CN101986495A - 自适应弱电源方式纵联保护方法 - Google Patents

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Abstract

自适应弱电源方式纵联保护方法，构建基于相间电压电流变化量的电源强弱判别继电器，构建基于变化量的弱电源方向继电器，从而实现纵联保护。本发明解决了在系统电源方式变化，特别是线路两侧强弱电源性质做颠覆性变化的情况下，需要人为改变保护装置定值，从而增大误整定风险和保护退出时间的问题。

Description

自适应弱电源方式纵联保护方法
技术领域
本发明涉及一种继电保护纵联保护的方法，特别是一种可自动适应系统电源方式变化的纵联保护方法。
背景技术
不同的系统，输电线路两侧母线背后系统电源运行方式有很大差异——对于联络线而言，两侧系统均为强电源方式；对于馈供线路，则一侧为强电源（系统侧），一侧为弱电源（负荷侧）。弱馈线路因其两侧电源阻抗差异很大，故障情况下电气特征不同于联络线，因此在高压、超高压线路保护（命令式纵联保护）中专门设计了“弱电源方式”控制字，整定人员根据电力系统的实际情况，预先设定线路保护的“弱电源方式”，使线路保护在系统发生故障情况下快速可靠地切除故障。
随着电网发展，系统运行方式日趋复杂，随运行方式变化，线路两侧都有可能成为弱电源方式，但电力规程规定不允许两侧线路保护同时设定为“弱电源方式”（在区外故障有误动风险），现在的解决方式是根据系统变化，人为改变“弱电源方式”整定定值以适应系统运行方式变化，这就增加了现场的整定工作量，也增加了误整定的风险和保护退出运行的时间。
线路保护如何自动适应系统运行方式变化，保证在各种系统方式下动作行为正确，是近年来继电保护领域的研究热点和难点。
对于命令式纵联保护，如果工作在允许式（通道命令性质为允许方式，收到信号为允许出口含义），该问题可基本得到解决——保护结合对侧允许信号，根据本侧保护装置的方向元件判别结果，经纵联保护逻辑出口。在此过程中，强电侧为发信主动方，弱馈侧为被动方，弱馈侧在收到主动方信号的基础上，根据弱馈补充判别逻辑（正反方向元件都不动就认为是正方向）。但对于闭锁式（通道命令性质为闭锁方式, 收到信号为禁止出口含义），这个问题就困难很多，以原有的闭锁式逻辑，因本侧发信为自发自收特性，本侧在未判为正方向的情况下，自己发信，就无法判知对侧的方向判别结果，作为弱馈侧就无法作为被动侧去根据系统侧的方向判别结果来补充弱馈判别逻辑，否则如果两侧在正反方向都不动的情况下（区外），都判为正方向，会导致纵联保护误动作。本项目通过设计两个新型继电器，结合新型纵联逻辑，实现了对纵联闭锁式“弱电源方式”的自适应判别，避免用户错误整定控制字带来的保护不正确动作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，通过设计两个新型继电器，结合新型纵联逻辑，实现了对纵联闭锁式弱电源方式的自适应判别，避免用户错误整定控制字带来的保护不正确动作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：在纵联保护逻辑中，设计两个新型继电器，并完成新型纵联逻辑，具体包括如下步骤：
1）经AD采样回路采集电气量，得到三相电压和三相电流：                                                
Figure 749842DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 51511DEST_PATH_IMAGE002
，，，
Figure 982054DEST_PATH_IMAGE005
，； 
2）经过傅氏算法后，将当前电气量减一周前电气量，形成相电压电流变化量、相间电压电流变化量：相电压变化量
Figure 997601DEST_PATH_IMAGE007
、相电流变化量、相间电压变化量
Figure 825934DEST_PATH_IMAGE009
、相间电流变化量
Figure 898933DEST_PATH_IMAGE010
，
3）构建基于相间电压电流变化量的电源强弱判别继电器，继电器动作方程：
Figure 866889DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 963021DEST_PATH_IMAGE012
：为故障时刻相间电压变化量；
Figure 487674DEST_PATH_IMAGE013
：为故障时刻相间电流变化量；
Figure 352862DEST_PATH_IMAGE014
：为系统阻抗判别内部设定值；
4）构建基于变化量的弱电源方向继电器
继电器动作方程：
Figure 554036DEST_PATH_IMAGE015
5）自适应弱电源方式判别逻辑：
Ⅰ.
Figure 137464DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure 652759DEST_PATH_IMAGE017
是相间电流的半波积分的最大值；
Figure 701616DEST_PATH_IMAGE018
为可整定的固定门坎；
Figure 11375DEST_PATH_IMAGE019
为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整；
Ⅱ.
Figure 144416DEST_PATH_IMAGE020
>
Figure 197822DEST_PATH_IMAGE021
，
其中，
Figure 37602DEST_PATH_IMAGE020
是零序电流；
Figure 331312DEST_PATH_IMAGE021
为零序启动电流定值。
本发明的有益效果如下：本发明提供了一种自适应系统电源方式变化的命令式纵联线路保护逻辑,解决了在系统电源方式变化，特别是线路两侧强弱电源性质做颠覆性变化的情况下，需要人为改变保护装置定值，从而增大误整定风险和保护退出时间的问题。此新型纵联保护逻辑可自动适应两侧系统电源方式的变化，并正确反映各种系统运行方式下的区内外故障。
附图说明
图1 为电源强弱判别继电器的动作特性。
图2为基于变化量的弱电源方向继电器。
图3为本发明纵联逻辑的闭锁式发信逻辑。
Figure 951649DEST_PATH_IMAGE022
是电流变化量启动定值（高值），
Figure 854752DEST_PATH_IMAGE024
是电流变化量启动定值（低值）。
图4为本发明纵联逻辑的补充停信逻辑（正反方向元件都不动的情况下）。
图5:保护程序结构框图，其中，“与”门操作，图示为“≥1”；“或”门操作，图示为“&”。
 
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利进一步详细说明，但本发明不限于所给出的例子。
经AD采样回路采集电气量，得到三相电压和三相电流：
Figure 549038DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 528495DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 308233DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 703442DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 330863DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 153326DEST_PATH_IMAGE006
； 
经过傅氏算法后，将当前电气量减一周前电气量，形成相、相间电压电流变化量：相电压变化量
Figure 482676DEST_PATH_IMAGE007
、相电流变化量
Figure 681576DEST_PATH_IMAGE008
、相间电压变化量
Figure 350455DEST_PATH_IMAGE009
、相间电流变化量
Figure 655403DEST_PATH_IMAGE010
，
构建基于变化量的电源强弱判别继电器
继电器动作方程：
Figure 409733DEST_PATH_IMAGE011
，
：为故障时刻相间电压变化量；
Figure 732447DEST_PATH_IMAGE013
：为故障时刻相间电流变化量；：为系统阻抗判别内部设定值，原则上取300欧（一次值）。
此阻抗继电器为全阻抗特性，无方向性，仅为系统强弱方式判别——图1中圆内判为强电源，圆外判为弱电源。
正向故障情况下，
Figure 216966DEST_PATH_IMAGE025
反映的是保护安装处背后的系统阻抗，以300欧为边界，大于300欧，则认为是较弱的电源；
反向故障情况下，反映的是保护安装处正向阻抗，即被保护线路阻抗+对侧系统电源等值阻抗，同样以300欧为边界，考虑到通常线路阻抗一般小于100欧，因此判据主要考察的是对侧系统的电源阻抗，大于300欧，则认为是较弱的电源；
该继电器在阻抗平面上的动作特性见图1。
1）基于变化量的弱电源方向继电器
继电器动作方程：
Figure 492089DEST_PATH_IMAGE015
圆外为动作区，动作后判为正方向；圆内代表反方向。
此动作方程为广义变化量距离方向元件，动作区位于阻抗平面的一二象限。
正向故障情况下，保护变化量测量阻抗落在第三象限，即为继电器的圆外。
反向故障分为两种情况：
保护对侧为强电源侧：保护测量阻抗体现为保护安装处正向等值阻抗，位于第一象限，因
Figure 197877DEST_PATH_IMAGE026
为百欧级，大于对侧强电源系统阻抗值，所以测量阻抗落在圆内；
保护对侧为强电源侧：保护测量阻抗体现为保护安装处正向等值阻抗，位于第一象限，因对侧为弱系统，测量阻抗可能会大于百欧级Zs，测量阻抗有落在圆外的可能，这种情况下会导致该继电器误判为正向，这种情况通过下面的发信逻辑来避免误动作。
该继电器在阻抗平面上的动作特性见图2，
2）自适应弱电源方式判别逻辑（闭锁式）：
原纵联保护逻辑中，传统方式下一旦保护装置启动元件动作，且无正方向元件动作，即向对侧发送闭锁信号。典型的装置启动条件为：
1.
Figure 533044DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure 573550DEST_PATH_IMAGE017
是相间电流的半波积分的最大值；
Figure 652364DEST_PATH_IMAGE018
为可整定的固定门坎；
Figure 212658DEST_PATH_IMAGE019
为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整。
2. 
Figure 984305DEST_PATH_IMAGE020
>
Figure 934944DEST_PATH_IMAGE021
，
其中，
Figure 630498DEST_PATH_IMAGE020
是零序电流；
Figure 982982DEST_PATH_IMAGE021
为零序启动电流定值。
新判据下补充强电源判据作为纵联逻辑发信补充条件，见图3。
传统方式，如果设定为“弱电源方式=1”，在正反方向元件都不动作的情况下，闭锁式停信；在“弱电源方式=0”的情况下则无此逻辑。新判据取消弱电源方式控制字，并进一步补充了基于变化量的弱电源方向继电器和连续收信作为补充判别条件，在保证弱电源正向故障可靠动作的同时，可靠保证了区外故障，特别是系统背后故障，纵联保护的误动作。
通过上述逻辑，可实现命令式纵联保护对弱电源方式的自适应判别，无需人为整定“弱电源方式”控制字。
在常规正反方向元件都不动作的情况下补充停信逻辑见图4。
1) 交流采样：保护装置电气量交流采样；2) 傅氏滤波及变化量计算；3)  装置启动判别，根据判别结果进入正常运行逻辑或故障处理逻辑；4) 在故障处理逻辑中，含命令式纵联距离模块；5) 新型纵联逻辑的闭锁式发信逻辑见附图3；6) 新型纵联逻辑的闭锁式停信逻辑见附图4。

Claims (2)

1.自适应弱电源方式纵联保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）经AD采样回路采集电气量，得到三相电压和三相电流：                                                
Figure 252708DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 55579DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 814675DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 398103DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 585502DEST_PATH_IMAGE005
，； 
2）经过傅氏算法后，将当前电气量减一周前电气量，形成相电压电流变化量、相间电压电流变化量：相电压变化量
Figure 818217DEST_PATH_IMAGE007
、相电流变化量
Figure 888942DEST_PATH_IMAGE008
、相间电压变化量
Figure 880031DEST_PATH_IMAGE009
、相间电流变化量
Figure 719811DEST_PATH_IMAGE010
，
3）构建基于相间电压电流变化量的电源强弱判别继电器，继电器动作方程：
Figure 138154DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 430595DEST_PATH_IMAGE012
：为故障时刻相间电压变化量；
Figure 225376DEST_PATH_IMAGE013
：为故障时刻相间电流变化量；
Figure 919663DEST_PATH_IMAGE014
：为系统阻抗判别内部设定值；
4）构建基于变化量的弱电源方向继电器
继电器动作方程：
Figure 571224DEST_PATH_IMAGE015
5）自适应弱电源方式判别逻辑：
Ⅰ.
Figure 554223DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure 949433DEST_PATH_IMAGE017
是相间电流的半波积分的最大值；
Figure 435909DEST_PATH_IMAGE018
为可整定的固定门坎；
Figure 523950DEST_PATH_IMAGE019
为浮动门坎；
Ⅱ.
Figure 790984DEST_PATH_IMAGE020
>
Figure 927567DEST_PATH_IMAGE021
，
其中，
Figure 330867DEST_PATH_IMAGE020
是零序电流；
Figure 527493DEST_PATH_IMAGE021
为零序启动电流定值。
2.根据权利要求1所述的自适应弱电源方式纵联保护方法，其特征在于 ，浮动门坎
Figure 281822DEST_PATH_IMAGE019
随着相电压电流变化量、相间电压电流变化量的变化而自动调整。
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