CN105203903A - 基于动态数据窗输电线路相间故障方向判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态数据窗输电线路相间故障方向判别方法。本发明方法测量输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电压采样值，计算动态数据窗长度，利用一个动态数据窗长度的故障相间电气量采样值计算输电线路相间短路故障方向判据是否成立，若成立，则判断输电线路正方向发生相间短路故障。本发明方法只需用到小于1/4周期数据窗的故障相间电气量采样值参与运算，算法原理简单，程序实现容易，所需数据窗少，计算量小，运算速度快。本发明方法判别结果不受电力系统运行方式、故障位置、过渡电阻和负荷电流等因素的影响，能准确判别输电线路相间短路故障的故障方向。

Description

基于动态数据窗输电线路相间故障方向判别方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种基于动态数据窗输电线路相间故障方向判别方法。

背景技术

实际电网中，故障点可能位于输电线路反方向，也可能位于输电线路正方向。若故障点位于输电线路反方向，则被保护线路继电保护装置不动作，而是由相邻线路的继电保护装置动作将故障隔离。若故障点位于输电线路正方向，则由被保护线路的继电保护装置动作将被保护线路上的故障进行隔离。现有输电线路方向判别元件主要有零序功率方向元件、负序功率方向元件和零序方向元件、负序方向元件，零序功率方向元件、负序功率方向元件和零序方向元件、负序方向元件算法所用到的电气量皆为相量，需要一整波的数据窗参与运算，涉及较为复杂的傅里叶算法运算，因此传统输电线路方向判别元件实时性不强。若故障位于被保护线路反方向近端时，相电流工频变化量、负序电流和零序电流保护判据会迅速动作，此时传统输电线路方向判别元件将无法及时将继电保护装置闭锁，引起被保护线路继电保护装置误动作，造成故障范围扩大，对电网稳定造成冲击，不利于电网安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于动态数据窗输电线路相间故障方向判别方法。本发明方法测量输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电压采样值，计算动态数据窗长度，利用一个动态数据窗长度的故障相间电气量采样值计算输电线路相间短路故障方向判据是否成立，若成立，则判断输电线路正方向发生相间短路故障。本发明方法只需用到小于1/4周期数据窗的故障相间电气量采样值参与运算，算法原理简单，程序实现容易，所需数据窗少，计算量小，运算速度快。本发明方法判别结果不受电力系统运行方式、故障位置、过渡电阻和负荷电流等因素的影响，能准确判别输电线路相间短路故障的故障方向。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于动态数据窗输电线路相间故障方向判别方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)保护装置实时采集输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电压采样值；

(2)保护装置计算动态数据窗长度其中，z₁为单位长度输电线路正序阻抗；Arg(z₁)为单位长度输电线路正序阻抗z₁的相角；N为每周波采样点数；

(3)保护装置判断 $u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t)}{\left|z_1\right|}-u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t)}{\left|z_1\right|}<0$ 是否成立，若成立，则判断 $\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-2\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}\left(t-L\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\left|z_1\right|}-\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}\left(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\left|z_1\right|}<0$ 是否成立，若成立，则保护装置判断输电线路正方向发生相间短路故障；

(4)保护装置判断 $u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t)}{\left|z_1\right|}-u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t)}{\left|z_1\right|}>0$ 是否成立，若成立，则判断 $\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-2\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}\left(t-L\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\left|z_1\right|}-\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}\left(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\left|z_1\right|}>0$ 是否成立，若成立，则保护装置判断输电线路正方向发生相间短路故障；

其中，u_φφ(t)、u_φφ(t-Δt)分别为t、t-Δt采样时刻的故障相间电压采样值；u_φφ2(t-LΔt)、u_φφ2(t-LΔt-Δt)分别为t-LΔt、t-LΔt-Δt采样时刻的故障相间负序电压采样值；i_φφ(t)、i_φφ(t-Δt)、i_φφ(t-2Δt)分别为t、t-Δt、t-2Δt采样时刻的故障相间电流采样值；Δt为采样间隔时间；l₁、r₁分别为单位长度输电线路正序电感、正序电阻；φφ＝AB、BC、CA相间；|z₁|为单位长度输电线路正序阻抗z₁的幅值。

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

本发明方法测量输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电压采样值，计算动态数据窗长度，利用一个动态数据窗长度的故障相间电气量采样值计算输电线路相间短路故障方向判据是否成立，若成立，则判断输电线路正方向发生相间短路故障。本发明方法只需用到小于1/4周期数据窗的故障相间电气量采样值参与运算，算法原理简单，程序实现容易，所需数据窗少，计算量小，运算速度快。本发明方法判别结果不受电力系统运行方式、故障位置、过渡电阻和负荷电流等因素的影响，能准确判别输电线路相间短路故障的故障方向。

附图说明

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。图1中CVT为电压互感器、CT为电流互感器。保护装置实时采集输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电压采样值。

保护装置计算单位长度输电线路正序阻抗z₁的相角Arg(z₁)。

保护装置计算单位长度输电线路正序阻抗z₁的幅值|z₁|。

保护装置计算动态数据窗长度其中，N为每周波采样点数。

保护装置判断 $u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t)}{\left|z_1\right|}-u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t)}{\left|z_1\right|}<0$ 是否成立，若成立，则判断 $\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-2\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}\left(t-L\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\left|z_1\right|}-\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}\left(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\left|z_1\right|}<0$ 是否成立，若成立，则保护装置判断输电线路正方向发生相间短路故障。

保护装置判断 $u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t)}{\left|z_1\right|}-u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t)}{\left|z_1\right|}>0$ 是否成立，若成立，则判断 $\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-2\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}\left(t-L\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\left|z_1\right|}-\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t-\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}\left(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t\right)}{\left|z_1\right|}>0$ 是否成立，若成立，则保护装置判断输电线路正方向发生相间短路故障。

其中，u_φφ(t)、u_φφ(t-Δt)分别为t、t-Δt采样时刻的故障相间电压采样值；u_φφ2(t-LΔt)、u_φφ2(t-LΔt-Δt)分别为t-LΔt、t-LΔt-Δt采样时刻的故障相间负序电压采样值；i_φφ(t)、i_φφ(t-Δt)、i_φφ(t-2Δt)分别为t、t-Δt、t-2Δt采样时刻的故障相间电流采样值；Δt为采样间隔时间；l₁、r₁分别为单位长度输电线路正序电感、正序电阻；φφ＝AB、BC、CA相间。

本发明方法测量输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电压采样值，计算动态数据窗长度，利用一个动态数据窗长度的故障相间电气量采样值计算输电线路相间短路故障方向判据是否成立，若成立，则判断输电线路正方向发生相间短路故障。本发明方法只需用到小于1/4周期短数据窗的故障相间电气量采样值参与运算，算法原理简单，实现容易，所需数据窗少，计算量小，运算速度快。本发明方法判别结果不受电力系统运行方式、故障位置、过渡电阻和负荷电流等因素的影响，能准确判别输电线路相间短路故障的故障方向。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于动态数据窗输电线路相间故障方向判别方法，包括如下依序步骤：

(1)保护装置实时采集输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电压采样值；

(2)保护装置计算动态数据窗长度其中，z₁为单位长度输电线路正序阻抗；Arg(z₁)为单位长度输电线路正序阻抗z₁的相角；N为每周波采样点数；

(3)保护装置判断 $u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t)}{|z_1|}-u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t)}{|z_1|}<0$ 是否成立，若成立，则判断 $\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-2\mathrm{\&Delta;}t)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t)}{|z_1|}-\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t)}{|z_1|}<0$ 是否成立，若成立，则保护装置判断输电线路正方向发生相间短路故障；

(4)保护装置判断 $u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t)}{|z_1|}-u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t)}{|z_1|}>0$ 是否成立，若成立，则判断 $\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-2\mathrm{\&Delta;}t)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t)}{|z_1|}-\&lsqb;l_1\frac{i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}(t-\mathrm{\&Delta;}t)}{\mathrm{\&Delta;}t}+r_1{i}_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}}\left(t\right)\&rsqb;\frac{u_{\mathrm{\&phi;}\mathrm{\&phi;}2}(t-L\mathrm{\&Delta;}t-\mathrm{\&Delta;}t)}{|z_1|}>0$ 是否成立，若成立，则保护装置判断输电线路正方向发生相间短路故障；

其中，u_φφ(t)、u_φφ(t-Δt)分别为t、t-Δt采样时刻的故障相间电压采样值；u_φφ2(t-LΔt)、u_φφ2(t-LΔt-Δt)分别为t-LΔt、t-LΔt-Δt采样时刻的故障相间负序电压采样值；i_φφ(t)、i_φφ(t-Δt)、i_φφ(t-2Δt)分别为t、t-Δt、t-2Δt采样时刻的故障相间电流采样值；Δt为采样间隔时间；l₁、r₁分别为单位长度输电线路正序电感、正序电阻；φφ＝AB、BC、CA相间；|z₁|为单位长度输电线路正序阻抗z₁的幅值。