用于特高压输电线的能量方向纵联保护方法技术

本发明专利技术属于电力系统输电线路继电保护领域，提出了基于贝瑞隆模型和故障分量的能量方向纵联保护方法和保护装置，该保护方法利用在故障分量网络中线路两端保护测量到的有功能量的符号，同时利用贝瑞隆模型将线路两端的电压补偿至线路中点，解决了当线路正方向故障时由于系统内电阻很小致使有功能量方向元件不能正确判别故障方向的问题。本发明专利技术提出的保护方法具有不受系统暂态过程、过渡电阻、串补电容等因素影响的特性，从而使保护的可靠性大大提高。而且保护方法的灵敏度不受故障类型以及故障位置的影响，具有高可靠性，同时动作速度也较快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统输电线路继电保护领域，特别涉及特高压输电线路的继电保护方法以及保护装置。
技术介绍
方向比较式纵联保护具有全线速动、通信量小、对通信速率和通道性能要求不高、不要求两端数据严格同步等优点，一直是高压输电线路上采用的主保护之一，同时它也是继电保护研究的重点之一；方向元件是方向比较式纵联保护的核心。因此，方向元件的性能很大程度上决定了整个保护的性能。传统的能量方向元件存在如下问题传统的有功能量方向元件是线路某端的故障分量电压和故障分量电流的瞬时值作乘积然后进行积分得到的有功能量，利用它的大小和方向来判断线路有无区内、外故障和故障方向的依据，它的主要缺点是由于系统内电阻很小，线路正方向故障时有功能量方向元件不能正确判别故障方向。反映视在能量的方向元件用于特高压输电线时受分布电容的影响也不能正确判别故障的方向。上面介绍了本专业领域现有技术的简要现状。建设以特高压线路为骨干网架的国家电网，是电力工业可持续发展的科学选择。目前，我国已建设了750kv线路，即将动工兴建长距离百万伏输电线，这就对继电保护提出了更高的要求，本专利技术解决了传统技术所面临的难题，具有更迫切的现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是克服上述现有技术的缺陷，提出一种应用于特高压长距离输电线路的故障分量式有功能量方向纵联保护方法，并且提出相应的保护装置。为此，本专利技术采用如下的技术方案一种能量方向纵联保护方法，包括下列步骤(1)设定参考点(k)和能量定值(ΔW)；(2)实时采集保护线路始端(m)、末端(n)各相电压与电流的瞬时值，并求得保护线路始端(m)、末端(n)电压、电流的故障分量；(3)对线路始端(m)、末端(n)电压电流故障分量进行相-模转换，利用贝瑞隆方法计算出参考点(k)的电压故障分量模量，并对所计算的电压故障分量进行模-相转换得到参考点(k)的电压故障分量相量； (4)利用半波傅氏变换求得参考点(k)电压故障分量的有效值和相角，同理得到线路始端(m)、末端(n)的电流故障分量的有效值和相角；(5)分别求得线路始端(m)、末端(n)电流故障分量与从相应端计算的参考点(k)电压故障分量之间的相角差；(6)将线路始端(m)电流故障分量有效值、从线路始端(m)利用贝瑞隆方法计算的参考点(k)的电压故障分量有效值，以及二者之间相角差的余弦值相乘，然后进行积分，得到线路始端(m)的故障分量有功能量(ΔWm)，积分时间为系统半个工频周波；同理求得线路末端(n)故障分量的有功能量(ΔWn)；(7)对于线路始端(m)保护，当采用闭锁式纵联保护时，如果线路始端(m)的故障分量有功能量大于能量定值(ΔWm＞ΔW)，即可知线路始端(m)的反方向发生了故障，保护发出闭锁信号，闭锁两端保护；而如果线路始端(m)的故障分量有功能量小于能量定值的负值(ΔWm＜-ΔW)，即可知线路始端(m)的正方向发生了故障，则不发闭锁信号。若两侧保护均没有收到闭锁信号，则保护跳闸；当采用允许式纵联保护时，如果线路始端(m)的故障分量有功能量小于能量定值的负值(ΔWm＜-ΔW)，则表示在正方向发生了故障，于是向对端发出允许信号，允许对端跳闸；(8)对于线路末端(n)保护，当采用闭锁式纵联保护时，如果线路末端(n)的故障分量有功能量大于能量定值(ΔWn＞ΔW)，即可知线路末端(n)的反方向发生了故障，保护发出闭锁信号，闭锁两端保护；而如果线路末端(n)的故障分量有功能量小于能量定值的负值(ΔWn＜-ΔW)，即可知线路始端(n)的正方向发生了故障，则不发闭锁信号，若两侧保护均没有收到闭锁信号，则保护跳闸；当采用允许式纵联保护时，如果线路末端(n)的故障分量有功能量小于能量定值的负值(ΔWm＜-ΔW)，那么向对端发出允许信号，允许对端跳闸；在上述技术方案中，参考点(k)最好选在线路中点附近；保护能量定值ΔW为正实数，在实际应用中可以根据系统的实际情况选择一合适值用以躲过系统正常运行时的不平衡能量。此外，本专利技术还提供一种采用此种保护方法的保护装置一种采用上述方法的保护装置，包括交流量输入插件，模数转换插件，保护CPU插件，跳闸插件，信号插件等。其中，交流量输入插件，用于将电压互感器，电流互感器二次强电信号变换成所需的弱电信号，同时起强弱电隔离和抗干扰作用；模数转换模块，用于将由交流量输入插件输出的电压和电流模拟量转换成能量方向纵联保护装置能够直接处理的数字量；保护CPU插件，用来存放、执行包括采用上述所述方法编制的程序在内的保护程序；跳闸插件、信号插件等受保护CPU插件的控制，用于故障时的动作。该能量方向纵联保护装置，还包括人机对话插件，由多路光隔回路组成的开关量输入输出插件，受保护CPU插件或外部控制的信号插件、以及告警与逻辑插件等。本专利技术提出了基于贝瑞隆模型和故障分量的能量方向纵联保护方法和保护装置，该保护方法和保护装置利用在故障分量网络中线路两端保护测量到的有功能量的符号，同时利用贝瑞隆模型将线路两端的电压补偿至线路中点，解决了当线路正方向故障时由于系统内电阻很小致使有功能量方向元件不能正确判别故障方向的问题。该保护装置具有不受系统暂态过程、过渡电阻、串补电容等因素影响的特性，从而使保护的可靠性大大提高。而且保护装置的灵敏度不受故障类型以及故障位置的影响，具有高可靠性，同时动作速度也较快。附图说明图1电力系统基本原理图；图2故障分量系统原理图；图3本专利技术的能量方向纵联保护方法行故障判定的软件流程示意图；图4实现本专利技术保护装置的硬件结构框图；具体实施方式基本原理图如图1所示。根据叠加原理，线路发生故障后的状态可分解为正常系统与故障分量系统。基于故障分量系统，首先由线路首端的故障分量电压、电流，用贝瑞隆算法求得线路中点的电压，用此电压与首端的故障分量电流进行积分求得首端的故障分量有功能量；同理，由线路末端的故障分量电压、电流求得线路中点的电压，用此电压与末端的故障分量电流进行积分求得末端故障分量有功能量。当系统正常运行时，理论上由于无故障分量，故障分量能量为零；电流都以从母线流入线路为正方向，则当反方向故障时，靠近故障点一端计算的有功能量为正，发出闭锁信号，闭锁两端保护(当采用闭锁式纵联保护时)；当正方向区内故障时，两端计算的有功能量都为负，都不发出闭锁信号，保护可以跳闸。或者都向对端发出允许信号，允许对端跳闸(当采用允许式纵联保护时)。从而构成方向比较式纵联保护。当线路发生故障时，可分解为正常状态和故障附加状态(亦即故障分量系统)；在故障分量系统中根据贝瑞隆模型，如图2所示，由线路始端m和末端n可分别求得线路中点(或任意一点)的电压故障分量Δum_k(t)，Δun_k(t)；那么对应的线路两端的故障分量有功能量分别为ΔWm，ΔWn；ΔWm是线路始端计算得到的故障分量有功能量，ΔWn是线路末端计算得到的故障分量有功能量；在正常运行的情况下系统中没有故障分量，所以理论上ΔWm＝ΔWn＝0；在线路发生区外故障的情况下，ΔWm＞0且ΔWn＜0(m端反方向短路)或ΔWm＜0且ΔWn＞0(n端反方向短路)；在线路发生区内故障的情况下，ΔWm＜0且ΔWn＜0。本专利技术的能量方向纵联保护装置的软件可分为监控程序和保护程序两部分。所谓监控程序是人机对话插件为键盘命令处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量方向纵联保护方法，包括下列步骤：（１）设定参考点（ｋ）和能量定值（△Ｗ）；（２）实时采集保护线路始端（ｍ）、末端（ｎ）各相电压与电流的瞬时值，并求得保护线路始端（ｍ）、末端（ｎ）电压、电流的故障分量；（３）对线路始端（ｍ）、末端（ｎ）电压电流故障分量进行相－模转换，利用贝瑞隆方法计算出参考点（ｋ）的电压故障分量模量，并对所计算的电压故障分量进行模－相转换得到参考点（ｋ）的电压故障分量相量；（４）利用半波傅氏变换求得参考点（ｋ）电压故障分量的有效值和相角，同理得到线路始端（ｍ）、末端（ｎ）的电流故障分量的有效值和相角；（５）分别求得线路始端（ｍ）、末端（ｎ）电流故障分量与从相应端计算的参考点（ｋ）电压故障分量之间的相角差；（６）将线路始端（ｍ）电流故障分量有效值、从线路始端（ｍ）利用贝瑞隆方法计算的参考点（ｋ）的电压故障分量有效值以及二者之间相角差的余弦值，相乘，然后积分，得到线路始端（ｍ）的故障分量有功能量（△Ｗ↓［ｍ］），积分时间为系统半个工频周波；同理求得线路末端（ｎ）故障分量的有功能量（△Ｗ↓［ｎ］）；（７）对于线路始端（ｍ）保护，当采用闭锁式纵联保护时，如果线路始端（ｍ）的故障分量有功能量大于能量定值（△Ｗ↓［ｍ］＞△Ｗ），即可知线路始端（ｍ）的反方向发生了故障，保护发出闭锁信号，闭锁两端保护；而如果线路始端（ｍ）的故障分量有功能量小于能量定值的负值（△Ｗ↓［ｍ］＜－△Ｗ），即可知线路始端（ｍ）的正方向发生了故障，则不发闭锁信号，若两侧保护均没有收到闭锁信号，则保护跳闸；当采用允许式纵联保护时，如果线路始端（ｍ）的故障分量有功能量小于能量定值的负值（△Ｗ↓［ｍ］＜－△Ｗ），那么向对端发出允许信号，允许对端跳闸；（８）对于线路末端（ｎ）保护，当采用闭锁式纵联保护时，如果线路末端（ｎ）的故障分量有功能量大于能量定值（△Ｗ↓［ｎ］＞△Ｗ），即可知线路末端（ｎ）的反方向发生了故障，保护发出闭锁信号，闭锁两端保护；而如果线路末端（ｎ）的故障分量有功能量小于能量定值的负值（△Ｗ↓［ｎ］＜－△Ｗ），即可知线路始端（ｎ）的正方向发生了故障，若两侧保护均没有收到闭锁信号，则保护跳闸；当采用允许式纵联保护时，如果线路末端（ｎ）的故障分量有功能量小于能量定值的负值（△Ｗ↓［ｍ］＜－△Ｗ），则向对端发出允许信号，允许对端跳闸。...

【技术特征摘要】
1.一种能量方向纵联保护方法，包括下列步骤(1)设定参考点(k)和能量定值(ΔW)；(2)实时采集保护线路始端(m)、末端(n)各相电压与电流的瞬时值，并求得保护线路始端(m)、末端(n)电压、电流的故障分量；(3)对线路始端(m)、末端(n)电压电流故障分量进行相-模转换，利用贝瑞隆方法计算出参考点(k)的电压故障分量模量，并对所计算的电压故障分量进行模-相转换得到参考点(k)的电压故障分量相量；(4)利用半波傅氏变换求得参考点(k)电压故障分量的有效值和相角，同理得到线路始端(m)、末端(n)的电流故障分量的有效值和相角；(5)分别求得线路始端(m)、末端(n)电流故障分量与从相应端计算的参考点(k)电压故障分量之间的相角差；(6)将线路始端(m)电流故障分量有效值、从线路始端(m)利用贝瑞隆方法计算的参考点(k)的电压故障分量有效值以及二者之间相角差的余弦值，相乘，然后积分，得到线路始端(m)的故障分量有功能量(ΔWm)，积分时间为系统半个工频周波；同理求得线路末端(n)故障分量的有功能量(ΔWn)；(7)对于线路始端(m)保护，当采用闭锁式纵联保护时，如果线路始端(m)的故障分量有功能量大于能量定值(ΔWm＞ΔW)，即可知线路始端(m)的反方向发生了故障，保护发出闭锁信号，闭锁两端保护；而如果线路始端(m)的故障分量有功能量小于能量定值的负值(ΔWm＜-ΔW)，即可知线路始端(m)的正方向发生了故障，则不发闭锁信号，若两侧保护均没有收到闭锁信号，则保护跳闸；当采用允许式纵联保护时，如果线路始端(m)的故障分量有功能量小于能量定值的负值(ΔWm＜-ΔW)，那么向对端发出允许信号，允许对端跳闸；(8)对于线路末端(n)保护，当采用闭锁式纵联保护时，如果线路末端(n)的故障分量有功能量大于能量定值(ΔWn＞ΔW)，即可知线路末端(n)的反方向发生了故障，保护发出闭锁信号，闭锁两端保护；而如果线路末端(n)的故障分量有功能量小于能量定值的负值(ΔWn＜-ΔW)，即可知线路始端(n)的正方向发生了故障，若两侧保护均没有收到闭锁信号，则保护跳闸；当采用允许式纵联保护时，如果线路末端(n)的故障分量有功能量小于能量定值的负值(ΔWm＜-ΔW)，则向对端发出允许信号，允许对端跳闸。2.根据权利要求1所述的能量方向纵联保护方法，参考点(k)选在线路中点附近。3.一种采用权利要求1所述方法的能量方向纵联保护装置，包括交流量输入插件，模数转换插件，保护CPU插件，跳闸插件和信号插件，其中，交流量输入插件，用于将线路始端(m)、末端(n)安装的电压互感器，电流互感器二次端强电信号变换成所需的弱电信号，同时起强弱电隔离和抗干扰作用；模数转换模块，用于将由交流量输入插件输出的线路始端(m)...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺家李，周金辉，李永丽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]