一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法与流程

本发明属于电力系统继电保护领域，更具体地，涉及一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法。

背景技术：

目前我国城市高压电网通常采用架空线路作为电能传输的手段，架空线路暴露在旷野中，容易受到雷击以及外力破坏发生各种断线故障，成为一些人身事故的诱因。架空线路发生断线后端口两侧导线均不接地或非电源侧导线落地等情形不会形成明显的故障特征，目前安装的继电保护装置无法有效的判别断线故障，不能及时切除故障线路。

技术实现要素：

针对现有高压交流线路缺乏专门针对断线故障的识别方法的问题，本发明的目的在于提出一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法。该方法可以快速可靠地判别高压交流线路断线故障，能够解决目前缺乏专门针对断线故障的识别方法的问题。

本发明提供了一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法，包括如下步骤：

s1：采集交流输电线路两端三相电压信号及三相电流信号；根据交流输电线路两端三相电压信号获得线路两端三相电压相量，并根据交流输电线路两端三相电流信号获得线路两端三相电流相量；

s2：根据线路阻抗参数及线路两端三相电流相量获得线路两端的三相计算电压相量降落；根据线路两端三相电压相量获得线路两端的三相测量电压相量降落；

s3：按单相获得线路两端的单相计算电压相量降落和线路两端的单相测量电压相量降落之间差值的模值，作为该相电压降落差；

s4：按单相判断该相电压降落差是否大于该相电压降落差整定值，并判断该相电流相量模值是否小于电流相量模值整定值，若该相电压降落差大于该相电压降落差整定值且该相电流相量模值小于电流相量模值整定值，则该相出现断线故障；否则，该相未出现断线故障。

优选地，步骤s2中根据线路两端三相电流相量获得线路三相电流相量，根据线路三相电流相量以及线路阻抗参数获得线路两端的三相计算电压相量降落。

优选地，步骤s2中根据公式获得线路三相电流相量；

其中，依次为线路a,b,c相电流相量，依次为线路一端a,b,c相电流相量，为依次为线路另一端a,b,c相电流相量。

优选地，步骤s2根据公式获得线路两端的三相计算电压相量降落；

其中，依次为线路a,b,c相电流相量，zaa、zbb、zcc依次为线路a,b,c相自阻抗，zij为线路i相和j相之间的互阻抗，i≠j，i＝a,b,c，j＝a,b,c。

优选地，步骤s2根据公式获得线路两端的三相测量电压相量降落；

其中，依次为线路两端a,b,c相测量电压相量降落，依次为线路一端a,b,c相电压相量，依次为线路另一端a,b,c相电压相量。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明通过采集高压交流输电线路两端三相电压及三相电流信号，计算得到的线路两端三相电压相量及三相电流相量，然后根据线路阻抗参数、线路两端三相电流相量，计算得到线路两端的三相计算电压相量降落，并且根据线路两端三相电压相量，计算得到线路两端的三相测量电压相量降落。

进一步按相分别计算线路两端计算电压相量降落与测量电压相量降落相量之差的模值，得到每一相的电压降落差。按相分别比较电压降落差与电压降落差整定值的大小以及电流相量模值与电流相量模值整定值的大小。如果此相的电压降落差大于电压降落差整定值，同时此相电流相量模值小于电流相量模值整定值，则判断该相别出现断线故障。

本发明提出的一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法，能够解决目前缺乏专门针对断线故障的识别方法的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高压交流输电系统结构示意图；

图2为本发明提供的一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的220kv高压交流输电系统结构示意图；

图4为本发明的220kv高压交流输电系统在第一线路a相线发生断线故障时，第一线路两端的a相线计算电压降落、测量电压降落变化曲线；其中，4(a)为第一线路两端的a相线计算电压降落变化曲线，图4(b)为第一线路两端的a相线测量电压降落变化曲线；

图5为本发明的220kv高压交流输电系统在第一线路a相线发生断线故障时，第一线路各相线的电压降落差变化曲线；其中，5(a)第一线路a相线的电压降落差变化曲线，5(b)第一线路b相线的电压降落差变化曲线，5(c)第一线路c相的电压降落差变化曲线；

图6为本发明的220kv高压交流输电系统在第一线路a相线发生断线故障时，第一线路a相电流变化曲线；

其中，1为送端交流系统等值电源、2为第一母线、3为第一线路a相线第一继电保护装置、4为第一线路a相线、5为第一线路a相线第二继电保护装置、6为第一线路b相线第一继电保护装置、7为第一线路b相线、8为第一线路b相线第二继电保护装置、9为第一线路c相线第一继电保护装置、10为第一线路c相线、11为第一线路c相线第二继电保护装置、12为第二母线、13为受端交流系统等值电源。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法实施例，该方法基于的高压交流系统结构如图1所示，包括：送端交流系统等值电源1、第一母线2、第一线路a相线第一继电保护装置3、第一线路a相线4、第一线路a相线第二继电保护装置5、第一线路b相线第一继电保护装置6、第一线路b相线7、第一线路b相线第二继电保护装置8、第一线路c相线第一继电保护装置9、第一线路c相线10、第一线路c相线第二继电保护装置11、第二母线12、受端交流系统等值电源13。送端系统交流等值电源1与第一母线2相连，第一母线2通过第一线路a相线4、第一线路b相线7、第一线路c相线10与第二母线12相连，第二母线12与受端交流系统等值电源13相连。第一线路a相线第一继电保护装置3安装在第一母线2连接的第一线路a相线4出口处，第一线路a相线第二继电保护装置5安装在第二母线12连接的第一线路a相线4出口处；第一线路b相线第一继电保护装置6安装第一母线2连接的第一线路b相线7出口处，第一线路b相线第二继电保护装置8安装在第二母线12连接的第一线路b相线7出口处；第一线路c相线第一继电保护装置9安装在第一母线2连接的第一线路c相线10出口处，第一线路c相线第二继电保护装置11安装在第二母线12连接的第一线路c相线10出口处。

图2为本发明提供的一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法流程图，该方法包括：

s1：采集交流输电线路两端三相电压信号及三相电流信号；根据交流输电线路两端三相电压信号获得线路两端三相电压相量，并根据交流输电线路两端三相电流信号获得线路两端三相电流相量；

s2：根据线路阻抗参数及线路两端三相电流相量获得线路两端的三相计算电压相量降落；根据线路两端三相电压相量获得线路两端的三相测量电压相量降落；

s3：按单相获得线路两端的单相计算电压相量降落和线路两端的单相测量电压相量降落之间差值的模值，将线路两端的单相计算电压相量降落和线路两端的单相测量电压相量降落之间差值的模值作为该相电压降落差；

s4：按单相判断该相电压降落差是否大于该相电压降落差整定值，并判断该相电流相量模值是否小于电流相量模值整定值，若该相电压降落差大于该相电压降落差整定值且该相电流相量模值小于电流相量模值整定值，则该相出现断线故障；否则，该相未出现断线故障。

作为本发明的一个实施例，步骤s2中根据线路两端三相电流相量获得线路三相电流相量，根据线路三相电流相量以及线路阻抗参数获得线路两端的三相计算电压相量降落。

其中，获得线路三相电流相量的公式为：

获得线路两端的三相计算电压相量降落的公式为：

其中，依次为线路a,b,c相电流相量，依次为线路一端a,b,c相电流相量，为依次为线路另一端a,b,c相电流相量，zaa、zbb、zcc依次为线路a,b,c相自阻抗，zij为线路i相和j相之间的互阻抗，i≠j，i＝a,b,c，j＝a,b,c。

在本发明提供的实施例中，获得线路两端的三相测量电压相量降落的公式为：

其中，依次为线路两端的a,b,c相测量电压相量降落，依次为线路一端a,b,c相电压相量，依次为线路另一端a,b,c相电压相量。

本发明提供的实施例中，步骤s3获得线路每一相电压降落差的公式为：

其中，为线路两端的相计算电压相量降落，为线路两端的相测量电压相量降落，为相电压降落差，

在本发明实施例中，步骤4和步骤5按照如下公式判别：

其中，为相电压降落差，为相电流相量；uset为电压降落差整定值，uset取值为线路额定电压的5％～20％；iset为电流相量模值整定值，综合考虑线路长度、线路电压等级等因素，iset取值为线路额定运行工况下线路电容电流的2～4倍。

当发生断线故障后上述两个不等式同时被满足，则判定为线路相断线故障，否则判定线路相无断线故障。

本发明通过采集高压交流输电线路两端三相电压信号及三相电流信号，计算得到的线路两端三相电压相量及线路两端三相电流相量，然后根据线路阻抗参数及线路两端三相电流相量，计算得到线路两端的三相计算电压相量降落，并且根据线路两端三相电压相量，计算得到线路两端的三相测量电压相量降落，进一步按相分别计算线路两端的计算电压相量降落与线路两端的测量电压相量降落相量之差的模值，得到每一相的电压降落差。按相分别比较电压降落差与电压降落差整定值的大小以及电流相量模值与电流相量模值整定值的大小。如果此相的电压降落差大于电压降落差整定值，同时此相电流相量模值小于电流相量模值整定值，则判断该相别出现断线故障，否则，该相未出现断线故障。本发明提出的基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法，能够解决目前缺乏专门针对断线故障的识别方法的问题。

本发明提供的一种基于双端量的高压交流线路的断线故障识别方法另一实施例中，该方法基于的高压交流系统为220kv高压交流输电系统，其结构示意图如图3所示。第一线路a相线第一继电保护装置3和第一线路第二继电保护装置5的故障启动元件因为第一线路a相线路疑似发生断线故障启动，采用如下步骤进行断线故障识别：

步骤1：根据采集的第一线路线路两端各相电压信号和两端各相电流信号计算得到第一线路线路两端各相电压相量和两端各相电流相量。

步骤2：根据如下公式获得第一线路三相线路电流相量：

其中，依次为线路a,b,c相电流相量，为第一线路靠近第一母线2端a,b,c相电流相量，为第一线路靠近第二母线12端a,b,c相电流相量；

根据如下公式获得第一线路两端的三相计算电压相量降落：

其中，依次为第一线路两端的a,b,c相计算电压相量降落，阻抗矩阵中，对角线元素为第一线路每相自阻抗，非对角线元素为第一线路相间互阻抗，本实施例中取第一线路长度为100千米。

根据如下公式获得第一线路两端的三相测量电压相量降落：

其中，依次为第一线路两端的各相测量电压相量降落，依次为第一线路靠近第一母线2端a,b,c相电压相量，依次为第一线路靠近第二母线12端a,b,c相电压相量。

步骤3：根据如下公式计算第一线路各相线的电压降落差：

其中，第一线路各相线路电压降落差，

步骤4：按单相判断该相电压降落差是否大于该相电压降落差整定值，并判断该相电流相量模值是否小于电流相量模值整定值，若该相电压降落差大于该相电压降落差整定值且该相电流相量模值小于电流相量模值整定值，则该相出现断线故障；否则，该相未出现断线故障。

在本发明实施例中，根据如下不等式判别a相是否发生断线故障：

其中，δuerror_a为第一线路a相电压降落差；为线路第一线路a相线路电流相量；uset为电压降落差整定值，取uset＝25kv；iset为电流相量模值整定值，取iset＝0.2ka。

当故障后上述二个不等式同时被满足则判定为第一线路a相线路断线故障，否则判定第一线路a相线路无断线故障。

图4为本发明的220kv高压交流输电系统在第一线路a相在f1处发生断线故障时，第一线路两端的a相线测量电压相量降落及计算电压相量降落幅值变化曲线；图5为本发明的220kv高压交流输电系统在第一线路a相在f1处发生断线故障时，第一线路各相电压降落差变化曲线；图6为本发明的220kv高压交流输电系统在第一线路a相在f1处发生断线故障时，第一线路a相电流变化曲线。从图4-图5中可以看出，发生故障的第一线路a相线路的电压降落差远远大于未发生故障的第一线路其他相线路电压降落差，同时可明显看出第一线路a相线路的电压降落差满足上述不等式中第一项，而第一线路其他相线路不满足。由图6可以看出，第一线路a相线路电流相量明显降低，满足上述不等式中第二项，对于第一线路a相线路判据中二式同时成立，故判定为第一线路a相线路发生断线故障。

本发明实施例提供的一种基于双端量的高压交流线路断线保护方法能够有效判别线路内外断线故障。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。