CN113625190A - 110kV线路断线故障自适应识别及保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，包括步骤1：测量变压器高压侧各相电流，判断线路是否为短路故障；步骤2：测量变压器低压侧负序电压，判断是否满足启动条件；步骤3：测量变压器低压侧各相电压，识别故障相；步骤4：根据故障相判别结果，发出告警、跳闸信号并接入备用电源。本发明先进行短路识别，再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故障识别的可靠性与准确性。此外，本发明充分考虑了110kV系统零序、正序阻抗的影响，兼容不同的系统阻抗环境，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电压整定值，更具有应用价值。

Description

110kV线路断线故障自适应识别及保护方法
技术领域
本发明涉及一种110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，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检测电流的变化量，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110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，在110kV输电线路发生单相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110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，该方法包含下列步骤：
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的二次侧a相负序电压Ua2、二次侧b相负序电压Ub2、二次侧c相负序电压Uc2，判断如下条件是否满足：
(1)二次侧a相负序电压Ua2大于等于整定值：Ua2≥Krel.u(U2min+Uunb)
(2)二次侧b相负序电压Ub2大于等于整定值：Ub2≥Krel.u(U2min+Uunb)
(3)二次侧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，Uunb为系统正常运行时110KV母线的负序不平衡电压；
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)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
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路的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；
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路的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
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路的C相线路发生断线故障，A相为故障相滞后相；
以上判别式中，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；
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，延时t1后发出故障相的断线告警信号，并同时延时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。
本发明的目的通过以下技术措施进一步实现：
前述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中：
步骤2的U2min根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定方法为：
Figure BDA0003192091690000031
式中，t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，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。
前述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中：
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自适应整定方法为：
Figure BDA0003192091690000032
式中，t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，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。
前述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中：
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110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中，电压整定值U3取51.96V，电压整定值U4取63.51V。
前述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中，可靠系数Krel.u取值为1.1～1.2。
前述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中，110KV母线的负序不平衡电压Uunb取4～6V。
前述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中，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。
前述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中，步骤1判断线路是否发生短路故障的方法为：采集110kV线路上电流互感器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110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其中，电流可靠系数Krel.i取值为1.3～1.5。与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.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，本发明首先进行排除短路故障的判断，以有效提高断线识别的可靠性。
2.本发明进行短路识别判据是作为辅助判据，依靠电压量设计的断线保护启动判据和断线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。
3.本发明充分考虑了断线处零序、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，能够根据断线处零序阻抗与正序阻抗的比值自适应地调整电压整定值。本发明在进行断线保护方法的整定值计算时，给出适合不同系统阻抗的电压整定值，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。
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电压向量图；
图4是函数Ua/Ea＝f(Z0/Z1)图像；
图5是110kV线路断线故障自适应识别及保护的逻辑原理图；
图6是110kV线路断线故障自适应识别及保护方法的流程图；
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。用对称分量法分析得到高压侧A相各序电流分量为：
Figure BDA0003192091690000051
式中，Z1、Z2、Z0分别为系统的正序、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：
Figure BDA0003192091690000061
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 BDA0003192091690000062
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断线处等值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：
Figure BDA0003192091690000063
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Ea、Eb、Ec，则低压侧各相负序电压幅值为：
Figure BDA0003192091690000064
令t＝Z0/Z1，化简上式可得低压侧各相负序电压幅值为：
Figure BDA0003192091690000065
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)低压侧电压
低压侧a相正序、负序电压幅值分别为：
Figure BDA0003192091690000071
令t＝Z0/Z1，化简上式可得：
Figure BDA0003192091690000072
由Ua1与Ua2的夹角为120°，可求得：
Figure BDA0003192091690000073
同理可求得Ub、Uc，则低压侧各相电压幅值为：
Figure BDA0003192091690000074
低压侧相电压电压向量图如图3所示。
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。从图3的向量图以及公式(10)可以发现，发生断线故障后，对于主变低压侧相电压而言，故障相滞后相的电压保持不变，而故障相与故障相超前相的电压都与断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t有关，其变化关系图如图4所示。
从图4的变化关系可以发现，故障相与故障相超前相的电压都随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。
总结归纳上述故障分析得到的数据，制定出110kV线路断线故障自适应识别及保护逻辑原理如图5所示。根据110kV线路断线故障自适应识别及保护逻辑原理，实施本发明110kV线路断线故障自适应识别及保护方法的流程如图6所示。
2.110kV线路断线故障自适应识别及保护方法实施例
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。下面以110kV单母线分段电气主接线为例，具体阐述110kV线路断线故障自适应识别及保护过程：
步骤1：判断线路是否为短路故障
(1)110kV线路进线1#短路故障判断方法
采集110kV母线1#上电流互感器TA1的二次侧A相电流IA、B相电流IB、C相电流IC，判断如下条件是否满足：
1)A相电流大于等于整定值：IA≥Krel.iIl.max
2)B相电流大于等于整定值：IB≥Krel.iIl.max
3)C相电流大于等于整定值：IC≥Krel.iIl.max
式中，Krel.i为电流可靠系数,取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母线2#上电流互感器TA2的二次侧A相电流IA、B相电流IB、C相电流IC，判断如下条件是否满足：
1)A相电流大于等于整定值：IA≥Krel.iIl.max
2)B相电流大于等于整定值：IB≥Krel.iIl.max
3)C相电流大于等于整定值：IC≥Krel.iIl.max
式中，Krel.i为电流可靠系数，取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110kV线路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相负序电压大于等于整定值：Ua2≥Krel.u(U2min+Uunb)
2)b相负序电压大于等于整定值：Ub2≥Krel.u(U2min+Uunb)
3)c相负序电压大于等于整定值：Uc2≥Krel.u(U2min+Uunb)
式中，Krel.u为可靠系数，取1.1～1.2；U2min由自适应整定方法确定，
Figure BDA0003192091690000091
t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，Ea为110kV主变低压侧电压互感器测得的电源电动势的二次值；Uunb为系统正常运行时负序电压滤过器测得的110KV母线的负序不平衡电压，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
计算110kV母线2#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相负序电压大于等于整定值：Ua2≥Krel.u(U2min+Uunb)
2)b相负序电压大于等于整定值：Ub2≥Krel.u(U2min+Uunb)
3)c相负序电压大于等于整定值：Uc2≥Krel.u(U2min+Uunb)
式中，Krel.u为可靠系数，取1.1～1.2；U2min由自适应整定方法确定，
Figure BDA0003192091690000092
Uunb系统正常运行时负序电压滤过器测得的110KV母线的负序不平衡电压，取4～6V；
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
(1)110kV线路进线1#故障相识别方法
采集110kV母线1#主变低压侧电压互感器TV1的二次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)A相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧电压互感器TV二次b相电压在整定值U3、U4之间：U3≤Ub≤U4
③低压侧电压互感器TV二次c相电压在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路进线1#的A相线路发生断线故障；
2)B相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压在整定值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相电压在整定值U3、U4之间：U3≤Uc≤U4
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路进线1#的B相线路发生断线故障；
3)C相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压在整定值U3、U4之间：U3≤Ua≤U4
②低压侧电压互感器TV二次b相电压在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧电压互感器TV二次c相电压在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路进线1#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；
(2)110kV线路进线2#故障相识别方法
采集110kV母线2#主变低压侧电压互感器TV2的二次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)A相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压在整定值U1、U2之间：U1≤Ua≤U2
②低压侧电压互感器TV二次b相电压在整定值U3、U4之间：U3≤Ub≤U4
③低压侧电压互感器TV二次c相电压在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路进线2#的A相线路发生断线故障；
2)B相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压在整定值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相电压在整定值U3、U4之间：U3≤Uc≤U4
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路进线2#的B相线路发生断线故障；
3)C相断线识别方法：
①低压侧电压互感器TV二次a相电压在整定值U3、U4之间：U3≤Ua≤U4
②低压侧电压互感器TV二次b相电压在整定值U1、U2之间：U1≤Ub≤U2
③低压侧电压互感器TV二次c相电压在整定值U1、U2之间：U1≤Uc≤U2
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路进线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U1与U2由自适应整定方法确定：
Figure BDA0003192091690000111
式中，t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，Ea为110kV主变低压侧电压互感器测得的电源电动势的二次值。
U3按照电源电动势电压互感器TV二次侧测量值Ea的0.9倍来整定，U4按照Ea的1.1倍来整定，在本实施例所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 BDA0003192091690000121
则计算得到U3＝51.96V，U4＝63.51V。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。
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110kV线路断线故障自适应识别及保护方法中，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。
3.110kV线路断线故障自适应识别及保护的继电保护电路实施例
按照本发明提出的110kV线路断线故障自适应识别及保护的逻辑，以继电线路实施其功能，以A相断线为例，110kV线路断线障自适应识别及保护的继电保护线路原理图如图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实现本发明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实现判别负序电压以启动断线保护启动的功能，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，断线保护正式启动；
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实现断线故障相识别功能，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实现断线告警功能，当断线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实现断线故障切除功能，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110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，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
本发明方案能够应用于下列情况：(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)变压器低压侧为三角形接法，电压等级为35kV、10kV或其他；(3)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 (10)

1.一种110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：
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的二次侧a相负序电压Ua2、二次侧b相负序电压Ub2、二次侧c相负序电压Uc2，判断如下条件是否满足：
(1)二次侧a相负序电压Ua2大于等于整定值：Ua2≥Krel.u(U2min+Uunb)
(2)二次侧b相负序电压Ub2大于等于整定值：Ub2≥Krel.u(U2min+Uunb)
(3)二次侧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，Uunb为系统正常运行时110KV母线的负序不平衡电压；
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)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
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路的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；
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路的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
当上述条件全部满足，则判定110kV输电线路的C相线路发生断线故障，A相为故障相滞后相；
以上判别式中，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；
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，延时t1后发出故障相的断线告警信号，并同时延时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110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其特征在于：
步骤2的U2min根据断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值t自适应整定方法为：
Figure FDA0003192091680000021
式中，t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，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。
3.如权利要求1所述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，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自适应整定方法为：
Figure FDA0003192091680000031
式中，t为断线处等值零序阻抗与正序阻抗的比值，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。
4.如权利要求1所述110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，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。
5.如权利要求4所述的110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其特征在于，电压整定值U3取51.96V，电压整定值U4取63.51V。
6.如权利要求1所述的110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其特征在于，可靠系数Krel.u取值为1.1～1.2。
7.如权利要求1所述的110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其特征在于，110KV母线的负序不平衡电压Uunb取4～6V。
8.如权利要求1所述的110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，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。
9.如权利要求1所述的110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，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线路上电流互感器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。
10.如权利要求9所述的110kV线路断线故障自适应识别及保护方法，其特征在于，电流可靠系数Krel.i取值为1.3～1.5。
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