基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法.pdf

本发明公开了一种基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法：步骤1、判断纵联距离保护是否采用光纤通道，若是，则进入步骤2，若否，则进入步骤4；步骤2、判断光纤通道误码率是否小于设定值，若是，则进入步骤3，若否，且光纤通道误码率小于纵联距离门槛值，则进入步骤4；步骤3、采集光纤通道两端数据并计算差流：当差流与制动电流满足差动判据，判别为区内故障；否则判别为区外故障；步骤4、建立纵联方向零序、负序综合方向判据；步骤5、进行零序方向保护正、反向故障判别；步骤6、进行纵联方向零序、负序综合方向判别。能有效地防止保护误动的发生，提高整个电力系统的稳定性，为电网安全稳定运行提供更好的保障。

1.一种基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法，其特征在于，包括如下
步骤：
步骤1、判断纵联距离保护是否采用光纤通道，若是，则进入步骤2，若否，则进入步骤4；
步骤2、判断光纤通道误码率是否小于设定值，若是，则进入步骤3，若否，且光纤通道误
码率小于纵联距离门槛值，则进入步骤4；
步骤3、采集光纤通道两端数据并计算差流：当差流与制动电流满足差动判据，判别为
区内故障；否则，判别为区外故障；
差动判据为：
$\left\{\begin{array}{c}{I}_{d\mathrm{\Φ}}\>0.6\×I_{r\mathrm{\Φ}}\\ I_{d\mathrm{\Φ}}\>I_{dset}^H\end{array}\right.$
其中：IdΦ为相差动电流；IrΦ为相制动电流；为差动动作电流定值的1.5倍；
步骤4、建立纵联方向零序、负序综合方向判据，其中：
1a)零序方向主判据为：
$|3{\stackrel{\·}{U}}_0-3{\stackrel{\·}{I}}_0{Z}_0|\>|3{\stackrel{\·}{U}}_0+{\stackrel{\·}{I}}_0{Z}_0|---\left(1\right)$
式中，U0、I0为线路一端保护装置安装处的零序电压、电流，其正方向均采用参考方向，
为对应的零序电压矢量、电流矢量，Z0为线路零序阻抗；
1b)零序方向保护的零序电流门槛判据为：
$\left|3{\stackrel{\·}{I}}_0\right|\>300A---\left(3\right)$
2a)负序方向辅助判据为：
$|3{\stackrel{\·}{U}}_2-3{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|\>|3{\stackrel{\·}{U}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|---\left(4\right)$
式中，U2、I2为线路一端保护装置安装处的负序电压、电流，其正方向均采用参考方向，
为对应的负序电压矢量、电流矢量，Z2为线路负序阻抗；
2b)负序补偿电压启动判据为：
$|3{\stackrel{\·}{U}}_2-{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|\>0.02U_N---\left(6\right)$
式中，UN为相电压额定值；
2c)负序电流启动判据为：
$\left|3{\stackrel{\·}{I}}_2\right|\>150A---\left(7\right)$
2d)负序电压门槛判据为：
$\left|3{\stackrel{\·}{U}}_2\right|\>0.02U_N---\left(8\right)$
步骤5、进行零序方向保护正、反向故障判别：
当判据(1)、(3)与(4)、(6)、(7)同时满足时，则零序方向保护判为正向故障；
当判据(1)、(3)、(8)满足且(7)不满足，则零序方向保护判为正向故障；
步骤6、进行纵联方向零序、负序综合方向判别：
若线路两端零序方向保护均判为正向故障，则判别为区内故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法，
其特征在于，步骤5中，当判据(1)、(4)不满足，且(3)、(6)、(7)满足，则零序方向保护判为反
向故障，否则，零序方向保护均判为无故障。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方
法，其特征在于，步骤6中，其余情况均判定为区外故障。

基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法

技术领域

本发明涉及一种基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法。

背景技术

同塔双回线路，当一回线发生断线故障时，在另一回线上会产生一个零序电压过
零点，如果按传统的补偿方法，可能会发生过补偿，使本来判为反向的零序方向继电器判为
正向，两边同正，导致零序纵联误动。

如图1所示，当同塔双回线路一回线发生断线故障时，在零序故障附加网中相当于
在故障点处串联了一个电压源。此时，另一回线健全线路会同时受到电和磁的双重耦合作
用，电的耦合使健全线路两端零序电压极性相反，如图1中为正极性而为负极性，
因此健全线路上将会出现一个零序电压过零点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判
别方法，针对传统零序方向保护在同塔双回线路横向故障时存在零序方向误动的可能，提
出的方法能有效地防止保护误动的发生，提高整个电力系统的稳定性，为电网安全稳定运
行提供更好的保障。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法，其特征在于，包括如
下步骤：

步骤1、判断纵联距离保护是否采用光纤通道，若是，则进入步骤2，若否，则进入步
骤4；

步骤2、判断光纤通道误码率是否小于设定值，若是，则进入步骤3，若否，且光纤通
道误码率小于纵联距离门槛值，则进入步骤4；

步骤3、采集光纤通道两端数据并计算差流：当满足差动判据，判别为区内故障；当
不满足差动判据，判别为区外故障；

步骤4、建立纵联方向零序、负序综合方向判据，其中：

1a)零序方向主判据为：

$|3{\stackrel{\·}{U}}_0-3{\stackrel{\·}{I}}_0{Z}_0|\>|3{\stackrel{\·}{U}}_0+{\stackrel{\·}{I}}_0{Z}_0|---\left(1\right)$

式中，U0、I0为线路一端保护装置安装处的零序电压、电流，其正方向均采用参考方
向，为对应的零序电压矢量、电流矢量，Z0为线路零序阻抗；

1b)零序方向保护的零序电流门槛判据为：

$\left|3{\stackrel{\·}{I}}_0\right|\>300A---\left(3\right)$

2a)负序方向辅助判据为：

$|3{\stackrel{\·}{U}}_2-3{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|\>|3{\stackrel{\·}{U}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|---\left(4\right)$

式中，U2、I2为线路一端保护装置安装处的负序电压、电流，其正方向均采用参考方
向，为对应的负序电压矢量、电流矢量，Z2为线路负序阻抗；

2b)负序补偿电压启动判据为：

$|3{\stackrel{\·}{U}}_2-{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|\>0.02U_N---\left(6\right)$

式中，UN为相电压额定值；

2c)负序电流启动判据为：

$\left|3{\stackrel{\·}{I}}_2\right|\>150A---\left(7\right)$

2d)负序电压门槛判据为：

$\left|3{\stackrel{\·}{U}}_2\right|\>0.02U_N---\left(8\right)$

步骤5、进行零序方向保护正、反向故障判别：

当判据(1)、(3)与(4)、(6)、(7)同时满足时，则零序方向保护判为正向故障；

当判据(1)、(3)、(8)满足且(7)不满足，则零序方向保护判为正向故障；

步骤6、进行纵联方向零序、负序综合方向判别：

若线路两端零序方向保护均判为正向故障，则判别为区内故障。

优选，步骤5中，当判据(1)、(4)不满足，且(3)、(6)、(7)满足，则零序方向保护判为
反向故障，否则，零序方向保护均判为无故障。

本发明的有益效果是：

该方法基于目前光纤通道广泛运用的背景下，充分利用光纤通道能够传输大量数
据的特性，在能够正确接收差流的情况下，利用差流识别区内、外故障；无法正确获得差流
时利用改进的零、负序方向判别方法，解决了当同塔双回线，一回线发生断线故障，在另一
回线上会产生一个零序电压过零点，导致零序纵联保护误动的问题，本发明能有效地防止
保护误动的发生，提高整个电力系统的稳定性。

附图说明

图1是同塔双回线路纵向故障时零序电压分量分布示意图；

图2是本发明基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领
域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限
定。

一种基于同塔双回线路横向故障的区内、外故障的判别方法，如图2所示，包括如
下步骤：

步骤1、判断纵联距离保护是否采用光纤通道，若是，则进入步骤2，若否，则进入步
骤4。

步骤2、判断光纤通道误码率是否小于设定值，若是，则进入步骤3，若否，且光纤通
道误码率小于纵联距离门槛值，则进入步骤4。

步骤3、采集光纤通道两端数据并计算差流：当差流与制动电流满足差动判据，判
别为区内故障；否则，判别为区外故障。

差动判据为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{d\mathrm{\Φ}}\>0.6\×I_{r\mathrm{\Φ}}\\ I_{d\mathrm{\Φ}}\>I_{dset}^H\end{array}\right.$

其中：IdΦ为相差动电流，IdΦ＝|IMΦ+INΦ|；IrΦ为相制动电流，IrΦ＝|IMΦ-INΦ|；为
差动动作电流定值的1.5倍，IMΦ、INΦ分别为本侧、对侧分相电流矢量。

首先，对于采用光纤通道的纵联距离保护，光纤通道中增加传送电流模拟量，当接
收端判断接收信号误码率小于模拟量门槛值，说明光纤通道中模拟量传输正常，装置能正
确利用两端模拟量数据计算差流从而区分区内、外故障；当纵联距离保护采用非光纤通道，
或者采用光纤通道但是通道误码率大于模拟量门槛值但是小于纵联距离门槛值，保护装置
采用纵联方向零序、负序综合方向判别区内、外故障，具体如下。

步骤4、建立纵联方向零序、负序综合方向判据，其中：

零序方向保护的判据是以比相的形式构造的，在改进保护判据中，以比幅的形式
构造带补偿的零序方向主判据：

$|3{\stackrel{\·}{U}}_0-3{\stackrel{\·}{I}}_0{Z}_0|\>|3{\stackrel{\·}{U}}_0+{\stackrel{\·}{I}}_0{Z}_0|---\left(1\right)$

式中，U0、I0为线路一端保护装置安装处的零序电压、电流，其正方向均采用参考方
向，为对应的零序电压矢量、电流矢量，Z0为线路零序阻抗。

式(1)以比幅形式呈现，其与按1/3 Z0补偿的零序电压与线路零序电流构成的比
相式判据等价：

传统零序保护中通常按2/3 Z0进行零序电压补偿，本发明中对补偿阻抗进行了调
整，降低为1/3 Z0，能够有效降低同塔双回线一回纵向故障期间另一回线零序电压过补偿
的概率。

与此同时，为保证参与计算的零序测量值的有效性，传统零序方向保护的零序电
流门槛判据仍需采用(取规程中高阻接地故障计及的最小零序电流)：

$\left|3{\stackrel{\·}{I}}_0\right|\>300A---\left(3\right)$

对于负序判据，首先构造带补偿的负序方向辅助判据：

$|3{\stackrel{\·}{U}}_2-3{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|\>|3{\stackrel{\·}{U}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|---\left(4\right)$

式中，U2、I2为线路一端保护装置安装处的负序电压、电流，其正方向均采用参考方
向，为对应的负序电压矢量、电流矢量，Z2为线路负序阻抗。

同理，该式与按1/3 Z2补偿的负序电压与线路负序电流构成的比相式判据等价：

负序方向的加入，是为了防止零序方向因互感出现误判，按1/3 Z2补偿，可以保证
在断线故障下，健全线路两端零序方向保护至少有一端不会出现过补偿，能够判为反向，避
免保护误动作。

构造负序补偿电压启动判据：

$|3{\stackrel{\·}{U}}_2-{\stackrel{\·}{I}}_2{Z}_2|\>0.02U_N---\left(6\right)$

式中，UN为相电压额定值；该式是负序方向启动的补偿电压门槛值，相当于按1/3
Z2补偿的负序电压幅值，以保证判据(4)的有效性。

构造负序电流启动判据为：

$\left|3{\stackrel{\·}{I}}_2\right|\>150A---\left(7\right)$

该式是负序方向启动的电流门槛值，与零序电流门槛的设置意义相同。

构造负序电压门槛判据为：

$\left|3{\stackrel{\·}{U}}_2\right|\>0.02U_N---\left(8\right)$

该式是识别弱电源的负序电压门槛值，线路内部故障时弱电源侧如果不满足电流
判据(7)，则势必会满足电压判据(8)，基于该原理可以设置逻辑克服弱电源带来的影响。

步骤5、进行零序方向保护正、反向故障判别：

当判据(1)、(3)与(4)、(6)、(7)同时满足时，则零序方向保护判为正向故障。

由于负序有弱电源问题，弱电源情况下发生内部故障，弱电源端会有低电流高电
压的特征。因此，当判据(1)、(3)、(8)满足且(7)不满足，此时认为是弱电源出线内部故障，
则零序方向保护判为正向故障。

当判据(1)、(4)不满足，且(3)、(6)、(7)满足，此时为反向故障特征，则零序方向保
护判为反向故障。

否则，其他情况，零序方向保护均判为无故障。

步骤6、进行纵联方向零序、负序综合方向判别：

若线路两端零序方向保护均判为正向故障，则判别为区内故障，即认为是线路内
部发生接地故障，保护出口跳闸。

否则，认为是区外故障。

该方法基于目前光纤通道广泛运用的背景下，充分利用光纤通道能够传输大量数
据的特性，在能够正确接收差流的情况下，利用差流识别区内、外故障；无法正确获得差流
时利用改进的零、负序方向判别方法，解决了当同塔双回线，一回线发生断线故障，在另一
回线上会产生一个零序电压过零点，导致零序纵联保护误动的问题，本发明能有效地防止
保护误动的发生，提高整个电力系统的稳定性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发
明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关
的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。