CN116780465A - 基于goose的交流架空线缆单相断线故障的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，属于电气化公路交流供电系统保护技术领域，包括以下步骤：在变电所之间搭建冗余的GOOSE网络，接入出线保护测控单元、进线保护测控单元；出线保护测控单元、进线保护测控单元实时采集母线线电压；进线保护测控单元采集的母线线电压位于线电压异常范围内时，向线路对侧的所述出线保护测控单元发送母线电压异常信号；出线保护测控单元进行跳闸逻辑判断。本发明根据架空线缆单相故障断开两端的变电所母线的线电压特征，利用GOOSE冗余网络通信，将对应的特征参数分享给对应保护测控单元，进行逻辑判断，最终确定架空线缆断开的区段，完成故障的快速、准确切除。

Description

基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法

技术领域

本发明属于电气化公路交流供电系统保护技术领域，特别涉及一种基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法。

背景技术

电气化公路正处于逐渐发展的起步阶段，其交流供电系统全部采用架空线路供电。目前现有的保护测控单元不具有直接应对交流架空线缆断线故障的保护配置。

当交流架空线缆发生断线故障时，断开的线缆有可能搭接至大地，形成单相接地故障。对于大部分电气化公路中压交流供电系统采用的中性点不接地系统，发生单相接地故障时单相短路电流较小，单纯依靠检测短路电流大小可能无法快速而准确地判断并切除故障。现有的中性点不接地系统中，发生单相接地故障通常采用采集零序电压方式，在发生单相接地故障时，会发出报警信号。但报警信息仅能提供系统中发生了单相接地故障，而无法明确故障发生的具体位置，更无法做到故障的准确切除。交流架空线缆发生断线故障时，还有一种可能就是断开的线缆垂悬至半空，未形成单相接地故障。尽管架空线缆架设多分布于人烟稀少之处，但电气化公路不具有独立路权，对可能的过往车辆、人员仍有造成危害的重大隐患。

目前，架空线路断线故障判断方法大多以电流或电压的幅值、相位的变化、对比关系来判断线路发生了断线故障，发生断线的区段则通过断线故障判据远程上传，由远程后台进行信息汇总后，进行位置排查，从而判断出故障区段。电气化公路的交流供电系统不同于其它供电系统，具有不稳定负荷率的特性，即该系统存在无牵引负荷、而动照负荷又极小的正常运行工况，在考虑工程实际中测量精度等因素后，与断线后线路中电流为零相差不大，无法按照通常思路下将电流特征变化作为判据。此外，依靠远程通信实现故障判断，不仅通信的可靠性得不到有效保证，且时效性与保护更不是一个数量级，通信遥控遥信传输时间为秒级，而保护的判断时间为几十或者几百毫秒。

为此，针对上述问题亟需一种全新理念的电气化公路交流供电系统的交流架空线缆单相断线故障保护，在发生断线故障时，能够快速启动相关断路器跳闸，完成故障隔离。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，根据架空线缆单相断线故障导致两端变电所母线不同的线电压特征，利用GOOSE冗余网络通信，将对应的特征参数与标准参数进行比对后的结果分享给对应保护测控单元，进行逻辑判断，最终确定架空线缆断开的区段，完成故障的快速、准确切除。

本发明采用的技术方案是：基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，包括以下步骤：

步骤1：在变电所之间搭建冗余的GOOSE网络，所述变电所内的出线保护测控单元、进线保护测控单元均与所述GOOSE网络连接；

步骤2：所述出线保护测控单元、进线保护测控单元实时采集母线线电压；

步骤3：所述进线保护测控单元采集的母线线电压位于线电压异常范围内时，通过冗余的所述GOOSE网络，向线路对侧的所述出线保护测控单元发送母线电压异常信号；

步骤4：接收到所述母线电压异常信号的所述出线保护测控单元进行跳闸逻辑判断：如果其采集的母线线电压正常，则控制其对应的出线开关跳闸，并通过冗余的所述GOOSE网络，向线路对侧的所述进线保护测控单元发出联跳信息，所述进线保护测控单元控制其对应的进线开关跳闸。

进一步的，在步骤3中，线电压异常范围为大于40% U_{标称线电压}且小于60% U_{标称线电压}。

进一步的，在步骤3中，所述母线电压异常信号包括母线电压U_AB异常、母线电压U_BC异常和母线电压U_CA异常。

进一步的，在步骤4中，在所述出线保护测控单元采集的母线线电压正常的情况下，若所述母线电压异常信号为母线电压U_AB异常和母线电压U_CA异常，则判断发生A相断线故障；若所述母线电压异常信号为母线电压U_AB异常和母线电压U_BC异常，则判断发生B相断线故障；若所述母线电压异常信号为母线电压U_BC异常和母线电压U_CA异常，则判断发生C相断线故障。

进一步的，交流架空线缆采用环网线缆链式供电方式，中性点接地系统采用不接地方式、消弧线圈接地或小电阻接地的方式。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1.本发明根据架空线缆单相故障断开两端的变电所母线的线电压特征而设计，采用故障断点前后线电压分别于基准线电压比对的方式，不受线路负荷率的影响，在线路空载、轻载、重载等情况均能正常判断出断线故障，能够有效解决交流架空线缆单相断线故障无法判断的问题。

2.本发明搭建的冗余GOOSE网络为保护开关量快速共享通道，可为断线保护传输信息，无需信息上传至后台或远方，能够在就地准确、快速地判断出断线故障区段，故障判断在几十个毫秒内。本发明的实现与供电长度无关，电源至各变电所母线之间的线路发生单相断线故障，均可实现。

3.本发明的冗余GOOSE网络还可为其它保护，如数字通信电流保护等传输信息，即该信息通道可多保护共享使用。对于采用数字通信电流保护的系统，本发明实施更加简单，无需增加设备投资。

附图说明

图1为电气化公路交流供电系统的单相断线故障点前后线电压相量图；

图2为本发明实施例的流程图；

图3为本发明实施例的GOOSE网络通信示意图；

图4为本发明实施例的交流架空环网供电故障示意图；

图5为本发明实施例的A相断线故障时1所与2所之间的跳闸逻辑示意图；

图6为本发明实施例的A相断线故障时2所与3所之间的跳闸逻辑示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

在电气化公路交流供电系统中，交流架空线缆采用环网线缆链式供电方式，中性点接地系统采用不接地方式、消弧线圈接地或小电阻接地的方式。

无论电源中性点为不接地、消弧线圈接地或小电阻接地，如图1中的（a）-（c），交流架空线缆发生单相断线故障，例如交流架空线缆发生A相断线故障，故障点前、后的断线分别处于悬空、接地不同方式下，如图1中的（d）-（g），故障点前后线电压的相量图均相同，如图1中的（h）-（i）。图1中，地为高电阻率的电气化公路沥青路面。

从图1中不难发现，无论哪种中性点接地方式，在发生单相断线故障时，断开点至电源之间的各变电所母线都保持原有状态，挂接母线上的电压互感器检测到的母线线电压保持原线电压值不变；而故障点之后的各变电所母线，由于单相线缆断开，使得对应电压互感器上检测到的线电压出现异常，在各变电所母线上均接有动力变压器负荷的工况下，无论断线接地或悬空，断线相关的母线线电压值约为原线电压的。

本发明的实施例根据上述架空线缆单相断线故障断开两端的变电所母线不同的线电压特征，提供了一种基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，如图2所示，其包括以下步骤：

步骤1：在变电所之间搭建冗余的GOOSE网络，如图3所示，冗余的GOOSE网络为双网冗余配置，包括GOOSE网络A和GOOSE网络B。所有所述变电所内的出线保护测控单元、进线保护测控单元均分别同时接入所述GOOSE网络A和GOOSE网络B。具体的，本实施例包括四个所述变电所，分别命名为0所、1所、2所和3所。四个所述变电所内设置有进线保护测控单元和出线保护测控单元，具体的：0所内设置有0所进线保护测控单元001、0所出线保护测控单元002，1所内设置有1所进线保护测控单元101、1所出线保护测控单元102，2所内设置有2所进线保护测控单元201、2所出线保护测控单元202，3所内设置有3所进线保护测控单元301。由于3所是供电环网的最后一个所述变电所，没有设置出线母线，故不设置3所出线保护测控单元。所述0所进线保护测控单元001、0所出线保护测控单元002、1所进线保护测控单元101、1所出线保护测控单元102、2所进线保护测控单元201、2所出线保护测控单元202和3所进线保护测控单元301均分别同时接入所述GOOSE网络A和GOOSE网络B。由此，变电所之间的出线保护测控单元、进线保护测控单元能够进行开关量信息的交互共享，且传输时间不超过10ms。

步骤2：所述出线保护测控单元、进线保护测控单元通过电压互感器实时采集母线线电压。

步骤3：所述进线保护测控单元将其采集的母线线电压与线电压异常范围进行比对，若母线线电压位于线电压异常范围内时，启动断线保护，通过所述GOOSE网络，向线路对侧的所述出线保护测控单元发送母线电压异常信号。

根据相量图分析，并考虑供电电压偏差、保护测量设备的准确度及适当的裕度，母线线电压正常建议的设定范围为大于90%U_{标称线电压}，母线线电压异常范围建议设定为大于40%U_{标称线电压}且小于60% U_{标称线电压}。供电电压偏差依据《电能质量供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10％。

所述母线线电压分别为母线电压U_AB、母线电压U_BC和母线电压U_CA。发生A相断线故障时，断点之后的母线电压U_AB和母线电压U_CA会出现异常；发生B相断线故障时，断点之后的母线电压U_AB和母线电压U_BC会出现异常；发生C相断线故障时，断点之后的母线电压U_BC和母线电压U_CA会出现异常。相应的，所述母线电压异常信号包括母线电压U_AB异常、母线电压U_BC异常和母线电压U_CA异常。

以1所与2所之间的A相架空线缆发生断线故障为例，说明单相断线故障对母线电压的影响。如图4所示，断点之后的2所、3所及后续变电所电压互感器检测到的母线电压U_AB和母线电压U_CA均为线电压，而0所、1所及之前变电所电压互感器检测到的母线电压U_AB和母线电压U_CA保持不变，仍为线电压。即所述2所进线保护测控单元201、2所出线保护测控单元202和3所进线保护测控单元301采集的母线电压U_AB和母线电压U_CA会位于线电压异常范围内。

所述2所进线保护测控单元201通过所述GOOSE网络，向线路对侧的所述1所出线保护测控单元102发送母线电压U_AB异常和母线电压U_CA异常的信号。

所述3所进线保护测控单元301通过所述GOOSE网络，向线路对侧的所述2所出线保护测控单元202发送母线电压U_AB异常和母线电压U_CA异常的信号。

步骤4：接收到所述母线电压异常信号的所述出线保护测控单元结合其采集的母线线电压进行跳闸逻辑判断：如果其采集的母线线电压正常，则控制其对应的出线开关跳闸，并通过所述GOOSE网络，向线路对侧的所述进线保护测控单元发出联跳信息，所述进线保护测控单元控制其对应的进线开关跳闸。

本实施例的跳闸逻辑为在GOOSE网络通信正常的前提下，与某一相相关的两个母线电压，本所出线母线的母线电压正常、对侧所进线母线的母线电压异常，则判断本所与对侧所之间出现该相断线，本所出线跳闸、对侧所进线跳闸。由于信息传输通道是GOOSE网络A和GOOSE网络B的双网冗余配置，故实施例中不考虑通信中断的情况。

结合如图4所示的A相断线故障，所述1所出线保护测控单元102接收到2所的母线电压U_AB异常和母线电压U_CA异常的信号。由于2所的母线电压U_BC正常，所述1所出线保护测控单元102未接收2所的母线电压U_BC异常的信号。结合所述1所出线保护测控单元102采集的1所的母线电压U_AB正常、母线电压U_BC正常和母线电压U_CA正常。如图5所示，只有第1个与门逻辑满足条件，符合跳闸逻辑，判断出1所与2所间A相断线。所述1所出线保护测控单元102控制1所的出线开关跳闸，并通过所述GOOSE网络，向2所的所述2所进线保护测控单元201发出联跳信息，所述2所进线保护测控单元201控制2所的进线开关跳闸，完成断线保护。

所述2所出线保护测控单元202接收到3所的母线电压U_AB异常和母线电压U_CA异常的信号。3所的母线电压U_BC正常，故所述2所出线保护测控单元202未接收3所的母线电压U_BC异常的信号。结合所述2所出线保护测控单元202采集的2所的母线电压U_AB异常、母线电压U_BC正常和母线电压U_CA异常。如图6所示，所有与门逻辑均不满足条件，均不符合跳闸逻辑，即2所和3所之间未发生单相断线故障。

0所、1所的母线电压均正常，不启动断线保护。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (5)

1.基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在变电所之间搭建冗余的GOOSE网络，所述变电所内的出线保护测控单元、进线保护测控单元均与所述GOOSE网络连接；

步骤2：所述出线保护测控单元、进线保护测控单元实时采集母线线电压；

步骤3：所述进线保护测控单元采集的母线线电压位于线电压异常范围内时，通过所述GOOSE网络，向线路对侧的所述出线保护测控单元发送母线电压异常信号；

步骤4：接收到所述母线电压异常信号的所述出线保护测控单元进行跳闸逻辑判断：如果其采集的母线线电压正常，则控制其对应的出线开关跳闸，并通过所述GOOSE网络，向线路对侧的所述进线保护测控单元发出联跳信息，所述进线保护测控单元控制其对应的进线开关跳闸。

2.如权利要求1所述的基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，其特征在于，在步骤3中，线电压异常范围为大于40% U_{标称线电压}且小于60% U_{标称线电压}。

3.如权利要求1或2所述的基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，其特征在于，在步骤3中，所述母线电压异常信号包括母线电压U_AB异常、母线电压U_BC异常和母线电压U_CA异常。

4.如权利要求3所述的基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，其特征在于，在步骤4中，在所述出线保护测控单元采集的母线线电压正常的情况下，若所述母线电压异常信号为母线电压U_AB异常和母线电压U_CA异常，则判断发生A相断线故障；若所述母线电压异常信号为母线电压U_AB异常和母线电压U_BC异常，则判断发生B相断线故障；若所述母线电压异常信号为母线电压U_BC异常和母线电压U_CA异常，则判断发生C相断线故障。

5.如权利要求1所述的基于GOOSE的交流架空线缆单相断线故障的保护方法，其特征在于，交流架空线缆采用环网线缆链式供电方式，中性点接地系统采用不接地方式、消弧线圈接地或小电阻接地的方式。