CN102412569A - 一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法。该方法包括如下主要步骤：电源侧纵联差动保护满足保护启动、零序或负序正方向、零序差动保护动作判据的三个条件后，故障分量启动。故障分量启动信号通过光纤通道传给弱馈侧纵联差动保护。弱馈侧纵联差动保护收到电源侧故障分量启动信号，且满足零序差动保护动作判据后，若保护未启动，则驱动保护启动，两侧差动保护均可以动作。该方法解决了高阻接地故障时弱馈侧纵联差动保护启动灵敏度不足的问题。

Description

一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体地涉及为高压输电线路发生区内高阻接地故障时，弱馈侧纵联差动保护利用电源侧故障分量实现启动的方法。

背景技术

电力系统高压输电线路区内发生高阻接地故障时，若达到差动保护动作定值，要求两侧差动保护能够迅速选相动作，瞬时故障可以重合成功。若两侧差动保护没有后备零序保护动作快，后备零序保护会永跳动作不重合。若后备零序保护没有变压器保护动作快，会扩大事故范围，可能会引起停电事故。

两侧纵联差动保护通过光纤通道交换数据。为防止TA断线或保护装置出现故障等情况，导致两侧差动保护误动作，要求两侧差动保护均启动后才能开放动作功能。只有一侧保护不启动，就不能开放保护动作功能。

目前的差动保护主要的启动元件包括：电流突变量启动元件、零序电流辅助启动元件。

目前的纵联差动保护，有些系统情况下，线路区内发生高阻接地故障时，存在着弱馈侧差动保护启动灵敏度不足的问题。线路区内发生高阻接地故障，弱馈侧有以下主要特征：零序电流、零序电压缓慢增大，故障相电流、零序电流、相电压、零序电压变化很小；弱电源侧保护测量到的故障相电流、零序电流、零序电压很小。以上特征不能满足目前的保护启动条件。

电源侧纵联差动保护测量到的故障电流、零序电流、零序电压相对较大，保护能够启动。因弱馈侧差动保护未启动，两侧纵联差动保护均不能动作。

为解决线路区内发生高阻接地故障时，弱馈侧纵联差动保护启动灵敏度不足问题，本发明提出一种弱馈侧纵联差动保护利用电源侧故障分量实现启动的方法，该方法和以往不同的是，弱馈侧保护使用了电源侧的故障分量，包括零序电流、零序电压、负序电流和负序电压，要求零序正方向或负序正方向，利用光纤通道传输故障分量启动信号，再结合了两侧的零序差动保护动作判据。

纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，解决了高阻接地故障时弱馈侧纵联差动保护启动灵敏度不足的问题。使用情况表明，该方法能够有效地解决线路区内发生高阻接地故障时，有些系统情况下两侧差动保护不能够快速切除故障，导致后备零序保护或变压器保护动作问题。

发明内容

为解决线路区内发生高阻接地故障时，弱馈侧纵联差动保护启动灵敏度不足问题，本发明提出一种弱馈侧纵联差动保护利用电源侧故障分量实现启动的方法，利用光纤通道将电源侧的故障分量启动信号传输给弱馈侧保护，同时结合了两侧的零序差动保护动作判据。

首先对本发明中使用的以下技术术语进行说明或定义：

故障分量启动：故障分量包括正序分量、零序分量和负序分量。接地故障时保护可以测量到零序分量和负序分量，正常运行时没有零序分量和负序分量。包含零序分量或负序分量的启动判据，称为故障分量启动。

本发明具体采用以下技术方案。

一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，该方法包括如下步骤：

(1)输电线路电源侧和弱馈侧的纵联差动保护装置实时检测输电线路电流和电压，并分别计算所述线路相电流、相电压、零序电流向量、零序电压向量、负序电流向量和负序电压向量；

(2)当输电线路电源侧差动保护启动元件满足动作条件时，而输电线路弱馈侧差动保护启动元件不满足动作条件时，输电线路电源侧纵联差动保护启动，而输电线路弱馈侧差动保护不启动；

(3)当所述输电线路电源侧纵联差动保护启动后，通过零序正方向元件和/或负序正方向元件判别是发生了输电线路故障还是TA断线，当输电线路电源侧零序电流和零序电压满足所述零序正方向元件和/或输电线路电源侧负序电流和负序电压满足负序正方向元件所设定的判据时，则认为所述输电线路发生了故障，进入步骤(4)，否则为TA断线；

(4)输电线路电源侧纵联差动保护装置根据输电线路电源侧零序电流向量和通过光纤通道传输的输电线路弱馈侧零序电流向量判断是否满足设定的零序差动保护动作判据，如果不满足所述零序差动保护动作判据，则判断输电线路区内无故障，如果满足所述零序差动保护动作判据，则进入步骤(5)；

(5)电源侧纵联差动保护装置在满足保护启动、零序正方向元件和/或负序正方向元件、零序差动保护动作判据后，故障分量启动，并将该故障分量启动信号通过光纤通道传给输电线路弱馈侧纵联差动保护装置；

(6)所述输电线路弱馈侧纵联差动保护装置在没有保护启动情况下，收到输电线路电源侧差动保护装置发送的故障分量启动信号，若所述线路弱馈侧满足零序差动保护判据后，输电线路弱馈侧纵联差动保护启动；并且，所述输电线路弱馈侧纵联差动保护装置再将输电线路弱馈侧纵联差动保护启动信号通过光纤通道传给输电线路电源侧纵联差动保护装置；

(7)当输电线路电源侧纵联差动保护装置接收到弱馈侧纵联差动保护装置发出的所述启动信号后，所述输电线路电源侧纵联差动保护和弱馈侧纵联差动保护均动作。

本申请的纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，在实际使用过程中，有效地解决了高阻接地故障时弱馈侧纵联差动保护启动灵敏度不足的问题。发生区内高阻接地故障时，两侧纵联差动保护装置均可以灵敏启动、正确动作。

附图说明

图1：纵联差动保护利用故障分量实现启动的流程示意图。

图2：电源侧零序方向示意图。

图3：电源侧负序方向示意图。

图4：零序差动保护动作特性示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

图1为纵联差动保护利用故障分量实现启动的流程示意图。

输电线路电源侧和弱馈侧纵联差动保护装置分别实时检测输电线路电流和电压，并分别计算相电流、相电压、零序电流向量、零序电压向量、负序电流向量和负序电压向量等。

保护计算的相电流、相电压和零序电流，可以用于保护启动判别。

输电线路电源侧纵联差动保护装置与输电线路弱馈侧纵联差动保护装置之间通过光纤通道传输输电线路电源侧零序电流向量、弱馈侧零序电流向量、电源侧保护启动信号、弱馈侧保护启动信号、电源侧故障分量启动信号等。

电源侧和弱馈侧通过光纤通道，分别得到对侧的零序电流向量，可以进行零序差动保护计算。

当满足电流突变量启动或零序电流辅助启动时，输电线路电源侧纵联差动保护启动。

线路发生高阻接地故障时，通常情况下，弱馈侧纵联差动保护的零序电流很小，保护不能启动时，若满足零序差动保护动作判据，电源侧纵联差动保护的零序电流会较大，电源侧保护先启动。最极端情况是两侧零序电流大小相同、满足零序差动保护动作判据，那么两侧的零序电流会不大，均为0.5倍的零序差动电流，不会导致后备零序保护或变压器保护先动作。

有区内故障时保护应该跳闸，但只是TA断线时保护不应跳闸。

TA断线侧的保护，有负荷时会产生零序电流。一侧TA断线时，电源侧和弱馈侧纵联差动保护可以产生相同的零序差动电流值，因此只有零序差动保护不能判别出是故障还是TA断线。

正常运行时只有不平衡的零序电流、零序电压、负序电流和负序电压均是较小的值，零序电压和负序电压会小于1V。理想情况下应该没有零序电流、零序电压、负序电流和负序电压。

TA断线的判据为：没有零序电压和负序电压，零序电流或负序电流大于零序启动电流定值。

通过零序正方向或负序正方向的判别可以区别是故障还是TA断线。

零序正方向有零序电流和零序电压的门槛；负序正方向有负序电流和负序电压的门槛。没有故障时，TA断线后只有零序电流和负序电流，不会产生零序电压和负序电压，因此不能满足零序正方向和负序正方向条件。

零序电流小于一次电流240A时，说明故障不明显，保护还可以继续正常运行。零序后备段的定值一般会取值为一次电流300A以上。零序正方向和负序正方向电流门槛大于一次电流240A，保证了保护灵敏启动。

零序电压和负序电压门槛大于1V，防止TA断线、以及不平衡导致的零负序电压的无启动，同时保证了高阻接地故障时启动有灵敏度。因高阻接地故障时故障分量变化不明显，没有选取突变量电压。

无故障时，即使电容电流或不平衡电流较大，也不会有零序电压和负序电压，但会产生差流。如果零序差动电流定值过小，没有躲过电容电流或不平衡电流等情况，导致了满足零序差动保护判据，会造成保护的误跳闸。要求电源侧为零序正方向或负序正方向，可以防止没有零序电压或负序电压时保护的误跳闸，确保是正方向故障时保护才跳闸。反方向故障为纵联差动保护区外故障，保护不应跳闸。

目前同杆线路越来越多，同杆线路的零序故障分量受互感影响明显，可能会导致区内高阻接地故障时零序不是正方向。而负序故障分量受互感影响较小，因此需增加负序正方向判据，防止有些故障情况下保护不能启动。故同杆线路时判别负序正方向。

非同杆共架线路时，发生区内高阻接地故障时，有些情况下，负序故障分量比零序故障分量要小，负序正方向可能不灵敏，判别零序正方向会更灵敏一些。

零序正方向的判据为：

I0M＞I0th

U0M＞U0th

$\mathrm{\φ}01\mathrm{th}\≤\arg (\stackrel{\·}{I_{0M}}/\stackrel{\·}{U_{0M}})\≤\mathrm{\φ}02\mathrm{th}$

其中，I0M为电源侧零序电流模值，U0M为电源侧零序电压模值，I0th为零序正方向元件电流阈值，U0th零序正方向元件电压阈值，

为电源侧零序电流超前零序电压的相角，φ01th和φ02th为零序电流超前零序电压的相角阈值。

I0th优选为240A，U0th为1V，φ01th为18°，φ02th为180°。

图2为零序方向示意图。零序正方向为零序电流超前零序电压18°～180°之间，零序反方向为零序电流超前零序电压-162°～0°之间。

负序正方向的判据为：

I2M＞I2th

U2M＞U2th

$\mathrm{\φ}21\mathrm{th}\≤\arg (\stackrel{\·}{I_{2M}}/\stackrel{\·}{U_{2M}})\≤\mathrm{\φ}22\mathrm{th}$

其中，I2M为电源侧负序电流模值，U2M为电源侧负序电压模值，I2th为负序正方向元件电流阈值，U2th负序正方向元件电压阈值，

为电源侧负序电流超前负序电压的相角，φ1th和φ2th为负序电流超前负序电压的相角阈值。

I2th优选为240A，U2th为1V，φ21th为18°，φ22th为180°。

图3为负序方向示意图。负序正方向为负序电流超前负序电压18°～180°之间，负序反方向为负序电流超前负序电压-162°～0°之间。

电源侧线路正方向区外接地故障时，会有零序正方向或负序正方向条件满足。只判别电源侧零序正方向或负序正方向还不能判别是否是线路区内故障。需通过零序差动保护判别是否为区内故障。

零序差动保护的判据为：

ID0＞I0Z

ID0＞K*IB0

$\mathrm{ID}0=|\stackrel{\·}{I_{0M}}+\stackrel{\·}{I_{0N}}|$

$\mathrm{IB}0=|\stackrel{\·}{I_{0M}}-\stackrel{\·}{I_{0N}}|$

其中，ID0为零序差动电流模值，IB0为零序制动电流模值，I0Z为零序差动电流整定值，

为电源侧零序电流向量，

为弱馈侧零序电流向量，K为制动系数。

图4为零序差动保护动作特性示意图。零序差动保护的动作区为大于I0Z和制动曲线之间的部分。制动系数取0.7～0.9，可以保证弱馈侧没有电流，零序差动电流和零序制动电流相等时，也在零序差动保护在动作区内。图中制动系数K为0.75，为经验值。

通过零序差动保护判据公式可以分析出，电源侧和弱馈侧的零序差动电流模值、零序制动电流模值会相同。若电源侧或弱馈侧纵联差动保护满足零序差动保护动作判据，说明线路区内有故障。区外接地故障时，电源侧和弱馈侧均不会有零序差动电流。

电源侧纵联差动保护满足保护启动、零序正方向或负序正方向条件后、零序差动保护动作判据，故障分量启动。

电源侧纵联差动保护将故障启动信号通过光纤通道传给弱馈侧，弱馈侧保护在没有启动情况下，收到电源侧故障分量启动信号，若满足零序差动保护判据后保护启动。弱馈侧纵联差动保护再将保护启动信号通过光纤通道传给电源侧，两侧差动保护均能动作。

为防止保护装置硬件出现问题导致保护误启动，保护装置配有两块保护插件，要求电源侧两块保护插件均满足启动条件后，保护启动。

纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，在实际使用过程中，有效地解决了高阻接地故障时弱馈侧纵联差动保护启动灵敏度不足的问题。

Claims (8)

1.一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，该方法包括如下步骤：

(1)输电线路电源侧和弱馈侧的纵联差动保护装置实时检测输电线路电流和电压，并分别计算所述线路相电流、相电压、零序电流向量、零序电压向量、负序电流向量和负序电压向量；

(2)当输电线路电源侧差动保护启动元件满足动作条件时，而输电线路弱馈侧差动保护启动元件不满足动作条件时，输电线路电源侧纵联差动保护启动，而输电线路弱馈侧差动保护不启动；

(3)当所述输电线路电源侧纵联差动保护启动后，通过零序正方向元件和/或负序正方向元件判别是发生了输电线路故障还是TA断线，当输电线路电源侧零序电流和零序电压满足所述零序正方向元件和/或输电线路电源侧负序电流和负序电压满足负序正方向元件所设定的判据时，则认为所述输电线路发生了故障，进入步骤(4)，否则为TA断线；

(4)输电线路电源侧纵联差动保护装置根据输电线路电源侧零序电流向量和通过光纤通道传输的输电线路弱馈侧零序电流向量判断是否满足设定的零序差动保护动作判据，如果不满足所述零序差动保护动作判据，则判断输电线路区内无故障，如果满足所述零序差动保护动作判据，则进入步骤(5)；

(5)电源侧纵联差动保护装置在满足保护启动、零序正方向元件和/或负序正方向元件、零序差动保护动作判据后，故障分量启动，并将该故障分量启动信号通过光纤通道传给输电线路弱馈侧纵联差动保护装置；

(6)所述输电线路弱馈侧纵联差动保护装置在没有保护启动情况下，收到输电线路电源侧差动保护装置发送的故障分量启动信号，若所述线路弱馈侧满足零序差动保护判据后，输电线路弱馈侧纵联差动保护启动；并且，所述输电线路弱馈侧纵联差动保护装置再将输电线路弱馈侧纵联差动保护启动信号通过光纤通道传给输电线路电源侧纵联差动保护装置；

(7)当输电线路电源侧纵联差动保护装置接收到弱馈侧纵联差动保护装置发出的所述启动信号后，所述输电线路电源侧纵联差动保护和弱馈侧纵联差动保护均动作。

2.根据权利要求1所述的一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，其特征在于：

在所述步骤(2)中，差动保护启动元件包括电流突变量启动元件、零序电流辅助启动元件。

3.根据权利要求1所述的一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，其特征在于：

在所述步骤(3)中，当所述输电线路为同杆共架线路时，选用负序正方向元件判别是发生了输电线路故障还是TA断线。

4.根据权利要求1所述的一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，其特征在于：

在所述步骤(3)中，当所述输电线路为非同杆共架线路时，如果负序故障分量比零序故障分量小，则选用零序正方向元件判别是发生了输电线路故障还是TA断线。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，其特征在于：

所述零序正方向元件的判据为：

I0M＞I0th

U0M＞U0th

$\mathrm{\φ}01\mathrm{th}\≤\arg (\stackrel{\·}{I_{0M}}/\stackrel{\·}{U_{0M}})\≤\mathrm{\φ}02\mathrm{th}$

其中，I0M为电源侧零序电流模值，U0M为电源侧零序电压模值，I0th为零序正方向元件电流阈值，U0th零序正方向元件电压阈值，

为电源侧零序电流超前零序电压的相角，φ01th和φ02th为零序电流超前零序电压的相角阈值；

所述负序正方向元件的判据为：

I2M＞I2th

U2M＞U2th

$\mathrm{\φ}21\mathrm{th}\≤\arg (\stackrel{\·}{I_{2M}}/\stackrel{\·}{U_{2M}})\≤\mathrm{\φ}22\mathrm{th}$

其中，I2M为电源侧负序电流模值，U2M为电源侧负序电压模值，I2th为负序正方向元件电流阈值，U2th负序正方向元件电压阈值，

为电源侧负序电流超前负序电压的相角，φ1th和φ2th为负序电流超前负序电压的相角阈值。

6.根据权利要求5所述的一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，其特征在于：

I0th优选为240A，U0th为1V，φ01th为18°，φ02th为180°，I2th优选为240A，U2th为1V，φ21th为18°，φ22th为180°。

7.根据权利要求1所述的一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，其特征在于：

在所述步骤(4)中，零序差动保护的判据为：

ID0＞I0Z

ID0＞K*IB0

$\mathrm{ID}0=|\stackrel{\·}{I_{0M}}+\stackrel{\·}{I_{0N}}|$

$\mathrm{IB}0=|\stackrel{\·}{I_{0M}}-\stackrel{\·}{I_{0N}}|$

其中，ID0为零序差动电流模值，IB0为零序制动电流模值，I0Z为零序差动电流整定值，

为电源侧零序电流向量，

为弱馈侧零序电流向量，K为制动系数。

8.根据权利要求7所述的一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法，其特征在于：优选K＝0.75。

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