相。
同理，U1按照Ea/2的0.95倍来整定，U1取27.42V；U2按照Ea/2的1.05倍来整定，U2取30.31V；U5按照
Figure BDA0003192092290000123
的0.95倍来整定，U5取31.67V；U6按照
Figure BDA0003192092290000122
的1.05倍来整定，U6取35.00V。
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中的断线故障相及故障类型判定结果，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)进线2#断线告警与故障切除方式
根据步骤3中的断线故障相及故障类型判定结果，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。
用于短路闭锁的电流可靠系数Krel.i取值为1.3～1.5，判定负序电压启动的可靠系数Krel.u取值为1.1～1.2。
电压整定值U2min取19.25V，不平衡电压Uunb取4～6V。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。上述的测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法中，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.测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法的保护原理接线图
以故障情形1的A相断线为例，测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法的原理接线图如图8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
结合上述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，依旧以图7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：不接地运行；故障处不伴随线路接地，或故障处伴有负荷侧线路接地；(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)

1.一种测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：判断线路是否为短路故障,如果判定线路发生短路故障，不执行后续步骤2-4；如果判定线路未发生短路故障，继续执行后续的步骤2；
步骤2：判断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Ua2、b相负序电压Ub2、c相负序电压Uc2，判断如下条件是否满足：
(1)a相负序电压Ua2大于等于整定值：Ua2≥Krel.u(U2min+Uunb)
(2)b相负序电压Ub2大于等于整定值：Ub2≥Krel.u(U2min+Uunb)
(3)c相负序电压Uc2大于等于整定值：Uc2≥Krel.u(U2min+Uunb)
式中，Krel.u为可靠系数，U2min按主变低压侧电压互感器TV二次负序电压的最小值整定，即1/3Ea；Uunb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：识别断线故障相与故障类型
本110KV线路负荷侧主变中性点为不接地运行，断线故障类型分为断线情况1、断线情况2，断线情况1为断线故障处不伴随线路接地，断线情况2为断线故障处伴有负荷侧线路接地，采集110kV主变低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua、b相电压Ub、c相电压Uc，判断如下条件是否满足：
1)断线情况1的断线故障相与故障类型判别方法：
(1)A相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub较故障前保持不变；
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述判据全部满足，判定A相线路发生断线故障，B相为故障相滞后相；
(2)B相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc较故障前保持不变；
当上述判据全部满足，判定B相线路发生断线故障，C相为故障相滞后相；
(3)C相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua较故障前保持不变；
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障，A相为故障相滞后相；
2)断线情况2的断线故障相与故障类型判别方法：
(1)A相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua在整定值U5、U6之间：U5≤Ua≤U6
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub较故障前保持不变；
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc在整定值U5、U6之间：U5≤Uc≤U6
当上述判据全部满足，判定A相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障，B相为故障相滞后相；
(2)B相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua在整定值U5、U6之间：U5≤Ua≤U6
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub在整定值U5、U6之间：U5≤Ub≤U6
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc较故障前保持不变；
当上述判据全部满足，判定B相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障，C相为故障相滞后相；
(3)C相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压Ua较故障前保持不变；
②低压侧电压互感器TV二次b相电压Ub在整定值U5、U6之间：U5≤Ub≤U6
③低压侧电压互感器TV二次c相电压Uc在整定值U5、U6之间：U5≤Uc≤U6
当上述判据全部满足，判定C相线路发生断线故障并伴有负荷侧线路接地故障，A相为故障相滞后相；
Ea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,U1按照Ea/2的0.95倍来整定，U2按照Ea/2的1.05倍来整定；U5按照
Figure FDA0003192092280000021
的0.95倍来整定，U6按照
Figure FDA0003192092280000022
的1.05倍来整定；
当识别出某一相发生断线情况1或断线情况2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情况1和断线情况2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中的断线故障相及故障类型判定结果，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所述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，步骤1判断线路是否为短路故障的方法为：采集110kV线路电流互感器TA的二次侧a相电流Ia、二次侧b相电流Ib、二次侧c相电流Ic，判断如下条件是否满足：
(1)二次侧a相电流Ia大于等于整定值：Ia≥Krel.iIl.max
(2)二次侧b相电流Ib大于等于整定值：Ib≥Krel.iIl.max
(3)二次侧c相电流Ic大于等于整定值：Ic≥Krel.iIl.max
式中，Krel.i为电流可靠系数；Il.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所述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，所述电流可靠系数Krel.i取值为1.3～1.5。
4.如权利要求1所述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，步骤2中可靠系数Krel.u取值为1.1～1.2。
5.如权利要求1所述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，步骤2中电压整定值U2min取19.25V，负序不平衡电压Uunb取4～6V。
6.如权利要求1所述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，步骤3中判别故障相滞后相的二次相电压较故障前是否保持不变的方法为：二次相电压处于整定值U3与U4之间则判别为较故障前保持不变，整定值U3＝0.9Ea，整定值U4＝1.1Ea。
7.如权利要求6所述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，整定值U3取54.84V，整定值U4取60.62V。
8.如权利要求1所述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，整定值U1取27.42V，整定值U2取30.31V，整定值U5取31.67V，整定值U6取35.00V。
9.如权利要求1所述测量变压器低压侧相电压的110kV线路断线保护方法，其特征在于，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。
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