CN101764396A - 自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，要解决的技术问题是提高纵联距离保护性能。本发明包括以下步骤：故障检测元件满足判据，启动纵联保护装置，正、反方向故障判别元件判断都不满足判据，低电压判断元件判断满足低电压判据，采用启动后的弱馈侧纵联逻辑判断方法。本发明与现有技术相比，不依赖于弱馈控制字投退对弱电源侧判断，依据故障特征进行判断，在电力系统运行方式变化后，即使强弱电侧的相互转换，也可以保证故障时正确动作，简化定值整定。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高压输电线路的电力继电保护方法，特别是一种在弱电源侧自动适应的纵联距离保护实现方法。
背景技术
纵联距离保护是利用通道传输闭锁信号或允许信号，实现有选择性的快速切除全线故障。纵联保护按照通道传输信号的作用不同，可以分为闭锁式和允许式两种。当用于专用闭锁式时，纵联通道的自检逻辑由保护装置实现，收发信机的停信和发信完全由保护装置控制。对于闭锁式，为了防止通道上的干扰，保护装置中设置了两级延时确认，一是保护装置必须在收到对侧的高频信号后才允许停信；二是保护装置停信后要连续收不到对侧的高频信号才能动作出口。当用于允许式时，保护装置必须连续收到对侧的允许信号才能动作出口。不论采用闭锁式或允许式，距离纵联保护均采用距离元件作为判断正反方向的判据。
对于双侧电源线路，受电侧容量较小或者无电源，在线路内部故障时，该侧的距离元件有可能因为短路电流太小而不能正确测量，该侧就不能停发闭锁信号或者发允许信号，强电源侧就不能快速切除全线故障。为解决该问题，传统的做法是在装置中设置“弱电源侧”控制字，根据该控制字的投退状况并结合该侧的电气量状态，来决定是否允许对侧跳闸。由于运行方式变化，特别是像2007年年末的冻雨自然灾害过程中，保护装置的相继跳闸造成电力系统开环运行，弱电源侧的出现将具有不确定性，在非弱电源侧投入弱馈控制字可能导致纵联保护误动，在弱电源侧不投入控制字可能导致纵联保护拒动。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，要解决的技术问题是提高纵联距离保护性能。
本发明采用以下技术方案：一种自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，包括以下步骤：一、故障检测元件满足判据，启动纵联保护装置；二、正、反方向故障判别元件判断正方向判据或者反方向判据都不满足判据，采用低电压判断元件判断；三、低电压判断元件判断满足低电压判据，采用启动后的弱馈侧纵联逻辑判断方法：对于允许式纵联保护装置，本侧保护装置连续收到对侧纵联保护装置发来的允许信号时间大于8至10ms，立即向对侧纵联保护装置回发允许跳闸信号，允许对侧纵联保护装置跳闸，在持续收到允许跳闸信号20至40ms后，本侧纵联保护装置跳闸；对于闭锁式纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧纵联保护装置发来的闭锁跳闸信号，超过8至10ms后不再收到该闭锁信号，本侧纵联保护装置则立即向对侧保护装置停发闭锁信号，允许对侧跳闸，本侧纵联保护装置不跳闸。
本发明的故障检测元件判据为：ΔIΦ＞1.25ΔIT+ΔIset，Φ＝A，B，C，正方向故障判别元件判据为：距离正方向判据为：
反方向故障判别元件判据为：距离反方向判据为：
零序反方向判据为：
负序反方向判据为：
低电压判据为任一相电压或者相间电压低30V。
本发明的低电压判断元件判断满足低电压判据，采用启动后的弱馈侧纵联逻辑判断方法：对于允许式纵联保护装置，本侧保护装置连续收到对侧纵联保护装置发来的允许信号时间大于8ms，立即向对侧纵联保护装置回发允许跳闸信号，允许对侧纵联保护装置跳闸，在持续收到允许跳闸信号30ms后，本侧纵联保护装置跳闸。
本发明的低电压判断元件判断满足低电压判据，采用启动后的弱馈侧纵联逻辑判断方法：对于闭锁式纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧纵联保护装置发来的闭锁跳闸信号，超过8ms后不再收到该闭锁信号，本侧纵联保护装置则立即向对侧保护装置停发闭锁信号，允许对侧跳闸，本侧纵联保护装置不跳闸。
本发明的故障检测元件不满足判据，保护装置不启动，保护装置按常规逻辑判断方法进行判断：对于闭锁式的纵联保护装置，本侧收到对侧闭锁信号2ms后，回发10s闭锁信号，对于允许式的纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧的允许信号后，不发允许信号。
本发明的故障检测元件不满足判据，保护装置不启动，若本侧保护装置收到对侧发过来的允许信号或曾收到闭锁信号，并满足低电压判据，纵联保护装置进入保护装置未启动时的弱馈逻辑判断：对于闭锁式的纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧闭锁信号经2ms延时后，向对侧纵联保护装置延时100ms发闭锁信号，使对侧保护装置在故障前100ms收不到闭锁信号，允许对侧保护装置在自身判断为正方向时可靠跳闸；对于允许式纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧的允许跳闸信号后，向对侧纵联保护装置回发100ms允许跳闸信号，允许对侧纵联保护装置跳闸。
本发明的纵联保护装置判断为正方向故障、反方向故障或不满足低电压判据，采用装置启动后常规纵联逻辑判断方法，故障相对本侧装置为正方向：对于闭锁式纵联保护装置，本侧保护装置立即停止向对侧发闭锁信号，并且连续8至20ms收不到对侧的闭锁跳闸信号，本侧保护装置跳闸；对于允许式纵联保护装置，连续8至20ms收到对侧允许跳闸信号，本侧保护装置跳闸。
本发明的故障相对本侧装置为正方向：对于闭锁式纵联保护装置，本侧保护装置立即停止向对侧发闭锁信号，并且连续8ms收不到对侧的闭锁跳闸信号，本侧保护装置跳闸；对于允许式纵联保护装置，连续8ms收到对侧允许跳闸信号，本侧保护装置跳闸。
本发明的纵联保护装置判断为正方向故障、反方向故障或不满足低电压判据，采用装置启动后常规纵联逻辑判断方法，故障相对本侧装置为反方向：闭锁式纵联保护装置向对侧发闭锁信号，允许式纵联保护装置停止向对侧发允许信号，以闭锁对侧纵联保护。
本发明的低电压判断元件判断低电压判据时，采用半周积分算法或傅氏算法相来计算电压。
本发明与现有技术相比，不依赖于弱馈控制字投退对弱电源侧判断，依据故障特征进行判断，在电力系统运行方式变化后，即使强弱电侧的相互转换，也可以保证故障时正确动作，简化定值整定。
附图说明
图1是本发明实施例的工作流程图。
具体实施方式
本发明的弱馈纵联距离保护方法，在纵联距离保护装置中取消弱馈控制字，在保护装置中采用故障检测逻辑判据、低电压逻辑判据、正反方向故障判据、弱馈侧纵联逻辑判据和常规纵联保护逻辑判据判断故障，根据保护装置的状态包括两部分：保护装置未启动的逻辑判断和保护起动后的逻辑判断。
(1)保护装置未启动的逻辑判断
对于允许式的纵联保护装置，保护装置收到对侧的允许跳闸信号，并采集到的任一相电压或者线电压低于30V，立即向对侧发送允许信号100ms，允许对侧跳闸。
对于闭锁式的纵联保护装置，保护装置收到对侧闭锁信号，并采集到的任一相电压或者线电压低于30V，经2ms延时确认后，延时100ms发闭锁信号，这样可以保证故障时对侧保护装置能可靠跳闸。
(2)保护装置启动后的逻辑判断
如图1所示，纵联保护装置在起动后，保护装置采集故障电压电流，两侧纵联保护装置满足正方向元件判据，按照保护装置启动后常规纵联保护逻辑判断。若两侧纵联保护装置在故障电流不能满足正方向元件判据时，进行反方向元件测量，若反方向元件满足反方向元件判据，按照保护装置启动后常规纵联保护逻辑判断，则本侧保护装置立即向对侧发闭锁信号或者停发允许信号。当纵联保护装置起动后，本侧保护装置均不能满足正、反方向元件判据时，满足低电压判据时，本侧保护装置开始进行弱馈侧纵联逻辑判断。
对于允许式，当本侧保护装置启动后，连续收到对侧允许跳闸信号时间大于8至10ms，本实施例为8ms，有一相或相间电压低于30V，本侧保护装置距离正、反方向元件均不能满足正、反方向元件判据，立即向对侧回发允许信号，允许对侧跳闸，满足以上条件持续20至40ms，本实施例为30ms，本侧保护装置跳闸。
对于闭锁式，当本侧保护装置启动后，收到闭锁跳闸信号，超过8至10ms，本实施例为8ms不再收到对侧闭锁信号，任一相或线电压低于30V，距离正、反方向元件均不能满足正、反方向元件判据，则立即向对侧停发闭锁信号，允许对侧跳闸，本侧不跳闸。
本发明的弱馈纵联距离保护的实现采用以下逻辑元件：故障检测逻辑、低电压判断逻辑、正反方向故障判断逻辑、弱馈侧纵联逻辑判别和常规纵联保护逻辑，如图1所示，各个逻辑元件工作分别如下：
1)故障检测元件
故障检测元件作为保护装置总启动元件，用于检测被保护的超高压输电线路系统是否存在扰动。故障检测元件不满足判据，保护装置不启动，保护装置按常规逻辑判断方法进行判断。故障检测元件满足判据，启动保护装置，启用正反方向故障判断元件、低电压判断元件和弱馈侧纵联逻辑判别，判断故障是被保护线路区内故障或区外故障。
保护装置采集各相电流值，取三相中最大一相电流的突变量与保护装置设定突变量启动定值比较，当连续3点满足大于该定值时，该故障检测元件判据满足，故障检测元件的判据为：
ΔIΦ＞1.25ΔIT+ΔIset，Φ＝A，B，C，
其中：ΔIΦ为当前点电流突变量，ΔIΦ＝||i(t)-i(t-T)|-|i(t-T)+i(t-2T)||，i(t)、i(t-T)和i(t-2T)分别为当前时刻电流瞬时值、一个周波前电流瞬时值以及二个周波前电流瞬时值；
ΔIT为上一个周波电流突变量；
ΔIset为保护装置设定的电流突变量起动定值。
2)正、反方向故障判别元件
在保护装置启动后，纵联保护装置依据正反方向故障判断元件来确定本次故障是正方向故障或反方向故障。纵联保护装置判断为正方向或是反方向故障，本侧纵联保护装置采用装置启动后常规纵联逻辑判断方法。仅当正方向判据或者反方向判据都不满足时，采用保护装置启动后的弱馈纵联逻辑判断方法。
保护装置正、反方向逻辑判断包括以下四个判据：
a)距离正方向判据：
其中，UΦ为故障相当前电压值，IΦ为故障相电流值，ZZDP为正方向设定阻抗，UΦ，J为极化电压。UΦ和IΦ满足上式，则满足距离正方向判据。
b)距离反方向判据：
其中，UΦrem为故障相别两周波前记忆电压值，UΦ为故障相当前电压值，IΦ为故障相电流值，ZZDN为反方向设定阻抗。UΦrem、UΦ和IΦ满足上式，则满足距离反方向判据。
c)零序反方向判据：
其中，3U0为保护装置计算出零序电压，3I0为保护装置计算零序电流。3U0和3I0满足上式，则满足零序反方向判据。
d)负序反方向判据：
其中，3U2为保护装置计算负序电压，3I2为保护装置计算负序电流。3U2和3I2满足上式，则满足负序反方向判据。
正、反方向故障判别元件判断过程：保护装置测量正方向距离元件，若满足距离正方向判据，则可判定本次故障相对本侧装置为正方向。若不满足距离正方向判据，保护装置检测反方向距离元件，满足三个反方向判据中的任一，则可判定本次故障相对本侧装置为反方向。当以上四个判据均不满足时，判定本次故障正、反方向判据都不满足。
3)低电压判断元件
保护装置启动后，并正反方向元件判据都不满足，启用低电压判断元件。低电压判断元件用于灵敏检测故障，在弱电源侧微机利用低电压判断元件采集的电压信号判断是否低到一定值来判断被保护线路是否存在故障。出于快速性与可靠性相结合考虑，本方法中保护装置的微机采用半周积分算法或傅氏算法相来计算电压。采用半周积分算法时，由于只需要半个周波的数据窗，可快速判断出低电压判据是否满足。采用全周傅氏算法，由于全周傅氏算法具有较强的滤波能力，即使在谐波分量较大时，依然可以计算出保护装置采集的电压值。不论保护装置是采用半周傅氏算法或全周傅氏算法，若任一相电压或者相间电压低于30V，满足低电压判据，并且并正反方向元件判据都不满足，保护装置采用启动后的弱馈侧纵联逻辑判断方法。若不满足低电压判据，按保护装置启动后常规纵联保护逻辑进行故障判断。
4)弱馈侧纵联逻辑判断
弱馈侧纵联逻辑判断包括两部分：保护装置未启动时的通道检查逻辑判断和保护装置启动后的保护逻辑判断。
保护装置未启动时，若本侧保护装置收到对侧发过来的允许信号或曾收到闭锁信号，并满足低电压判据，纵联保护装置进入保护装置未启动时的弱馈逻辑判断。对于闭锁式的纵联保护装置，本侧装置收到对侧闭锁信号经2ms延时后，向对侧纵联保护装置延时100ms发闭锁信号，这样可以保证线路区内故障时，虽然本侧保护装置未启动，但通过弱馈逻辑判断，延时100ms发闭锁信号，使对侧保护装置在故障前100ms收不到闭锁信号，允许对侧保护装置在自身判断为正方向时可靠跳闸。对于允许式纵联保护装置，本侧装置收到对侧的允许跳闸信号后，向对侧纵联保护装置回发100ms允许跳闸信号，允许对侧纵联保护装置跳闸。
保护装置启动后，正反方向故障判断四个判据都不被满足，满足低电压判据，则本侧纵联保护装置进入弱馈逻辑判断。对于允许式纵联保护装置，本侧保护装置连续收到对侧纵联保护装置发来的允许信号时间大于8至10ms，本实施例为于8ms，立即向对侧纵联保护装置回发允许跳闸信号，允许对侧纵联保护装置跳闸，此时本侧纵联保护装置判断为弱电源侧，在持续收到对侧的允许跳闸信号20至40ms，本实施例为30ms后，本侧保护装置跳闸。对于闭锁式纵联保护装置，本侧装纵联保护置收到对侧纵联保护装置发来的闭锁跳闸信号，超过8至10ms，本实施例为8ms后不再收到该闭锁信号，本侧纵联保护装置则立即向对侧纵联保护装置停发闭锁信号，允许对侧跳闸，本侧纵联保护装置不跳闸。
5)常规纵联判断逻辑
常规纵联保护逻辑判断包括两部分：保护装置未启动时纵联逻辑判断和启动后的纵联保护逻辑判断。
在不满足故障检测元件判据时，保护装置不启动，不满足低电压判据，保护装置进入常规纵联逻辑。对于闭锁式的纵联保护装置，本侧收到对侧闭锁信号2ms后，回发10s闭锁信号，以配合对侧保护装置完成通道检查，可靠闭锁对侧保护装置。对于允许式的纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧的允许信号后，不发允许信号，以可靠闭锁对侧纵联保护。
在保护装置启动后，正反方向判断逻辑中的任一判据满足，或者不满足低电压判据，保护装置进入启动后常规纵联逻辑。保护装置依据正反方向故障逻辑判断结果，若满足本侧距离正方向判据，故障相对本侧装置为正方向，对于闭锁式纵联保护装置，本侧保护装置立即停止向对侧发闭锁信号，并且连续8至20ms，本实施例为8ms收不到对侧的闭锁跳闸信号，本侧保护装置跳闸。对于允许式纵联保护装置，本侧满足距离正方向判据条件，并且连续8至20msms，本实施例为8ms收到对侧允许跳闸信号，本侧保护装置跳闸。若故障相对本侧装置为反方向，闭锁式纵联保护装置向对侧发闭锁信号，允许式纵联保护装置停止向对侧发允许信号，以闭锁对侧纵联保护。
Claims (10)
1.一种自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，包括以下步骤：一、故障检测元件满足判据，启动纵联保护装置；二、正、反方向故障判别元件判断正方向判据或者反方向判据都不满足判据，采用低电压判断元件判断；三、低电压判断元件判断满足低电压判据，采用启动后的弱馈侧纵联逻辑判断方法：对于允许式纵联保护装置，本侧保护装置连续收到对侧纵联保护装置发来的允许信号时间大于8至10ms，立即向对侧纵联保护装置回发允许跳闸信号，允许对侧纵联保护装置跳闸，在持续收到允许跳闸信号20至40ms后，本侧纵联保护装置跳闸；对于闭锁式纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧纵联保护装置发来的闭锁跳闸信号，超过8至10ms后不再收到该闭锁信号，本侧纵联保护装置则立即向对侧保护装置停发闭锁信号，允许对侧跳闸，本侧纵联保护装置不跳闸。
2.根据权利要求1所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述故障检测元件判据为：ΔIΦ＞1.25ΔIT+ΔIset，Φ＝A，B，C，正方向故障判别元件判据为：距离正方向判据为：
反方向故障判别元件判据为：距离反方向判据为：
零序反方向判据为：负序反方向判据为：
低电压判据为任一相电压或者相间电压低30V。
3.根据权利要求2所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述低电压判断元件判断满足低电压判据，采用启动后的弱馈侧纵联逻辑判断方法：对于允许式纵联保护装置，本侧保护装置连续收到对侧纵联保护装置发来的允许信号时间大于8ms，立即向对侧纵联保护装置回发允许跳闸信号，允许对侧纵联保护装置跳闸，在持续收到允许跳闸信号30ms后，本侧纵联保护装置跳闸。
4.根据权利要求3所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述低电压判断元件判断满足低电压判据，采用启动后的弱馈侧纵联逻辑判断方法：对于闭锁式纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧纵联保护装置发来的闭锁跳闸信号，超过8ms后不再收到该闭锁信号，本侧纵联保护装置则立即向对侧保护装置停发闭锁信号，允许对侧跳闸，本侧纵联保护装置不跳闸。
5.根据权利要求4所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述故障检测元件不满足判据，保护装置不启动，保护装置按常规逻辑判断方法进行判断：对于闭锁式的纵联保护装置，本侧收到对侧闭锁信号2ms后，回发10s闭锁信号，对于允许式的纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧的允许信号后，不发允许信号。
6.根据权利要求5所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述故障检测元件不满足判据，保护装置不启动，若本侧保护装置收到对侧发过来的允许信号或曾收到闭锁信号，并满足低电压判据，纵联保护装置进入保护装置未启动时的弱馈逻辑判断：对于闭锁式的纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧闭锁信号经2ms延时后，向对侧纵联保护装置延时100ms发闭锁信号，使对侧保护装置在故障前100ms收不到闭锁信号，允许对侧保护装置在自身判断为正方向时可靠跳闸；对于允许式纵联保护装置，本侧纵联保护装置收到对侧的允许跳闸信号后，向对侧纵联保护装置回发100ms允许跳闸信号，允许对侧纵联保护装置跳闸。
7.根据权利要求6所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述纵联保护装置判断为正方向故障、反方向故障或不满足低电压判据，采用装置启动后常规纵联逻辑判断方法，故障相对本侧装置为正方向：对于闭锁式纵联保护装置，本侧保护装置立即停止向对侧发闭锁信号，并且连续8至20ms收不到对侧的闭锁跳闸信号，本侧保护装置跳闸；对于允许式纵联保护装置，连续8至20ms收到对侧允许跳闸信号，本侧保护装置跳闸。
8.根据权利要求7所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述故障相对本侧装置为正方向：对于闭锁式纵联保护装置，本侧保护装置立即停止向对侧发闭锁信号，并且连续8ms收不到对侧的闭锁跳闸信号，本侧保护装置跳闸；对于允许式纵联保护装置，连续8ms收到对侧允许跳闸信号，本侧保护装置跳闸。
9.根据权利要求8所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述纵联保护装置判断为正方向故障、反方向故障或不满足低电压判据，采用装置启动后常规纵联逻辑判断方法，故障相对本侧装置为反方向：闭锁式纵联保护装置向对侧发闭锁信号，允许式纵联保护装置停止向对侧发允许信号，以闭锁对侧纵联保护。
10.根据权利要求9所述的自适应弱电源侧纵联距离保护实现方法，其特征在于：所述低电压判断元件判断低电压判据时，采用半周积分算法或傅氏算法相来计算电压。
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