一种输配电线路断线保护方法及系统与流程

本发明涉及线路维护技术，具体涉及一种输配电线路断线保护方法及系统。

背景技术：

输配电线路的作用是输送和分配电能，通常架设于发电厂至地区变电站、地区变电站与地区变电站之间，用于输送电能的线路称为输电线路，输电线路的特点是线路电压高，输送距离远，输送容量大。从电网系统向用户供电的线路及城乡变压所之间的，用于分配电能的线路称为配电线路。无论是输电线路，还是配电线路，在输送和分配电能的过程中，经常会出现各种各样的故障，其中，输配电线路的断线故障是比较难判别的故障之一，并会产生比较大的后果。

现有技术中可以利用不对称分量配置零负序元件来识别输配电线路断线故障，并通过电力系统的差动保护或纵联距离保护的方法启动线路保护；但是，这种方法中的断线识别受电力系统运行方式及电网结构的影响较大，断线识别准确率偏低，进而使线路保护不能很好的实施。

现有技术中还可以利用输配电线路断线后的开路电压产生的电气量特征进行断线识别，并启动相应的线路保护；但是，这种方法在输配电线路空载或轻载时，也会因为难以准确识别断线，而导致无法及时启动相应的线路保护，因为开路电压很小，输配电线路的电气量在断线前后可能基本没有变化。

当线路发生断线后且现有线路主保护不能动作时，将会给电力系统的稳定运行带来极大危害，也给用户带来安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种输配电线路断线保护方法及系统，在输配电线路发生断线故障时，能准确、快速地启动断线保护。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种输配电线路断线保护方法，所述方法包括：

将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号；

将所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置作为收信点接收所述监测信号；

在所述收信点未接收到所述监测信号，且所述输配电线路的主保护未动作时，确定所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线；

在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，启动所述输配电线路的断线保护。

优选地，所述将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号，包括：

将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入频率不同于所述输配电线路自身电能频率的监测信号。

优选地，在所述将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号之后，所述方法还包括：

对所述监测信号进行阻抗匹配，增强所述监测信号的传输功率。

优选地，在所述将所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置作为收信点接收所述监测信号之前，所述方法还包括：

对所述监测信号进行滤波，滤除所述输配电线路的工频量及谐波信号。

优选地，所述启动所述输配电线路的断线保护，包括：

在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，经延时断开所述输配电线路各端的断路器。

本发明实施例还提供了一种输配电线路断线保护系统，所述系统包括发信单元、收信单元和保护单元；其中，

所述发信单元，用于将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号；

所述收信单元，用于接收所述监测信号和确定所述收信点与发信点之间的输配电线路的通断；

所述保护单元，用于在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，启动所述输配电线路的断线保护。

优选地，所述发信单元具体用于：

将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入频率不同于所述输配电线路自身电能频率的监测信号。

优选地，所述发信单元还用于：

在所述将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号之后，对所述监测信号进行阻抗匹配，增强所述监测信号的传输功率。

优选地，所述收信单元还用于：

在所述将所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置作为收信点接收所述监测信号之前，对所述监测信号进行滤波，滤除所述输配电线路的工频量及谐波信号。

优选地，所述保护单元具体用于：

在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，经延时断开所述输配电线路各端的断路器。

本发明实施例提供的输配电线路断线保护方法及系统，将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号；将所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置作为收信点接收所述监测信号；在所述收信点未接收到所述监测信号，且所述输配电线路的主保护未动作时，确定所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线；在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，启动所述输配电线路的断线保护；可见，本发明实施例在输配电线路上注入独立于输配电线路的监测信号，通过是否能接收到所述监测信号及该线路的主保护是否动作来确定线路的断线故障，并由此启动相应的断线保护，既不会受到电力系统运行方式及电网结构的影响，而且适用于各种负载情况，适用范围更广。

附图说明

图1为本发明实施例一输配电线路断线保护方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二输配电线路断线保护系统的组成结构示意图；

图3为本发明实施例三变电站之间输电线路断线保护方法的流程示意图；

图4为本发明实施例三变电站之间输电线路断线保护系统的组成结构示意图。

具体实施方式

为了能够更详尽的了解本发明的特点与技术内容，下面将结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。

实施例一

图1为本发明实施例输配电线路断线保护方法的流程示意图，本发明实施例中，需要保护输配电线路断线的主体可以是输配电线路控保装置，所述方法可以由输配电线路控保装置实现，所述输配电线路控保装置简称控保装置，如图1所示，所述方法包括：

步骤101：将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号；

这里，所述监测信号是独立于所述输配电线路的，因此不会受到电力系统运行方式及电网结构的影响，监测更准确。

所述输配电线路可以有多相线路，本发明实施例中，可以在其中一相线路上注入监测信号，只监测其中一相线路的通断；也可以在各相线路上分别注入不同的监测信号，分别监测各相线路的通断。

所述监测信号可以包括电信号和声波信号；所述电信号是指随着时间而变化的电压或电流，因此在数学描述上可将它表示为时间的函数，并可画出其波形；所述声波信号在固体中的传播速度远超空气中的传播速度，一般地，声波信号在纯铜中的传播速度可达3750米/秒，而声波信号在空气中的传播速度仅为340米/秒，所以可以通过在输配电线路注入声波信号来确定输配电线路的断线情况；

理论上，任何频率的监测信号都可以作为本发明实施例中的监测信号，但为了受到避免输配电线路自身电能的干扰，控保装置一般选择频率不同于所述输配电线路自身电能频率的监测信号，并且所述信号的频率不能与危害电能质量的谐波的频率相同；

优选地，所述电信号的频率可以选择频率300～20000hz的范围，这个频率范围实施简单，传播距离也比较远；所述声波信号可以是超声波信号，优选的频率范围可以为20000hz～60000hz；

实际使用中，一般选择电信号作为监测信号；相对于声波信号，电信号更容易实施，使用更广泛。

进一步地，为了及时识别断线故障，可以向发信点不间断的注入监测信号。

更进一步地，在所述将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号之后，本步骤还包括：

对所述监测信号进行阻抗匹配，增强所述监测信号的传输功率。

本发明实施例中，发信点可以是位于一相线路的端点，即一般是变电站处的线路；

实际使用中，可以在发信点附近的变电站机房安装发信装置，并将发信装置的注入端口通过通讯方式连接到所述发信点；所述控保装置控制所述发信装置。

步骤102：将所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置作为收信点接收所述监测信号；

控保装置可以在所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置，设置一个或一个以上的收信点接收所述监测信号；

具体地，控保装置可以在设置收信点时预设一个距离标准，即所述收信点与所述发信点的距离在预设范围内。

进一步地，在将所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置作为收信点接收所述监测信号之前，所述方法还包括：

对所述监测信号进行滤波，滤除所述输配电线路的工频量及谐波信号；所述输配电线路的工频量是所述输配电线路本身需要输送或配送的电能信号，如果不进行滤除，不仅会干扰监测信号，还会损坏收信装置。

本发明实施例中，收信点同发信点一样，可以是位于一相线路的端点，即一般是变电站处的线路；

实际使用中，可以在收信点附近的变电站机房安装收信装置，并将收信装置的接收端口以通讯方式连接到所述收信点；所述控保装置控制所述收信装置。

步骤103：在所述收信点未接收到所述监测信号，且所述输配电线路的主保护未动作时，确定所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线；

这里，主保护一般是指能对输配电线路上任意一点的故障进行快速反应，并能很快切断线路的控制保护装置；对于高压输电线路来说，主保护可以是线路纵联保护，根据保护的原理，主保护还可以分为纵联方向、纵联距离、纵联差动和电流相位差动保护；主保护一般和控保装置相互通讯，所述控保装置能实时获知主保护的动作情况。

当所述收信点在预设时间内接收到所述监测信号时，控保装置即可确定所述收信点与发信点之间的线路连通；但是，为了更可靠的确定所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线，还需要综合多个条件，具体的：

当所述收信点在预设时间内未接收到所述监测信号时，且所述收信点与所述发信点位于同一相线路、所述收信点与所述发信点之间的距离在预设范围内，控保装置可初步确定所述收信点与发信点之间的线路发生断线；

其中，规定从注入监测信号到接收到监测信号的时间范围，是为了避免其它信号的干扰或特殊断线情况造成的延时，因为监测信号的速度都是很快的，如果监测信号采用电信号，则速度近似于光速；如果监测信号采用声波信号，则速度也是非常快的，远超空气中的声速，如果在短时间不能接收到相应的监测信号，可以视为未接收到监测信号；

规定所述收信点与所述发信点的距离范围，是考虑到无论是电信号还是声波信号，在传播中都有很大的衰减，为了避免误判，需要规定所述收信点与所述发信点的距离范围。

在初步确定所述收信点与发信点之间的线路发生断线的基础上，再确认输配电线路的主保护是否动作；如果所述输配电线路的主保护也未动作时，可以更可靠地确定所述收信点与发信点之间的线路发生断线；

因为主保护的动作需要输配电线路的连通和电气量信号，如果线路轻负荷下断线且不转换为接地故障时，则主保护无法动作。

步骤104：在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，启动所述输配电线路的断线保护。

具体地，在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，控保装置经延时将所述输配电线路各端的断路器断开；

具体地，所述控保装置断开所述断路器是通过保护跳闸出口执行的。

所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线，断线可能会掉落地面或其它地方，而掉落的线上可能还有电压，有很大的安全隐患，因此，控保装置将所述输配电线路各端的断路器断开。

断线保护需要线路各端均配置，且控保装置需要发送联跳信号给除本端以外的其它断线保护，才能实现将各端的断路器断开；所述各端的控保装置相互通讯。

所述控保装置断开所述输配电线路各端的断路器设置延时的目的是可以保证主保护不动作时对断线的可靠判断。

具体地，延时的时间可以设置为0.1s～0.4s。

实施例二

图2为本发明实施例输配电线路断线保护系统的组成结构示意图，如图2所示，所述系统包括发信单元31、收信单元32和保护单元33；其中，

所述发信单元31，用于将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号；

所述收信单元32，用于接收所述监测信号和确定所述收信点与发信点之间的输配电线路的通断；

所述保护单元33，用于在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，启动所述输配电线路的断线保护。

为了说明的更清楚，下面将分别对各个模块作详细说明：

所述发信单元31，用于将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号；

这里，所述监测信号是独立于所述输配电线路的，因此不会受到电力系统运行方式及电网结构的影响，监测更准确；

所述输配电线路可以有多相线路，本发明实施例中，可以在其中一相线路上注入监测信号，只监测其中一相线路的通断，也可以在各相线路上分别注入不同的监测信号，分别监测各相线路的通断。

所述监测信号可以包括电信号和声波信号；所述电信号是指随着时间而变化的电压或电流，因此在数学描述上可将它表示为时间的函数，并可画出其波形；所述声波信号在固体中的传播速度远超声波在空气中的传播速度，一般地，声波信号在纯铜中的传播速度可达3750米/秒，而声波信号在空气中的传播速度仅为340米/秒，所以可以通过在输配电线路注入声波信号来确定输配电线路的断线情况；

理论上，任何频率的监测信号都可以作为本发明实施例中的监测信号，但为了受到避免输配电线路中电能的干扰，所述发信单元31一般选择频率不同于所述输配电线路自身电能频率的监测信号，并且所述信号的频率不能与危害电能质量的谐波的频率相同；

优选地，所述电信号的频率可以选择频率300～20000hz的范围，这个频率范围实施简单，传播距离也比较远；所述声波信号可以是超声波信号，优选的频率范围可以为20000hz～60000hz；

实际使用中，一般选择电信号作为监测信号；相对于声波信号，电信号更容易实施，使用更广泛。

进一步地，为了及时识别断线故障，可以向发信点不间断的注入监测信号。

更进一步地，在所述将输配电线路至少一相线路的至少一处作为发信点注入监测信号之后，所述发信单元31还用于：

对所述监测信号进行阻抗匹配，增强所述监测信号的传输功率。

所述收信单元32，用于接收所述监测信号和确定所述收信点与发信点之间的输配电线路的通断；

所述收信单元32可以在所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置，设置一个或一个以上的收信点接收所述监测信号；

具体地，所述收信单元32可以在设置收信点时预设一个距离标准，即所述收信点与所述发信点的距离在预设范围内。

进一步地，在将所述输配电线路中与所述发信点对应的预设位置作为收信点接收所述监测信号之前，所述收信单元32还用于：

对所述监测信号进行滤波，滤除所述输配电线路的工频量及谐波信号。所述输配电线路的工频量是所述输配电线路本身需要输送或配送的电能信号，不进行滤除，不仅会干扰监测信号，还会损坏收信单元32。

当所述收信点在预设时间内接收到所述监测信号时，所述收信单元32即可确定所述收信点与发信点之间的线路连通；但是，为了更可靠的确定所述收信点与发信点之间的输配电线路是发生断线的，还需要综合多个条件，具体的：

当所述收信点在预设时间内未接收到所述监测信号时，且所述收信点与所述发信点位于同一相线路、所述收信点与所述发信点之间的距离在预设范围内，所述收信单元32可初步确定所述收信点与发信点之间的线路发生断线；

其中，规定从注入监测信号到接收到监测信号的时间范围，是为了避免其它信号的干扰或特殊断线情况造成的延时，因为监测信号的速度都是很快的，如果监测信号采用电信号，则速度近似于光速；如果监测信号采用声波信号，则速度也是非常快的，远超空气中的声速，如果在短时间不能接收到相应的监测信号，可以视为未接收到监测信号；

规定所述收信点与所述发信点的距离范围，是考虑到无论是电信号还是声波信号，在传播中都有很大的衰减，为了避免误判，需要规定所述收信点与所述发信点的距离范围。

在初步确定所述收信点与发信点之间的线路发生断线的基础上，再确认输配电线路的主保护是否动作；如果所述输配电线路的主保护也未动作时，可以更可靠地确定所述收信点与发信点之间的线路发生断线；

因为主保护的动作需要输配电线路的连通和电气量信号，如果线路轻负荷下断线且不转换为接地故障时，则主保护无法动作。

所述保护单元33，用于在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，启动所述输配电线路的断线保护。

具体地，所述保护单元33在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，所述保护单元33经延时将所述输配电线路各端的断路器断开；

具体地，所述保护单元33断开所述断路器是通过保护跳闸出口执行的。

所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线，断线可能会掉落地面或其它地方，而掉落的线上可能还有电压，有很大的安全隐患，因此，所述保护单元33将所述输配电线路各端的断路器断开。

断线保护需要线路各端均配置，且控保装置需要发送联跳信号给除本端以外的其它断线保护，才能实现将各端的断路器断开；所述各端的控保装置相互通讯。

所述控保装置断开所述输配电线路各端的断路器设置延时的目的是可以保证主保护不动作时对断线的可靠判断。

具体地，延时的时间可以设置为0.1s～0.4s。

实施例三

本发明实施例为变电站之间输电线路的断线保护方法，线路为两个变电站之间的输电线路，输电线路自身电能的频率为工频，即国内频率一般为50hz；监测信号为高频电信号，具体地，监测信号的频率在3000～20000hz之间。

图3为本发明实施例三变电站之间输电线路断线保护方法的流程示意图，如图3所示，所述方法包括：

步骤201：在第一变电站注入监测信号；

具体地，监测信号为高频电信号，且所述电信号的频率不能与危害电能质量的谐波的频率相同；

所述监测信号通过收发信机注入所述输电线路，所述收发信机由输电线路控保装置控制；

为了及时识别断线故障，可以向输电线路不间断的注入监测信号；

进一步地，还可以对所述监测信号进行阻抗匹配，增强所述监测信号的传输功率。

步骤202：在第二变电站接收监测信号；

当接收到所述监测信号时，继续执行本步骤；

当未接收到所述监测信号时，且收信点与发信点位于同一相线路时，进入步骤203。

步骤203：确认主保护是否动作；

当输电线路的主保护未动作，确定第一变电站与第二变电站之间的输电线路发生断线，进入步骤204；

当输电线路的主保护动作时，流程结束。

步骤204：启动输电线路的断线保护。

具体地，控保装置断开第一变电站和第二变电站之间的输电线路两端的断路器。

实施例四

本发明实施例为变电站之间输电线路的断线保护系统，线路为两个变电站之间的输电线路，输电线路自身电能的频率为工频，即国内频率一般为50hz；监测信号为高频电信号，具体地，监测信号的频率在3000～20000hz之间。

图4为本发明实施例三变电站之间输电线路断线保护系统的组成结构示意图，如图4所示，所述输电线路断线保护系统包括输电线路51、阻波器52、耦合电容53、结合滤波器54、高频电缆55、收发信机56和断线保护装置57；其中，

所述输电线路51，为两个变电站之间的输电线路，是需要在使用中判别是否断线的线路，同时也用于传输监测信号；

所述阻波器52，用于限制监测信号在所述输电线路51之外的传播，保证信号强度，也避免对其它线路的干扰；所述阻波器可以是lc并联谐振回路，lc并联谐振回路对高频的监测信号会产生很大的阻抗，而对相对低频的输电线路51中的电能只有很小的阻抗，不会影响输电线路51中电能的输送；

所述耦合电容53，用于阻止输电线路51自身的电能进入收发信机，避免收发信机的损坏；所述耦合电容53对相对低频的输电线路51中的电能会产生很大的阻抗，而对高频的监测信号只有很小的阻抗，因此不影响监测信号的传输。

所述结合滤波器54，用于增强监测信号的功率；所述结合滤波器54包括滤波电容和阻抗匹配电容，所述滤波电容配合所述耦合电容53，用于阻止输电线路51中的工频量及谐波信号进入收发信机；所述阻抗匹配电容用于匹配监测信号产生的阻抗，起阻抗匹配作用，增强监测信号的功率；

具体地，所述收发信机56起发信作用时，所述结合滤波器54先滤波、再阻抗匹配；所述收发信机56起收信作用时，所述结合滤波器54先阻抗匹配、再滤波；

进一步地，出于安全考虑，所述结合滤波器54会通过接地刀闸接地。

所述高频电缆55，用于传递高频的监测信号，为现有技术中的部件，不作赘述；

所述收发信机56，用于注入或接收监测信号，并确定变电站之间的输电线路51是否发生断线；

具体地，当近端的收发信机56在预设时间内未接收到远端收发信机56注入的监测信号时，且近端的主保护未动作时，确定所述近端的收发信机56与远端收发信机56之间的输电线路51发生断线；同理，当远端的收发信机56在预设时间内未接收到近端收发信机56注入的监测信号时，且远端的主保护未动作时，确定所述远端的收发信机56与近端收发信机56之间的输电线路51发生断线；

所述收发信机56为高频收发信机，同时具有发信和收信的功能，一般安装在变电站的机房内，通过所述高频电缆55传输高频监测信号；

一般地，所述收发信机56与变电站机房的输电线路控保装置相互通讯。

所述断线保护装置57，用于在所述收信点与发信点之间的输配电线路发生断线后，指令所述输电线路51两端的断路器切断所述输电线路51。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。