一种半波长输电线路的欠范围组合式保护方法与装置与流程

本发明涉及一种半波长输电线路的欠范围组合式保护方法与装置，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术：

随着能源互联网的建设，超长线路特高压输电技术受到了极大的关注，半波长输电技术作为一种高效的远距离洲际输电方式,具有良好的应用前景,同时在我国“西电东送，南北互供，全国联网”的电力发展战略中，远距离、大容量的输电方式不可避免。但是，特高压半波长线路输电距离长，其故障特征与现有线路存在较大差异，比如线路中部故障时的故障电流特别小，测量阻抗不再呈与距离相关的单调特性；

如中国专利CN105576623A的一种基于时差法的自适应半波长线路差动保护方法，通过两侧保护启动元件的动作时间差估算故障点的位置。根据故障点位置的不同自适应改变差动保护的制动系数及门槛值。但是该方法并不能实现半波长线路的全线覆盖，检测电流时，出现两端电流较大，中段电流较小的问题，当故障位于中部时无法准确判断故障。

如“毛鹏,白日昶,杨威.反时限距离保护原理的改进[J].电力系统自动化,2008,06:71-75.”所述的反时限距离保护方法，只能实现线路中段200km的保护，而不能实现两端的保护。

因此，现有保护原理在半波长线路都无法完全适用，或者无法保护线路全长，这对特高压半波长输电技术的工程应用造成了极大的影响，需发明一种新的保护方法来解决传统保护存在的死区和兼容性问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种半波长输电线路的欠范围组合式保护方法与装置，实现半波长输电线路的全线保护，解决了传统保护无法保护线路全长、以及存在的兼容性问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种半波长输电线路的欠范围组合式保护方法，

通过反距离保护法保护线路中段的步骤：采集线路单端电压电流计算得到阻抗模值，根据阻抗模值与第一设定值的关系，判断线路是否发生故障，通过调整第一设定值的大小，使反距离保护元件保护线路的中段；通过反距离保护法保护线路中段的步骤：采集线路两端的电流突变量，根据两端的突变量的差值的模值与第二设定值的关系，判断线路是否发生故障，通过调整第二设定值的大小，使主动突变量差动保护元件保护线路的两端。

进一步的，线路出现故障时，反距离保护法判断故障的依据为：

其中，Z_f为反距离法计算得到的阻抗模值，为采集的电压，为采集的电流，Z_set为第一定值；当计算得到的阻抗模值大于第一设定值时，判断为线路发生故障，通过调整第一设定值的大小，使反距离保护元件保护线路中段。

进一步的，线路出现故障时，主动突变量差动保护法判断故障的依据为：

其中，I_set为保护动作定值，也即第二设定值，K为制动电流的制动系数，为动作电流，制动电流，线路两端的相电流突变量；根据两端的突变量的差值的模值与第二设定值的关系，判断线路是否发生故障；获得线路两端感知到故障的时间，通过两端感知到故障的时间比较确定故障可能发生的具体位置，然后主动调节制动电流的制动系数，识别故障；调整第二设定值的大小，使主动突变量差动保护元件保护线路的两端。

本发明还提供了一种半波长输电线路的欠范围组合式保护装置，包括：

通过反距离保护法保护线路中段的单元，通过采集线路单端电压电流计算得到阻抗模值，根据阻抗模值与第一设定值的关系，判断线路是否发生故障，通过调整第一设定值的大小，使反距离保护元件保护线路的中段；

通过主动突变量差动保护法保护线路两端的单元，通过采集线路两端的电流突变量，根据两端的突变量的差值的模值与第二设定值的关系，判断线路是否发生故障，通过调整第二设定值的大小，使主动突变量差动保护元件保护线路的两端。

进一步的，线路出现故障时，通过反距离保护法判断故障的单元判断故障的依据为：

其中，Z_f为反距离法计算得到的阻抗模值，为采集的电压，为采集的电流，Z_set为第一定值；当计算得到的阻抗模值大于第一设定值时，判断为线路发生故障，通过调整第一设定值的大小，使反距离保护元件保护线路中段。

进一步的，线路出现故障时，通过主动突变量差动保护法判断故障的单元判断故障的依据为：

其中，I_set为保护动作定值，也即第二设定值，K为制动电流的制动系数，为动作电流，制动电流，线路两端的相电流突变量；根据两端的突变量的差值的模值与第二设定值的关系，判断线路是否发生故障；获得线路两端感知到故障的时间，通过两端感知到故障的时间比较确定故障可能发生的具体位置，然后主动调节制动电流的制动系数，识别故障；调整第二设定值的大小，使主动突变量差动保护元件保护线路的两端。

本发明具有以下特点：

1)它发明了两种适用于半波长线路的保护逻辑原理，通过两种不同原理的优势互补，实现覆盖线路全长的目的；

2)反距离保护原理通过单端量可实现半波长线路中部区段的高灵敏度保护；

3)基于GPS同步的主动突变量差动保护通过双端量可实现半波长线路两端区段的保护。

附图说明

图1为半波长欠范围组合式保护方法示意图；

图2为反距离保护法示意图；

图3为主动突变量差动保护法原理图；

图4为半波长欠范围组合式保护装置示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案为：反距离保护法通过采集线路单端电压电流计算得到阻抗模值，根据阻抗模值与第一设定值的关系，判断线路是否发生故障，通过调整第一设定值的大小，使反距离保护元件保护线路的中段；主动突变量差动保护法通过采集线路两端的电流突变量，根据两端的突变量的差值的模值与第二设定值的关系，判断线路是否发生故障，通过调整第二设定值的大小，使主动突变量差动保护元件保护线路的两端。

欠范围组合式保护方法的实现需在半波长线路两端各安装一台继电保护装置，两台装置配置相同的欠范围组合式保护逻辑。欠范围组合式保护方法包括两种保护逻辑原理，一种为反距离保护原理，通过测量线路单端端的电压电流，从而计算出线路阻抗模值，通过阻抗模值的大小判断线路中部是否故障，定值的设定需考虑躲过线路区外故障和无故障时的阻抗模值；另一种为基于GPS同步的主动突变量差动保护，通过测量线路两端电流，根据采样值计算电流的突变量，通过两端的突变量的差值模值判断是否线路内部的两端发生故障；并通过两端保护装置故障启动时的时标，判断故障发生的大致区间，主动调节制动电流的系数，实现故障的有效鉴别。本发明基于上述两种保护逻辑实现欠范围组合式保护方法，并通过相应的跳闸逻辑断开半波长线路两端的断路器，实现覆盖半波长线路全长无死区保护。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

如图1所示为本发明所述的半波长欠范围组合式保护方法，此保护方法在线路两端各配置一台欠范围组合式保护装置A和B，每台保护装置配置相同的欠范围组合式保护算法，由两台装置配合实现半波长线路全长的保护。此保护方法中，由反距离保护原理实现保护范围Ⅰ的保护，由主动突变量差动保护原理实现保护范围Ⅱ的保护。保护范围Ⅰ大致可占线路全长的70％左右，保护范围Ⅱ除去中部的300公里左右也都可以覆盖。欠范围保护方法的两个保护原理虽然单独来看都是欠范围保护，无法覆盖线路全长，但两者经相互配合弥补，可实现线路全长无覆盖保护。

所述反距离保护原理是通过在线路单端采集保护安装地点的电压电流来实现的，相间故障时它的动作方程为：

其中，Z_f为反距离法计算得到的阻抗，为采集的电压，为采集的电流，Z_set为定值，半波长线路上电压电流满足分布式参数方程，所以计算得到的阻抗模值满足双曲正切函数，反距离保护算法相比距离保护是仅以阻抗的模值作为判断依据，并在计算得到的阻抗模值大于定值时保护动作；由于阻抗模值满足双曲正切函数，如图2所示，所以半波长线路两端测得阻抗模值较小，中部较大，区外近处故障时无法区分区内外，故定值的设置需考虑躲过区外故障时的最大阻抗模值来确定。当动作方程满足时，可确定是半波长线路中部发生故障，解决了半波长线路中部故障电流较小难以判断的问题。

所述主动突变量差动保护原理是通过采集线路两端的相电流突变量来构成的，它的动作电流制动电流分别为：

动作方程为

其中，I_set为保护动作定值，K为制动电流的制动系数，为动作电流，制动电流，线路两端的相电流突变量。主动突变量差动保护原理是指此保护原理通过与GPS同步，获得线路两端感知到故障的时间，通过两端时间比较确定故障可能发生的具体位置，然后主动调节制动电流的制动系数，从而有效识别出故障。制动系数的取值如下：

当6.6ms＜Δt＜10ms或-10ms＜Δt＜-6.6ms时，K＝0.4；

当3.3ms＜Δt＜6.6ms或-6.6ms＜Δt＜-3.3ms时，K＝0.2；

主动突变量差动保护的逻辑原理如图3所示，当两端保护的起动元件启动时记录起动时间，并等待对端保护发来起动信息和起动时间，如果设定时间内未收到对端发来的起动信息，则认为是本端保护误动并复归；如果收到对端发来的起动信息，则对两端起动时间进行比较，判断出可能故障的位置并主动调节制动系数，然后进行突变量差流计算，从而判断区内是否发生故障。此保护原理不但具有良好的灵敏度，并且解决了制动电流和动作电流变化不一致难以整定的问题。

本发明还设计了一种半波长输电线路的欠范围组合式保护装置，包括：

通过反距离保护法判断故障的单元，通过采集线路单端电压电流计算得到阻抗模值，根据阻抗模值与第一设定值的关系，判断线路是否发生故障，通过调整第一设定值的大小，使反距离保护元件保护线路的中段；

通过主动突变量差动保护法判断故障的单元，通过采集线路两端的电流突变量，根据两端的突变量的差值的模值与第二设定值的关系，判断线路是否发生故障，通过调整第二设定值的大小，使主动突变量差动保护元件保护线路的两端。

该保护装置的逻辑设计如图4所示，包括起动元件、包含反距离保护算法的单元、包含主动突变量差动算法的单元和发信/收信模块，两种单元均在起动元件动作后投入，包含反距离保护算法的单元如果也检测到故障并动作，会马上向对端发送动作信息，并接收对端反距离保护元件发送来的动作信息，等收到对端动作信息后才确认故障发生无误，从而使反距离保护元件保护出口跳闸；包含主动突变量差动算法的单元在起动并检测到故障后，则会直接出口跳闸。通过在输电线路的两端各安装一台欠范围组合式继电保护装置，两台装置配置相同的欠范围组合式保护逻辑，从而全线保护输电线路。

上述单元为与实现本发明组合式保护方法的步骤相对应的软件处理进程或程序，半波长输电线路的欠范围组合式保护装置即表示实现半波长输电线路的欠范围组合式保护方法的软件功能构架，因此，不再对该装置的进行故障判断的过程进行具体介绍。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。