CN103715667B - 一种输配电系统保护方法及输配电保护装置 - Google Patents

Abstract

一种输配电保护方法，包括：计算电流突变量和零序电流的大小，若电流突变量和零序电流的大小任一满足预设的站域保护装置保护条件，则启动站域保护装置保护计算；进行母线保护计算，判断是否为母线故障，若为母线故障则跳开与该母线相连的进出线断路器，若不是母线故障则进行下一步骤；进行故障选线计算，当发生不对称故障时，采用故障分量电流，即零序和负序电流作为选线依据，通过零序和负序电流分量的幅值比较，选出幅值最大的两条线路作为疑似故障线路；若有进出线未被标记已计算，对从上述疑似故障线路中的任一条随机选出的未置已计算标记的进出线和任何保护启动但延时未到的进出线进行相对应的保护计算，并将所有计算过的线路置已计算标记。

Description

一种输配电系统保护方法及输配电保护装置

技术领域

本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种输配电系统保护方法及利用该方法形成的输配电保护装置。

背景技术

由于集中式站域保护具有即节约投资而且还有利于灵活配置继电保护等优点，所以对于110kV及以下电压等级的中低压输配电系统，线路保护大多集中式站域保护。然而，该类保护在实际应用中面临的突出问题是，由于中低压侧进出线多，每个间隔均需进行电流电压计算和故障判断，计算量大。如果装置处理能力不足，会导致保护动作延时，尤其是对于快速动作段保护影响严重。

发明内容

本发明公开了一种能解决上述问题的输配电系统保护方法。

此外，还有必要提供一种输配电保护装置。

本发明提供了一种输配电保护方法，包括：

步骤一：计算电流突变量和零序电流的大小，若所述电流突变量和零序电流的大小任一满足预设的站域保护装置保护条件，则置启动标志，同时启动站域保护装置保护计算；

步骤二：进行母线保护计算，判断是否为母线故障，若为母线故障则跳开与该母线相连的进出线断路器，若不是母线故障则进行步骤三；

步骤三：进行故障选线计算，初步判定故障线路，当发生不对称故障时，采用故障分量电流，即零序和负序电流作为选线依据，通过零序和负序电流分量的幅值比较，选出幅值最大的两条线路作为疑似故障线路；

步骤四：若有进出线未被标记已计算，对从上述所选出的两条疑似故障线路中的任一条随机选出的未置已计算标记的进出线和任何保护启动但延时未到的进出线进行相对应的保护计算，并将所有计算过的线路置已计算标记；

步骤五：当所有线路都被标记已计算，清除线路已计算标记。

其中，在步骤二中，当不存在零序电流和负序电流时，则利用相电流幅值比较进行故障选线，即取相电流相对最大的两条进出线作为疑似故障线路。

其中，若有进出线保护满足跳闸判据，则立即跳闸，置线路跳闸标记，并返回步骤二；

若出现有线路的保护II段或III段元件动作，且延时未到，则保护延时计数器累加，并返回步骤二。

其中，若无保护元件动作，同时母线保护也未动作，则置保护未动标志，并返回步骤二，相关延时计数器累加。

其中，若所有保护都不动作且计时达到4s，清除所有标志和计数器，返回步骤一，否则返回步骤二。

本发明还提供一种输配电保护装置，包括：

保护启动模块，用于计算电流突变量和零序电流的大小，若所述电流突变量和零序电流的大小任一满足预设的站域保护装置保护条件，则置启动标志，同时启动站域保护装置保护计算；

母线保护计算模块，用于进行母线保护计算，判断是否为母线故障，若为母线故障则跳开与该母线相连的进出线断路器，若不是母线故障则进行故障选线计算；

故障选线计算模块，用于进行故障选线计算，初步判定故障线路，当发生不对称故障时，采用故障分量电流，即零序和负序电流作为选线依据，通过零序和负序电流分量的幅值比较，选出幅值最大的两条线路作为疑似故障线路；

疑似故障线路计算模块，用于若有进出线未被标记已计算，对从上述所选出的两条疑似故障线路中的任一条随机选出的未置已计算标记的进出线和任何保护启动但延时未到的进出线进行相对应的保护计算，并将所有计算过的线路置已计算标记；

标记清除模块，用于当所有线路都被标记已计算，清除线路已计算标记。

其中，所述母线保护计算模块还用于：当不存在零序电流和负序电流时，则利用相电流幅值比较进行故障选线，即取相电流相对最大的两条进出线作为疑似故障线路。

其中，所述疑似故障线路计算模块还用于：若有进出线保护满足跳闸判据，则立即跳闸，置线路跳闸标记，并重新母线保护计算；

若出现有线路的保护II段或III段元件动作，且延时未到，则保护延时计数器累加，并重新母线保护计算。

其中，所述标记清除模块还用于，若无保护元件动作，同时母线保护也未动作，则置保护未动标志，并重新母线保护计算，相关延时计数器累加。

其中，所述标记清除模块还用于，若所有保护都不动作且计时达到4s，清所有标志和计数器，并重新计算电流突变量和零序电流的大小。

上述输配电保护方法，通过故障检测确定故障线路，进而优先调度故障线路保护计算，以克服进出线较多时，集中计算量大，可能导致保护动作延时的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种输配电系统保护方法的流程图；

图2是母线差动保护动作曲线；

图3是本发明实施例公开的一种输配电保护装置的模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种输配电系统保护方法的流程图。如图1所示，该输配电系统保护方法包括以下步骤：

S101、计算电流突变量和零序电流的大小，若所述电流突变量和零序电流的大小任一满足预设的站域保护装置保护条件，则置启动标志，同时启动站域保护装置保护计算。

S102、进行母线保护计算，判断是否为母线故障，若为母线故障则跳开与该母线相连的进出线断路器，若不是母线故障则进行下一步骤。

S103、进行故障选线计算，初步判定故障线路，当发生不对称故障时，采用故障分量电流，即零序和负序电流作为选线依据，通过零序和负序电流分量的幅值比较，选出幅值最大的两条线路作为疑似故障线路。

S104、若有进出线未被标记已计算，对从上述所选出的两条疑似故障线路中的任一条随机选出的未置已计算标记的进出线和任何保护启动但延时未到的进出线进行相对应的保护计算，并将所有计算过的线路置已计算标记。

S105、当所有线路都被标记已计算，清除线路已计算标记。

具体地，在S101中，电流突变量启动元件的判据见式（1）

$|(i\left(k\right)+i(k-\frac{N}{2}))-(i(k-\frac{N}{2})-i(k-N))|\≥{\mathrm{\Δ\ΔI}}_{\mathrm{set}}---\left(1\right)$

其中ΔΔI_set为启动门槛值，ΔΔI_set＞0，N为一个工频周期内电流采样点数，作为一个优选的实施例，N取20。

零序电流启动元件主要用于在高阻接地故障情况下保护可靠启动，元件本身带30ms延时。其判据为：

3I₀＞I_0set(2)

式中：3I₀为三倍零序电流，I_0set为零序电流启动定值。

在S102中，当不存在零序电流和负序电流时，则利用相电流幅值比较进行故障选线，即取相电流相对最大的两条进出线作为疑似故障线路。

母线保护采用分相式比率制动差动保护，其典型动作方程为：

$\left(\right|\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\·}{I}}_j|>I_s)\∩\left(\right|\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\·}{I}}_j|>{\mathrm{KI}}_r)---\left(3\right)$

其中为制动电流；K为比率制动系数；I_S为差动电流最小动作电流门槛值；为各回路电流。

如果差流满足式（3）的动作方程，则为母线内部故障，母线保护动作，跳开故障母线上的所有断路器，并返回步骤一S101。若不满足式（3），则不是母线故障，转到步骤三S103。图2为母线差动保护动作曲线。

在S103中，采用零序电流作为“故障选线”依据时，故可取零序电流的采样值为

3i₀(n)＝i_a(n)+i_b(n)+i_c(n)(4)

其中i_a(n)、i_b(n)、i_c(n)分别为三相电流采样值。

零序电流幅值计算为：

$I_{m0}=\frac{{4u}^2(n+1)[i^2(n+1)-i\left(n\right)i(n+2)]}{{4u}^2(n+1)-{[i\left(n\right)+i(n+2)]}^2}---\left(5\right)$

采用三采样值计算法，计算速度快。

采用负序电流作为“故障选线”依据时，由于负序电流采样值需用时差移相原理计算，数据窗较大，计算延时长，故采用半周复式算法计算三线电流实部虚部，直接采用复向量虑序算法求得负序分量。

$I_{R1,\mathrm{\φ}}=\frac{4}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{\mathrm{\φ}}\left(k\right)\sin \left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)---\left(6\right)$

$I_{I1,\mathrm{\φ}}=\frac{4}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{\mathrm{\φ}}\left(k\right)\cos \left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)---\left(7\right)$

${3I}_{R\mathrm{1,2}}=I_{R1,a}-\frac{1}{2}{I}_{R1,b}+\frac{\sqrt{3}}{2}{I}_{I1,b}-\frac{1}{2}{I}_{R1,c}-\frac{\sqrt{3}}{2}{I}_{I1,c}---\left(8\right)$

${3I}_{I\mathrm{1,2}}=I_{I1,a}-\frac{1}{2}{I}_{I1.b}-\frac{\sqrt{3}}{2}{I}_{R1,b}-\frac{1}{2}{I}_{I1,c}+\frac{\sqrt{3}}{2}{I}_{R1,c}---\left(9\right)$

$I_{\mathrm{1,2}}=\sqrt{{I_{R\mathrm{1,2}}}^2+{I_{I\mathrm{1,2}}}^2}---\left(10\right)$

其中：φ可以为A，B和C；i_φ代表三相电流的采样值；I_R1,φ，I_I1,φ分别代表三相电流基波的实部和虚部；I_R1,2，I_I1,2分别代表负序电流基波的实部和虚部，I_1,2代表负序电流基波幅值；N为一个工频周期内电流采样点数。

采用相电流幅值比较时，各相电流基波幅值为

$I_{1,\mathrm{\φ}}=\sqrt{{I_{R1,\mathrm{\φ}}}^2+{I_{I1,\mathrm{\φ}}}^2}---\left(11\right)$

其中：φ可以为A，B和C；i_φ代表三相电流的采样值；I_R1,φ，I_I1,φ如式（3），（4）所示，I_1,φ为各相基波幅值。

当存在零序电流负序电流时，采用零序电流或负序电流选线，当零序和负序不满足，则转为相电流选线，选出零序、负序或相电流幅值最大的两条进出线，作为疑似故障线路，转到步骤S104。

在步骤S104中，若有进出线保护满足跳闸判据，则立即跳闸，置线路跳闸标记，并返回步骤S102；若出现有线路的保护II段或III段元件动作，且延时未到，则保护延时计数器累加，并返回步骤S102。

在步骤S105中，若无保护元件动作，同时母线保护也未动作，则置保护未动标志，并返回步骤二S102，相关延时计数器累加。

在步骤S105中，若所有保护都不动作且计时达到4s，清除所有标志和计数器，返回步骤S101，否则返回步骤S102。

上述输配电系统保护方法通过故障检测确定故障线路，进而优先调度故障线路保护计算，以克服进出线较多时，集中计算量大，可能导致保护动作延时的问题。而且还能保证故障线路优先计算不延时，而当故障线路判断不准确时，不会遗漏实际故障线路的保护计算；在发生复杂故障，如外部故障转内部故障等情况，实现故障线路的快速检出，提高保护动作速度。

请参见图2，本发明实施例还提供一种输配电保护装置100，该输配电保护装置包括：

保护启动模块10，用于计算电流突变量和零序电流的大小，若所述电流突变量和零序电流的大小任一满足预设的站域保护装置保护条件，则置启动标志，同时启动站域保护装置保护计算；

母线保护计算模块20，用于进行母线保护计算，判断是否为母线故障，若为母线故障则跳开与该母线相连的进出线断路器，若不是母线故障则进行故障选线计算；

故障选线计算模块30，用于进行故障选线计算，初步判定故障线路，当发生不对称故障时，采用故障分量电流，即零序和负序电流作为选线依据，通过零序和负序电流分量的幅值比较，选出幅值最大的两条线路作为疑似故障线路；

疑似故障线路计算模块40，用于若有进出线未被标记已计算，对从上述所选出的两条疑似故障线路中的任一条随机选出的未置已计算标记的进出线和任何保护启动但延时未到的进出线进行相对应的保护计算，并将所有计算过的线路置已计算标记；

标记清除模块50，用于当所有线路都被标记已计算，清除线路已计算标记。

具体地，所述母线保护计算模块20还用于，当不存在零序电流和负序电流时，则利用相电流幅值比较进行故障选线，即取相电流相对最大的两条进出线作为疑似故障线路。

具体地，所述疑似故障线路计算模块40还用于，若有进出线保护满足跳闸判据，则立即跳闸，置线路跳闸标记，并重新母线保护计算；若出现有线路的保护II段或III段元件动作，且延时未到，则保护延时计数器累加，并重新母线保护计算；

具体地，所述标记清除模块50还用于，若无保护元件动作，同时母线保护也未动作，则置保护未动标志，并重新母线保护计算，相关延时计数器累加；

具体地，所述标记清除模块50还用于，若所有保护都不动作且计时达到4s，清所有标志和计数器，并重新计算电流突变量和零序电流的大小。

上述输配电保护装置通过故障检测确定故障线路，进而优先调度故障线路保护计算，以克服进出线较多时，集中计算量大，可能导致保护动作延时的问题。而且还能保证故障线路优先计算不延时，而当故障线路判断不准确时，不会遗漏实际故障线路的保护计算；在发生复杂故障，如外部故障转内部故障等情况，实现故障线路的快速检出，提高保护动作速度。

以上对本发明实施例公开的输配电系统保护方法及输配电保护装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种输配电保护方法，包括：

步骤一：计算电流突变量和零序电流的大小，若所述电流突变量和零序电流的大小任一满足预设的站域保护装置保护条件，则置启动标志，同时启动站域保护装置保护计算；

步骤二：进行母线保护计算，判断是否为母线故障，若为母线故障则跳开与该母线相连的进出线断路器，若不是母线故障则进行步骤三；

步骤三：进行故障选线计算，初步判定故障线路，当发生不对称故障时，采用故障分量电流，即零序和负序电流作为选线依据，通过零序和负序电流分量的幅值比较，选出幅值最大的两条线路作为疑似故障线路；

步骤四：若有进出线未被标记已计算，对从上述所选出的两条疑似故障线路中的任一条随机选出的未置已计算标记的进出线和任何保护启动但延时未到的进出线进行相对应的母线保护计算，并将所有计算过的线路置已计算标记；

步骤五：当所有线路都被标记已计算，清除线路已计算标记。

2.根据权利要求1所述的输配电保护方法，其特征在于，在步骤三中，

当不存在零序电流和负序电流时，则利用相电流幅值比较进行故障选线，即取相电流相对最大的两条进出线作为疑似故障线路。

3.根据权利要求1所述的输配电保护方法，其特征在于，在步骤四中，

若有进出线保护满足跳闸判据，则立即跳闸，置线路跳闸标记，并返回步骤二；

若出现有线路的保护II段或III段元件动作，且延时未到，则保护延时计数器累加，并返回步骤二。

4.根据权利要求1所述的输配电保护方法，其特征在于，在步骤五中，

若无保护元件动作，同时母线保护也未动作，则置保护未动标志，并返回步骤二，相关延时计数器累加。

5.根据权利要求1所述的输配电保护方法，其特征在于，在步骤五中，

若所有保护都不动作且计时达到4s，清除所有标志和计数器，返回步骤一，否则返回步骤二。

6.一种输配电保护装置，其特征在于，该输配电保护装置包括：

保护启动模块，用于计算电流突变量和零序电流的大小，若所述电流突变量和零序电流的大小任一满足预设的站域保护装置保护条件，则置启动标志，同时启动站域保护装置保护计算；

母线保护计算模块，用于进行母线保护计算，判断是否为母线故障，若为母线故障则跳开与该母线相连的进出线断路器，若不是母线故障则进行故障选线计算；

故障选线计算模块，用于进行故障选线计算，初步判定故障线路，当发生不对称故障时，采用故障分量电流，即零序和负序电流作为选线依据，通过零序和负序电流分量的幅值比较，选出幅值最大的两条线路作为疑似故障线路；

疑似故障线路计算模块，用于若有进出线未被标记已计算，对从上述所选出的两条疑似故障线路中的任一条随机选出的未置已计算标记的进出线和任何保护启动但延时未到的进出线进行相对应的母线保护计算，并将所有计算过的线路置已计算标记；

标记清除模块，用于当所有线路都被标记已计算，清除线路已计算标记。

7.根据权利要求6所述的输配电保护装置，其特征在于，所述故障选线计算模块还用于：当不存在零序电流和负序电流时，则利用相电流幅值比较进行故障选线，即取相电流相对最大的两条进出线作为疑似故障线路。

8.根据权利要求6所述的输配电保护装置，其特征在于，所述疑似故障线路计算模块还用于：

若有进出线保护满足跳闸判据，则立即跳闸，置线路跳闸标记，并重新母线保护计算；

若出现有线路的保护II段或III段元件动作，且延时未到，则保护延时计数器累加，并重新母线保护计算。

9.根据权利要求6所述的输配电保护装置，其特征在于，所述标记清除模块还用于，若无保护元件动作，同时母线保护也未动作，则置保护未动标志，并重新母线保护计算，相关延时计数器累加。

10.根据权利要求6所述的输配电保护装置，其特征在于，所述标记清除模块还用于，若所有保护都不动作且计时达到4s，清所有标志和计数器，并重新计算电流突变量和零序电流的大小。