一种基于断线故障判据的输电线路断线故障判别方法与流程

1.本发明属于电力技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于断线故障判据的 输电线路断线故障判别方法。


背景技术：

2.输电线路是电力系统传输能量的重要载体，由于输电线路的运行环境较为复 杂，线路容易受到绝缘老化、环境侵蚀、复杂气象、人为破坏等因素的影响， 这导致近年来输电线路断线故障的发生比例逐渐增高。断线故障会使输变电系 统处于非全相运行状态，且掉落的电线可能引发触电事故，若处理不及时容易 引起关联设备损坏及重大安全事故。但现有的输电线路继电保护装置主要针对 线路上的短路故障和接地故障，难以对线路上的断线故障做出快速反应，目前 输电线路断线故障的诊断和保护整定问题已相当棘手。
3.文献《输电线路单相断线时保护行为分析及对策》详细讨论了输电线路发 生断线故障后，主保护和后备保护的反应情况，指出现有的保护装置不能及时 处置断线故障。文献《基于零序电压幅值差的配电网断线识别与隔离》针对断 线故障后线路各处的零序电压的特征进行研究，并给出一种基于零序电压幅值 差的保护方法；文献《location of single phase disconnection fault withnon
‑
grounding in distribution grid based on positive sequence voltage》提出一种基 于断线后正序电压的变化特性的断线故障测距方法。上述方法将断线故障转入 对称分量法判别，但对称相序参数受线路实际工况影响较大，制定判据的阈值 混叠情况较为严重，误判、漏判几率较高，不利于推广。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于断线故障判据的输 电线路断线故障判别方法，利用断线再接地故障时线路两侧电压、电流的变化 特征，并结合断线故障识别判据，实现输电线路断线或断线再接地的故障识别。
5.为实现上述发明目的，本发明一种基于断线故障判据的输电线路断线故障 判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.(1)、设置输电线路故障后的动作保护；
7.定义一条输电线路mn，其中，输电线路mn的故障相记为非故障相记 为φ；
8.输电线路mn在传统的距离保护和零序电流保护的基础上增加断线故障判 据保护，其中，断线故障判据条件为：
9.10.其中，是输电线路m侧和n侧的故障相电流的测量值，i
mφ
、i
nφ
代 表非故障相的测量电流；δu是输电线路mn各相电压的变化量；k
dm
和k
dn
为 输电线路mn两侧距离保护装置的动作情况，1代表保护动作；i
set
、i
act
和u
set
分别是无流整定值、过流整定值和电压变化整定值，具体满足：i
set
＝5％i
e
、 i
act
＝120％i
e
、u
set
＝5％u
e
，其中，i
e
、u
e
是输电线路正常运行时的额定电流 和额定电压；
11.(2)、测量输电线路故障相两侧的电流和电压，并计算故障后的零序电流；
12.(2.1)、测量输电线路mn发生故障后其故障相两侧的电流和电压，其中， 电流记为和电压记为然后计算故障相两侧的测量阻抗：
[0013][0014]
(2.2)、根据对称分量法和故障边界条件计算输电线路mn故障后故障相的 零序电流；
[0015][0016]
其中，i
load
是输电线路发生断线故障前相上的负荷电流，z
00
、z
22
、z
11
分别 是从断口处看进去的零序、负序和正序阻抗；
[0017]
(3)、启动输电线路故障后的动作保护；
[0018]
(3.1)、若z
ma
、z
na
均大于z
act
，z
act
为距离保护动作整定值；判定输电线路 断线故障不满足距离保护动作条件，线路两侧的距离保护均不动作，然后跳转 至步骤(3.3)；
[0019]
(3.2)、若3i0＜i
0act
，i
0act
为零序过电流保护动作整定值；判定输电线路断 线故障不满足零序电流保护动作条件，线路两侧的零序电流保护均不动作，然 后跳转至步骤(3.3)；
[0020]
(3.3)、启动断线故障判据，进入断线故障判决，如果满足公式(1)，则直 接判断为断线故障。
[0021]
进一步的，本发明还提供了输电线路断线再接地的判决方法，其判决条件为：
[0022]
当t0时刻发生断线故障，但未动作保护，即满足：
[0023]
当t1时刻满足：则判判定输电线断线再接地，并启 动保护动作；其中，δu
mφ
和δu
nφ
分别是线路m侧和n侧的故障相的电压变化 量。
[0024]
本发明的发明目的是这样实现的：
[0025]
本发明一种基于断线故障判据的输电线路断线故障判别方法，利用断线再 接地故障时线路两侧电压、电流的变化特征，构建输电线路断线故障判据；晚 会通过构建的断线故障判据来辨别输电线路上的断线故障，并以此为基础建立 断线再接地故障识别判据，从而在输电线路现有的保护中附加断线故障、断线 再接地故障的保护逻辑，为及时识别输电线路上的断线故障提供了有力的支持， 更好地保障输电线路安全稳定运行。
[0026]
同时，本发明一种基于断线故障判据的输电线路断线故障判别方法还具有 以下有益效果：
[0027]
(1)、断线故障识别判据不需要测量电压、电流的序分量，且无需增加额 外的继电保护设备，通过输电线路两侧保护安装处测量得到的电压变化量和电 流便能识别输电线路上的断线故障，适合应用推广。
[0028]
(2)、输电线路断线故障识别判据不会与接地保护判据混淆，在现有保护 中增补断线故障识别判据、保护逻辑后不会影响现有的距离保护和零序电流保 护正常工作。
[0029]
(3)、在保护中附加断线故障识别判据在一定程度上可以减轻过渡电阻对 距离保护的影响。
附图说明
[0030]
图1是本发明一种基于断线故障判据的输电线路断线故障判别方法流程图；
[0031]
图2是电力系统输电线路模型拓扑图；
[0032]
图3是过渡电阻为5ω时线路l16
‑
19m侧各相电流仿真图；
[0033]
图4是过渡电阻为5ω时线路l16
‑
19n侧各相电流仿真图；
[0034]
图5是过渡电阻为50ω时线路l16
‑
19m侧各相电流仿真图；
[0035]
图6是过渡电阻为50ω时线路l16
‑
19n侧各相电流仿真图。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更 好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设 计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0037]
实施例
[0038]
图1是本发明一种基于断线故障判据的输电线路断线故障判别方法流程图。
[0039]
在本实施例中，故障描述为：t＝0.3s时输电线路发生a相单相断线故障， t＝0.9s时断线相的其中一侧发生接地，仿真时长设置为1.5s，仿真步长设置为0.0001s。
[0040]
本实施例不考虑输电线路断线后断线相两侧均接地的情况，本实例选取电 压等
级为220kv的输电线路l16
‑
19进行断线故障仿真分析，定义母线16的一 侧为线路的m侧，而母线19的一侧则为线路的n侧。
[0041]
下面结合图1对本发明一种基于断线故障判据的输电线路断线故障判别方 法进行详细说明书，具体包括以下步骤：
[0042]
s1、构建电力系统输电线路模型；
[0043]
在pscad仿真软件中建立电力系统输电线路模型中如图2所示，各输电线 路两侧均配有距离保护和零序电流保护，其中，距离保护的整定值z
act
为40ω， 零序过电流保护的整定值i
0act
为300a，在输电线路模型中进行断线故障、断线再 接地故障仿真实验。
[0044]
s2、测量输电线路故障相两侧的电流和电压，并计算故障后的零序电流；
[0045]
s2.1、在输电线路l16
‑
19(两端记为mn)上设置单相断线不接地故障，记 录输电线路两侧的电压、电流以及距离保护的动作情况；
[0046]
在本实施例中，通过pscad软件仿真分析输电线路l16
‑
19发生单相简单 断线故障后线路两侧保护的动作情况，输电线路l16
‑
19两侧的距离保护的动作 情况、电压和电流如表1所示。
[0047]
表1是线路l16
‑
19发生a相简单断线故障后输电线路两侧的电压、电流、 以及距离保护的动作情况。
[0048][0049]
表1
[0050]
通过表1可以确定输电线路断线后故障相和正常相的测量阻抗均大于40ω， 线路两侧距离保护均拒动。
[0051]
s2.2、重复步骤s2.1，记录输电线路两侧的零序电流以及零序电流保护的动 作情况，输电线路l16
‑
19两侧的零序电流保护的动作情况、零序电流大小如表 2所示。
[0052]
表2是线路l16
‑
19发生a相简单断线故障后输电线路两侧的零序电流大小 以及零序电流保护的动作情况。
[0053][0054]
表2
[0055]
通过表2可以确定输电线路发生断线故障后，线路两侧的零序电流均未超 过300a，两侧的零序电流保护拒动。
[0056]
s3、在输电线路l16
‑
19的继电保护装置中附加输电线路简单断线故障识别 判据；
[0057][0058]
其中，是输电线路m侧和n侧的故障相电流的测量值，i
mφ
、i
nφ 代表非故障相的测量电流；δu是输电线路mn各相电压的变化量；k
dm
和k
dn
为输电线路mn两侧距离保护装置的动作情况，1代表保护动作，0代表保护不 动作；i
set
、i
act
和u
set
分别是无流整定值、过流整定值和电压变化整定值；
[0059]
在本实施例中，以220kv输电线路的电压、电流标准对判据中的电压变化 整定值、无流整定值以及过流整定值进行整定，整定结果如表3所示：
[0060]
表3是无流整定值、过流整定值和电压变化整定值的参数值。
[0061]
电流、电压整定值参数值i
set
17.58ai
act
425.12au
set
11kv
[0062]
表3
[0063]
s4、验证输电线路简单断线故障识别判据的正确性；
[0064]
在本实施例中，通过pscad软件仿真分析输电线路l16
‑
19发生简单断线 故障后线路两侧的电压、电流，输电线路l16
‑
19两侧的电压变化量、电流如表 4所示。
[0065]
表4是线路l16
‑
19发生简单断线故障后线路各相电压的变化量及各相电 流。
[0066][0067]
表4
[0068]
通过表4可以确定输电线路简单断线故障识别判据是正确有效的。
[0069]
s5、在输电线路l16
‑
19的继电保护装置中附加断线再接地故障识别判据；
[0070]
[0071]
断线再接地故障识别判据中的无流整定值、过流整定值以及电压变化整定 值与表2中的相同。
[0072]
s6、验证输电线路断线再接地故障识别判据和保护逻辑的可行性；
[0073]
在输电线路l16
‑
19上分别设置过渡电阻为5ω、50ω的单相断线再接地故 障并设置线路的m侧为接地侧，同时在线路l16
‑
19的继电保护装置中附加断线 再接地故障的识别判据和保护逻辑，记录线路两侧各相电压的变化量以及电流 的变化情况。
[0074]
在本实施例中，通过pscad软件仿真分析输电线路l16
‑
19发生断线再接 故障后线路两侧电压、电流的变化情况。本发明一种输电线路断线故障附加保 护逻辑及判别方法能够快速识别并及时切除输电线路上的断线再接地故障，且 受过渡电阻的影响较小。过渡电阻为5ω时，输电线路l16
‑
19m侧电流变化的 仿真结果如图3所示，n侧电流变化的仿真结果如图4所示；过渡电阻为50ω 时，输电线路l16
‑
19m侧电流变化的仿真结果如图5所示，n侧电流变化的仿 真结果则如图6所示。
[0075]
输电线路l16
‑
19发生断线再接地故障后线路两侧的电压变化如表5所示。
[0076]
表5是输电线路l16
‑
19发生断线再接地后各相电压的变化量。
[0077][0078]
表5
[0079]
输电线路在发生过渡电阻为5ω的单相断线再接地故障后，根据表5输电线 路m侧只有a相电压的变化量超过电压变化整定值，n侧各相电压均无明显变 化；根据图3和图4，线路m侧和n侧的a相电流在0.3s时均下降并低于无流 整定值，m侧的a相电流在0.9s时上升并超出过流整定值，而m侧其他两相电 流以及n侧各相电流则无变化，说明输电线路在0.9s发生了m侧接地故障且保 护在0.1s不到的时间将故障切除，证明输电线路断线再接地故障识别判据和保 护逻辑是能够及时切除过渡电阻较小的断线再接地故障。同理根据图5、图6以 及表5，输电线路断线再接地故障识别判据和保护逻辑同样能够切除过渡电阻较 大的断线再接地故障。
[0080]
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的 技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本 技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的 本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明 创造均在保护之列。