基于故障因子的输电线路差动保护系统及保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统继电保护技术领域，特别是设及到输电线路差动保护技术。
【背景技术】
[0002] 电流差动保护是继电保护中的一种，其原理是利用基尔霍夫电流定理工作。例如 当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流 (折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或=侧）向故障 点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，差动继电器动作。
[0003] 电流差动保护原理简单、工作可靠且具有良好的选择性，作为输电线路的主保护 在电力系统中广泛应用，长期W来其原理研究及应用受到了保护工作者的极大关注。
[0004] 现有技术中，差动保护的动作判据可W分为两类，基于工频正弦稳态分量的差动 判据和基于的暂态分量的差动判据。基于稳态分量的差动判据易受负荷电流的影响，在 区外故障时灵敏度低，在区内高阻接地故障时可能出现保护拒动。例如现有技术1(汤俊、 王晓茹，"反应重负荷下高阻故障的稳态量线路差动保护判据"[J]，《中国电机工程学报》， 2008,28(4) :72-77)提出了一种自适应电流差动保护判据，通过调节制动系数提高了保护 的灵敏度。基于故障分量的保护方案能不受过度电阻和负荷电流的影响，但故障分量只在 故障初期短时开放，不能适应高阻缓慢爬升型故障。现有技术2(柳焕章、周泽昕、周春霞， "输电线路突变量电流差动继电器"[J]，《中国电机工程学报》，2013,33(1) :146-151)在制 动量中引入灵敏系数，实时修正动作特性，W提高区外短路时保护的可靠性和区内故障时 的灵敏度。总体说来，现有技术中的电流差动保护具有负荷电流及故障电流大小对保护存 在影响，而且现有技术中的差动保护易受高阻接地、也容易发生转换性故障等。
【发明内容】
阳0化]有鉴如此，本发明目的在于解决现有技术中的技术问题，提出一种基于故障因子 的输电线路差动保护系统及保护方法，消除负荷电流及故障电流大小对保护的影响，用于 解决传统差动保护易受高阻接地、转换性故障等因素影响的问题。
[0006] 为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
[0007] 一种基于故障因子的输电线路差动保护系统，所述系统包括数据读入模块、故障 稳态分量提取模块、保护计算模块和保护动作模块，所述数据读入模块连接至故障稳态分 量提取模块和保护计算模块，故障稳态分量提取模块连接至保护计算模块，保护计算模块 连接至保护动作模块，其中，
[0008]所述数据读入模块用于采集线路两端的电流、线路阻抗、线路对地电容W及节点 注入电流值，并将线路两端的电流W及节点注入电流发送至故障稳态分量提取模块，将线 路阻抗、线路对地电容W及所形成节点支路关联矩阵并发送至保护计算模块；
[0009] 所述故障稳态分量提取模块用于根据线路两端的电流、节点注入电流W及节点支 路关联矩阵计算的系统故障稳态分量，并将故障稳态分量发送至保护计算模块；
[0010] 所述保护计算模块用于根据线路两端故障稳态电流计算相关度系数矩阵和线路 故障因子，并将线路故障因子发送至保护动作模块；
[0011] 所述保护动作模块用于确定是否满足保护判据启动条件，并在满足保护判据启动 条件时，根据线路故障因子确定是否发送跳闽信号。
[0012] 其中所述保护计算模块确定线路故障因子包括：
[0014] 其中Fm。为线路的故障因子，
[0015] 分别为线路一端保护安装处故障稳态电流分量；
[0016] ig/分别为线路另一端保护安装处的故障稳态电流分量；
[0017]所述的I之i,.+心I为线路两端故障稳态电流分量的相量和模值，其具体取值为：
[0018] 正常运行时，其值满足
[0019] 故障发生时，其值满足
[0020] 所述的I之I为线路两端故障稳态电流分量的相量差模值，其具体取值为：
[0021] 正常运行时，其值满足： ；
[0022] 故障发生时，其值满足： 阳023] 其中7,是指故障点电流相量，
[0024] Cmn,m和Cmn,n分别表示支路相关因子矩阵中线路丽对应行中第M个和N个元素，
[00巧]a为故障点到M端的线路距离百分比。
[0026] 特别地，所述保护判据启动条件的判据为：
[0027] 巧"，各5化W线路故障 '原>5*斬线路未故障'
[002引其中，所述Krel为取值大于1的可靠系数。
[0029] 一种基于故障因子的输电线路差动保护方法，所述方法包括步骤：
[0030] A、采集线路两端的电流、节点注入电流、线路序阻抗和线路对地序电容节点支路 关联矩阵计算；
[0031] B、根据线路两端的电流、节点注入电流W及节点支路关联矩阵计算的系统故障稳 态分量，
[0032] C、根据线路两端故障稳态电流计算相关度系数矩阵和线路故障因子；
[0033] D、确定是否满足保护判据启动条件，并在满足保护判据启动条件时确定是否发送 跳闽信号。
[0034]另外，步骤C中所述根据线路两端故障稳态电流计算相关度系数矩阵和线路故障 因子包括：
[0036] 其中Fm。为线路的故障因子，
[0037] 4^;.分别为线路一端保护安装处故障稳态电流分量；
[0038] j,^分别为线路另一端保护安装处的故障稳态电流分量；
[0039] 所述的+/。/|为线路两端故障稳态电流分量的相量和模值，其具体取值为：
[0040] 正常运行时，其值满足
[0041] 故障发生时，其值满足
[0042] 所述的I之为线路两端故障稳态电流分量的相量差模值，其具体取值为：
[0043] 正常运行时，其值满足
[0044] 故障发生时，其值满足
[0045] 其中7是指故障点电流相量，
[0046] Cmn,m和C mn,n分别表示支路相关因子矩阵中线路丽对应行中第M个和N个元素，
[0047] a为故障点到M端的线路距离百分比。 W48] 特别地，步骤D中所述保护判据启动条件的判据为：
[0049] 'F""作Kk!线路故障 而，>5化,.d线路未故障'
[0050] 其中，所述Krel为取值大于1的可靠系数。
[0051] 本发明的基于故障因子的输电线路差动保护系统及保护方法中，判断故障的判据 为故障后的故障稳态分量构造的判据，与现有技术的故障突变量判据相比，只要故障存在， 则判据一直成立，无需故障保持逻辑，等待延时即可出口动作，因此本发明对线路故障识别 准确，能够在发生故障后准确地判断故障，对各种类型故障均具有较高的灵敏度；同时，本 发明具有较高的可靠性，在发生转换性故障的情况下，仍具有较好的选择性。
【附图说明】
[0052] 图1为根据本发明【具体实施方式】的基于故障因子的输电线路差动保护系统的结 构示意图。
[0053] 图2是内部发生不对称故障时的负序网络图。
[0054] 图3是故障稳态网络模型。 阳化5] 图4是系统线路故障时故障稳态网络等值模型。
[0056] 图5是本发明基于故障因子的输电线路差动保护系统和方法的应用场合一一新英 格兰10机39节点分析系统图。
[0057] 图6是区内发生不同类型故障时故障因子变化曲线。
[0058] 图7是区内经不同过渡电阻发生接地时故障因子分析结果图。
[0059] 图8是线路内部不同位置发生故障时故障因子分析结果图。
[0060] 图9是区外故障时故障因子分析结果表。
[0061] 图10是发展型故障时故障因子分析结果图。
[0062] 图11是转换型故障时故障因子分析结果图。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合附图，对本发明作详细说明。 W64]首先集中说明本说明书中出现的符号所代表的含义。 阳0化]Fmn为线路的故障因子，
[0066] 分别为线路一端保护安装处故障稳态电流分量；
[0067] 4f分别为线路另一端保护安装处的故障稳态电流分量；
[0068] 为线路两端故障稳态电流分量的相量和模值，
[0069]I之I为线路两端故障稳态电流分量的相量差模值，
[0070] Cmn,m和C mn,n分别表示支路相关因子矩阵中线路丽对应行中第M个和N个元素，
[0071]a为故障点到M端的线路距离百分比，
[0072] 分别表示故障点电压和电流， 阳07；3] /崎分别表示线路两端电流，
[0074](I。,,-、氏分别线路两端电压，
[0075]Z