CN101707361B - 线路弱馈侧保护自适应启动判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线路弱馈侧保护自适应启动判别方法，由线路故障时的弱馈特征，提出根据零序电流变化量启动元件、零序电压变化量启动元件、相间电流减量判断启动元件、相间电压减量判断启动元件等弱馈启动元件来判断弱馈侧保护是否可以启动，开放弱馈侧保护的出口继电器。上述四个元件中任意一个元件满足启动条件即认为满足弱馈侧线路保护启动条件。该启动元件能够反复启动，克服了现有保护装置只能一次性的判别弱馈的问题，同时，该启动元件配合其他判据，可以使弱馈判据克服不能两侧同时设置，灵敏度低，不适应动态弱馈等缺点。

Description

线路弱馈侧保护自适应启动判别方法

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弱馈侧线路保护自适应各种问题而能可靠启动的方法。 

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。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，在线路保护启动后，若弱馈线路上再次发生故障，则需保护再次判出是弱馈启动，而传统的突变量启动等算法往往只是在第一次故障初期能判断，当已判断出保护启动后，不再进行启动判别。因此，迫切需要开发新的方法，使在弱馈线路区内故障时，对各种故障区内故障弱馈侧线路保护能可靠启动，线路保护才能进行弱馈条件的判别，方便线路保护能可靠的进行下一步判断。 

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了四种启动元件，保证当线路变为终端线路时，负荷侧或是无电源侧或是小电源侧时线路保护能够可靠启动。当启动元件满足条件时，展宽80ms，即认为在启动元件满足后的80ms内都不再重新判断启动条件是否满足，80ms后保护可再次根据采样值进行判断。 

本发明具体采用以下技术方案： 

一种在线路弱馈侧保护没有判断出电压断线时，线路弱馈侧保护自适应启动判别方法，所述判别方法基于以下启动元件来判别线路弱馈侧保护是否启动；其特征在于，所述方法包括以下步骤： 

(1)线路弱馈侧保护装置对线路弱馈侧互感器的电流电压波形采样得到电流电压瞬时值； 

(2)对线路弱馈侧零序电流、零序电压，相间电流、相间电压进行一周波积分； 

(3)对以下四种启动元件进行判断，当任一启动元件满足启动条件时，开放线路弱馈侧保护出口继电器： 

a)零序电流变化量启动元件：启动条件为，Δ3I₀≥2I_0QD，同时3I₀≥0.06I_N，其中，I_0QD为保护装置启动前或收到对侧通道信号前一周波(20ms)的不平衡零序电流积分值，I_N是指二次电流额定值，数值为1安培或数值为5安培，0.06I_N是指0.06倍的二次电流额定值；3I₀为线路保护保护装置一周波(20ms)零序电流的积分值；Δ3I₀是指当前一周波零序电流积分值减去一周波(20ms)前零序电流的积分值的差值； 

b)零序电压变化量启动元件：启动条件为Δ3U₀≥2U_0QD，同时3U₀≥1V，其中U_0QD保护装置启动前或收到对侧通道信号前一周波(20ms)的不平衡零序电压积分值，3U₀为当前一周波零序电压的积分值，Δ3U₀为线路保护装置当前一周波零序电压的积分值减去一周波(20ms)前的零序电压的积分值的差值。 

c)相间电流减量判断启动元件：该元件的启动条件为 

ΔI_ΦΦ＝|I_ΦΦT|-|I_ΦΦ(T-20MS)|，ΔI_ΦΦ≤-0.1I_N

式中ΦΦ＝AB或BC或CA，是指三个相间中的任一个，I_ΦΦT指当前相间电流的积分值，I_ΦΦ(T-20MS)是指20ms前相间电流的积分值，I_N是指二次电流额定值；三个相间电流任一相间满足条件，即可认为是满足相间电流减量启动； 

d)相间电压减量判断元件：该元件的启动条件为 

ΔU_ΦΦ＝|U_ΦΦT|-|U_ΦΦ(T-20MS)|，ΔU_ΦΦ≤-30V 

式中ΦΦ＝AB或BC或CA，是指三个相间中的任一个，U_ΦΦT指当前相间电压的积分值，U_ΦΦ(T-20MS)是指20ms前相间电压的积分值；三个相间电压任一相间满足条件，即可认为是满足相间电压减量启动。 

其中，电压断线是指电力系统中由一次电压变为二次电压的电压互感器断开，二次侧无法准确测量一次侧电压值，简称电压断线(详见《电力系统继电保护原理》(增订版)贺家李宋从矩著2004年9月133页)。 

相比现有电流突变量启动元件，稳态零序电流辅助启动元件等，上述新增加的启动元件中，有两个是关于电压量启动的，因此，在只有电压量启动而没有其他原因的条件动作时，应只启动出口继电器，进行弱馈相关判别，如判断是否可以弱馈停信，发信等的判别，不再判断与阻抗相关的逻辑，如距离保护，纵联阻抗保护等。在线路保护判断出电压互感器断线时，闭锁弱馈启动逻辑，即不再判断零序电流突变量启动元件，零序电压突变量启动元件，相间电流减量启动元件，相间电压减量判断元件；因为当纵联保护在判断出电压断线后，纵联保护已退出，故不需保护启动。 

现有线路保护启动元件分为为电流突变量启动，稳态零序电流启动，静稳破坏启动，在弱馈线路时有低电压启动，但一般要求故障后的稳态值电压低于30V或更低。以上启动元件在弱馈侧变压器不接地并且有过渡电阻时(或虽然变压器接地，但过渡电阻数值较大，实际弱馈线路也会有高阻故障发生)，很难满足启动条件，尤其是弱馈线路负荷较小时，一有过渡电阻，弱馈侧即很难启动，导致纵联保护因无法开放出口继电器而拒动。使用本发明的办法，考虑了各种故障时弱馈侧线路保护出现特征，如高阻故障时，零序电流变化量和零序电压变化量启动元件总有一个满足条件；在相间过渡电阻故障时，相间电流减量启动元件和相间电压减量启动元件总有一个会满足条件。在弱馈线路无负荷并且弱馈侧不接地并且为过渡电阻故障时，则只有电压量相关启动元件能满足条件。 

附图说明

图1所示为本发明的线路弱馈侧保护自适应启动判别方法的逻辑判断示意图。 

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。 

本发明涉及到电力系统继电保护中线路保护的启动判别问题，更准确的说，是要根据线路保护装置的采样值，利用积分的算法计算模拟量的幅值，再根据相应的判据判断线路上是否发生问题，若判据满足条件，则可以启动出口继电器，方便线路保护的下一步判别。 

如附图所示为本发明的线路弱馈侧保护自适应启动判别方法的逻辑判断示意图。本发明为一种线路弱馈侧保护自适应启动判别方法，所述判别方法基于以下启动元件来判别线路弱馈侧保护是否启动；所述方法包括以下步骤： 

(1)线路弱馈侧保护装置对线路弱馈侧互感器的电流电压波形采样得到电流电压瞬时值； 

(2)其次，根据采样得到的电流电压瞬时值计算得到零序电流、零序电压、相间电流、相间电压值，并对线路弱馈侧零序电流、零序电压，相间电流、相间电压进行一周波即20ms的积分，积分公式如下： 

$A_m=c*\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{k-N+i}\right|$

式中：A_m表示当前量积分的幅值，x表示零序电流、零序电压、相间电流、相间电压等等的采样值的集合，N表示一周波采样点，c表示由积分变为相量幅值的变比常数，x_k表示当前采样点；Δ3I0＝|3I0T|-|3I0(T-20ms)|，Δ3U0＝|3U0T|-|3U0(T-20ms)|，相间电流减量启动元件和相间电压减量启动元件判别如上文所述，公式中下标T表示当前时刻，下标T-20MS表示一周波前的时刻； 

(3)对以下四种启动元件进行判断，当任一启动元件满足启动条件时，开放线路弱馈侧保护出口继电器： 

a)零序电流变化量启动：Δ3I₀≥2I_0QD，同时3I₀≥0.06I_N，I_0QD为保护装置启动前或收到对侧通道信号前一周波(20ms)的不平衡零序电流积分值，I_N是指二次电流额定值，数值为1安培或数值为5安培，0.06I_N是指0.06倍的二次电流额定值；3I₀为线路保护保护装置一周波(20ms)零序电流的积分值；Δ3I₀是指当前一周波零序电流积分值减去一周波(20ms)前零序电流的积分值的差值； 

b)零序电压变化量启动：Δ3U₀≥2U_0QD，同时3U₀≥1V，U_0QD保护装置启动前或收到对侧通道信号前一周波(20ms)的不平衡零序电压积分值，3U₀为当前一周波零序电压的积分值，Δ3U₀为线路保护装置当前一周波零序电压的积分值减去一周波(20ms)前的零序电压的积分值的差值。 

c)相间电流减量判断： 

ΔI_ΦΦ＝|I_ΦΦT|-|I_ΦΦ(T-20MS)|，ΔI_ΦΦ≤-0.1IN 

式中ΦΦ＝AB或BC或CA，是指三个相间中的任一个，I_ΦΦT指当前相间电流的积分值，I_ΦΦ(T-20MS)是指20ms前相间电流的积分值；三个相间电流任一相间满足条件，即可认为是满足相间电流减量启动； 

d)相间电压减量判断： 

ΔU_ΦΦ＝|U_ΦΦT|-|U_ΦΦ(T-20MS)|，ΔU_ΦΦ≤-30V 

式中ΦΦ＝AB或BC或CA，是指三个相间中的任一个，U_ΦΦT指当前相间电压的积分值，U_ΦΦ(T-20MS)是指20ms前相间电压的积分值；三个相间电压任一相间满足条件，即可认为是满足相间电压减量启动。 

在进行积分运算时，本发明使用了全周积分计算幅值，而没有使用半周积分。是因为零序电流和零序电压采样变化的规律在一周波(20ms)内的数学平均值近似为零。 

在以上四种启动元件启动后，本发明在启动后的80ms内不再判断弱馈启动，而是 直接使用此结果，在启动元件动作后的80ms内一直认为是处于弱馈启动状态，因线路上发生故障后，有80ms的时间足够线路主保护(因线路保护一般只有主保护才具有专用弱馈启动逻辑)进行弱馈相关故障判别并切除故障。在80ms后本发明认为故障已经切除或故障状态已消失，此时，为防止保护范围内再次发生故障不能进行的弱馈判别，故将弱馈启动标志清零。准备进行下一次弱馈启动判别。 

在线路电压回路断线时，此时，零序电压变化量元件可能动作(单相或两相电压回路断线)，相间电压减量回路动作(单相，两相或三相电压回路断线都有可能)，而判断电压回路断线的时间又比判断零序电压变化量和相间电压变化量启动的时间长，而现有保护的处理策略是当判断出电压回路断线时，要求闭锁与阻抗距离等保护相关的逻辑并能闭锁弱馈启动等逻辑，并且现有逻辑是在启动后不再进行电压回路的断线判别。因此，为防止电压回路断线，零序电压变化量和相间电压减量误启动对阻抗距离等保护的影响，当只有零序电压变化量和相间电压减量启动时，此时，只认为保护只可能是弱馈启动，不能进行阻抗距离等保护的判别。而当保护已经明确判断出电压回路断线时，则直接闭锁弱馈启动逻辑。直到电压恢复正常后再次投入，且判断电压回路断线与恢复是自动投入的，不需用户整定。 

在线路正常运行时，零序电流、零序电压的积分值是零漂值，其平均值近似为零。相间电流的幅值和相间电压的幅值为线路正常运行时的负荷电流的幅值和线路上相间电压的幅值。零序电流积分幅值的变化量、零序电压积分幅值的变化量、相间电流积分幅值的变化量、相间电压积分幅值的变化量等应接近于零，保护不会启动。 

在线路终端为变压器接地方式时，此时，对于金属性故障，传统启动元件电流突变量启动等可以启动，而弱馈启动元件也可以启动，因此，对于金属性故障都可以触发启动继电器。而在变压器不接地或者是变压器虽然接地但是终端为无负荷或者轻载的情况，此时，无论是金属性故障还是高阻性故障，此时，因没有电流的变化，传统的电流突变量启动元件都无法动作。因此，线路保护不能开放出口继电器。新增加的弱馈启动元件在上述情况下，总有一种方法动作。如当是高阻故障或变压器不接地时的金属性单相故障，或者无负荷情况下的单相故障，此时，有零序电压幅值的变化，或者零序电流幅值有微小的变化，新的启动方法在设计初，即考虑了相当的余度，因此，对于单相高阻故障，或者变压器不接地此时，新方法可以可靠启动。对于无负荷的相间故障，因此时没有负荷，因此，传统的电流突变量启动元件无法动作，但是，由于新增加的相间电压变化量可以保证线路保护可靠启动。当有微弱负荷极为弱电源情况时，此时，对于弱馈线路内故障，此时，相间电流的幅值是减小的，相间电流幅值的变化量是能判断出的，因此，对于目前所存在的弱馈线路，无论是发生任何形式的线路内故障，此时，线路弱馈端的保护都能可靠启动，开放出口继电器，有利用线路保护的下一步判别。 

Claims (4)

1.一种在线路弱馈侧保护没有判断出电压断线时，线路弱馈侧保护自适应启动判别方法，所述判别方法基于以下启动元件来判别线路弱馈侧保护是否启动；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)线路弱馈侧保护装置对线路弱馈侧互感器的电流电压波形采样得到电流电压瞬时值；

(2)对线路弱馈侧零序电流、零序电压，相间电流、相间电压进行一个周波的积分；

(3)对以下四种启动元件进行判断，当任一启动元件满足启动条件时，开放线路弱馈侧保护出口继电器：

a)零序电流变化量启动元件：

启动条件如下式所示，

Δ3I₀≥2I_0QD，同时3I₀≥0.06I_N，

其中，I_0QD为所述保护装置启动前或收到对侧通道信号前一周波的不平衡零序电流积分值，I_N是指所述线路弱馈侧二次电流额定值，0.06I_N是指0.06倍的所述二次电流额定值；3I₀为线路弱馈侧保护装置一周波零序电流的积分值；Δ3I₀是指当前一周波零序电流积分值减去一周波前零序电流的积分值的差值；

b)零序电压变化量启动元件：

所述零序电压变化量启动元件的启动条件如下，

Δ3U₀≥2U_0QD，同时3U₀≥1V，

其中，U_0QD为保护装置启动前或收到对侧通道信号前一周波的不平衡零序电压积分值，3U₀为当前一周波零序电压的积分值，Δ3U₀为线路弱馈侧保护装置当前一周波零序电压的积分值减去一周波前的零序电压的积分值的差值；

c)相间电流减量判断启动元件：

该启动元件的启动条件如下，

ΔI_ΦΦ＝|I_ΦΦT|-|I_ΦΦ(T-20MS)|，ΔI_ΦΦ≤-0.1I_N，

式中ΦΦ＝AB或BC或CA，是指三个相间中的任一个，I_ΦΦT指当前相间电流的积分值，I_ΦΦ(T-20MS)是指20ms前相间电流的积分值，I_N是指所述线路弱馈侧二次电流额定值；三个相间电流任一相间电流满足条件，即可认为是满足相间电流减量判断启动元件的启动条件；

d)相间电压减量判断启动元件：

该启动元件的启动条件如下，

ΔU_ΦΦ＝|U_ΦΦT|-|U_ΦΦ(T-20MS)|，ΔU_ΦΦ≤-30V

式中ΦΦ＝AB或BC或CA，是指三个相间中的任一个，U_ΦΦT指当前相间电压的积分值，U_ΦΦ(T-20MS)是指20ms前相间电压的积分值；三个相间电压任一相间满足条件，即可认为是满足相间电压减量判断启动元件的启动条件。

2.如权利要求1所述的线路弱馈侧保护自适应启动判别方法，其特征在于，所述一个周波的时间优选为20ms。

3.如权利要求1所述的线路弱馈侧保护自适应启动判别方法，其特征在于，弱馈侧各种启动元件启动后展宽80ms，即当弱馈侧各种启动元件满足后，在随后的80ms内都认为线路本侧是弱馈侧，不再判断是否满足弱馈启动条件，80ms后需重新判断弱馈启动元件是否满足条件，当线路再次发生故障时，所述启动元件再次启动，以判断线路弱馈侧保护出口继电器是否开放，保证线路弱馈侧保护在启动元件方面先期满足保护的要求。

4.如权利要求1所述的线路弱馈侧保护自适应启动判别方法，其特征在于，当只有零序电压变化量启动元件或相间电压减量判断启动元件符合启动条件，而没有其他条件满足线路弱馈侧保护动作条件时，所述线路弱馈侧保护只判别弱馈侧保护是否启动，不进行阻抗继电器的动作判断，防止电压互感器断线时因零序电压变化量和相间电压减量判断满足条件后保护误动作。

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