CN103872669B - 一种输电线路的远方跳闸方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路的远方跳闸方法，为：（1）当发生死区故障时，母线差动保护装置动作并向一侧的线路保护子装置发送母差保护动作开入信号；（2）线路保护子装置接收到母差保护动作开入信号后，其将取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号参与其差动元件动作判定计算并向另一侧的线路保护子装置发送取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号；（3）线路保护子装置实施差动保护动作而实现远方跳闸。本发明能够在发生死区故障时稳定、可靠地实现跳闸保护，简化了保护装置，具有较高的灵敏度和可靠性。

Description

一种输电线路的远方跳闸方法

技术领域

本发明涉及一种输电线路中所使用的远方跳闸的方法。

背景技术

为了保证电力系统的安全稳定运行，我们希望系统中任一点发生故障后，保护装置切除故障的速度越快越好，特别是在220kV及以上的电网中，该性能要求显得尤为重要，否则可能导致系统振荡解列，导致电网崩溃、瓦解等大面积停电事故。

参见附图1所示的输电线路系统，其包括母线以及连接在母线上的若干根甲线。甲线中通常配置的保护为纵联分相电流差动保护装置，该保护装置包括在甲线上两侧的TA（电流互感器）处的两个线路保护子装置，这里分别为M侧线路保护子装置和N侧线路保护子装置。这两个线路保护子装置分别控制其所在侧的高压断路器1QF和2QF，且二者之间通过保护通道相互连。该纵联分相电流差动保护装置可以实现在线路区间内，即甲线上两侧TA之间的任一点（如K₁点）发生故障时无延时切除故障，是当前电力系统高压输电线路中运用最广泛的主保护。

纵联分相电流差动保护的基本原理如下：

两侧的线路保护子装置通过交换信息来实现对输电线路的保护，从而实现线路两侧TA之间区间任一点发生故障后的无延时切除故障，而区外发生故障时，其可以可靠地不动作。

线路保护子装置中的核心元件是差动元件。如图1所示，线路两侧保护子装置各自取本侧TA的电流，M侧为N侧为两侧电流均以母线指向线路为正方向，如图中实箭头线i₁、i₂所示，M侧线路保护子装置将本侧电流通过保护通道发送到N侧，同样N侧线路保护子装置将本侧电流发送到M侧，这样两侧的线路保护子装置同时具有了本侧电流和对侧电流。在保证两侧采样同步的情况下，两侧线路保护子装置做如下运行算及判断：

（1）计算差动电流I_d：

$I_d=|{\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2|$ 式1

（2）计算制动电流I_r：

$I_r=|{\stackrel{\·}{I}}_1-{\stackrel{\·}{I}}_2|$ 式2

（3）差动元件动作判据

$\left\{\begin{array}{c}{I}_d>I_{\mathrm{set}}\\ I_d>{\mathrm{KI}}_r\end{array}\right.$ 式3

式3中I_set为差动元件门槛值，一般取0.4倍额定电流；K为比例制动系数，一般取0.5。判据公式式3中需两式均成立则差动元件动作。

例如，当甲线上区内的K₁点发生故障时，两侧系统向故障点K₁提供短路电流，两侧短路电流均由两侧母线流向线路，如图中短点划箭头线所示 可以看出，M侧短路电流与规定的正方向i₁一致，N侧短路电流与规定的正方向i₂一致。此时差动电流为两侧短路电流之和，制动电流为两侧短路电流之差。由于故障前两侧电源电势相位差较小，为负荷功角，因此两侧短路电流相位差较小，可基本认为同相，所以此时差动电流I_d很大，而制动电流I_r很小，因此将计算结果代入式3可以明显看出两判据均可靠成立，两侧差动元件均动作。

而当甲线上区外的K₂点或K₃点发生故障时，M侧系统通过甲线向故障点提供短路电流，如图1中长点划箭头线所示不难看出该短路电流对于甲线来讲是穿越性质的，M侧短路电流与规定的正方向i₁一致，N侧与规定的正方向i₂相反。此时差动电流制动电流由于是穿越性质电流，此时差动电流I_d很小，在不考虑TA饱和等误差情况下，可以基本认为I_d=0，而制动电流I_r很大，为两倍短路电流。因此将此时的差动电流I_d、制动电流I_r计算结果代入判据公式式3可以看出判据不会成立，即差动元件不会动作。

差动元件是保护装置中的一个核心元件，而保护装置出口跳闸的基本原理框图则如图2所示。可以看出，对于分相电流差动保护装置来讲，不只是差动元件动作就可以出口跳闸的，同时保护装置必须启动，而且有对侧发来的差动允许信号。只有上述三个条件同时成立，分相电流差动保护才可以出口跳闸。由此可以看出，对于分相电流差动保护来讲，保护通道中不光要传输电流量，还要传输差动允许信号。故而可以知道，当甲线上区间内的K₁点发生故障时，两侧保护装置可靠动作完成跳闸，但是当区外的K₂点或K₃点发生故障时，两侧保护装置将不会动作。

由图1可以知道，当K₂点发生故障时其所属母差保护范围，即通过母线差动保护装置进行保护，此时母线差动保护动作跳开I母线上所有断路器2QF、3QF、4QF、8QF。虽然断路器2QF被跳开，但是故障并未解除，此时M侧系统继续通过甲线向故障点K₂提供短路电流，我们称K₂点故障为“死区”故障。此时只有断路器1QF也跳闸才能解除故障。但是故障点K₂在甲线两侧TA之外，对于分相电流差动保护装置来讲是区外故障，两侧TA流过的是穿越性质的短路电流，故差动元件不会动作，那么断路器1QF就不会跳闸。此时若不采取措施，那么只有等M侧线路保护子装置的后备保护动作跳开断路器1QF解除故障。然而后备跳闸是有延时的，延时切除故障对系统稳定不利，因此必须采取措施让断路器1QF实现快速跳闸。

针对上述问题，目前的通常采用的能使M侧断路器1QF在K₂点发生死区故障时快速跳闸的方法是：N侧母差保护动作后，母线差动保护装置给甲线上的N侧线路保护子装置一个开入信号，N侧线路保护子装置得到本侧母差动作的信号并确认开入信号的可靠性后，通过保护通道向M侧线路保护子装置发送远方跳闸命令。M侧线路保护子装置则在接收到对侧发来的的远方跳闸命令后，跳开断路器1QF，从而解除K₂点故障。由此可见，分相电流差动保护通道中还要传输专门的远方跳闸命令信号。

需要说明的是，当I母线上的故障点K₃发生故障时母差保护动作，若断路器2QF失灵，那么此时也相当于发生了死区故障，也需要通过上述方法让断路器1QF跳闸来解除故障。

以上方法在当前的分相电流差动保护中广为使用，但是其存在的主要问题是：①由于保护装置、通道设备的软硬件可靠性问题导致的误发远方跳闸命令，造成断路器误跳闸事故，在系统中多有发生。②为了防止误发远方跳闸命令而导致的断路器误跳闸，采取的措施一方面是使远方跳闸命令的编码复杂化，对应的接收侧解码也变得复杂；另一方面采取的措施是在接收到对侧发来的远方跳闸命令后进行就地判别，以确认远方跳闸命令的可靠性，这就还需外接专门的就地判别装置，故以上的做法无不使保护原理更趋复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种不会增加保护系统的复杂程度而能够在发生死区故障时可靠地进行跳闸保护的远方跳闸方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种输电线路的远方跳闸方法，用于在输电线路发生死区故障时快速实现远方跳闸保护，该方法基于所述的输电线路中采用的纵联分相电流差动保护装置和母线差动保护装置实现，该方法为：

（1）当所述的输电线路中发生死区故障时，所述的母线差动保护装置实施母差保护动作并向所述的纵联分相电流差动保护装置中一侧的线路保护子装置发送母差保护动作开入信号；

（2）该侧的所述的线路保护子装置接收到所述的母差保护动作开入信号后，其将取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号参与其差动元件动作判定计算并向另一侧的线路保护子装置发送取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号；

（3）各所述的线路保护子装置根据其本侧参与差动元件动作判定计算的电流信号和所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号实施差动保护动作而实现远方跳闸。

优选的，接收到所述的母差保护动作开入信号的那一侧线路保护子装置测得另一侧的线路保护子装置所发来的电流信号小于设定电流值时，采用该远方跳闸方法。

所述的设定电流值为所述的输电线路所允许的最大负荷电流。

上述方案中，所述的线路保护子装置在满足（1）所述的线路保护子装置启动；（2）所述的线路保护子装置中的差动元件动作；（3）接收到对侧所述的线路保护子装置发来的差动允许信号时，其实施差动保护动作；

所述的线路保护子装置中的差动元件动作的条件为：所述的线路保护子装置中的差动元件分别根据取自其本侧的电流信号和所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号计算差动电流I_d和制动电流I_r，判断所述的差动电流I_d和所述的制动电流I_r满足差动元件动作判据时，所述的差动元件动作；

所述的线路保护子装置发出所述的差动允许信号的条件为：所述的线路保护子装置启动且其中的差动元件动作。

所述的差动电流所述的制动电流其中，为该所述的线路保护子装置取自其本侧的电流信号，为该所述的线路保护子装置所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号；

所述的差动元件动作判据为其中，I_set为所述的差动元件的动作门槛值，K为比例制动系数。

所述的差动元件的动作门槛值取0.4倍其额定电流，所述的比例制动系数取0.5。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的远方跳闸方法基于现有的纵联分相电流差动保护装置和母线差动保护装置实现，其能够在发生死区故障时稳定、可靠地实现远方跳闸保护，一方面无需使用远方跳闸命令，减少了通道数据流量，提高了保护可靠性；另一方面无需就地判别装置，简化了保护配置，同时可以避免由于误发远方跳闸命令而造成的断路器误跳闸事故，具有较高的灵敏度和可靠性。

附图说明

附图1为输电线路系统接线示意图。

附图2为分相电流差动保护基本原理框图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

现有的纵联分相电流差动保护装置如附图1所示，其包括在甲线两侧分别设置的两个线路保护子装置，分别为M侧线路保护子装置和N侧线路保护子装置，二者之间通过保护通道相连接用于传输其所采集的对应TA点的电流信号。线路保护子装置在同时满足（1）线路保护子装置启动；（2）线路保护子装置中的差动元件动作；（3）接收到对侧线路保护子装置发来的差动允许信号这三个条件时，其实施差动保护动作，使得对应的断路器跳闸。而线路保护子装置中的差动元件动作的条件为：线路保护子装置中的差动元件分别根据取自其本侧的电流信号和所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号计算差动电流I_d和制动电流I_r，判断差动电流I_d和制动电流I_r满足差动元件动作判据时，差动元件动作。其中，差动电流制动电流为一侧线路保护子装置取自其本侧的电流信号，为该线路保护子装置所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号。差动元件动作判据为其中，I_set为差动元件的动作门槛值，通常取0.4倍其额定电流；K为比例制动系数，通常取0.5。线路保护子装置发出差动允许信号的条件为：线路保护子装置启动且其中的差动元件动作。该纵联分相电流差动保护装置可以在线路区间内（即两侧TA之间）发生故障时快速跳闸而切除故障。而现有的母线差动保护装置可以在纵联分相电流差动保护装置的线路区外发生故障时快速实现与母线相连的断路器的跳闸，并能够给纵联分相电流差动保护装置提供一个母差保护动作开入信号来提示已发生母差保护动作。

为了解决现有远方跳闸方法所存在的配置复杂、需外接对远方跳闸命令进行判别的就地判别装置且保护通道中的数据流量较大的问题，提出一种用于在输电线路发生死区故障时快速实现远方跳闸保护的远方跳闸方法，其基于现有的输电线路中采用的纵联分相电流差动保护装置和母线差动保护装置实现。

该方法为：当输电线路中发生死区故障时（如K₂点发生故障），母线差动保护装置实施母差保护动作并向纵联分相电流差动保护装置中一侧的线路保护子装置发送母差保护动作开入信号。该侧的线路保护子装置接收到母差保护动作开入信号后，其将本侧所采集的电流信号退出其差动元件动作判定计算并停止向另一侧的线路保护子装置发送取自其本侧的电流信号。各线路保护子装置根据其本侧参与差动元件动作判定计算的电流信号和所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号实施差动保护动作而实现远方跳闸。

参见附图1所示，母线差动保护装置与N侧线路保护子装置相连接并能够向其发送母差保护动作开入信号。当K₂点发生死区故障时，M侧系统通过甲线向故障点K₂提供穿越性质的短路电流此时母线差动保护装置动作而使断路器2QF跳闸并向N侧线路保护子装置发送母差保护动作开入信号。当N侧线路保护子装置接收到母差保护动作开入信号后，它一方面将本侧所采集的电流信号退出其自身的差动元件动作判定计算，另一方面同时停止向M采集的电流信号退出其自身的差动元件动作判定计算，另一方面同时停止向M侧线路保护子装置发送取自其本侧的电流信号。这样使得在两侧的线路保护子装置中，参与差动元件动作判定计算的仅有M侧线路保护子装置所采集的电流信号此时计算结果为差动电流制动电流将上述差动电流I_d和制动电流I_r代入差动元件动作判据中，可见判据中两式均成立，因此差动元件动作。而再根据图2所示的分相电流差动保护原理可知，此时M侧线路保护子装置中三个动作条件均满足，因此其出口跳开断路器1QF，解除故障。

当母线上的K₃点发生故障时母线差动保护装置动作，若断路器2QF失灵而保持常闭状态无法跳闸，则也可以通过上述方法跳开断路器1QF解除故障。

然而，在K₂或K₃点发生经较大过渡电阻的短路故障时，使得短路电流较小，可能和负荷电流相当，此时采用上述方法的差动元件灵敏度较差。为了避免上述问题，对前述方法进一步改进而得出一种在任何情况下均适用的具有较高灵敏度的远方跳闸方法。

实施例一：一种用于在输电线路发生死区故障时快速实现远方跳闸保护的远方跳闸方法，其基于现有的输电线路中采用的纵联分相电流差动保护装置和母线差动保护装置实现。该方法为：当输电线路中发生死区故障时（如K₂点发生故障），母线差动保护装置实施母差保护动作并向纵联分相电流差动保护装置中一侧的线路保护子装置发送母差保护动作开入信号。该侧的线路保护子装置接收到母差保护动作开入信号后，其将取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号参与其自身差动元件动作判定计算并向另一侧的线路保护子装置发送取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号。各线路保护子装置根据其本侧参与差动元件动作判定计算的电流信号和所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号实施差动保护动作而实现远方跳闸。

具体的，N侧线路保护子装置接收到母差保护动作开入信号后，将取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号参与其自身差动元件动作判定计算，并向M侧线路保护子装置发送取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号此时，差动电流制动电流可以看出，差动电流I_d增大一倍，而制动电流I_r为0，满足差动元件动作判据，差动元件动作，其灵敏度显著提高。

上述方法尤其适用于接收到母差保护动作开入信号的N侧线路保护子装置测得M侧线路保护子装置所发来的电流信号小于设定电流值（设定电流值为输电线路所允许的最大负荷电流）时，可以保证跳闸精度。

上述远方跳闸方法无需两侧线路保护子装置之间额外发送远方跳闸命令信号，进而也无需将远方跳闸命令的编码复杂化，从而可以简化保护装置结构，减少保护通道中的数据流量，无需外接的对远方跳闸命令进行判别的就地判别装置，由于本方法为非直接命令式远方跳闸，从而避免可误发远方跳闸命令的可能，提高了保护系统的可靠性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种输电线路的远方跳闸方法，用于在输电线路发生死区故障时快速实现远方跳闸保护，其特征在于：该方法基于所述的输电线路中采用的纵联分相电流差动保护装置和母线差动保护装置实现，该方法为：

(1)当所述的输电线路中发生死区故障时，所述的母线差动保护装置实施母差保护动作并向所述的纵联分相电流差动保护装置中一侧的线路保护子装置发送母差保护动作开入信号；

(2)该侧的所述的线路保护子装置接收到所述的母差保护动作开入信号后，其将取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号参与其差动元件动作判定计算并向另一侧的线路保护子装置发送取自其本侧的电流信号经反极性后形成的电流信号；

(3)各所述的线路保护子装置根据其本侧参与差动元件动作判定计算的电流信号和所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号实施差动保护动作而实现远方跳闸；

接收到所述的母差保护动作开入信号的那一侧线路保护子装置测得另一侧的线路保护子装置所发来的电流信号小于设定电流值时，采用该远方跳闸方法。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路的远方跳闸方法，其特征在于：所述的设定电流值为所述的输电线路所允许的最大负荷电流。

3.根据权利要求1或2所述的一种输电线路的远方跳闸方法，其特征在于：所述的线路保护子装置在满足(1)所述的线路保护子装置启动；(2)所述的线路保护子装置中的差动元件动作；(3)接收到对侧所述的线路保护子装置发来的差动允许信号时，其实施差动保护动作；

所述的线路保护子装置中的差动元件动作的条件为：所述的线路保护子装置中的差动元件分别根据取自其本侧的电流信号和所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号计算差动电流I_d和制动电流I_r，判断所述的差动电流I_d和所述的制动电流I_r满足差动元件动作判据时，所述的差动元件动作；

所述的线路保护子装置发出所述的差动允许信号的条件为：所述的线路保护子装置启动且其中的差动元件动作。

4.根据权利要求3所述的一种输电线路的远方跳闸方法，其特征在于：所述的差动电流所述的制动电流其中，为该所述的线路保护子装置取自其本侧的电流信号，为该所述的线路保护子装置所接收的另一侧的线路保护子装置发来的电流信号；

所述的差动元件动作判据为其中，I_set为所述的差动元件的动作门槛值，K为比例制动系数。

5.根据权利要求4所述的一种输电线路的远方跳闸方法，其特征在于：所述的差动元件的动作门槛值取0.4倍其额定电流，所述的比例制动系数取0.5。