CN102104246A - 减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法，它包括如下步骤：①在配电开闭所或配电防火墙内的所有进线开关和所有出线开关之间实现差动保护；②-①若差动保护满足动作条件，则无延时跳开所有进线开关；②-②若差动保护不满足动作条件，则对所有出线开关执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；若某一回出线满足过电流判据，则跳开该出线开关。本发明实现了配电开闭所(或配电防火墙)内两级配电开关之间继电保护的无延时选择性动作，可以减少配电网继电保护时限配合阶梯级数，大大减少继电保护工作人员的维护工作量。本发明还同时公开了减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的装置。

Description

减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法及装置
技术领域
本发明涉及35kV、10kV配电网继电保护领域，主要涉及装设在配电开闭所或配电防火墙内的减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法，本发明还涉及利用该方法实现的继电保护装置。
背景技术
在35kV、10kV配电网中，配电线路短，配电负荷沿配电线路分布。为了保证供电可靠性，配电线路采用配电开关分段。但是，即使配电开关采用断路器，当配电网发生短路故障时，流经变电站出线开关的故障电流和流经配电分段开关、用户分界开关的故障电流数值上相差不大，无法通过电流整定值实现选择性配合。因此只能在过流定值的基础上，采用时限配合方法实现选择性。
为了能够实现变电站出线开关和配电分段开关、用户分界开关之间的时限配合，通常取消变电站出线开关的I段保护，采用带延时的保护与配电分段开关、用户分界开关配合。考虑到变电站出线开关的后备保护延时不能超过0.5s，而时间阶梯的数值依赖于保护和开关的动作时间，因此要求配电网继电保护时限配合阶梯数目越少越好。
目前配电开闭所、配电防火墙内的开关处装设的保护装置具有两个动作时限(如图1、图3所示)，即进线开关(K1、K2)的继电保护动作时限比出线开关(K3、K4、K5、K6)的动作时限长Δt，因此与变电站出线开关之间至少构成三级时限配合才能保证保护选择性。
然而，由于目前开关动作性能和保护动作性能的限制，配电网上在0.5s总时间上实现三级及以上时限配合存在如下困难：
①、如果采用弹操开关，配合的时间阶梯一般需要大于0.3s；如果采用永磁开关，配合的时间阶梯一般需要大于0.2s。因此，无论是采用何种开关，时限阶梯级数都不能太多，无法满足配电网分段的要求。
②、如果配合的时限阶梯级数越多，对继电保护装置的维护越困难。
因此，在变电站出线开关以下，最好只设速断保护(0s动作)，则变电站出线开关可以采用0.3-0.5s延迟动作保证选择性。
发明内容
本发明的第一个目的是针对上述配电网时限阶梯级数太多的问题，发明了一种继电保护方法，但方法可以应用于配电开闭所或配电防火墙内，使配电开闭所、配电防火墙内的多级开关之间无需进行时限配合就可以速断跳闸。
本发明的另一个目的是发明采用这种方法设计的一种继电保护装置。
本发明的目的是通过如下措施来达到的：减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法，其特征在于它包括如下步骤(其流程图如图5所示)：
①、在配电开闭所或配电防火墙内的所有进线开关和所有出线开关之间实现差动保护；
②、若差动保护满足动作条件，则无延时跳开所有进线开关；
③、若差动保护不满足动作条件，则对所有出线开关执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；若某一回出线满足过电流判据，则跳开该出线开关。
上述步骤①中所述差动保护方法可以采用如下两种方法之一：
①配电开闭所(或配电防火墙)纵差：以躲过不平衡电流作为动作判据，即
Figure BDA0000046164770000031
②故障电流纵差：至少有一回进线满足过电流判据，也就是判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；且所有出线都不满足过电流判据：也就是判断过电流是否小于整定电流Iset，即I＜Iset；
减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的装置，其特征在于它包括接入所有进线开关和所有出线开关电流互感器的输出信号的接口，对所有的进线开关和所有出线开关发出跳闸指令的接口，及连接电流互感器输出信号的接口和跳闸指令的接口的继电保护装置；
如图6所示流程图，所述的继电保护装置采用配电开闭所(或配电防火墙)纵差的计算步骤如下：
①采集配电开闭所或配电防火墙内的流经所有进线和所有出线的电流，并计算其A、C二相的电流矢量(仅对中性点不接地系统)或A、B、C三相的电流矢量(中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统)；
②对每一相，将配电开闭所或配电防火墙内的所有进线和所有出线之间构造差动保护，以躲过不平衡电流作为动作条件的依据进行保护动作判断：即
Figure BDA0000046164770000041
③若任何一相满足上述差动保护动作条件，则无延时跳开所有进线开关；
④若A、C二相(仅对中性点不接地系统)或A、B、C三相(中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统)都不满足上述差动保护动作条件，则对所有出线每一相执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，I＞Iset；若某一回线路任何一相满足过电流判据，则该回线路过电流；
⑤若某一回出线过电流，则跳开该出线开关。
如图7所示流程图，所述的继电保护装置采用故障电流纵差的计算步骤如下：
①采集配电开闭所或配电防火墙内的流经所有进线和所有出线的电流，并计算其A、C二相的电流幅值(仅对中性点不接地系统)或A、B、C三相的电流幅值(中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统)；
②、对配电开闭所或配电防火墙内的所有进线和所有出线，都对A、C二相(仅对中性点不接地系统)或A、B、C三相(中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统)执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，I＞Iset；若某一回线路任何一相满足过电流判据，则该回线路过电流；
③若至少有一回进线过电流，且所有出线都不过电流，则无延时跳开所有进线开关；
④若某一回出线满足过电流判据，则跳开该出线开关。
本发明的基本原理是：将配电开闭所(或配电防火墙)看做是一个广义节点(如图1、图2、图3、图4中的虚框)，若广义节点内没有故障，则流入该广义节点的电流与流出该广义节点的电流之差为0；若广义节点内有故障，则流入该广义节点的电流与流出该广义节点的电流之差为故障电流；若广义节点的下游有故障，则进线开关处检测到故障电流，至少一个出线开关处也检测到故障电流，且满足流入该广义节点的电流与流出该广义节点的电流之差为0，则可以判断故障发生在检测到故障电流的出线上。
如图1所示的配电开闭所(或配电防火墙)内有一回进线和三回出线逻辑接线图，故障发生在配电开闭所(或配电防火墙)内部，显然
Figure BDA0000046164770000051
因此需要跳开开关K1。
如图2所示的配电开闭所(或配电防火墙)内有一回进线和三回出线逻辑接线图，故障发生在配电开闭所(或配电防火墙)外部，显然
Figure BDA0000046164770000061
Figure BDA0000046164770000062
为故障电流
因此故障发生在可K3线路上，需要跳开开关K3。
如图3所示的配电开闭所(或配电防火墙)内有二回进线和四回出线逻辑接线图，故障发生在配电开闭所(或配电防火墙)内部，显然
Figure BDA0000046164770000063
因此需要跳开开关K1、K2。
如图4所示的配电开闭所(或配电防火墙)内有二回进线和四回出线逻辑接线图，故障发生在配电开闭所(或配电防火墙)外部，显然
Figure BDA0000046164770000064
Figure BDA0000046164770000065
为故障电流
因此故障发生在可K3线路上，需要跳开开关K3。
本发明在配电开闭所(或配电防火墙)内实现了一种新的继电保护原理，可以使配电开闭所(或配电防火墙)内部故障(或下游故障)0s跳闸；同时可以使配电开闭所(或配电防火墙)上游故障至少减少1级时限阶梯级数。由于配电开闭所(或配电防火墙)往往处于配电网末端，因此经常可以保证配电开闭所(或配电防火墙)内部故障及其下游故障速断跳闸。
本发明减少了配电网继电保护时限阶梯级数。由于配电网分支线路众多，因此可以大大减少工作人员对继电保护的维护工作量，防止时限整定过程中的人为差错的影响。更重要的，对配电网众多的变电站出线仅对配电开闭所(或配电防火墙)供电的场合，工作人员仅仅只需要整定变电站的保护时限，配电开闭所(或配电防火墙)的时限可以直接整定为0s，从而不仅达到了选择性配合目的，而且工作人员的工作量减到最低。可见，本发明对提高供电可靠性，减少维护工作量具有重要作用。
附图说明
图1是配电开闭所(或配电防火墙)内有一回进线和三回出线逻辑接线图，故障发生在配电开闭所(或配电防火墙)内部。
图2是配电开闭所(或配电防火墙)内有一回进线和三回出线逻辑接线图，故障发生在配电开闭所(或配电防火墙)外部。
图3是配电开闭所(或配电防火墙)内有二回进线和四回出线逻辑接线图，故障发生在配电开闭所(或配电防火墙)内部。
图4是配电开闭所(或配电防火墙)内有二回进线和四回出线逻辑接线图，故障发生在配电开闭所(或配电防火墙)外部。
图5是减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法流程图。
图6是继电保护装置采用所述配电开闭所(或配电防火墙)纵差方法的计算流程图。
图7是继电保护装置采用所述故障电流纵差方法的计算流程图。
图8是应用于配电开闭所(或配电防火墙)的“集中式方案”结构示意图。
图9是应用于配电开闭所(或配电防火墙)的“分布式方案+集中式计算”结构示意图。
图10是应用于配电开闭所(或配电防火墙)的“分布式方案+分布式计算”结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
本发明减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法，它包括如下步骤：
①配电开闭所(或配电防火墙)纵差：以躲过不平衡电流作为动作判据，即
Figure BDA0000046164770000081
②故障电流纵差：至少有一回进线满足过电流判据，也就是判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；且所有出线都不满足过电流判据：也就是判断过电流是否小于整定电流Iset，即I＜Iset；
上述步骤①中所述差动保护方法可以采用如下两种方法之一：
①配电开闭所(或配电防火墙)纵差：以躲过不平衡电流作为动作判据，即
Figure BDA0000046164770000082
②故障电流纵差：至少有一回进线满足过电流判据，也就是判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；且所有出线都不满足过电流判据：也就是判断过电流是否小于整定电流Iset，即I＜Iset；
本发明减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的装置，其特征在于它包括接入所有进线开关和所有出线开关电流互感器的输出信号的接口，对所有的进线开关和所有出线开关发出跳闸指令的接口，及连接电流互感器输出信号的接口和跳闸指令的接口的继电保护装置；
所述的继电保护装置可以采用图6或图7所示的计算流程。
本发明应用于配电开闭所(或配电防火墙)，有三种实施方案。
实施例1：集中式方案
以图1为例说明。在配电开闭所(或配电防火墙)内设置一套保护装置，开关K1、K3、K4、K5电流互感器的输出信号都接入该套保护装置，保护装置内部执行本发明算法，并将跳闸指令发送到相应开关。其结构图如图8所示。
实施例2：分布式方案+集中式计算
以图1为例说明。在配电开关K1、K3、K4、K5处各装设一套保护装置(BU)，各套保护装置相互之间实现高速通信(如光纤)。每套保护检测各自电流互感器的输出信号，并将检测结果每周波都传送给某一BU(或一套集中处理单元CU)，并在该保护装置(或CU)内部执行本发明算法，执行结果通过通信网络发出跳闸指令跳开相应开关。其结构图如图9所示。
实施例3：分布式方案+分布式计算
以图1为例说明。在配电开关K1、K3、K4、K5处各装设一套保护装置(BU)，各套保护装置(BU)相互之间实现高速通信(如光纤)。每套保护检测各自电流互感器的输出信号，并将检测结果每周波传送给每一套保护装置(BU)，每套保护装置内部都执行本发明算法，执行结果判断是否该跳开本处开关。其结构图如图10所示。

Claims (8)

1.减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法，其特征在于它包括如下步骤：
①、在配电开闭所或配电防火墙内的所有进线开关和所有出线开关之间实现差动保护；
②-①、若差动保护满足动作条件，则无延时跳开所有进线开关；
②-②、若差动保护不满足动作条件，则对所有出线开关执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；若某一回出线满足过电流判据，则跳开该出线开关。
2.权利要求1中所述减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法，其特征在于所述差动保护方法为：
①、配电开闭所或配电防火墙故障电流纵差：以躲过不平衡电流作为动作判据，即 
Figure FDA0000046164760000011
②、故障电流纵差：至少有一回进线满足过电流判据，也就是判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；且所有出线都不满足过电流判据：也就是判断过电流是否小于整定电流Iset，即I＜Iset。
3.权利要求2所述减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法，其特征在于所述故障电流纵差的计算步骤如下：
①采集配电开闭所或配电防火墙内的流经所有进线和所有出线的电流，并计算其A、C二相的电流矢量或A、B、C三相的电流矢量；
②对每一相，将配电开闭所或配电防火墙内的所有进线和所有出线之间构造差动保护，以躲过不平衡电流作为动作条件的依据进行保 护动作判断：即 
③若任何一相满足上述差动保护动作条件，则无延时跳开所有进线开关；
④若A、C二相(仅对中性点不接地系统)或A、B、C三相(中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统)都不满足上述差动保护动作条件，则对所有出线每一相执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，I＞Iset；若某一回线路任何一相满足过电流判据，则该回线路过电流；
⑤若某一回出线过电流，则跳开该出线开关。
4.权利要求2所述减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的方法，其特征在于所述故障电流纵差的计算步骤如下：
①采集配电开闭所或配电防火墙内的流经所有进线和所有出线的电流，并计算其A、C二相的电流幅值或A、B、C三相的电流幅值；
②、对配电开闭所或配电防火墙内的所有进线和所有出线，都对A、C二相(仅对中性点不接地系统)或A、B、C三相(中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统)执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，I＞Iset；若某一回线路任何一相满足过电流判据，则该回线路过电流；
③若至少有一回进线过电流，且所有出线都不过电流，则无延时跳开所有进线开关；
④若某一回出线满足过电流判据，则跳开该出线开关。
5.减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的装置，其特征在于 它包括接入所有进线开关和所有出线开关电流互感器的输出信号的接口，对所有的进线开关和所有出线开关发出跳闸指令的接口，及连接电流互感器输出信号的接口和跳闸指令的接口的继电保护装置；
所述继电保护装置工作的流程如下：
①、在配电开闭所或配电防火墙内的所有进线开关和所有出线开关之间实现差动保护；
②-①、若差动保护满足动作条件，则无延时跳开所有进线开关；
②-②、若差动保护不满足动作条件，则对所有出线开关执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；若某一回出线满足过电流判据，则跳开该出线开关。
6.权利要求5中所述减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的装置，其特征在于所述差动保护方法为：
①、配电开闭所或配电防火墙故障电流纵差：以躲过不平衡电流作为动作判据，即 
Figure FDA0000046164760000031
②、故障电流纵差：至少有一回进线满足过电流判据，也就是判断过电流是否大于整定电流Iset，即I＞Iset；且所有出线都不满足过电流判据：也就是判断过电流是否小于整定电流Iset，即I＜Iset。
7.权利要求5所述减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的装置，其特征在于所述故障电流纵差的计算步骤如下：
①采集配电开闭所或配电防火墙内的流经所有进线和所有出线的电流，并计算其A、C二相的电流矢量或A、B、C三相的电流矢量；
②对每一相，将配电开闭所或配电防火墙内的所有进线和所有出 线之间构造差动保护，以躲过不平衡电流作为动作条件的依据进行保护动作判断：即 
Figure FDA0000046164760000041
③若任何一相满足上述差动保护动作条件，则无延时跳开所有进线开关；
④若A、C二相(仅对中性点不接地系统)或A、B、C三相(中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统)都不满足上述差动保护动作条件，则对所有出线每一相执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，I＞Iset；若某一回线路任何一相满足过电流判据，则该回线路过电流；
⑤若某一回出线过电流，则跳开该出线开关。
8.权利要求5所述减少配电网继电保护时限配合阶梯级数的装置，其特征在于所述故障电流纵差的计算步骤如下：
①采集配电开闭所或配电防火墙内的流经所有进线和所有出线的电流，并计算其A、C二相的电流幅值或A、B、C三相的电流幅值；
②、对配电开闭所或配电防火墙内的所有进线和所有出线，都对A、C二相(仅对中性点不接地系统)或A、B、C三相(中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统)执行过电流判据：即判断过电流是否大于整定电流Iset，I＞Iset；若某一回线路任何一相满足过电流判据，则该回线路过电流；
③若至少有一回进线过电流，且所有出线都不过电流，则无延时跳开所有进线开关；
④若某一回出线满足过电流判据，则跳开该出线开关。 
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