CN103444037B - 用于传输线中故障识别的基于电压的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于传输线中故障识别的基于电压的方法及其设备。所述方法包括以下步骤：当单相故障发生时，测量未断开的健全相的导线的电流和电压的实时值；分别根据所测量电流和电压，计算感应电压和电容耦合电压（304）；将所述电容耦合电压与乘以一因子的所述感应电压进行比较，其中基于传输线的实时负载条件，相乘结果被用作自调节阈值；以及基于所比较的结果来识别故障类型。

Description

用于传输线中故障识别的基于电压的方法及其设备

技术领域

本发明涉及电力传输领域，更特别地，本发明涉及在传输线发生单相故障（single-phase fault）时用于传输线中故障识别的基于电压的方法及其设备。

背景技术

对于传输线，通常存在两种故障，即永久故障和暂时故障，其中大约90%的故障是单相故障，而超过80%的单相故障是暂时故障。将断路器（CB）自动重合闸（auto-reclosing）对于提高电力***的稳定性和持续性通常是有效的方法。然而，如果发生永久故障的传输线被自动重合闸，可能会出现一些危险，例如，主装置可能会损坏，装置绝缘性将被破坏，***稳定性可能会受到威胁，以及不能稳定地供应连续的电流。因此，对于用户来说非常重要和期望的是将传输线中的暂时故障与永久故障区分开。

目前已经提出一些方法来将这两种故障区分开，从而避免在永久故障发生的情况下将CB自动重合闸。在这些方法中，基于互感电压（即电容耦合电压）的方法被广泛采用，其基本理论可以描述如下。

图1示出了在传输中发生单相故障（开路相A）。在图1中，例如相A在导线两端均开路。当传输线的故障相被隔离时，被隔离的相的导线仍然具有对地电压（即电容耦合电压）以及来自其他两个未断开的健全相（例如相B和相C）的导线的感应电压。

电容耦合引起的稳态电压U_y可根据下面的等式（1）计算：

$U_y=\frac{b_0-b_1}{{2b}_1+b_0}{\stackrel{\·}{U}}_A---\left(1\right)$

其中b₀和b₁分别是传输线的每单位线长的零序和正序电容性电纳； 代表相A电压向量。

开路相（opened phase）A的导线上的感应电压U_XL可根据下面的等式（2）计算：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{XL}}=({\stackrel{\·}{I}}_B+{\stackrel{\·}{I}}_C)Z_{m}L=({\stackrel{\·}{I}}_B+{\stackrel{\·}{I}}_C)(Z_0-Z_1)L/3={\stackrel{\·}{U}}_{X}L---\left(2\right)$

其中I_B和I_C分别是未断开的健全相的导线相B和C的电流；Z₀和Z₁分别是被保护的传输线的零序和正序阻抗；Z_m是每单位线长的互感阻抗；L是传输线的长度；代表每单位线长的感应电压。

对于本领域技术人员显而易见的是：电容耦合电压U_y是相A的对地电压，并且与线长和负载无关；然而感应电压U_XL沿导线纵向，并且与负载电流和线长成比例。于是，开路相的导线上的端电压U_AMT和U_ANT的数值可分别根据下面的等式（3）和（4）计算：

$U_{\mathrm{AMT}}=\sqrt{U_y^2+{(U_{\mathrm{XL}}/2)}^2-U_y{U}_{\mathrm{XL}}\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\π}/2)}---\left(3\right)$

$U_{\mathrm{ANT}}=\sqrt{U_y^2+{(U_{\mathrm{XL}}/2)}^2-U_y{U}_{\mathrm{XL}}\cos (-\mathrm{\θ}+\mathrm{\π}/2)}---\left(4\right)$

其中θ是功率因数，而下标“T”表示暂时故障。

图2a示出了关于开路相导线端子上的暂时故障电压的等效电路图，而图2b示出了关于开路相导线端子上的暂时故障电压的电压向量图。

根据以上原理，基于互感电压（即电容耦合电压）的区分方法提供了以下三种判据：

1）电压判据（如果U_y≥k₁*U_MXL）：

U≥K₁U_MXL     （5）

其中U是在开路相导线的端部处测量的电压值；K₁是可靠性系数；而U_MXL是在最大负载条件下的感应电压U_XL。

该不等式（5）意味着，如果测量的电压U大于或等于预先定义的阈值，则可以确定瞬时故障。

2）补偿电压判据（如果k₁*U_MXL>U_y>=k₁*U_MXL/2）：

对于本领域技术人员显而易见的是：感应电压取决于来自等式（2）的负载电流和线的长度。对具有重负载的长传输线，之前的电压判据1 将表现出并不令人满意的性能，这就是说，判据1不能区分故障；因此，修正后的判据2——补偿判据描述如下：

$|U-\frac{U_{\mathrm{MXL}}}{2}|\≥\left|\frac{K_2{U}_{\mathrm{MXL}}}{2}\right|---\left(6\right)$

其中K2是可靠性系数；并且当该不等式（6）在具有重负载的长传输线的情况下成立时，故障被确定为瞬时故障。

3）组合电压判据（如果k₁*U_MXL/2>U_y）

该组合电压判据3可以描述如下：

$|U-\frac{U_{\mathrm{MXL}}}{4}|\≥\left|\frac{K_3{U}_{\mathrm{MXL}}}{4}\right|$

$|U-\frac{3*U_{\mathrm{MXL}}}{4}|\≥\left|\frac{K_3{U}_{\mathrm{MXL}}}{4}\right|---\left(7\right)$

其中K₃是可靠性系数；并且当同时满足这两个不等式时，瞬时故障被识别。

根据关于重合闸技术的现有技术，已有的解决方案（包括上述方法）在多数工作条件下通常在区分永久故障与瞬时故障方面具有良好的表现，但是对于一些特殊条件，例如：短传输线中的故障、具有高故障电阻的故障或者具有重负载的故障，其性能将会恶化并且故障识别将会不准确甚至错误。这意味着这样的缺点降低了自适应重合闸技术的可靠性，并且不能使用户彻底信服使用该自适应重合闸策略来安全地对CB进行重合闸。

发明内容

为克服上述缺点，本发明提供了一种用于传输线中故障识别的基于电压的方法及其设备。

根据本发明的实施例，提供了一种用于传输线中故障识别的基于电压的方法。该方法包括：当单相故障发生时，测量其他未断开的健全相 的导线的电流和电压的实时值；分别根据所测量电流和电压，计算感应电压和电容耦合电压；将所述电容耦合电压与乘以一因子的所述感应电压进行比较，其中基于传输线的实时负载条件，相乘结果被用作自调节阈值；以及基于所述电容耦合电压和所述相乘结果中的最大值来识别故障类型。

根据本发明的优选实施例，如果所述电容耦合电压大于所述相乘结果，测量开路相导线端子处的端电压；选择乘以第二因子的所述感应电压和乘以第三因子的所述电容耦合电压中的最大相乘结果；将所述端电压与所述最大相乘结果进行比较；以及如果所述端电压大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，否则故障是永久故障。

根据本发明的优选实施例，如果所述电容耦合电压小于所述相乘结果，所述方法进一步包括以下步骤：测量开路相导线端子处的端电压；选择乘以第四因子的所述感应电压和乘以第五因子的所述电容耦合电压中的最大相乘结果；将减去所述感应电压的一半的所述端电压与所述最大相乘结果进行比较，并将加上所述感应电压的一半的所述端电压与所述最大相乘结果进行比较；以及如果相减结果和相加结果大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，否则故障是永久故障。

根据本发明的优选实施例，在相A故障的情况下，所述感应电压U_X根据所测量的电流I_B和I_C由以下等式计算：

其中I_B和I_C分别是未断开的健全相的导线相B和C的电流，Z₀和Z₁分别是被保护的传输线的零序和正序阻抗；并且在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电流被测量并被用于计算所述感应电压。

根据本发明的优选实施例，在相A故障的情况下，所述电容耦合电压U_M根据所测量的电压U_B和U_C由以下等式计算：

其中U_B和U_C分别是未断开的健全相的导线相 B和C的电压，b₀和b₁分别是传输线的每单位线长的零序和正序电容性电纳；并且在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电压被测量并被用于计算所述电容耦合电压。

根据本发明的优选实施例，所述因子以传输线的长度和负载为基础。

根据本发明的优选实施例，所述因子以传输线的长度和负载为基础进行动态调节。

根据本发明的优选实施例，所述方法能够在传输线的功率流向转换的情况下区分永久故障和瞬时故障。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于传输线中故障识别的设备。所述设备包括：测量单元，所述测量单元适于被配置为，当单相故障发生时测量其他未断开的健全相的导线的电流和电压的实时值；并且测量开路相导线端子处的端电压U_f；计算单元，所述计算单元被配置为，分别根据所测量电流和电压计算感应电压和电容耦合电压；比较单元，所述比较单元被配置为，将所述电容耦合电压与乘以一因子的所述感应电压进行比较，其中基于传输线的实时负载条件，相乘结果被用作自调节阈值；以及识别单元，所述识别单元被配置为，基于所述电容耦合电压和所述相乘结果中的最大值来识别故障类型。

根据本发明的优选实施例，所述比较单元进一步被配置为，选择乘以第二因子的所述感应电压和乘以第三因子的所述电容耦合电压中的最大相乘结果，并将所述端电压与所述最大相乘结果进行比较；以及所述识别单元进一步被配置为，如果所述电容耦合电压大于所述相乘结果并且所述端电压大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，或者如果所述电容耦合电压大于所述相乘结果并且所述端电压小于所述最大相乘结果，则识别出故障是永久故障。

电压和电容耦合电压；将所述电容耦合电压与乘以一因子的所述感应电压进行比较，其中基于传输线的实时负载条件，相乘结果被用作自调节阈值；以及基于所述电容耦合电压和所述相乘结果中的最大值来识别故障类型。相乘结果进行比较；所述识别单元进一步适于，如果相减结果和相加结果大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，否则故障是永久故障。

根据本发明的优选实施例，在相A故障的情况下，所述感应电压U_X根据所测量的电流I_B和I_C由以下等式计算：

其中I_B和I_C分别是未断开的健全相的导线相B和C的电流，Z₀和Z₁分别是被保护的传输线的零序和正序阻抗；并且在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电流被测量并被用于计算所述感应电压。

根据本发明的优选实施例，在相A故障的情况下，所述电容耦合电压U_M根据所测量的电压U_B和U_C由以下等式计算：

其中U_B和U_C分别是未断开的健全相的导线相B和C的电压，b₀和b₁分别是传输线的每单位线长的零序和正序电容性电纳；并且在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电压被测量并被用于计算所述电容耦合电压。

根据本发明的优选实施例，所述因子以传输线的长度和负载为基础。

根据本发明的优选实施例，所述因子以传输线的长度和负载为基础进行动态调节。

根据本发明的优选实施例，所述设备能够在传输线的功率流向转换的情况下区分永久故障和瞬时故障。

本发明的实施例提供了用于传输线中故障识别的方法及其设备，该方法和设备在单相故障的情况下可靠地将暂时故障（即瞬时故障）与永久故障区分开。这样的用于故障识别的方法和设备可以以高准确性在各种工作条件下被广泛地使用，尤其是极端故障条件，例如具有高电阻或重负载的故障等。由此，本发明的这样的方法和设备在故障是永久故障 时能够避免断路器的重合闸。

附图说明

下面参照附图中示出的优选的示例性实施例，对本发明的主题进行更加详细的说明，其中：

图1示出了在传输中发生单相故障（开路相A）；

图2a示出了关于开路相导线端子上的暂时故障电压的等效电路图，而图2b示出了关于开路相导线端子上的暂时故障电压的电压向量图；

图3示出了根据本发明实施例的用于传输线中故障识别的方法的流程图；

图4示出了根据本发明实施例的传输***的仿真结构；

图5示出了在短传输线***上重负载的永久性相A对地故障的仿真结果；其中图5a示出了基于现有技术的仿真结果，而图5b示出了基于本发明实施例的具有自调节电压阈值的仿真结果；

图6示出了在长传输线***上重负载的永久性相A对地故障的仿真结果，其中图6a示出了基于现有技术的仿真结果，而图6b示出了基于本发明实施例的具有自调节电压阈值的仿真结果；

图7示出了根据本发明实施例的用于传输线中故障识别的设备。

具体实施方式

以下结合附图描述本发明的示例性实施例。为了清晰和简要起见，说明书中并没有描述实际的实现方式中的所有特征。

本发明的方法旨在可靠地在单相故障的情况下将暂时故障（即瞬时故障）与永久故障区分开，尤其是以高准确性在各种工作条件下，例如具有高电阻或重负载的故障等。此外，本发明的这样的方法和设备能够在故障是永久故障时避免断路器的重合闸。以下的实施例将在相A故障的情况下进行描述，本领域技术人员将会理解的是：本发明可以更改为在相B故障或相C故障的情况下识别故障类型（将永久故障与瞬时故障 区分开）。

图3示出了根据本发明实施例的用于传输线中故障识别的方法的流程图。

如图3所示，用于传输线中故障识别的基于电压的方法包括：

步骤302，当单相故障发生时，测量其他未断开的健全相的导线的电流和电压的实时值。例如，在相A故障的情况下，测量实时的电流I_B和I_C以及电压U_B和U_C；

在步骤304，分别根据所测量的电流和电压，计算感应电压U_X和电容耦合电压U_M；

作为示例，根据所测量的电流I_B和I_C，由下面的等式计算感应电压U_X：

$U_X=\frac{(I_B+I_C)*(Z_0-Z_1)}{3}---\left(8\right)$

其中I_B和I_C分别是断路器开路后未断开的健全相的导线相B和C的电流，Z₀和Z₁分别是被保护的传输线的零序和正序阻抗；而在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电流被测量并被用于计算感应电压U_X。对于本领域技术人员显而易见的是：电流（I_B和I_C）的值主要依赖传输线的长度和负载，因此，感应电压U_X的振幅取决于传输线的长度和负载。

根据所测量的电压U_B和U_C，由下面的等式计算电容耦合电压U_M：

$U_M=\frac{(U_B+U_C)*(b_1-b_0)}{2*b_1+b_0}---\left(9\right)$

其中U_B和U_C分别是断路器开路后未断开的健全相的导线相B和C的电压，b₀和b₁分别是传输线的每单位线长的零序和正序电容性电纳；而在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电压被测量并被用于计算电容耦合电压U_M。

在步骤306，将电容耦合电压U_M与乘以一因子（例如可靠性系数K₁，其基于传输线的长度和负载而被确定）的感应电压U_X进行比较，其 中基于传输线的实时负载条件，相乘结果被用作自调节阈值。即，U_M的振幅（|U_M|）是否大于相乘的结果（K₁*|U_X|），也就是下面的不等式：

|U_M|>K₁*|U_X|     （10）

本发明提供了用于传输线中故障识别的方法，更重要的是电压判据不需要预先定义，例如***的最大负载等。由于由负载电流限定的实时感应电压，之前的电压判据具有高可靠性，即使是对于具有高故障电阻或具有重负载条件的故障。基于电容耦合电压和所述相乘结果中的最大值，该方法能够识别故障类型：瞬时故障或永久故障。例如，实现方式可以如下地执行：

如果比较的结果表明U_M大于所述相乘结果，即不等式（10）成立，则执行步骤308：测量开路相导线端子处的端电压U_f。

步骤310，选择乘以第二因子的U_X和乘以第三因子的U_M中的最大相乘结果；例如，第二因子可以是可靠性系数K₂，而第三因子可以是可靠性系数K₃；相应的相乘结果分别是（K₂*|U_X|）和（K₃*|U_M|）。

步骤312，将U_f的振幅（|U_f|）与最大相乘结果比较；即下面的不等式：

|U_f|>max{K₂*|U_X|,K₃*|U_M|}     （11）

如步骤314所示，如果U_f大于最大相乘结果，即满足不等式（11），则故障被识别为瞬时故障。否则故障被确定为永久故障。对于本领域技术人员显而易见的是：电压判据（即不等式（11））还适于在负载/零负载的条件下区分故障类型。在零负载的情况下，U_X是零，并且这样的电压判据能够被简化，以确定是否|U_f|>max{K₃*|U_M|}。

如果U_M小于相乘结果，即不满足不等式（10），则执行以下步骤：

步骤309，测量开路相导线端子处的端电压U_f；

步骤311，选择乘以第四因子的U_X和乘以第五因子的U_M中的最大相乘结果；例如，第四因子可以是可靠性系数K₄，而第五因子可以是可靠性系数K₅；相应的相乘结果分别是（K₄*|U_X|）和（K₅*|U_M|）。

步骤313，将减去U_X/2的U_f（即）与最大相乘结果进行比较并将加上U_X/2的U_f（即）与最大相乘结果进行比较；即以下不等式：

$|U_f-\frac{U_X}{2}|>\max \{K_4*|U_X|,K_5*|U_M\left|\right\}---\left(12\right)$

和 $|U_f+\frac{U_X}{2}|>\max \{K_4*|U_X|,K_5*|U_M\left|\right\}---\left(13\right)$

如果不等式成立，即相减结果和相加结果同时大于最大的相乘结果，则执行步骤314：故障被确定为瞬时故障。否则故障是永久故障。

根据本发明的实施例，基于传输线的长度和负载而预先定义可靠性系数K₁-K₅。此外，根据本发明的优选实施例，可靠性系数K₁-K₅基于传输线的长度和负载被动态调节。

根据本发明的实施例，步骤308和309（即，测量开路相导线端子处的端电压U_f）可以在同一步骤中执行，以简化流程；例如，同时在步骤302测量电压U_B、U_C和U_f。

本发明的实施例提供了用于传输线中故障识别的方法，该方法与现有技术相比具有两个亮点。第一，感应电压U_X的振幅是由于电流（I_B和I_C取决于传输线的长度和负载）而实时计算的并且是可变的，从而电压判据的阈值基于传输线的实时负载条件不是固定的且是自调节的。另一改进是电压判据（不等式（12）和（13））被更改，以考虑功率流向。

为了证实本发明的改进，已经通过比较已有的方法和本发明的方法而进行了仿真测试，以不同的故障条件对一些单相故障情况做了仿真。

图4示出了根据本发明的实施例的传输***的仿真结构。

被视为测试模型的仿真***在图4中示出。G1和G2代表发电机，其中G1领先G240度角，代表重负载条件。

仿真结果在后面的图中示出。

图5示出了在短传输线***上重负载的永久性相A对地故障的仿真结果。具体地，第一个仿真故障情况是永久性相A对地故障，具有50km长度的132kV传输线上的50ohm故障电阻，故障点位于距离保护继电器25km处。

图5a示出了永久性相A故障的条件下基于现有技术的仿真结果。可以看出，根据现有的电压判据（即不等式（5）），在开路相A上测量的电压大于阈值（具有最大负载条件的感应电压），从而故障将被错误地确定为瞬时故障。通常，故障被确定为瞬时故障，断路器可以重合闸而不损害***。一旦断路器在传输线具有永久故障的情况下重合闸或自动重合闸，主装置可能会损坏，并且***稳定性将会受到威胁。

图5b示出了基于本发明实施例的具有自调节电压阈值的仿真结果。由于以自调节阈值为基础的可变的电压判据，所测量的电压小于最佳阈值（即max{K₂*|U_X|,K₃*|U_M|}）。因此故障将被检测为永久故障。即，在该极端条件下不会有错误的预测发生。

图6示出了在长传输线***上重负载的永久性相A对地故障的仿真结果。特别地，第二个仿真故障情况是永久性相A对地故障，具有40度负载角的300km长度的400kV传输线上的150ohm故障电阻，故障点位于距离保护继电器150km处。

图6a示出了基于现有技术的仿真结果。可以看出，根据现有的电压判据（即不等式（6）），开路相A上的补偿电压大于阈值（具有最大的负载条件的感应电压的一半），从而故障将被错误地检测为瞬时故障。一旦具有永久故障的传输线被重合闸或自动重合闸，主装置可能会损坏，并且***稳定性将会受到威胁。

图6b示出了基于本发明实施例的具有自调节电压阈值的仿真结果。由于以自调节阈值为基础的可变的电压判据，补偿电压1（即） 和补偿电压2（即）小于理想的阈值（即max{K₄*|U_X|,K₅*|U_M|}）。因此故障将被确定为永久故障。即，在该极端条件下不会有错误的预测发生。

本发明的实施例提供了用于传输线中故障识别的方法，其提高了在所有工作条件下区分永久故障和瞬时故障的准确性，尤其是极端的故障条件，例如具有高电阻或具有重负载的故障等。凭借本发明的准确预测，断路器能够在瞬时故障的情况下安全地重合闸，尤其是自动重合闸，而在永久故障的情况下则不会重合闸。

原理和方法是简单且清楚的。可以通过现有平台容易地实现。图7示出了根据本发明实施例的用于传输线中故障识别的设备。

如图7所示，提供了用于传输线中故障识别的设备。这样的设备700包括：测量单元702、计算单元704、比较单元706和识别单元708。

测量单元702被配置为，在单相故障发生时测量其他未断开的健全相的导线的电流和电压的实时值；并且测量开路相导线端子处的端电压U_f。

计算单元704被配置为，分别根据所测量的电流和电压，计算感应电压U_X和电容耦合电压U_M。

比较单元706被配置为，将电容耦合电压U_M与乘以可靠性系数K₁的感应电压U_X进行比较，其中基于传输线的实时负载条件，相乘结果被用作自调节阈值。

识别单元708被配置为，基于电容耦合电压和所述相乘结果中的最大值识别故障类型：瞬时故障或永久故障。

根据本发明的优选实施例，比较单元706进一步被配置为，选择乘以可靠性系数K₂的U_X和乘以可靠性系数K₃的U_M中的最大相乘结果，并且将U_f与最大相乘结果相比较；并且识别单元708被配置为，如果U_M大于所述相乘结果而U_f大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，或者如果U_M大于所述相乘结果而U_f小于所述最大相乘结果，则识 别出故障是永久故障。

根据本发明的优选实施例，比较单元706进一步适于选择乘以可靠性系数K₄的U_X和乘以可靠性系数K₅的U_M中的最大相乘结果；并且将减去U_X/2的U_f与最大相乘结果进行比较并将加上U_X/2的U_f与最大相乘结果进行比较；识别单元进一步适于，如果相减结果和相加结果大于最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障；否则故障是永久故障。

根据本发明的优选实施例，在相A故障的情况下，所述感应电压U_X根据所测量的电流I_B和I_C由以下等式计算：

其中I_B和I_C分别是断路器开路后未断开的健全相的导线相B和C的电流，Z₀和Z₁分别是被保护的传输线的零序和正序阻抗；而在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电流被测量并被用于计算感应电压U_X。

根据本发明的优选实施例，在相A故障的情况下，所述电容耦合电压U_M根据所测量的电压U_B和U_C由以下等式计算：

其中U_B和U_C分别是断路器开路后未断开的健全相的导线相B和C的电压，b₀和b₁分别是传输线的每单位线长的零序和正序电容性电纳；而在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电压被测量并被用于计算电容耦合电压U_M。

根据本发明的优选实施例，以传输线的长度和负载为基础对所述可靠性系数K₁-K₅预先定义。

根据本发明的优选实施例，以传输线的长度和负载为基础对所述可靠性系数K₁-K₅进行动态调节。

根据本发明的优选实施例，所述设备能够在传输线的功率流向转换的情况下区分永久故障和瞬时故障。

本发明的实施例提供了用于传输线中故障识别的设备，其提高了在 所有工作条件下区分永久故障和瞬时故障的准确性，尤其是具有高电阻或具有重负载的故障等。凭借本发明的准确预测，断路器能够在瞬时故障的情况下安全地重合闸，尤其是自动重合闸，并且在故障是永久故障的情况下避免了由于错误预测而引起的断路器的重合闸。

本发明这样的实施例提供了用于传输线中故障识别的方法及其设备，该方法和设备能够用于具有不同长度的传输线的多种情况。更重要的是电压判据不需要预先定义，例如***的最大负载等。本发明的电压判据具有高可靠性，即使是对于具有高故障电阻（例如300ohm）或具有重负载条件（例如40度）的故障。

尽管已经基于一些优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应当领会，这些实施例绝不应当限制本发明的范围。在不背离本发明的实质和概念的情况下，对实施例作出的任何变化和修改都应当在具有本领域普通知识和技能的人员的理解范围内，并因此落在由权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种用于传输线中故障识别的基于电压的方法，其特征在于，所述方法包括：

当单相故障发生时，测量其他未断开的健全相的导线的电流和电压的实时值；

分别根据所测量电流和电压，计算感应电压和电容耦合电压；

将所述电容耦合电压与乘以一因子的所述感应电压进行比较，其中基于传输线的实时负载条件，相乘结果被用作自调节阈值；以及

基于所述电容耦合电压和所述相乘结果中的最大值来识别故障类型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述电容耦合电压大于所述相乘结果，

测量开路相导线端子处的端电压；

选择乘以第二因子的所述感应电压和乘以第三因子的所述电容耦合电压中的最大相乘结果；

将所述端电压与所述最大相乘结果进行比较；以及

如果所述端电压大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，否则故障是永久故障。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述电容耦合电压小于所述相乘结果，所述方法进一步包括以下步骤：

测量开路相导线端子处的端电压；

选择乘以第四因子的所述感应电压和乘以第五因子的所述电容耦合电压中的最大相乘结果；

将减去所述感应电压的一半的所述端电压与所述最大相乘结果进行比较，并将加上所述感应电压的一半的所述端电压与所述最大相乘结果进行比较；以及

如果相减结果和相加结果大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，否则故障是永久故障。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在相A故障的情况下，所述感应电压U_X根据所测量的电流I_B和I_C由以下等式计算：

其中I_B和I_C分别是未断开的健全相的导线相B和C的电流，Z₀和Z₁分别是被保护的传输线的零序和正序阻抗；并且

在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电流被测量并被用于计算所述感应电压。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在相A故障的情况下，所述电容耦合电压U_M根据所测量的电压U_B和U_C由以下等式计算：

其中U_B和U_C分别是未断开的健全相的导线相B和C的电压，b₀和b₁分别是传输线的每单位线长的零序和正序电容性电纳；并且

在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电压被测量并被用于计算所述电容耦合电压。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述因子以传输线的长度和负载为基础。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述因子以传输线的长度和负载为基础进行动态调节。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法能够在传输线的功率流向转换的情况下区分永久故障和瞬时故障。

9.一种用于传输线中故障识别的设备，其特征在于，所述设备包括：

测量单元，所述测量单元被配置为，适于当单相故障发生时测量其他未断开的健全相的导线的电流和电压的实时值；并且测量开路相导线端子处的端电压；

计算单元，所述计算单元被配置为，分别根据所测量电流和电压计算感应电压和电容耦合电压；

比较单元，所述比较单元被配置为，将所述电容耦合电压与乘以一因子的所述感应电压进行比较，其中基于传输线的实时负载条件，相乘结果被用作自调节阈值；以及

识别单元，所述识别单元被配置为，基于所述电容耦合电压和所述相乘结果中的最大值来识别故障类型。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，

所述比较单元进一步被配置为，选择乘以第二因子的所述感应电压和乘以第三因子的所述电容耦合电压中的最大相乘结果，并将所述端电压与所述最大相乘结果进行比较；以及

所述识别单元进一步被配置为，如果所述电容耦合电压大于所述相乘结果并且所述端电压大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，或者如果所述电容耦合电压大于所述相乘结果并且所述端电压小于所述最大相乘结果，则识别出故障是永久故障。

11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，

所述比较单元进一步适于，选择乘以第四因子的所述感应电压和乘以第五因子的所述电容耦合电压中的最大相乘结果；并且将减去所述感应电压的一半的所述端电压与所述最大相乘结果进行比较，并将加上所述感应电压的一半的所述端电压与所述最大相乘结果进行比较；

所述识别单元进一步适于，如果相减结果和相加结果大于所述最大相乘结果，则识别出故障是瞬时故障，否则故障是永久故障。

12.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在相A故障的情况下，所述感应电压U_X根据所测量的电流I_B和I_C由以下等式计算：

其中I_B和I_C分别是未断开的健全相的导线相B和C的电流，Z₀和Z₁是被保护的传输线的零序和正序阻抗；并且

在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电流被测量并被用于计算所述感应电压。

13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在相A故障的情况下，所述电容耦合电压U_M根据所测量的电压U_B和U_C由以下等式计算：

其中U_B和U_C分别是未断开的健全相的导线相B和C的电压，b₀和b₁分别是传输线的每单位线长的零序和正序电容性电纳；并且

在相B故障或相C故障的情况下，未断开的健全相的导线的相应电压被测量并被用于计算所述电容耦合电压。

14.根据权利要求9至13中任意一项所述的设备，其特征在于，所述因子以传输线的长度和负载为基础。

15.根据权利要求9至13中任意一项所述的设备，其特征在于，所述因子以传输线的长度和负载为基础进行动态调节。

16.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备能够在传输线的功率流向转换的情况下区分永久故障和瞬时故障。