CN101707360B - 输电线路自适应弱馈纵联保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统领域中继电保护的自适应弱电源(弱馈)跳闸方法，传统的纵联保护距离保护和纵联方向保护在线路为弱电源线路时，两侧只能有一侧需事先确定为弱馈侧，不能两端都事先确认为弱馈侧，尤其是对于闭锁式纵联保护。本发明在现有纵联保护的基础上，提出自适应弱馈逻辑，和其他判据配合，解决了线路两侧强弱的转换，多次启动，灵敏度不够的问题。本发明在现有纵联保护的基础上，提出自适应弱馈逻辑，和其他判据配合，解决了线路两侧强弱的转换，多次启动，灵敏度不够的问题。同时，在闭锁式信号中，增设了编码不完全允许信号，增加了自适应弱馈逻辑的安全性。

Description

输电线路自适应弱馈纵联保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及电力系统继电保护弱馈线路两侧在事先都预置弱馈的情况下，对于线路上各种区内故障能够可靠跳闸，对区外故障或扰动能够可靠区分的方法。 

背景技术

随着我国电网规模的扩大和各种大型电力工程的建设，500kV线路已大量使用。更高电压等级的线路目前也已经投运。电力网络逐渐成为以500kV为输电线路主网络。伴随500kV与220kV电磁环网解环运行，一些220kV变电站的运行方式发生了很大变化，220kV线路经常在联络线和终端线间变化，当线路为终端线时，线路一端变为负荷侧，负荷侧为无电源或有较小的弱电源。对于线路保护而言，此时，线路变为弱馈线路。对于在线路内部发生故障时，弱电源侧方向元件尤其是距离元件很可能因短路电流太小而不能启动，对于该侧的线路保护，不能发出允许对侧的跳闸信号，则线路就不能快速切除全线路故障。而且，随着运行方式的变化，线路作为具有传输功率的部分，两侧的功能有可能来回倒换，即今天有一端往另外一端送电，而过几天又可能倒过来送电，而目前线路上的主保护纵联保护，往往只能在线路一侧预先控制为弱馈侧，运行人员经常需要根据运行方式的变化频繁更改线路保护的预置，以便满足现有线路保护只能一端事先预置弱馈功能的要求，而且，传统的纵联保护的弱馈功能一般要求弱馈线路侧故障相电压低于一定值(一般取50％额定电压，约30V)才运行发允许信号供对侧跳闸，而线路高阻故障时，故障相电压较高，因此，对一端为弱电源的弱馈线路上的纵联保护往往对高阻故障没有保护作用。 

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，要求对线路保护两侧预先都设置为弱馈侧，此时，则不需运行人员根据运行情况随时更改，纵联保护根据发生故障或线路上有扰动的情况自动判断两侧哪一侧为强电侧，哪一侧为弱馈侧，出现强电侧特征的线路保护可以快速跳闸，弱馈侧则带一定的延时出口，而对于弱馈线路情况下的高阻故障，传统的纵联保护并没有很好的解决办法，本发明在解决弱馈线路保护两侧不能同时事先预设为弱馈侧的问题的同时，还可以很好的解决弱馈线路上的高阻故障。 

本发明具体采用以下技术方案： 

一种输电线路的自适应弱馈纵联保护方法，其特征在于： 

线路两侧纵联保护将线路两侧都预置为弱馈侧，当输电线路纵联保护因区内外故障或扰动启动后，实时判断本侧纵联保护是安装于强电侧还是安装于弱馈侧， 

当本侧现有方向元件，如纵联距离方向元件、纵联突变量方向元件、零序方向元件、负序方向元件等明确判出方向时，则认为本侧是强馈侧，对侧是弱馈侧：在本侧现有方向元件是正方向且收到对侧允许跳闸的信号时，本侧纵联保护快速跳闸；在本侧方向元件是反方向时，本侧纵联保护发闭锁信号，闭锁线路两侧的保护； 

当本侧方向元件无法判断出正反方向时，则认为本侧是弱馈侧，对侧为强电侧，本侧纵联保护发允许对侧跳闸的信号，本侧纵联保护延时出口，对侧纵联保护收到此信号后，决定是否跳闸。 

在本发明的保护方法中，关键的地方主要是：对于闭锁式纵联保护，若相间保护要跳闸，则一定要求相间阻抗在区内；对于弱馈端，则要求当传统方向元件判不出方向时，一定要及时发允许信号，保证强电侧区内故障时能可靠跳闸，弱电源侧纵联保护延时出口。对允许式纵联保护，则是弱电源侧先发允许信号供强电侧先跳闸，弱馈侧延时一段时间，本侧可靠判断为弱电源特征后再跳闸。 

采用本发明的方法，一方面可解决现有闭锁式纵联保护只能在线路一端的保护上投入弱馈功能的问题；另一方面，采用本发明可解决弱馈线路上发生的高阻故障；对高阻故障，目前无论是闭锁式纵联保护，还是允许式纵联保护，都无法正确动作。 

附图说明

图1所示为纵联保护安装于弱馈线路示意图； 

图2所示为本发明的自适应弱馈纵联保护方法的流程图； 

图3所示为闭锁式强电侧保护跳闸后发送的不完全允许信号示意图。 

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。 

如图1所示为纵联保护安装于弱馈线路示意图，此时，安装于线路m侧的纵联保护因其背后有电源为处于强电侧的纵联保护，而安装于线路n侧的纵联保护则处于弱馈端。由线路mn为纵联保护的保护范围。采用本发明的纵联保护由于事先两侧的纵联保护都被设置为弱馈侧，因此，m端的纵联保护在区内故障时只能在启动后根据现有方向元件判断本侧是处于强电侧，n侧纵联在区内故障后由于现有方向元件不动作在认为本侧是在弱馈侧而进行弱馈有关逻辑的判断，即当弱馈条件满足时，n侧发允许对侧跳闸的信息。 

本发明涉及到电力系统继电保护中线路纵联距离保护和纵联方向保护(以下简称纵联保护)中有关自适应弱馈相关的逻辑，更准确的说，对目前的纵联保护，无论是对闭锁式纵联保护还是对允许式纵联保护，线路两端保护都可以预先置为弱馈侧，即使线路不是弱馈线路，根据本发明修改的纵联保护能够完全区分线路的状况，不需运行人员根据线路的运行方式的不同而导致线路是弱馈的情况随时修改纵联保护的状态，根据本发明修改的纵联保护自动判断线路的运行情况，对线路的情况能做到纵联保护保护范围区内故障可靠动作，区外故障正确不动作，同时根据本发明修改的程序能够可靠保护区内高阻故障，解决了原纵联保护在有一端为弱电源的弱馈线路情况下区内高阻故障时，由于弱电源端(弱馈侧)故障特征不明显而不能动作的问题。 

本发明对纵联保护不分强电源还是弱电源，线路两侧的纵联保护都预先设置为弱馈侧，即使线路为正常运行线路，两端都是强电源特征，根据本发明修改的纵联保护也能自动识别。 

当纵联保护因区内外故障或扰动启动后，纵联保护实时判断本侧纵联保护是安装于强电侧还是安装于弱电源侧，当传统的方向元件如突变量方向、记忆方向、零序方向、负序方向等明确判出方向时，则认为本侧是强电侧；当传统方向元件因各种原因无法判出故障或扰动是处于保护正反向还是反方向时，纵联保护认为本侧是弱电源侧，启动弱馈有关逻辑。纵联保护是处于强电侧还是处于弱电侧的逻辑随时判别，并根据传统方向元件的判别结果随时更改。 

如附图2所示为本发明的自适应弱馈纵联保护方法的流程图，在进入纵联弱馈逻辑后，首先判断现有方向元件，若现有方向元件能明确判断出反向，则是区外故障，纵联弱馈逻辑不跳闸；否则，若现有方向元件是正方向，则认为本侧为强电侧，强电侧是否跳闸需等对侧发送给本侧允许本侧跳闸的信号(对闭锁式纵联保护，对侧不发闭锁信号，本侧即认为收到对侧允许本侧跳闸的信号，对允许式，则是收到对侧的信号，认为是对侧允许本侧跳闸的信号)，若本侧方向元件无法判断出正方向或反方向，在收到对侧信息的前提下，同时选相为非三相，本侧立即发允许对侧跳闸的信号，为防止闭锁式强电侧区外相间故障，纵联弱馈保护两侧都无法区外区内外，要求闭锁式相间故障跳闸时，一定要求故障相的相间阻抗在纵联保护范围内；因此，弱馈逻辑发允许对侧跳闸的信号时本侧并不跳闸；对闭锁式，要求收到方波信号或本侧由于对侧跳闸变为明确的正方向才可以跳闸；对允许式保护，则待对方跳闸后，本侧电压降低后才跳闸； 

经本发明修改后的纵联弱馈逻辑相比现有纵联弱馈逻辑主要是以下不同：首先，无 论是新修改的逻辑还是现有逻辑，都不考虑发生三相高阻故障，认为在发生三相故障时，故障相电压都能低到满足现有低电压(即认为故障相电压低于30V，而当发生单相高阻故障时，故障相电压可能没有变化或变化很小)的逻辑；再次，线路两侧无论何时总有一侧处于强电侧，另外一侧纵联保护背后若有电源，则也是处于强电侧，否则，该侧即是弱电侧；因此，当纵联保护发生故障时，强电侧的现有方向元件总有一个能判出正方向或反方向；纵联保护在收到通道上信息(对闭锁式纵联保护是指收到通道上的闭锁信号，对允许式纵联保护，是指收到通道上的允许信号)后，当纵联保护明确选出三相故障时，若现有方向元件无法判出正反方向，则一定要求低电压才能发给对侧允许跳闸的信息，对于非三相故障，由于可能存在高阻故障，故障相电压无法降低，因此，若现有方向元件无法判出正反方向，则立即发允许对方跳闸的信息，同时，为防止闭锁式纵联保护两侧误判，对闭锁式相间故障，一定要求故障相阻抗在纵联保护范围内，对允许式纵联保护，由于能处理弱馈逻辑时要求一定先收到通道上的允许信号，此时，必然是强电侧已经发信，因此，不会存在误判，因此，对允许式没有要求。 

强电侧跳闸逻辑：当现有方向元件明确判断出正方向或反方向时，则认为本侧是强电侧。当方向元件为反方向时，则本侧立即发闭锁对侧跳闸的信息，即对闭锁式纵联保护，本侧发送闭锁信号，对允许式纵联保护，本侧不发允许信号即认为发送闭锁信号；此时，两侧纵联保护由于有闭锁信号的存在，都不能跳闸；当现有方向元件判断为正方向，同时又收到对侧允许本侧跳闸的信息，则对单相故障，立即选相跳闸，对闭锁式纵联保护，相间故障时，计算故障相阻抗是否在纵联保护范围内，若在保护范围内，则立即跳闸，对允许式，无论是相间故障还是单相故障，都立即跳闸； 

在强电侧跳闸后，对允许式纵联保护，则立即发允许信号；对闭锁式纵联保护，现有闭锁式纵联保护在跳闸后只发送允许信号，而本发明则是在先不发闭锁信号100ms，即先发允许对侧跳闸的信号100ms，再连续发送闭锁信号10ms，允许信号10ms，间隔5次，即表示告知对侧，强电侧已跳闸。 

具有明确信息的强电侧跳闸后，对侧若由于强电侧的跳闸而变为相继的强电侧时，则对侧按上述强电侧跳闸的逻辑处理；当强电侧跳闸后，对侧仍无法判出正反方向时，此时，对闭锁式纵联保护，当收到对侧的4个方波信号(虽然强电侧发送5个方波，但为了防止通道上的干扰，则认为收到4个即可)时，本侧可立即延时选相跳闸。对允许式纵联保护，则待对侧跳闸后，本侧延时选相跳闸，延时的目的同样是为了防止通道上的干扰。 

强电侧逻辑纵联保护跳闸基本同传统的纵联保护，只是对闭锁式纵联保护，在纵联保护跳闸后，先发允许对侧跳闸的信号100ms后，再发送5个连续的方波，波形如附图 3所示，先发允许对侧跳闸的信号100ms，是供对侧可能变为强电侧后能立即跳闸的时间，5个方波的意思是表示告诉对方，本侧纵联保护已跳闸，因对闭锁式纵联保护而言，高电平是指闭锁信号，而低电平是指允许信号，而本发明所使用的信号是高低电平交替发送，因此，也叫不完全允许信号。 

如果纵联保护已判断出本侧是弱电源侧保护，首先，确认是否能否收到通道上的信号，该信号对闭锁式纵联保护表示收到过通道上的闭锁跳闸信号，对允许式纵联保护表示收到过对侧的允许跳闸信号。确认收到通道上的信号后，对非三相故障，则本侧立即发允许对侧跳闸的信号，对三相故障，则要求三相电压都低(一般要求50％电压额定值，约30V)，才允许发允许对侧跳闸的信号；以上要求是因目前规程对线路保护保护高阻的要求一般只考虑单相故障存在高阻，对相间和三相故障存在数值较小的过渡电阻，在相间和三相故障时，弱电源侧电压都能满足要求。 

强电侧跳闸逻辑，即纵联保护现有方向元件能明确判出正方向时并且收到对侧允许本侧跳闸的信息时的跳闸逻辑：对闭锁式纵联保护，对单相故障，跳闸条件与传统方法相同，对相间故障，除传统方法所需条件外，本发明要求故障相的相间阻抗一定要在纵联保护范围内，考虑目前对线路纵联保护要求的各种相间故障，此条件皆能满足要求；对允许式，跳闸逻辑同现有方法； 

在本侧现有方向元件无法判断出正反方向时，本侧纵联保护的弱馈保护功能逻辑进一步为：对闭锁式纵联保护，弱电源侧纵联保护在判为弱电侧时，本身只是发允许跳闸信号供对侧跳闸，如果对侧跳闸后本侧能够变为强电侧特征，则继续按强电侧跳闸逻辑处理；否则，要等到收到对侧的不完全允许信号后，本侧方允许选相跳闸。允许式纵联保护，跳闸逻辑同传统允许式纵联保护。 

Claims (5)

1.一种输电线路的自适应弱馈纵联保护方法，其特征在于，

线路两侧纵联保护将线路两侧都预置为弱馈侧，即线路两侧的纵联保护事先都将本侧设置为弱馈侧，当输电线路纵联保护因区内外故障或扰动启动后，线路纵联保护根据电流量和电压量计算出的方向元件，实时判断本侧纵联保护是安装于强电侧还是安装于弱馈侧，

当本侧所述方向元件明确判出方向时，则认为本侧是强电侧，对侧是弱馈侧：在本侧现有方向元件是正方向且收到对侧纵联保护发送的允许本侧跳闸的信号时，本侧纵联保护快速跳闸；在本侧现有方向元件是反方向时，本侧纵联保护发闭锁信号，闭锁线路两侧的纵联保护；

当本侧方向元件无法判断出是处于正方向还是处于反方向时，则认为本侧是弱馈侧，对侧为强电侧，本侧纵联保护发允许对侧纵联保护跳闸的信号，所述本侧纵联保护延时出口，对侧纵联保护收到此信号后，再决定是否跳闸；

其中所述方向元件是纵联距离方向元件、纵联突变量方向元件、零序方向元件、负序方向元件。

2.根据权利要求1所述的纵联保护方法，其特征在于，在本侧所述方向元件无法判断出是处于正方向还是处于反方向时，本侧纵联保护的弱馈保护功能逻辑进一步包括：

首先，判断本侧纵联保护是否能收到对侧信号，其中，当线路纵联保护为闭锁式纵联保护时，所述对侧信号为对侧发送的闭锁信号；当线路纵联保护为允许式纵联保护时，所述对侧信号为对侧发送的允许信号；

当收到所述对侧信号，而且所述输电线路故障不是三相故障时，则本侧纵联保护立即发出允许对侧可以跳闸的信号，此时，本侧纵联保护并不立即跳闸，对侧纵联保护收到此信号后，再决定是否跳闸。

3.根据权利要求1所述的纵联保护方法，其特征在于，当本侧所述方向元件为正方向时，本侧纵联保护的强电保护逻辑进一步包括：

本侧纵联保护发允许对侧纵联保护跳闸的信号；

若收到对侧纵联保护允许本侧跳闸的信号：当所述线路纵联保护为闭锁式纵联保护时，对单相故障，则本侧纵联保护立即选相跳闸；对相间故障，则要求相间阻抗在纵联保护定值范围内才允许三相跳闸；当所述线路纵联保护为允许式纵联保护时，则本侧纵联保护无论是相间故障还是单相故障都立即选相跳闸。

4.根据权利要求3所述的纵联保护方法，其特征在于，当本侧为强电侧且本侧闭锁式纵联保护跳闸后，本侧纵联保护向对侧保护发出允许对侧跳闸的不完全允许信号，即在发出允许对侧跳闸的信号100ms后，再发出5个连续的方波，表示本侧已跳闸，对侧收到方波后，表示收到了允许跳闸的信号。

5.根据权利要求4所述的纵联保护方法，其特征在于，当强电侧纵联保护跳闸后，先发允许对侧跳闸的信息，即对于闭锁式纵联保护，不发闭锁信号；对允许式纵联保护，则发允许信号，若弱馈侧现有方向元件能判出其为正方向，则弱馈侧变为强电侧，立即选相跳闸；若弱馈侧现有方向元件仍判不出正方向或反方向，对于闭锁式纵联保护，当收到所述不完全允许信号中的4个方波时，即认为对侧纵联保护已经跳闸，则本侧延时选相跳闸，对于相间故障，也不再判断所述阻抗是否在纵联保护范围内；对于允许式纵联保护，收到对侧允许跳闸的信号后，本侧纵联保护延时选相跳闸。

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