CN101227085A - 确保距离保护后备段不受过负荷影响的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不反应过负荷的距离保护后备段的方法。高压线路距离保护中的后备段即距离保护的III段，因避不开过负荷而误跳闸，是扩大事故甚至是引发事故的重要原因。要求距离III段对下一级线路故障能灵敏地起后备保护的作用，与应当避开最小负荷阻抗的矛盾，成为长期讨论的一个议题，却又始终未能很好的解决。本发明公开的不反应过负荷的距离保护后备段的方法，根据不同的故障类型，通过相应的辅助判据继电器启动距离保护后备段中的距离继电器，来达到使距离保护后备段不反应线路的过负荷的目的，同时增加后备保护即第IV段对对侧变压器低压侧故障起后备保护作用。本发明很好的解决距离保护过负荷误动的问题，对于电力系统的稳定运行具有重要意义。

Description

确保距离保护后备段不受过负荷影响的方法

技术领域

本发明涉及电力系统安全稳定运行的一种继电保护技术，尤其涉及--高压输电线路有关距离保护不反应过负荷的继电保护方法。

背景技术

在世界历次大停电事故中，高压线路距离保护中的后备段，即距离保护的第III段，因避不开过负荷而误跳闸，是扩大事故甚至是引发事故的重要原因。这个问题现在正逐渐引起各方广泛关注和重视(见1999年中国电力出版社《电网继电保护应用》和2007年中国电力出版社《高压电网继电保护运行与设计》论述)。分别得出的结论是希望距离保护第III段需要避开的最大负荷应按导线热稳定考虑，或者增加低电压闭锁，但都未能彻底解决问题。而且加低电压闭锁后，将极大地降低其灵敏度，使III段保护不能对下一级线路的故障起后备保护作用。由于一直没有好办法，甚至有人主张，放弃距离保护第III段。

距离III段若不能对下一级线路故障起后备作用，是十分危险的。但对距离III段的后备作用也存在误区。本线路故障若距离I段拒动，则上一级线路的距离II段也可能动作跳闸，同样会扩大停电范围。本线路距离II段动作已无法限制停电范围，动作延时长得多的距离III段更不能够起后备保护作用了。何况微机距离保护中各段均由同一CPU的软件实现，距离I、II段拒动时III段也一定要拒动，起不了后备保护作用。由此可见，实际上距离III段只应负责对下一级线路故障起远后备保护的作用。

要求距离III段对下一级线路故障能灵敏地起后备保护的作用，与应当避开最小负荷阻抗(最大负荷电流)的矛盾是众所周知的，成为长期讨论的一个议题，却又始终未能很好的解决。通常只是在长距离重负荷线路的距离保护中增设负荷限制继电器，将可预见的最小负荷阻抗Z_F1排斥在距离III段的动作区外，见附图1。但这仅对可以预见的过负荷有效，当出现不可预见的异常过负荷(尤其在负荷转移)时测量阻抗减小为Z_F2仍难免要误动。线路保护的任务是在发生短路故障时动作跳闸，切除故障。过负荷不是故障，理当不受影响。线路过负荷允许的时间较长，一般可达30min(文献3，防御大停电的广域保护和紧急控制2007中国电力出版社)，所以距离III段应研究解决从根本上区分过负荷与短路的方法。关键的问题是设计出能避开过负荷，却能反应三相故障的距离继电器，以解决距离保护过负荷误动的问题。

发明内容

为了彻底解决距离保护后备段过负荷误动的问题，本发明的发明内容如下：

在距离保护的后备段保护中，包括三个反应单相故障的接地距离继电器Z_φ(即Z_A、Z_B、Z_C)、三个反应相间短路故障的相间距离继电器Z_φφ(即Z_AB、Z_BC、Z_CA)和一个反应三相故障的距离继电器Z_3φ；同时不间断地监测线路电压、电流和零序电压(U₀)、零序电流(I₀)、负序电压(U₂)、负序电流(I₂)。

当线路发生单相接地故障时，三个反应单相故障的接地距离继电器Z_A、Z_B、Z_C由零序电流继电器I₀和零序电压继电器U₀启动。即将三个反应单相故障的接地距离继电器Z_A、Z_B、Z_C组成“或”门后，其输出与零序电流继电器I₀和零序电压继电器U₀一起组成“与”门出口；

当线路发生相间短路故障时，三个反应相间短路故障的相间距离继电器Z_AB、Z_BC、Z_CA由负序电流继电器I₂和负序电压继电器U₂启动。即将三个反应相间短路故障的相间距离继电器Z_AB、Z_BC、Z_CA组成“或”门后，其输出再与负序电流继电器和负序电压继电器的输出一起组成“与”门出口；

当线路发生三相短路故障时，反应三相故障的距离继电器Z_3φ由正向偏移的姆欧继电器M和Ucosφ电压继电器组成“与”门输出来启动反应三相故障的距离继电器Z_3φ。所述姆欧继电器M和Ucosφ电压继电器可取任意一个相间电压和电流构成，当采用线路B、C相线间电压U_BC和线路B、C相线间电流I_BC时，正向偏移的姆欧继电器M记为M_BC，其动作特性圆的最近端由线路对侧母线开始，最远端与相间距离III段相同，其动作判据为

式中：Z_L--本线路的正序阻抗；

Z_Y3--相间距离III段的整定阻抗；

U_BCCOS继电器在下式成立时启动：

-0.03U_BCNOM＜U_BCCOS(+90-_L)＜0.08U_BCNOM

启动后在下式不成立时返回

-0.1U_BCNOM＜U_BCCOS(+90-_L)＜0.25U_BCNOM

式中：U_BCNOM--正常运行时的U_BC；

--I_BC落后U_BC的相角；

_L--线路正序阻抗角

U_BCCOS(+90°-_L)不会超过相间短路电弧电阻上的压降。距离III段动作延时长，电弧被风吹长后，电弧压降会增加，因此将U_BCCOS动作后的返回电压提高到0.25U_BCNOM。

负荷转移时线路中必然有很大的有功负荷，UCOS的数值必然大于0.25U_BCNOM，Z_3φ确保不会误动。

本发明还提出增加对线路对侧变压器低压侧故障起后备保护作用的第IV段。当对侧母线上联接的Y，d接线降压变压器低压侧发生两相短路故障时，采用负序距离继电器Z₂来保护；当对侧母线上联接的Y，d接线降压变压器低压侧发生三相短路故障时，使用一个正向偏移的姆欧继电器M_IV来保护。

Z₂的动作判据如下：

$|{\stackrel{\·}{U}}_2-Z_{Y4}{\stackrel{\·}{I}}_2|>|{\stackrel{\·}{U}}_1-Z_{Y4}{\stackrel{\·}{I}}_1|$

式中：U₁、U₂--分别为正序电压与负序电压；

I₁、I₂--分别为正序电流与负序电流；

Z_Y4--为负序距离继电器Z₂的整定阻抗。

负序距离继电器是不反应负荷的(正常运行状态系统不会产生负序电压和负序电流)，其整定阻抗Z_Y4可以整定得很大，以保证足够的灵敏度。

M_IV的动作判据如下：

式中：Z_L--本线路正序阻抗；

Z_T--变压器阻抗；

Z_Y4--与负序距离继电器Z₂的整定阻抗相同。

由于此继电器采用正向偏移特性，上式中正向偏移量(Z_L+0.8Z_T)很大，足以避开最小负荷阻抗，确保不受过负荷影响。

附图说明

图1、为现在广泛应用的距离保护I、II、III段的动作特性(图中以圆特性为例示出，四边形特性与此类似)；

图2、为本发明距离保护第III段反应三相故障的距离继电器Z_3φ的动作特性；

图3、由零序电压和零序电流启动接地距离III段的逻辑图；

图4、由负序电压和负序电流启动反应两相故障的距离继电器的逻辑图；

图5、由一正向偏移姆欧继电器M和UCOS电压继电器启动的反应三相故障的距离继电器的逻辑图。

具体实施方式

本发明距离保护第III段共用7个继电器(7个判据)，另外根据需要补充反应线路对端降压变压器低压侧故障的距离继电器：

1、三个反应单相故障的距离继电器Z_A、Z_B、Z_C，本发明强调必须增加分别反应零序电流I₀和零序电压U₀的继电器，组成“与”门出口，逻辑图如图3所示。

2、三个反应两相故障的距离继电器Z_AB、Z_BC、Z_CA，本发明强调必须增加分别反应负序电流I₂和负序电压U₂的继电器，组成“与”门出口。逻辑关系如图四所示。

3、一个反应三相故障的全新的距离继电器Z_3φ。其动作特性由一正向偏移姆欧继电器M和UCOS电压继电器组成“与”门出口，其逻辑关系如图5所示。

其中正向偏移姆欧继电器M的动作判据为

式中：Z_L--线路正序阻抗；

Z_Y3--距离III段整定阻抗。

UCOS电压继电器的启动判据为

-0.03U_BCNOM＜U_BCCOS(+90-_L)＜0.08U_BCNOM

UCOS电压继电器的启动后，保持动作的判据为

-0.1U_BCNOM＜U_BCCOS(+90-_L)＜0.25U_BCNOM

式中：U_BCNOM--正常运行中的U_BC；

--I_BC落后U_BC的相角；

_L--线路正序阻抗角。

4、如果需要对线路对侧变压器低压侧故障起后备保护作用，可再增加一段，称为第IV段。

●后备IV段对变压器低压侧两相短路的保护用负序距离继电器Z₂，其动作判据为

$|{\stackrel{\·}{U}}_2-Z_{Y4}{\stackrel{\·}{I}}_2|>|{\stackrel{\·}{U}}_1-Z_{Y4}{\stackrel{\·}{I}}_1|$

式中：U₁、U₂--分别为正序及负序电压；

I₁、I₂--分别为正序及负序电流；

Z_Y4--整定阻抗，对变压器低压侧母线故障有足够的灵敏度。

负序距离继电器是不反应负荷的，所以Z_Y4可以整定得很大。

●后备IV段对变压器低压侧三相短路的保护用姆欧继电器。为了避开负荷，此继电器当然应当是一个正向偏移的姆欧继电器M_IV。

其动作判据为：

式中：Z_L--本线路正序阻抗；

Z_T--变压器阻抗；

Z_Y4--与负序距离继电器Z₂的整定阻抗相同。

此继电器采用正向偏移，由于正向偏移量(Z_L+0.8Z_T)很大，足以避开最小负荷阻抗。

其特性圆的最近端深入到变压器内部(不要超过变压器的阻抗)，最远端与负序距离继电器的整定阻抗Z_Y的末端相同。

变压器高压引线上的三相短路可以由距离II段起后备作用。变压器绕组不可能发生三相短路。所以此正向偏移姆欧继电器的近端可以深入到变压器内，其动作特性圆只要包围变压器低压母线即可。此继电器的特性圆上抛得很远，可以完全不受过负荷影响。

图2为本发明距离保护第III段反应三相故障的距离继电器Z_3φ的动作特性。

如图所示，由正向偏移特性圆(上抛型姆欧继电器动作区)和反应电弧电阻上压降的限制线共同组成一个很狭窄的类似倒梯形区域(图中用阴影标出)就是Z_3φ的动作区。图中还示出了距离I、II、III段动作特性的配合关系。

梯形的两条边由UCOS电压继电器启动判据决定。启动后梯形两边拓宽(图中未示出)，由返回判据决定。

Claims (5)

1.一种确保距离保护后备段不受过负荷影响的方法，在距离保护后备段中，包括三个反应单相故障的接地距离继电器Z_φ(Z_A、Z_B、Z_C)、三个反应相间短路故障的相间距离继电器Z_φφ(Z_AB、Z_BC、Z_CA)和一个反应三相故障的距离继电器Z_3φ；

其特征是：

当线路发生单相接地故障时，三个反应单相故障的接地距离继电器Z_φ(Z_A、Z_B、Z_C)必须由零序电流(I₀)和零序电压(U₀)启动，这三个反应单相故障的接地距离继电器Z_φ(Z_A、Z_B、Z_C)组成“或”门后，其输出与零序电流(I₀)和零序电压(U₀)一起组成“与”门出口；

当线路发生相间短路故障时，三个反应相间短路故障的相间距离继电器Z_φ(Z_A、Z_B、Z_C)必须由负序电流(I₂)和负序电压(U₂)启动，这三个反应相间短路故障的相间距离继电器Z_φ(Z_A、Z_B、Z_C)组成“或”门后，其输出与负序电流继电器和负序电压继电器的输出一起组成“与”门出口；

当线路发生三相短路故障时，反应三相故障的距离继电器Z_3φ由正向偏移的姆欧继电器(M)和Ucosφ电压继电器组成“与”门输出来启动反应三相故障的距离继电器Z_3φ。

2.由权利要求1所述的方法，所述姆欧继电器(M)和Ucosφ电压继电器可取任意一个相间电压和电流构成，当采用线路B、C相线间电压U_BC和线路B、C相线间电流I_BC时，正向偏移的姆欧继电器(M)记为M_BC，其动作特性圆的最近端由线路对侧母线开始，最远端与相间距离III段相同，其动作判据为

式中：Z_L--本线路的正序阻抗

Z_Y3--相间距离III段的整定阻抗

U_BCCOS继电器在下式成立时启动：

-0.03U_BCNOM＜U_BCCOS(+90-_L)＜0.08U_BCNOM

启动后在下式不成立时返回

-0.1U_BCNOM＜U_BCCOS(+90-_L)＜0.25U_BCNOM

式中：U_BCNOM--正常运行时的U_BC；

--I_BC落后U_BC的相角；

_L--线路正序阻抗角

3.由权利要求1或2所述的方法，其特征为：增加一段后备保护即第IV段保护，以对线路对侧变压器低压侧故障起后备保护作用，当对侧母线上联接的Y，d接线降压变压器低压侧发生两相短路故障时，采用负序距离继电器(Z₂)来保护；当对侧母线上联接的Y，d接线降压变压器低压侧发生三相短路故障时，使用正向偏移的姆欧继电器(M_IV)。

4.由权利要求3所述的方法，所述负序距离继电器(Z₂)的动作判据如下：

$|{\stackrel{\·}{U}}_2-Z_{Y4}{\stackrel{\·}{I}}_2|>|{\stackrel{\·}{U}}_1-Z_{Y4}{\stackrel{\·}{I}}_1|$

式中：U₁、U₂--分别为正序电压与负序电压；

I₁、I₂--分别为正序电流与负序电流；

Z_Y4--为负序距离继电器Z₂的整定阻抗。

负序距离继电器是不反应负荷的，其整定阻抗Z_Y4可以整定得很大，以保证足够的灵敏度。

5.由权利要求3所述的方法，所述正向偏移的姆欧继电器(M_IV)，其特性圆的最近端可深入到变压器内部但不要超过变压器的阻抗，最远端与负序距离继电器(Z₂)的整定阻抗的末端相同，其动作判据如下：

式中：Z_L--本线路正序阻抗；

Z_T--变压器阻抗；

Z_Y4--与负序距离继电器Z₂的整定阻抗相同，

由于此继电器采用正向偏移特性，式中正向偏移量(Z_L+0.8Z_T)很大，足以避开最小负荷阻抗，确保不受过负荷影响。

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