一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法、装置与流程

1.本发明涉及输电技术领域，特别是涉及一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法、装置、设备以及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着同杆四回线应用越来越广泛，在提高输电容量，节约建设成本的同时也带了技术上很多难题。同杆四回线共12条线路，耦合情况复杂，除了相间互感，还存在线间互感，且故障种类繁多，除了单回线故障，还可能发生跨线故障，除了短路故障，也可能发生断线故障，给继电保护配置工作带来困难。目前较成熟的对称分量法和六序分量法广泛应用于单回线和双回线故障分析中，故障选相、故障测距、保护配置等研究因此得到长足发展。
3.近年来，同杆多回输电线路故障分析以相模变换为基础。同杆双回线路相模变换方法是六序分量法。这种由对称分量法推广而来的相模变换方法，创造了同向量与反向量的概念，从而完成线间解耦。根据这种解耦思路，针对同杆四回线的十二序分量法被提出。它继承了六序分量法的线间解耦思路，保留了一组同向量，而将反向量在高阶模量空间中，推广为三组环流量，同样成功完成线间解耦，最后实现故障分析。但以上研究都只针对短路故障，而对于断线故障，故障各序网图、综合电动势、复合序网图等故障分析方法有所不同，目前还缺少相应的研究，因此填补断线故障分析的空白具有重要的现实意义。
4.综上所述可以看出，如何利用十二序分量法对同杆四回线三相断线故障进行分析是目前有待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法、装置、设备以及计算机可读存储介质，以解决现有技术中断线故障分析有待解决的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种同杆四回线路两回线三相断线故障分析方法包括：根据四回线路中三回线三相断线故障的边界条件，确定电压约束和电流约束；根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系，绘制所述三回线三相断线故障时的复合序网图；根据所述三回线三相断线故障的复合序网图、所述电压约束和所述电流约束，确定各序电压和各序电流；根据所述各序电压、所述各序电流以及断线处各序电压与电流的关系，计算出断线处的断线电压和正常相电流；根据所述断线处的断线电压和所述正常相电流，对所述三回线三相断线故障进行分析。
7.在本发明的一个实施例中，所述四回线路中三回线三相断线故障的边界条件为：
8.9.其中，为断线处一回线a相电流，为断线处一回线b相电流，为断线处一回线c相电流，为断线处二回线a相电流，为断线处二回线b相电流，为断线处二回线c相电流，为断线处三回线a相电流，为断线处三回线b相电流，为断线处三回线c相电流，为断线处四回线a相压降，为断线处四回线b相压降，为断线处四回线c相压降。
10.在本发明的一个实施例中，所述根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系，绘制所述三回线三相断线故障的复合序网图包括：
11.根据所述电压约束和所述电流约束，确定所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系；
12.根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系，分析各序之间的串并联关系，并计算所述各序之间的阻抗关系；
13.根据所述各序之间的串并联和所述各序之间的阻抗关系，绘制所述三回线三相断线故障时的复合序网图。
14.在本发明的一个实施例中，所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系为：
[0015][0016]
其中，为e0序电流，为e1序电流，为e2序电流，为f0序电流，为f1序电流，为f2序电流,为g0序电流，为g1序电流，为g2序电流，为h0序电流，为h1序电流，为h2序电流，为e0序电压，为e1序电压，为e2序电压，为h0序电压，为h1序电压，为h2序电压。
[0017]
在本发明的一个实施例中，所述根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系，分析各序之间的串并联关系，并计算所述各序之间的阻抗关系包括：
[0018]
根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系中电压根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系中电压确定e1序和h1序为并联关系；
[0019]
根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系中电流根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系中电流结合u＝z
×
i，计算得到所述h1序的阻抗为3z
h1
；
[0020]
其中，u为电压，z为阻抗，i为电流，z
h1
为h1序阻抗。
[0021]
在本发明的一个实施例中，所述根据所述三回线三相断线故障时的复合序网图、所述电压约束和所述电流约束，确定各序电压和各序电流包括：
[0022]
利用所述三回线三相断线故障时的复合序网图确定所述e1序电压
[0023]
根据所述电压约束和所述电压约束，计算出f1序、g1序、h1序的序电压，以及所述各序电流；
[0024]
其中，z
h1
为h1序阻抗，z
e1
为e1序阻抗，为断线处向系统看进去的综合电动势。
[0025]
在本发明的一个实施例中，所述根据所述断线处的断线电压和所述正常相电流，对所述三回线三相断线故障进行分析包括：
[0026]
根据所述断线处的断线电压和所述正常相电流，识别断线故障线路；
[0027]
根据所述断线故障线路断线前后序电压以及所述正常相电流的变化，判断所述断线故障的具体位置，并进行切除。
[0028]
本发明还提供了一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析的装置，包括：
[0029]
确定约束模块，用于根据四回线中三回线三相断线故障的边界条件，确定电压约束和电流约束；
[0030]
绘制序网图模块，用于根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系，绘制所述三回线三相断线故障的复合序网图；
[0031]
序电压电流计算模块，用于根据所述三回线三相断线故障的复合序网图、所述电压约束和所述电流约束，确定各序电压阿和各序电流；
[0032]
断线电压电流计算模块，用于根据所述各序电压、所述各序电流以及断线处各序电压与电流的关系，计算出断线处的断线电压和正常相电流；
[0033]
故障分析模块，用于根据所述断线处的断线电压和所述正常相电流，对所述三回线三相断线故障进行分析。
[0034]
本发明还提供了一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析的设备，包括：
[0035]
存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的步骤。
[0036]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的步骤。
[0037]
本发明所提供的一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法，首先根据三回线三相断线故障的边界条件确定电压约束和电流约束，根据电压约束和电流约束中各序分量关系，然后确定各序之间的串并联关系以及阻抗关系，绘制三回线三相断线故障时的复合序网图，根据复合序网图、电压约束和电流约束确定各序电压以及各序电流，根据各序电压、各序电流以及断线处各序电压与电流的关系，计算出断线处的断线电压和正常相电流，最后根据断线处的断线电压和正常相电流，进行三回线三相断线故障分析，本发明提出的基于复合序网图的同杆四回线三回线同时断线故障分析方法，为分析同杆四回线三回断线运行时电气量特性提供基础理论,为保护动作特性和系统稳定性研究提供了有效工具，弥补了同杆四回线故障在断线故障分析的缺失。
附图说明
[0038]
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明所提供的同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的第一种具体实施例的流程图；
[0040]
图2为本发明所提供的同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的第二种具体实施例的流程图；
[0041]
图3为同杆四回线阻抗结构图；
[0042]
图4a为普通正序网图；
[0043]
图4b为e序网图；
[0044]
图5为12序故障分量序网图；
[0045]
其中，图5a为e1、e2序网图；
[0046]
图5b为e0序网图；
[0047]
图5c为f1、g1、h1、f2、g2、h2序网图；
[0048]
图5d为f0、g0、h0序网图；
[0049]
图6为三回线三相同时断电故障复合序网图；
[0050]
图7为本发明实施例提供的同杆四回线路三回线三相断线故障分析的装置的结构框图。
具体实施方式
[0051]
本发明的核心是提供一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法、装置、设备以及计算机可读存储介质，有效解决了两回线三相断线故障的问题。
[0052]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
请参考图1，图1为本发明所提供的同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的第一种具体实施例的流程图；具体操作步骤如下：
[0054]
步骤s101：根据同杆四回中两回线三相断线故障的边界条件，确定电压约束和电流约束；
[0055]
步骤s102：根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系，绘制所述两回线三相断线故障时的复合序网图；
[0056]
步骤s103：根据所述两回线三相断线故障时的复合序网图、所述电压约束和所述电流约束，确定各序电压以及各序电流；
[0057]
步骤s104：根据所述各序电压、所述各序电流以及断线处各序电压与电流的关系，计算出断线处的断线电压和正常相电流；
[0058]
步骤s105：根据所述断线处的断线电压和所述正常相电流，对所述两回线三相断
线故障进行分析。
[0059]
在本实施例提供的方法，根据两回线三相断线故障的边界条件确定电压约束和电流约束，根据约束条件中的序分量关系，绘制复合序网图，然后根据复合序网图推算出各序电压和各序电流，进而计算出断线处的断线电压和正常相电流，进行故障分析；本发明对同杆四回线路断线故障分析进行了深入研究，研究出同杆四回线断线故障的计算以及分析方法，弥补了同杆四回线的断线故障分析，对完善同杆四回线故障分析具有重要意义。
[0060]
基于上述实施例，本实施例中对上述实施例进行更加详细的介绍，首先利用12序分量法对同杆四回线矩阵进行解耦，利用解耦后的矩阵进行断线故障分析，请参考图2，图2为本发明所提供的同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的第二种具体实施例的流程图；本实施例所提供的方法，具体操作步骤如下：
[0061]
步骤s201：利用12序分量算法对同杆四回线矩阵进行解耦；
[0062]
如图3所示，同杆四回线的结构图，设线路的自阻抗为zs，线路的相间互阻抗分别相等，均为zm，不同回线之间的互阻抗也分别相等，记为z
x
。
[0063]
在上图所示的同杆四回线中，四回线相电压与相电流，阻抗之间有矩阵方程式(1-1)成立：
[0064][0065]
简记为
[0066]
其中为第一回线路三相的电压降，为第一回线路三相的电压降，为第二回线路三相的电压降，为第三回线路三相的电压降，为第四回线路三相的电压降；为第一回线路三相的相电流，为第二回线路三相的相电流，为第三回线路三相的相电流，为第四回线路三相的相电流。
[0067]
为同杆四回线路电压降，为同杆四回线相电流列向量，[z]表示四回线的阻抗矩阵，对角线上的元素表示各相的自阻抗，非对角上的元素分别表示单回线上各相间的相间互阻抗和各回线间的线间互阻抗。因为同杆四回线的abc三相共12个电气量之间，互相存在互感，因此研究四回线，需要先研究解耦，即消去互感。解耦分两步进行：
先消去各回线外部的线间互感，再消去各回线内部的相间互感。将阻抗矩阵变换为对角阵，即除了对角线其他元素都为零，12 个电气量解耦成各自独立的12序分量，不再存在互感。
[0068]
记解耦矩阵为：
[0069][0070]
其中a＝e
j120
°
[0071]
解耦后的电压、电流矩阵为：
[0072][0073]
则双回线相模变换记为：
[0074][0075]
其中，为12序分量的序电压，为e0序电压，为f0 序电压，为g0序电压，为h0序电压，为e1序电压，为f1序电压，为g1序电压，为h1序电压，为f2序电压，为f2序电压，为g2序电压，为h2序电压；
[0076]
为12序分量的序电流，为e0序电流，为e1序电流，为e2序电流，为f0序电流，为f1序电流，为f2序电流,为g0序电流，为g1序电流，为g2序电流，为h0序电流，为h1序电流，为h2序电流。
[0077]
根据式(1-2)，可推导出：
[0078][0079]
将式(1-3)展开，即为：
[0080][0081]
其中，z
e0
＝zs 2zm 9z
x
，z
f0
＝z
g0
＝z
ho
＝zs 2z
m-3z
x
，
[0082]ze1
＝z
f1
＝z
g1
＝z
h1
＝z
e2
＝z
f2
＝z
g2
＝z
h2
＝z
s-zm。
[0083]ze0
为e0序阻抗，z
f0
为f0序阻抗，z
g0
为g0序阻抗；z
h0
为h0序阻抗，z
e1
为e0序阻抗，z
f1
为f0序阻抗，z
g1
为g0序阻抗；z
h1
为h0 序阻抗，z
e2
为e0序阻抗，z
f2
为f0序阻抗，z
g2
为g0序阻抗；z
h2
为 h0序阻抗。
[0084]
从m的逆矩阵中可以看出e序分量是反映四条线路同向流动的量，而f序分量，g序
分量和h序分量是反映同杆四回线内部的环流量。f 序分量，g序分量和h序分量由于只在同杆四回线内部环流，不流出外部，因此序分量f、g、h在同杆四回线的两端母线上电压为零，同杆四回线的线路以外只存在e序电压和电流。
[0085]
同杆四回线与外界系统的联系通过e序分量体现，但是e序分量并不直接与外界系统的正序网相连而是需要做相应处理。从m的逆矩阵可知：
[0086][0087]
其中，(i＝0,1,2)。
[0088]
由方程式可看出，e1序电压等于四回线路的正序电压除以4，即平均值。参照图4正序(012)网图，由于四回线路均连在线路左端母线 m上，故四条线路的正序电压相等，因此在母线m，e1电压等于普通正序电压。对于电流，流过系统阻抗的e1电流等于四回线路的正序电流之和除以4，而普通正序网络中流过系统阻抗的正序电流是四回线路的正序电流之和，所以e1序电流是普通正序电流的1/4。根据欧姆定律，e 1序网图中，左侧系统阻抗应修正为普通正序网的系统阻抗值的4倍。e0序和e2也是同样的道理，n侧系统阻抗修正方法同m侧。同杆四回线的普通正序网图和e序网图可以参见图4。
[0089]
步骤s202：依据短路故障各序网图，绘制断线故障各序网图，并确定断线处各序电压与电流关系；
[0090]
根据短路故障各序网图，可以画出断线故障各序网图，但是和短路故障不同的是断线故障时，从断口处看进去，序阻抗为串联关系。 12序故障分量序网图如图5所示。
[0091]
由12序分量法可知，只有e1序为有源网络，其他序分量为无源网络。断线处各序电压与电流方程式如下：
[0092][0093]
分别为断线处各序电压分量，为断线处向系统看进去的综合电动势，其中e为线路两侧等值电动势，δ为线路两侧电动势间相角， (i＝0、1、2)分别为断线处各序电流分量，量，分别为由断线处向系统看进去的各序阻抗。
[0094]
步骤s203：根据四回线路两回线三相断线故障的边界条件，确定电压约束和电流约束；
[0095]
以i、ii、iii回线三相断线故障为例，其边界条件为：
[0096][0097]
其中，为断线处一回线a相电流，为断线处一回线b相电流，为断线处一回线c相电流，为断线处二回线a相电流，为断线处二回线b相电流，为断线处二回线c相电流，为断线处三回线a相电流，为断线处三回线b相电流，为断线处三回线c相电流，为断线处四回线a相压降，为断线处四回线b相压降，为断线处四回线c相压降。
[0098]
将上式(2-1)代入式(1-2)，可得各序分量的关系如下：
[0099][0100]
经过化简，可得：
[0101][0102]
其中，a＝e
j120
°
，为e0序电流，为e1序电流，为e2序电流，为f0序电流，为f1序电流，为f2序电流,为g0序电流，为g1序电流，为g2序电流，为h0序电流，为h1 序电流，为h2序电流，为e0序电压，为e1序电压，为e2序电压，为h0序电压，为h1序电压，为h2序电压。
[0103]
步骤s204：根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系，分析各序之间的串并联关系，并计算所述各序之间的阻抗关系,绘制所述三回线三相断线故障时的复合序网图；
[0104]
根据电压约束和电流约束条件，即可画出i、ii、iii回线三相断线故障时的复合序网图，如图6所示，具体分析如下：
[0105]
除了e1序外，其他11序分量为无源网络，根据电压和电流关系，与e1序无直接关系的序分量为0，除了e1、f1、g1、h1序外，其他序分量皆为0。
[0106]
根据电压关系可设定e1和h1序并联。
[0107]
根据电流关系e1序和h1序并联。综合考虑电压关系和电流关系，e1、g1序电压比例系数为1，而序电流比例系数都不为1，需要对h1序阻抗进行修正。保持h1序电流不变，保持序电压不变，h1序阻抗修正为3z
h1
；
[0108]
其中，z
h1
为h1序阻抗。
[0109]
步骤s205：根据所述三回线三相断线故障时的复合序网图、所述电压约束和所述电流约束，确定各序电压以及各序电流；
[0110]
根据图6，可快速推算出的方程式(2-4)：
[0111][0112]
通过式(2-3)，可以算出h1序电压：
[0113][0114]
根据式(2-3)中e1和f1序电流关系可得 e1和f1序电压关系(2-5)：
[0115][0116]
根据式(2-3)中e1和g1序电流关系可得e1和g1序电压关系(2-6)：
[0117][0118]
得到e1、f1、g1、h1序电压后，通过(1-5)可算出各序电流；
[0119]
其中，z
h1
为h1序阻抗，z
e1
为e1序阻抗，z
f1
为f1序阻抗，为断线处向系统看进去的综合电动势。
[0120]
步骤s206：根据所述各序电压、所述各序电流以及断线处各序电压与电流的关系，计算出断线处的断线电压和正常相电流；
[0121]
利用上面得到的e1、f1、g1、h1序电压和e1、f1、g1、h1序电流，根据(1-2)式计算出断线两点之间的电压和正常相电流。
[0122]
步骤s207：根据所述断线处的断线电压和所述正常相电流，对所述两回线三相断线故障进行分析。
[0123]
轻载线路断线后未接地故障，因其没有明显的故障特征，故障分量难以采集分辨，此类故障较难处理。本发明研究同杆四回线三回断线运行时电气量特性，为保护动作特性和系统稳定性研究提供了有效工具，依据故障线路各相电流、电源侧和负荷侧各相电压的变化规律，能够对是否发生断线故障、断线故障类型及断点所在区段进行可靠判断。基于相电流、相电压的判据实现方便，而且能够较好克服互感器断线、非全相运行、系统不对称等异常情况的影响，对于轻空载线路断线故障也能够正确判断。
[0124]
本实施例所提供的方法，利用12序分量法对同杆四回线矩阵进行计算，得到解耦后的矩阵，根据三回线三相断线故障的边界条件，确定电压以及电流约束，分析各序之间的电压和电流关系，绘制复合序网图，利用复合序网图推算出只有一个未知量的e1序电压，根据电压约束和电流约束关系，推算出其他序电压和序电流，利用各序电压和各序电流计算出断线处的断线电压和正常相电流，本发明所提供的方法利用12序分量法对三回线三相断线故障进行分析，减小了计算难度，提高了计算的精度，弥补了同杆四回线的断线故障计算以及分析，提出的基于复合序网图的同杆四回线三回线同时断线故障分析方法，为分析同杆四回线三回断线运行时电气量特性提供基础理论,为保护动作特性和系统稳定性研究提供了有效工具；对完善同杆四回线故障分析具有重要意义。
[0125]
请参考图7，图7为本发明实施例提供的一种同杆四回线路两回线三相断线故障分析的装置的结构框图；具体装置可以包括：
[0126]
确定约束模块100，用于根据四回线中三回线三相断线故障的边界条件，确定电压约束和电流约束；
[0127]
绘制序网图模块200，用于根据所述电压约束和所述电流约束中序分量的关系，绘制所述三回线三相断线故障的复合序网图；
[0128]
序电压电流计算模块300，用于根据所述三回线三相断线故障的复合序网图、所述电压约束和所述电流约束，确定各序电压阿和各序电流；
[0129]
断线电压电流计算模块400，用于根据所述各序电压、所述各序电流以及断线处各序电压与电流的关系，计算出断线处的断线电压和正常相电流；
[0130]
故障分析模块500，用于根据所述断线处的断线电压和所述正常相电流，对所述三回线三相断线故障进行分析。
[0131]
本实施例的同杆四回线路三回线三相断线故障分析的装置用于实现前述的同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法，因此同杆四回线路三回线三相断线故障分析的装置中的具体实施方式可见前文中的同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的实施例部分，例如，约束确定模块100，绘制序网图模块200，序电压电流计算模块300，断线电压电流计算模块400，故障分析模块200，分别用于实现上述同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法中步骤s101，s102，s103， s104和s105，所以，其具体实施方式可以参照相应的各
个部分实施例的描述，在此不再赘述。
[0132]
本发明具体实施例还提供了一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的步骤。
[0133]
本发明具体实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法的步骤。
[0134]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0135]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0136]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程 rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0137]
以上对本发明所提供的同杆四回线路三回线三相断线故障分析方法、装置、设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。