本發(fā)明涉及一種半波長輸電線路的欠范圍組合式保護(hù)方法與裝置，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，超長線路特高壓輸電技術(shù)受到了極大的關(guān)注，半波長輸電技術(shù)作為一種高效的遠(yuǎn)距離洲際輸電方式,具有良好的應(yīng)用前景,同時(shí)在我國“西電東送，南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)”的電力發(fā)展戰(zhàn)略中，遠(yuǎn)距離、大容量的輸電方式不可避免。但是，特高壓半波長線路輸電距離長，其故障特征與現(xiàn)有線路存在較大差異，比如線路中部故障時(shí)的故障電流特別小，測(cè)量阻抗不再呈與距離相關(guān)的單調(diào)特性；

如中國專利CN105576623A的一種基于時(shí)差法的自適應(yīng)半波長線路差動(dòng)保護(hù)方法，通過兩側(cè)保護(hù)啟動(dòng)元件的動(dòng)作時(shí)間差估算故障點(diǎn)的位置。根據(jù)故障點(diǎn)位置的不同自適應(yīng)改變差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)系數(shù)及門檻值。但是該方法并不能實(shí)現(xiàn)半波長線路的全線覆蓋，檢測(cè)電流時(shí)，出現(xiàn)兩端電流較大，中段電流較小的問題，當(dāng)故障位于中部時(shí)無法準(zhǔn)確判斷故障。

如“毛鵬,白日昶,楊威.反時(shí)限距離保護(hù)原理的改進(jìn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008,06:71-75.”所述的反時(shí)限距離保護(hù)方法，只能實(shí)現(xiàn)線路中段200km的保護(hù)，而不能實(shí)現(xiàn)兩端的保護(hù)。

因此，現(xiàn)有保護(hù)原理在半波長線路都無法完全適用，或者無法保護(hù)線路全長，這對(duì)特高壓半波長輸電技術(shù)的工程應(yīng)用造成了極大的影響，需發(fā)明一種新的保護(hù)方法來解決傳統(tǒng)保護(hù)存在的死區(qū)和兼容性問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種半波長輸電線路的欠范圍組合式保護(hù)方法與裝置，實(shí)現(xiàn)半波長輸電線路的全線保護(hù)，解決了傳統(tǒng)保護(hù)無法保護(hù)線路全長、以及存在的兼容性問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種半波長輸電線路的欠范圍組合式保護(hù)方法，

通過反距離保護(hù)法保護(hù)線路中段的步驟：采集線路單端電壓電流計(jì)算得到阻抗模值，根據(jù)阻抗模值與第一設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障，通過調(diào)整第一設(shè)定值的大小，使反距離保護(hù)元件保護(hù)線路的中段；通過反距離保護(hù)法保護(hù)線路中段的步驟：采集線路兩端的電流突變量，根據(jù)兩端的突變量的差值的模值與第二設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障，通過調(diào)整第二設(shè)定值的大小，使主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)元件保護(hù)線路的兩端。

進(jìn)一步的，線路出現(xiàn)故障時(shí)，反距離保護(hù)法判斷故障的依據(jù)為：

其中，Z_f為反距離法計(jì)算得到的阻抗模值，為采集的電壓，為采集的電流，Z_set為第一定值；當(dāng)計(jì)算得到的阻抗模值大于第一設(shè)定值時(shí)，判斷為線路發(fā)生故障，通過調(diào)整第一設(shè)定值的大小，使反距離保護(hù)元件保護(hù)線路中段。

進(jìn)一步的，線路出現(xiàn)故障時(shí)，主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)法判斷故障的依據(jù)為：

其中，I_set為保護(hù)動(dòng)作定值，也即第二設(shè)定值，K為制動(dòng)電流的制動(dòng)系數(shù)，為動(dòng)作電流，制動(dòng)電流，線路兩端的相電流突變量；根據(jù)兩端的突變量的差值的模值與第二設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障；獲得線路兩端感知到故障的時(shí)間，通過兩端感知到故障的時(shí)間比較確定故障可能發(fā)生的具體位置，然后主動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)電流的制動(dòng)系數(shù)，識(shí)別故障；調(diào)整第二設(shè)定值的大小，使主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)元件保護(hù)線路的兩端。

本發(fā)明還提供了一種半波長輸電線路的欠范圍組合式保護(hù)裝置，包括：

通過反距離保護(hù)法保護(hù)線路中段的單元，通過采集線路單端電壓電流計(jì)算得到阻抗模值，根據(jù)阻抗模值與第一設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障，通過調(diào)整第一設(shè)定值的大小，使反距離保護(hù)元件保護(hù)線路的中段；

通過主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)法保護(hù)線路兩端的單元，通過采集線路兩端的電流突變量，根據(jù)兩端的突變量的差值的模值與第二設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障，通過調(diào)整第二設(shè)定值的大小，使主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)元件保護(hù)線路的兩端。

進(jìn)一步的，線路出現(xiàn)故障時(shí)，通過反距離保護(hù)法判斷故障的單元判斷故障的依據(jù)為：

其中，Z_f為反距離法計(jì)算得到的阻抗模值，為采集的電壓，為采集的電流，Z_set為第一定值；當(dāng)計(jì)算得到的阻抗模值大于第一設(shè)定值時(shí)，判斷為線路發(fā)生故障，通過調(diào)整第一設(shè)定值的大小，使反距離保護(hù)元件保護(hù)線路中段。

進(jìn)一步的，線路出現(xiàn)故障時(shí)，通過主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)法判斷故障的單元判斷故障的依據(jù)為：

其中，I_set為保護(hù)動(dòng)作定值，也即第二設(shè)定值，K為制動(dòng)電流的制動(dòng)系數(shù)，為動(dòng)作電流，制動(dòng)電流，線路兩端的相電流突變量；根據(jù)兩端的突變量的差值的模值與第二設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障；獲得線路兩端感知到故障的時(shí)間，通過兩端感知到故障的時(shí)間比較確定故障可能發(fā)生的具體位置，然后主動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)電流的制動(dòng)系數(shù)，識(shí)別故障；調(diào)整第二設(shè)定值的大小，使主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)元件保護(hù)線路的兩端。

本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

1)它發(fā)明了兩種適用于半波長線路的保護(hù)邏輯原理，通過兩種不同原理的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)覆蓋線路全長的目的；

2)反距離保護(hù)原理通過單端量可實(shí)現(xiàn)半波長線路中部區(qū)段的高靈敏度保護(hù)；

3)基于GPS同步的主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)通過雙端量可實(shí)現(xiàn)半波長線路兩端區(qū)段的保護(hù)。

附圖說明

圖1為半波長欠范圍組合式保護(hù)方法示意圖；

圖2為反距離保護(hù)法示意圖；

圖3為主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)法原理圖；

圖4為半波長欠范圍組合式保護(hù)裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的技術(shù)方案為：反距離保護(hù)法通過采集線路單端電壓電流計(jì)算得到阻抗模值，根據(jù)阻抗模值與第一設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障，通過調(diào)整第一設(shè)定值的大小，使反距離保護(hù)元件保護(hù)線路的中段；主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)法通過采集線路兩端的電流突變量，根據(jù)兩端的突變量的差值的模值與第二設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障，通過調(diào)整第二設(shè)定值的大小，使主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)元件保護(hù)線路的兩端。

欠范圍組合式保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)需在半波長線路兩端各安裝一臺(tái)繼電保護(hù)裝置，兩臺(tái)裝置配置相同的欠范圍組合式保護(hù)邏輯。欠范圍組合式保護(hù)方法包括兩種保護(hù)邏輯原理，一種為反距離保護(hù)原理，通過測(cè)量線路單端端的電壓電流，從而計(jì)算出線路阻抗模值，通過阻抗模值的大小判斷線路中部是否故障，定值的設(shè)定需考慮躲過線路區(qū)外故障和無故障時(shí)的阻抗模值；另一種為基于GPS同步的主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)，通過測(cè)量線路兩端電流，根據(jù)采樣值計(jì)算電流的突變量，通過兩端的突變量的差值模值判斷是否線路內(nèi)部的兩端發(fā)生故障；并通過兩端保護(hù)裝置故障啟動(dòng)時(shí)的時(shí)標(biāo)，判斷故障發(fā)生的大致區(qū)間，主動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)電流的系數(shù)，實(shí)現(xiàn)故障的有效鑒別。本發(fā)明基于上述兩種保護(hù)邏輯實(shí)現(xiàn)欠范圍組合式保護(hù)方法，并通過相應(yīng)的跳閘邏輯斷開半波長線路兩端的斷路器，實(shí)現(xiàn)覆蓋半波長線路全長無死區(qū)保護(hù)。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明：

如圖1所示為本發(fā)明所述的半波長欠范圍組合式保護(hù)方法，此保護(hù)方法在線路兩端各配置一臺(tái)欠范圍組合式保護(hù)裝置A和B，每臺(tái)保護(hù)裝置配置相同的欠范圍組合式保護(hù)算法，由兩臺(tái)裝置配合實(shí)現(xiàn)半波長線路全長的保護(hù)。此保護(hù)方法中，由反距離保護(hù)原理實(shí)現(xiàn)保護(hù)范圍Ⅰ的保護(hù)，由主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)原理實(shí)現(xiàn)保護(hù)范圍Ⅱ的保護(hù)。保護(hù)范圍Ⅰ大致可占線路全長的70％左右，保護(hù)范圍Ⅱ除去中部的300公里左右也都可以覆蓋。欠范圍保護(hù)方法的兩個(gè)保護(hù)原理雖然單獨(dú)來看都是欠范圍保護(hù)，無法覆蓋線路全長，但兩者經(jīng)相互配合彌補(bǔ)，可實(shí)現(xiàn)線路全長無覆蓋保護(hù)。

所述反距離保護(hù)原理是通過在線路單端采集保護(hù)安裝地點(diǎn)的電壓電流來實(shí)現(xiàn)的，相間故障時(shí)它的動(dòng)作方程為：

其中，Z_f為反距離法計(jì)算得到的阻抗，為采集的電壓，為采集的電流，Z_set為定值，半波長線路上電壓電流滿足分布式參數(shù)方程，所以計(jì)算得到的阻抗模值滿足雙曲正切函數(shù)，反距離保護(hù)算法相比距離保護(hù)是僅以阻抗的模值作為判斷依據(jù)，并在計(jì)算得到的阻抗模值大于定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作；由于阻抗模值滿足雙曲正切函數(shù)，如圖2所示，所以半波長線路兩端測(cè)得阻抗模值較小，中部較大，區(qū)外近處故障時(shí)無法區(qū)分區(qū)內(nèi)外，故定值的設(shè)置需考慮躲過區(qū)外故障時(shí)的最大阻抗模值來確定。當(dāng)動(dòng)作方程滿足時(shí)，可確定是半波長線路中部發(fā)生故障，解決了半波長線路中部故障電流較小難以判斷的問題。

所述主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)原理是通過采集線路兩端的相電流突變量來構(gòu)成的，它的動(dòng)作電流制動(dòng)電流分別為：

動(dòng)作方程為

其中，I_set為保護(hù)動(dòng)作定值，K為制動(dòng)電流的制動(dòng)系數(shù)，為動(dòng)作電流，制動(dòng)電流，線路兩端的相電流突變量。主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)原理是指此保護(hù)原理通過與GPS同步，獲得線路兩端感知到故障的時(shí)間，通過兩端時(shí)間比較確定故障可能發(fā)生的具體位置，然后主動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)電流的制動(dòng)系數(shù)，從而有效識(shí)別出故障。制動(dòng)系數(shù)的取值如下：

當(dāng)6.6ms＜Δt＜10ms或-10ms＜Δt＜-6.6ms時(shí)，K＝0.4；

當(dāng)3.3ms＜Δt＜6.6ms或-6.6ms＜Δt＜-3.3ms時(shí)，K＝0.2；

主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)的邏輯原理如圖3所示，當(dāng)兩端保護(hù)的起動(dòng)元件啟動(dòng)時(shí)記錄起動(dòng)時(shí)間，并等待對(duì)端保護(hù)發(fā)來起動(dòng)信息和起動(dòng)時(shí)間，如果設(shè)定時(shí)間內(nèi)未收到對(duì)端發(fā)來的起動(dòng)信息，則認(rèn)為是本端保護(hù)誤動(dòng)并復(fù)歸；如果收到對(duì)端發(fā)來的起動(dòng)信息，則對(duì)兩端起動(dòng)時(shí)間進(jìn)行比較，判斷出可能故障的位置并主動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)系數(shù)，然后進(jìn)行突變量差流計(jì)算，從而判斷區(qū)內(nèi)是否發(fā)生故障。此保護(hù)原理不但具有良好的靈敏度，并且解決了制動(dòng)電流和動(dòng)作電流變化不一致難以整定的問題。

本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種半波長輸電線路的欠范圍組合式保護(hù)裝置，包括：

通過反距離保護(hù)法判斷故障的單元，通過采集線路單端電壓電流計(jì)算得到阻抗模值，根據(jù)阻抗模值與第一設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障，通過調(diào)整第一設(shè)定值的大小，使反距離保護(hù)元件保護(hù)線路的中段；

通過主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)法判斷故障的單元，通過采集線路兩端的電流突變量，根據(jù)兩端的突變量的差值的模值與第二設(shè)定值的關(guān)系，判斷線路是否發(fā)生故障，通過調(diào)整第二設(shè)定值的大小，使主動(dòng)突變量差動(dòng)保護(hù)元件保護(hù)線路的兩端。

該保護(hù)裝置的邏輯設(shè)計(jì)如圖4所示，包括起動(dòng)元件、包含反距離保護(hù)算法的單元、包含主動(dòng)突變量差動(dòng)算法的單元和發(fā)信/收信模塊，兩種單元均在起動(dòng)元件動(dòng)作后投入，包含反距離保護(hù)算法的單元如果也檢測(cè)到故障并動(dòng)作，會(huì)馬上向?qū)Χ税l(fā)送動(dòng)作信息，并接收對(duì)端反距離保護(hù)元件發(fā)送來的動(dòng)作信息，等收到對(duì)端動(dòng)作信息后才確認(rèn)故障發(fā)生無誤，從而使反距離保護(hù)元件保護(hù)出口跳閘；包含主動(dòng)突變量差動(dòng)算法的單元在起動(dòng)并檢測(cè)到故障后，則會(huì)直接出口跳閘。通過在輸電線路的兩端各安裝一臺(tái)欠范圍組合式繼電保護(hù)裝置，兩臺(tái)裝置配置相同的欠范圍組合式保護(hù)邏輯，從而全線保護(hù)輸電線路。

上述單元為與實(shí)現(xiàn)本發(fā)明組合式保護(hù)方法的步驟相對(duì)應(yīng)的軟件處理進(jìn)程或程序，半波長輸電線路的欠范圍組合式保護(hù)裝置即表示實(shí)現(xiàn)半波長輸電線路的欠范圍組合式保護(hù)方法的軟件功能構(gòu)架，因此，不再對(duì)該裝置的進(jìn)行故障判斷的過程進(jìn)行具體介紹。

以上給出了具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。