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1、(10)申请公布号 CN 102868137 A (43)申请公布日 2013.01.09 CN 102868137 A *CN102868137A* (21)申请号 201210366252.7 (22)申请日 2012.09.27 H02H 3/06(2006.01) H02H 7/26(2006.01) (71)申请人 沈阳工业大学 地址 110870 辽宁省沈阳市经济技术开发区 沈辽西路 111 号 (72)发明人 林莘 谢寅志 徐建源 (74)专利代理机构 沈阳东大专利代理有限公司 21109 代理人 李运萍 (54) 发明名称 特高压输电线路单相自动重合闸控制装置及 方法 (57)。
2、 摘要 一种特高压输电线路单相自动重合闸控制装 置及方法， 该装置包括主控模块、 电压采集模块、 开入电路、 开出电路、 显示模块、 按键、 打印机接口 和网络接口 ； 电压采集模块的输出端连接主控模 块的输入端， 开入电路的输出端连接主控模块的 输入端， 主控模块的输出端连接开出电路的输入 端， 显示器的输入端连接主控模块的输出端， 按键 的输出端连接主控模块的输入端， 主控模块的输 出端分别连接打印机接口和网络接口。本发明有 效的解决单相自适应重合闸故障识别的问题， 以 及带并联电抗器的特高压输电线路利用电压判定 故障类型时由于拍频谐振引起的误判问题， 控制 装置简单且提高判断结果的可靠性。
3、、 准确性， 精确 控制了重合闸的重合操作。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 4 页 1/2 页 2 1. 一种特高压输电线路单相自动重合闸控制装置， 其特征在于 ： 包括主控模块、 电压 采集模块、 开入电路、 开出电路、 显示模块、 按键、 打印机接口和网络接口 ； 所述电压采集模块的输出端连接主控模块的输入端， 开入电路的输出端连接主控模块 的输入端， 主控模块的输出端连接开出电路的输入端， 显示模块的输入端连接主控模块的 输出端， 按键的输出端。
4、连接主控模块的输入端， 主控模块的输出端分别连接打印机接口和 网络接口。 2. 采用权利要求 1 所述的特高压输电线路单相自动重合闸控制装置进行特高压输电 线路单相自动重合闸控制的方法， 其特征在于 ： 包括以下步骤 ： 步骤 1 ： 实时采集特高压输电线路各相的端电压及中性点小电抗电压 ； 步骤 2 ： 特高压输电线路故障时， 故障相断路器跳闸， 由特高压输电线路中的保护装置 的选相元件确定故障相别 ； 步骤 3 ： 计算特高压输电线路中的电压互感器测得的故障相的中性点小电抗电压与该 故障相端电压的幅值比 ； 步骤 4 ： 计算整定值， 整定值由以特高压输电线路瞬时性故障为参考， 计算出的中。
5、性点 小电抗和线路端电压的幅值比乘以可靠系数得到 ； 步骤 5 ： 判断步骤 3 计算的故障相的中性点小电抗电压和该故障相端电压的幅值比是 否小于整定值 ： 是， 则判断此时特高压输电线路为瞬时性故障， 故障相的重合闸重合 ； 否， 则延迟一个拍频谐振周期， 在该周期内实时监测故障相端电压， 并计算故障相的中性点小 电抗电压和该故障相端电压的幅值比 ； 步骤 6 ： 判断一个拍频谐振周期内故障相的中性点小电抗电压和该故障相端电压的幅 值比是否始终大于整定值， 是， 则判断特高压输电线路为永久性故障， 故障相的重合闸不重 合， 否， 则判断特高压输电线路为瞬时性故障， 故障相的重合闸重合。 3.。
6、 根据权利要求 2 所述的特高压输电线路单相自动重合闸控制方法， 其特征在于 ： 所 述的一个拍频谐振周期为 100ms。 4. 根据权利要求 2 所述的特高压输电线路单相自动重合闸控制方法， 其特征在于 ： 步 骤 4 所述的整定值， 计算公式如下 ： 其中， KDZ为整定值，为特高压输电线路在瞬时性故障时的中性点小电抗电压，为 特高压输电线路在瞬时性故障时的故障相端电压， k 为可靠系数， k 1.2。 5. 根据权利要求 4 所述的特高压输电线路单相自动重合闸控制方法， 其特征在于 ： 所 述特高压输电线路在瞬时性故障时的故障相端电压的计算公式如下 ： 其中， 为故障相静电耦合电压，为故。
7、障相上电磁感应电压 ； 故障相静电耦合电压其中，为非故障相端电压， XL0 jL0，XLm jLm，C0和 Cm分 权 利 要 求 书 CN 102868137 A 2 2/2 页 3 别为特高压输电线路相对地电容和线路相间电容， L0和 Lm分别为特高压输电线路相对地电 感和线路相间电感 ； 故障相上电磁感应电压其中，为流过非故障相电流， Zm为输电 线路单位长度互感抗， l 为特高压输电线路全长。 6. 根据权利要求 4 所述的特高压输电线路单相自动重合闸控制方法， 其特征在于 ： 所 述特高压输电线路在瞬时性故障时的中线点小电抗电压的计算公式如下 ： 其中， 为发生故障时流过中性点小电抗。
8、的电流， XN为中性点小电抗。 发生故障时流过中性点小电抗的电流其中，为故障相端电压， 为非故障相端电压， XL jL， XN jLN， L 和 LN分别为并联电抗器电感和中性 点小电抗电感。 权 利 要 求 书 CN 102868137 A 3 1/6 页 4 特高压输电线路单相自动重合闸控制装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及电力系统输电线路自动重合闸控制技术领域， 特别是涉及一种特高压 输电线路单相自动重合闸控制装置及方法。 背景技术 0002 随着经济的发展， 对电网输电能力的要求不断提高， 超 / 特高压输电今后将成为 长距离大容量输电的主要方式， 从国内外超高压输电线路的运行。
9、统计记录结果看， 单相接 地故障率高达 90以上， 其中瞬时性故障占到 80左右。为了提高系统运行的可靠性与稳 定性， 单相自动重合闸得到广泛应用。 然而单相自适应重合闸动作具有一定的盲目性， 当其 重合于永久性故障时， 电力系统会再次遭受短路电流的冲击， 甚至使电力系统失去稳定性， 因此选择可靠的自适应重合闸故障类型判据使重合闸准确重合于瞬时性故障， 对提高电力 系统稳定运行具有十分重要的意义。 0003 由于并联电抗器具有补偿输电线路中的电容性充电功率， 在轻负荷时吸收无功功 率， 控制无功潮流， 稳定系统运行电压， 限制潜供电流等作用， 在超高压输电系统中得到较 多的应用。 0004 目。
10、前， 国内外对输电线路故障类型的判别原理有两种 ： 一种是基于瞬时故障时故 障电弧特性判断故障类型， 该方法多采用神经网络技术及小波分析的方法， 通过检测二次 电弧阶段输电线路上的电压频谱特性来区分瞬时性故障与永久性故障， 但是人工神经网络 结构以及权值需要离线用学习样本进行训练， 需要模拟大量的故障类型得到不同的模型， 还需要储存大量的数据， 因此应用起来相对复杂。另一种是基于恢复电压原理利用瞬时性 故障和永久性故障， 并联电抗器上恢复电压不同来区分故障类型。 该方法原理简单， 但受并 联电抗器的影响， 在开断瞬时性故障时会出现拍频现象， 有误判的可能。 发明内容 0005 针对现有技术的不。
11、足， 本发明提供一种特高压输电线路单相自动重合闸控制装置 及方法， 针对带并联电抗器的交流特高压输电线路单相接地故障。 0006 本发明的技术方案是 ： 0007 一种特高压输电线路单相自动重合闸控制装置， 包括主控模块、 电压采集模块、 开 入电路、 开出电路、 显示模块、 按键、 打印机接口和网络接口 ； 0008 所述电压采集模块的输出端连接主控模块的输入端， 开入电路的输出端连接主控 模块的输入端， 主控模块的输出端连接开出电路的输入端， 显示模块的输入端连接主控模 块的输出端， 按键的输出端连接主控模块的输入端， 主控模块的输出端分别连接打印机接 口和网络接口。 0009 采用所述的。
12、特高压输电线路单相自动重合闸控制装置进行特高压输电线路单相 自动重合闸控制的方法， 包括以下步骤 ： 0010 步骤 1 ： 实时采集特高压输电线路各相的端电压及中性点小电抗电压 ； 说 明 书 CN 102868137 A 4 2/6 页 5 0011 步骤 2 ： 特高压输电线路故障时， 故障相断路器跳闸， 由特高压输电线路中的保护 装置的选相元件确定故障相别 ； 0012 步骤 3 ： 计算特高压输电线路中的电压互感器测得的故障相的中性点小电抗电压 与该故障相端电压的幅值比 ； 0013 步骤 4 ： 计算整定值， 整定值由以特高压输电线路瞬时性故障为参考， 计算出的中 性点小电抗和线路。
13、端电压的幅值比乘以可靠系数得到 ； 0014 整定值计算过程中涉及的中性点小电抗电压和故障相端电压是理论计算出的值， 也就是说如果发生瞬时性故障， 用 PT 测到的中性点小电抗电压和端电压应该与理论值相 符和相差不多， 为了便于判断故障， 将计算出的中性点小电抗与故障相端电压的幅值比乘 以一个大于 1 的可靠系数， 得到理论计算的比值， 理论计算的比值大于实际测量到的比值， 就能更可靠的进行故障判断， 不会因为电压的波动出现误判。 理论计算的值是个参考， 与实 际测量的值相比较， 实际测量的值小于理论值判断为瞬时性故障， 反之为永久性故障 ； 0015 步骤 5 ： 判断步骤 3 计算的故障相。
14、的中性点小电抗电压和该故障相端电压的幅值 比是否小于整定值 ： 是， 则判断此时特高压输电线路为瞬时性故障， 故障相的重合闸重合 ； 否， 则延迟一个拍频谐振周期， 在该周期内实时监测故障相端电压， 并计算故障相的中性点 小电抗电压和该故障相端电压的幅值比 ； 0016 所述的一个拍频谐振周期为 100ms。 0017 步骤 6 ： 判断一个拍频谐振周期内故障相的中性点小电抗电压和该故障相端电压 的幅值比是否始终大于整定值， 是， 则判断特高压输电线路为永久性故障， 故障相的重合闸 不重合， 否， 则判断特高压输电线路为瞬时性故障， 故障相的重合闸重合。 0018 步骤 4 所述的整定值， 计。
15、算公式如下 ： 0019 0020 其中， KDZ为整定值，为特高压输电线路在瞬时性故障时的中性点小电抗电压， 为特高压输电线路在瞬时性故障时的故障相端电压， k 为可靠系数， k 1.2。 0021 所述特高压输电线路在瞬时性故障时的故障相端电压的计算公式如下 ： 0022 0023 其中， 为故障相静电耦合电压，为故障相上电磁感应电压 ； 0024 故障相静电耦合电压其中，为非故障相端电压， XL0 jL0，XLm jLm，C0和 Cm分 别为特高压输电线路相对地电容和线路相间电容， L0和 Lm分别为特高压输电线路相对地电 感和线路相间电感 ； 0025 故障相上电磁感应电压其中，为流过。
16、非故障相电流， Zm为 输电线路单位长度互感抗， l 为特高压输电线路全长。 0026 所述特高压输电线路在瞬时性故障时的中性点小电抗电压的计算公式如下 ： 0027 说 明 书 CN 102868137 A 5 3/6 页 6 0028 其中， 为发生故障时流过中性点小电抗的电流， XN为中性点小电抗。 0029 发生故障时流过中性点小电抗的电流其中，为故障相端电 压，为非故障相端电压， XL jL， XN jLN， L 和 LN分别为并联电抗器电感和 中性点小电抗电感。 0030 有益效果 ： 0031 本发明有效的解决单相自适应重合闸故障识别的问题， 以及带并联电抗器的特高 压输电线路利。
17、用电压判定故障类型时由于拍频谐振引起的误判问题， 控制装置简单且提高 判断结果的可靠性、 准确性， 精确控制了重合闸的重合操作。 附图说明 0032 图 1 是本发明的具体实施方式特高压输电线路单相自动重合闸控制装置结构框 图 ； 0033 图 2 是本发明的具体实施方式特高压输电线路单相自动重合闸控制装置与特高 压输电线路连接示意图 ； 0034 图 3 是本发明的具体实施方式特高压输电线路单相自动重合闸控制方法流程图 ； 0035 图 4 是本发明的具体实施方式瞬时性故障线路示意图 ； 0036 图 5 是本发明的具体实施方式图 4 的瞬时性故障线路等效图 ； 0037 图 6 是本发明的。
18、具体实施方式永久性故障线路示意图 ； 0038 图 7 是本发明的具体实施方式某瞬时性故障时故障相端电压及中性点小电抗电 压波形图 ； 0039 图 8 是本发明的具体实施方式电压采集模块电路原理图 ； 0040 图 9 是本发明的具体实施方式开入电路原理图 ； 0041 图 10 是本发明的具体实施方式开出电路原理图。 具体实施方式 0042 下面结合附图对本发明的具体实施做进一步说明。 0043 本实施方式的特高压输电线路单相自动重合闸控制装置， 如图 1 所示， 包括主控 模块、 电压采集模块、 开入电路、 开出电路、 显示模块、 按键、 打印机接口和网络接口 ； 0044 所述电压采集。
19、模块的输出端连接主控模块的输入端， 开入电路的输出端连接主控 模块的输入端， 主控模块的输出端连接开出电路的输入端， 显示模块的输入端连接主控模 块的输出端， 按键的输出端连接主控模块的输入端， 主控模块的输出端分别连接打印机接 口和网络接口。此外看门狗电路存储电路以及时钟电路包含在主控模块之中。 0045 主控模块选用 TMS320F2812DSP， 电压采集模块、 开入电路、 开出电路均采用现有公 知电路结构， 本实施方式中， 电压采集模块的电路原理如图 8 所示， 电压采集电路采用星格 毫安级精密电压互感器 SPT204A 精密度 1， 互感器后面为有 OP07 与运算放大器组成的 放大。
20、电路将互感器转换的电压信号转换成 AD 芯片可以采集的范围， 通过 AD 与 DSP 数据总 线相连。 开入电路采用现有技术， 开入电路如图9所示， 输入端(右端)接断路器跳闸接点， 输出端 ( 左端 ) 与 DSP 的 I/O 口相连。开出电路如图 10 所示， 开出电路采用 ULN2003A 大 说 明 书 CN 102868137 A 6 4/6 页 7 电流达林顿晶体管， 开出电路输入端 (OUT0、 OUT1、 OUT2、 OUT3) 与 DSP 的 I/O 口线连接， 开 出电路输出端直接与断路器合闸接点继电器相连。 0046 显示器采用液晶显示屏， 按键采用薄膜键盘， 打印机接口。
21、外接打印机， 网络接口与 主机相连。显示模块将显示断路器跳闸信号、 采集的电压信号等 ； 网络接口用于连接总线， 进行网络通信 ； 打印机接口用于连接打印机， 实现在线打印。 主控制模块还包括用于保护装 置可靠运行的看门狗电路， 用于存储装置的动作过程以及定值的存储电路和在装置运行过 程中对自身进行充电的时钟芯片。 0047 本实施方式的特高压输电线路单相自动重合闸控制装置与某特高压输电线路连 接， 如图 2 所示， 在工作时， 电压采样模块的输入端与特高压输电线路两端的电压互感器 PT 以及中性点小电抗的 PT 相连， 开入电路与自动合闸跳闸接点相连， 开出电路则与自动重合 闸的合闸接点相连。
22、。 0048 依据本实施方式的故障识别方法， 将程序写入主控模块， 电压采集模块对输电线 路端电压及中性点小电抗电压进行实时采集， 当输电线路发生故障时， 故障保护元件动作， 故障相断路器跳闸， 开入电路将跳闸接点信号传递给主控模块， 主控模块在相应程序下， 对 采集到的故障相端电压进行数值计算判断， 确定故障为永久性故障还是瞬时性故障， 并通 过开出电路输出控制信号， 决定重合闸是否重合。 0049 特高压输电线路瞬时性故障时线路如图 4 所示， 其等效电路如图 5， 当输电线路 A 相发生瞬时性接地故障时， 该相两端断路器断开， 故障点电弧熄灭， B 相 C 相通过与 A 相的 相间耦合电。
23、容和耦合电感使A相仍存在恢复电压其工频分量是电容耦合电压和电磁 耦合电压的矢量和， 和分别为 ： 0050 0051 0052 上式中为非故障相端电压，XL0 jL0， XLm jLm，C0和 Cm分别为线路相对地电容和线路相间电容， L0和 Lm分别为线路相对地电感和线路相间电感， Zm为输电线路单位长度互感抗， l 为输电线路全 长。 0053 特高压输电线路发生永久性故障时的线路如图 6 所示， 由于故障点始终存在， 线 路对地电容可靠放电， 因此故障相端电压只含有电磁耦合电压即 ： 0054 0055 式中， l为线路首端到故障点的距离。 0056 由于特高压输电线路发生接地故障时线路。
24、两端断路器断开， 此时中性点小电抗 电压主要由健全相电流决定， 所以无论瞬时性故障还是永久性故障， 中性点小电抗电压 变化不大。 0057 说 明 书 CN 102868137 A 7 5/6 页 8 0058 式中 XL jL 为并联电抗器的电抗值 ； XN jLN为中性点小电抗的电抗值。 0059 采用上述特高压输电线路单相自动重合闸控制装置进行单相自动重合闸控制的 方法， 包括以下步骤 ： 0060 步骤 1 ： 实时采集特高压输电线路各相的端电压及中线点小电抗电压 ； 0061 步骤 2 ： 特高压输电线路故障时， 故障相断路器跳闸， 由特高压输电线路中的保护 装置的选相元件确定故障相。
25、别 ； 0062 步骤 3 ： 计算特高压输电线路中的电压互感器 (PT) 测得的故障相的中性点小电抗 电压与该故障相端电压的幅值比 ； 0063 步骤 4 ： 计算整定值， 整定值由以特高压输电线路瞬时性故障为参考， 计算出的中 性点小电抗和线路端电压的幅值比乘以可靠系数得到 ； 0064 所述的整定值， 计算公式如下 ： 0065 0066 其中， KDZ为整定值，为特高压输电线路在瞬时性故障时的中性点小电抗电压， 为特高压输电线路在瞬时性故障时的故障相端电压， k 为可靠系数， k 1.2。 0067 所述特高压输电线路在瞬时性故障时的故障相端电压的计算公式如下 ： 0068 0069 。
26、其中， 为故障相静电耦合电压，为故障相上电磁感应电压 ； 0070 故障相静电耦合电压其中，为非故障相端电压， XL0 jL0，XLm jLm，C0和 Cm分 别为特高压输电线路相对地电容和线路相间电容， L0和 Lm分别为特高压输电线路相对地电 感和线路相间电感 ； 0071 故障相上电磁感应电压其中，为流过非故障相电流， Zm为 输电线路单位长度互感抗， l 为特高压输电线路全长。 0072 所述特高压输电线路在瞬时性故障时的中性点小电抗电压的计算公式如下 ： 0073 0074 其中， 为发生故障时流过中性点小电抗的电流， XN为中性点小电抗。 0075 发生故障时流过中性点小电抗的电流。
27、其中，为故障相端电 压， 0076 为非故障相端电压， XL jL， XN jLN， L 和 LN分别为并联电抗器电 感和中性点小电抗电感。 0077 步骤 5 ： 判断步骤 3 计算的故障相的中性点小电抗电压和该故障相端电压的幅值 比是否小于整定值 ： 是， 则判断此时特高压输电线路为瞬时性故障， 故障相的重合闸重合 ； 否， 则延迟一个拍频谐振周期， 在该周期内实时监测故障相端电压， 并计算故障相的中性点 小电抗电压和该故障相端电压的幅值比 ； 说 明 书 CN 102868137 A 8 6/6 页 9 0078 所述的一个拍频谐振周期为 100ms。 0079 步骤 6 ： 判断一个拍。
28、频谐振周期内故障相的中性点小电抗电压和该故障相端电压 的幅值比是否始终大于整定值， 是， 则判断特高压输电线路为永久性故障， 故障相的重合闸 不重合， 否， 则判断特高压输电线路为瞬时性故障， 故障相的重合闸重合。 0080 当特高压输电线路发生瞬时性故障时， 可能会出现拍频谐振现象， 使中性点小电 抗电压与故障端电压幅值比大于整定值， 这样就产生了误判， 如图 7 所示， 其中 1 为故障相 端电压波形， 2 为故障相中性点小电抗电压波形， 图 7 中， 标记为 3 的位置， 故障相中性点小 电抗电压大于端电压， 为解决误判问题， 本实施方式在一个拍频谐振周期内(即100ms内)， 判断是否。
29、始终大于 KDZ， 是， 则判定为永久性故障， 否则判定为瞬时性故障， 在一个 拍频谐振周期内用整定值 KDZ进行判断， 保证了故障判断结果的可靠性和准确性， 准确控制 了重合闸的重合操作。 说 明 书 CN 102868137 A 9 1/4 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102868137 A 10 2/4 页 11 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102868137 A 11 3/4 页 12 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102868137 A 12 4/4 页 13 图 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 102868137 A 13 。