基于故障因子的輸電線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及到輸電線路差動(dòng)保護(hù)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流差動(dòng)保護(hù)是繼電保護(hù)中的一種，其原理是利用基爾霍夫電流定理工作。例如 當(dāng)變壓器正常工作或區(qū)外故障時(shí)，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流 (折算后的電流）相等，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)（或=側(cè)）向故障 點(diǎn)提供短路電流，差動(dòng)保護(hù)感受到的二次電流的和正比于故障點(diǎn)電流，差動(dòng)繼電器動(dòng)作。
[0003] 電流差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單、工作可靠且具有良好的選擇性，作為輸電線路的主保護(hù) 在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，長(zhǎng)期W來(lái)其原理研究及應(yīng)用受到了保護(hù)工作者的極大關(guān)注。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)可W分為兩類，基于工頻正弦穩(wěn)態(tài)分量的差動(dòng) 判據(jù)和基于的暫態(tài)分量的差動(dòng)判據(jù)?；诜€(wěn)態(tài)分量的差動(dòng)判據(jù)易受負(fù)荷電流的影響，在 區(qū)外故障時(shí)靈敏度低，在區(qū)內(nèi)高阻接地故障時(shí)可能出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)。例如現(xiàn)有技術(shù)1(湯俊、 王曉茹，"反應(yīng)重負(fù)荷下高阻故障的穩(wěn)態(tài)量線路差動(dòng)保護(hù)判據(jù)"[J]，《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》， 2008,28(4) :72-77)提出了一種自適應(yīng)電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)，通過(guò)調(diào)節(jié)制動(dòng)系數(shù)提高了保護(hù) 的靈敏度?；诠收戏至康谋Ｗo(hù)方案能不受過(guò)度電阻和負(fù)荷電流的影響，但故障分量只在 故障初期短時(shí)開(kāi)放，不能適應(yīng)高阻緩慢爬升型故障?，F(xiàn)有技術(shù)2(柳煥章、周澤昕、周春霞， "輸電線路突變量電流差動(dòng)繼電器"[J]，《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》，2013,33(1) :146-151)在制 動(dòng)量中引入靈敏系數(shù)，實(shí)時(shí)修正動(dòng)作特性，W提高區(qū)外短路時(shí)保護(hù)的可靠性和區(qū)內(nèi)故障時(shí) 的靈敏度?？傮w說(shuō)來(lái)，現(xiàn)有技術(shù)中的電流差動(dòng)保護(hù)具有負(fù)荷電流及故障電流大小對(duì)保護(hù)存 在影響，而且現(xiàn)有技術(shù)中的差動(dòng)保護(hù)易受高阻接地、也容易發(fā)生轉(zhuǎn)換性故障等。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]有鑒如此，本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題，提出一種基于故障因子 的輸電線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法，消除負(fù)荷電流及故障電流大小對(duì)保護(hù)的影響，用于 解決傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)易受高阻接地、轉(zhuǎn)換性故障等因素影響的問(wèn)題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為如下。
[0007] 一種基于故障因子的輸電線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)讀入模塊、故障 穩(wěn)態(tài)分量提取模塊、保護(hù)計(jì)算模塊和保護(hù)動(dòng)作模塊，所述數(shù)據(jù)讀入模塊連接至故障穩(wěn)態(tài)分 量提取模塊和保護(hù)計(jì)算模塊，故障穩(wěn)態(tài)分量提取模塊連接至保護(hù)計(jì)算模塊，保護(hù)計(jì)算模塊 連接至保護(hù)動(dòng)作模塊，其中，
[0008]所述數(shù)據(jù)讀入模塊用于采集線路兩端的電流、線路阻抗、線路對(duì)地電容W及節(jié)點(diǎn) 注入電流值，并將線路兩端的電流W及節(jié)點(diǎn)注入電流發(fā)送至故障穩(wěn)態(tài)分量提取模塊，將線 路阻抗、線路對(duì)地電容W及所形成節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣并發(fā)送至保護(hù)計(jì)算模塊；
[0009] 所述故障穩(wěn)態(tài)分量提取模塊用于根據(jù)線路兩端的電流、節(jié)點(diǎn)注入電流W及節(jié)點(diǎn)支 路關(guān)聯(lián)矩陣計(jì)算的系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)分量，并將故障穩(wěn)態(tài)分量發(fā)送至保護(hù)計(jì)算模塊；
[0010] 所述保護(hù)計(jì)算模塊用于根據(jù)線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算相關(guān)度系數(shù)矩陣和線路 故障因子，并將線路故障因子發(fā)送至保護(hù)動(dòng)作模塊；
[0011] 所述保護(hù)動(dòng)作模塊用于確定是否滿足保護(hù)判據(jù)啟動(dòng)條件，并在滿足保護(hù)判據(jù)啟動(dòng) 條件時(shí)，根據(jù)線路故障因子確定是否發(fā)送跳閩信號(hào)。
[0012] 其中所述保護(hù)計(jì)算模塊確定線路故障因子包括：
[0014] 其中Fm。為線路的故障因子，
[0015] 分別為線路一端保護(hù)安裝處故障穩(wěn)態(tài)電流分量；
[0016] ig/分別為線路另一端保護(hù)安裝處的故障穩(wěn)態(tài)電流分量；
[0017]所述的I之i,.+心I為線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流分量的相量和模值，其具體取值為：
[0018] 正常運(yùn)行時(shí)，其值滿足
[0019] 故障發(fā)生時(shí)，其值滿足
[0020] 所述的I之I為線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流分量的相量差模值，其具體取值為：
[0021] 正常運(yùn)行時(shí)，其值滿足： ；
[0022] 故障發(fā)生時(shí)，其值滿足： 陽(yáng)023] 其中7,是指故障點(diǎn)電流相量，
[0024] Cmn,m和Cmn,n分別表示支路相關(guān)因子矩陣中線路麗對(duì)應(yīng)行中第M個(gè)和N個(gè)元素，
[00巧]a為故障點(diǎn)到M端的線路距離百分比。
[0026] 特別地，所述保護(hù)判據(jù)啟動(dòng)條件的判據(jù)為：
[0027] 巧"，各5化W線路故障 '原>5*斬線路未故障'
[002引其中，所述Krel為取值大于1的可靠系數(shù)。
[0029] 一種基于故障因子的輸電線路差動(dòng)保護(hù)方法，所述方法包括步驟：
[0030] A、采集線路兩端的電流、節(jié)點(diǎn)注入電流、線路序阻抗和線路對(duì)地序電容節(jié)點(diǎn)支路 關(guān)聯(lián)矩陣計(jì)算；
[0031] B、根據(jù)線路兩端的電流、節(jié)點(diǎn)注入電流W及節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣計(jì)算的系統(tǒng)故障穩(wěn) 態(tài)分量，
[0032] C、根據(jù)線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算相關(guān)度系數(shù)矩陣和線路故障因子；
[0033] D、確定是否滿足保護(hù)判據(jù)啟動(dòng)條件，并在滿足保護(hù)判據(jù)啟動(dòng)條件時(shí)確定是否發(fā)送 跳閩信號(hào)。
[0034]另外，步驟C中所述根據(jù)線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算相關(guān)度系數(shù)矩陣和線路故障 因子包括：
[0036] 其中Fm。為線路的故障因子，
[0037] 4^;.分別為線路一端保護(hù)安裝處故障穩(wěn)態(tài)電流分量；
[0038] j,^分別為線路另一端保護(hù)安裝處的故障穩(wěn)態(tài)電流分量；
[0039] 所述的+/。/|為線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流分量的相量和模值，其具體取值為：
[0040] 正常運(yùn)行時(shí)，其值滿足
[0041] 故障發(fā)生時(shí)，其值滿足
[0042] 所述的I之為線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流分量的相量差模值，其具體取值為：
[0043] 正常運(yùn)行時(shí)，其值滿足
[0044] 故障發(fā)生時(shí)，其值滿足
[0045] 其中7是指故障點(diǎn)電流相量，
[0046] Cmn,m和C mn,n分別表示支路相關(guān)因子矩陣中線路麗對(duì)應(yīng)行中第M個(gè)和N個(gè)元素，
[0047] a為故障點(diǎn)到M端的線路距離百分比。 W48] 特別地，步驟D中所述保護(hù)判據(jù)啟動(dòng)條件的判據(jù)為：
[0049] 'F""作Kk!線路故障 而，>5化,.d線路未故障'
[0050] 其中，所述Krel為取值大于1的可靠系數(shù)。
[0051] 本發(fā)明的基于故障因子的輸電線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法中，判斷故障的判據(jù) 為故障后的故障穩(wěn)態(tài)分量構(gòu)造的判據(jù)，與現(xiàn)有技術(shù)的故障突變量判據(jù)相比，只要故障存在， 則判據(jù)一直成立，無(wú)需故障保持邏輯，等待延時(shí)即可出口動(dòng)作，因此本發(fā)明對(duì)線路故障識(shí)別 準(zhǔn)確，能夠在發(fā)生故障后準(zhǔn)確地判斷故障，對(duì)各種類型故障均具有較高的靈敏度；同時(shí)，本 發(fā)明具有較高的可靠性，在發(fā)生轉(zhuǎn)換性故障的情況下，仍具有較好的選擇性。
【附圖說(shuō)明】
[0052] 圖1為根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的基于故障因子的輸電線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0053] 圖2是內(nèi)部發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖。
[0054] 圖3是故障穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型。 陽(yáng)化5] 圖4是系統(tǒng)線路故障時(shí)故障穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)等值模型。
[0056] 圖5是本發(fā)明基于故障因子的輸電線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)和方法的應(yīng)用場(chǎng)合一一新英 格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)分析系統(tǒng)圖。
[0057] 圖6是區(qū)內(nèi)發(fā)生不同類型故障時(shí)故障因子變化曲線。
[0058] 圖7是區(qū)內(nèi)經(jīng)不同過(guò)渡電阻發(fā)生接地時(shí)故障因子分析結(jié)果圖。
[0059] 圖8是線路內(nèi)部不同位置發(fā)生故障時(shí)故障因子分析結(jié)果圖。
[0060] 圖9是區(qū)外故障時(shí)故障因子分析結(jié)果表。
[0061] 圖10是發(fā)展型故障時(shí)故障因子分析結(jié)果圖。
[0062] 圖11是轉(zhuǎn)換型故障時(shí)故障因子分析結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。 W64]首先集中說(shuō)明本說(shuō)明書(shū)中出現(xiàn)的符號(hào)所代表的含義。 陽(yáng)0化]Fmn為線路的故障因子，
[0066] 分別為線路一端保護(hù)安裝處故障穩(wěn)態(tài)電流分量；
[0067] 4f分別為線路另一端保護(hù)安裝處的故障穩(wěn)態(tài)電流分量；
[0068] 為線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流分量的相量和模值，
[0069]I之I為線路兩端故障穩(wěn)態(tài)電流分量的相量差模值，
[0070] Cmn,m和C mn,n分別表示支路相關(guān)因子矩陣中線路麗對(duì)應(yīng)行中第M個(gè)和N個(gè)元素，
[0071]a為故障點(diǎn)到M端的線路距離百分比，
[0072] 分別表示故障點(diǎn)電壓和電流， 陽(yáng)07；3] /崎分別表示線路兩端電流，
[0074](I。,,-、氏分別線路兩端電壓，
[0075]Z