CN104253421B - 一种基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，智能变电站双回线路中，每回线路中均配置一套继电保护装置，每套继电保护装置均只跳、合各自所在的对应的线路；每回线路继电保护装置通过组网模式采集本线路的模拟量与电气量信息，并通过组网模式跳、合本线路开关，同时采集相邻线路的模拟量与电气量信息，并通过站内GOOSE网络共享保护动作信息；采集的数据同步后发送给保护CPU，由保护CPU实现保护算法，并对同杆双回线路保护算法进行优化。本发明实现站域双回线路保护能获取整个变电站的信息，优化现有同杆双回线路的继电保护，进一步提高继电保护的整体性能，提高系统的稳定性。

Description

一种基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置 方法

技术领域

本发明涉及一种用于智能变电站中基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术

随着同杆并架线路的增多，同杆双回线由于共用杆塔，同杆双回线容易发生跨线故障，跨线故障可能同时跳开两回线路，导致两回线路负荷的损失。同杆架设的多回线路间的强磁联系破坏了故障分析的对称分量的可解耦关系，线间零序互感很大，使得保护整定时面临选择性和灵敏性难以兼顾的困难等；同时同杆并架多回线路在零序互感与跨线故障影响下，导致接地距离、零序保护的选择性和灵敏性的矛盾和保护选相问题更加突出。传统的同塔双回线继电保护的研究基本局限于仅利用单回线的信息，无法根本上同杆双回线路复杂的运行方式下对保护的影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种用于智能变电站中基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，实现站域双回线路保护能获取整个变电站的信息，优化现有同杆双回线路的继电保护，进一步提高继电保护的整体性能，提高系统的稳定性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，智能变电站双回线路中，每回线路中均配置一套继电保护装置，每套继电保护装置均只跳、合各自所在的对应的线路；每回线路继电保护装置通过组网模式采集本线路的模拟量与电气量信息，并通过组网模式跳、合本线路开关，同时采集相邻线路的模拟量与电气量信息，并通过站内GOOSE网络共享保护动作信息；采集的双回线路模拟量数据同步后发送给保护CPU，由保护CPU实现保护算法，并对同杆双回线路保护算法进行优化。

开关量信息可以通过GOOSE网络获取，保护跳合闸命令也通过GOOSE网络发出。

两套继电保护装置通过站内GOOSE网络共享两回线路的电气量信息及与线路相连的设备的电气量信息。

计算接地距离阻抗继电器算法优化步骤包含：

采集两回线路的模拟量，综合得到两回线路的零序电流，再利用公式(1)运算分别获得两回线路的综合零序补偿系数，

其中，Z₀和Z₁分别为线路单位长度的零序和正序阻抗，Z_M为单位长度的线路零序互感抗，I₀和I'₀分别为故障线路和相邻线路的零序电流。

主保护退出时投入双线相继速动逻辑优化步骤包含：

(1a)站域双回线路继电保护装置通过判别开关位置及刀闸信息得出同杆双回线路均正常运行，且任意一回线路主保护由于压板退出或通道原因退出；

(2a)退出主保护的线路故障阻抗在距离Ⅱ段范围内，且满足动作条件；

(3a)另外一回线路阻抗在距离III段范围内，满足动作时间后，然后返回；

(4a)在满足上述全部三个条件后，经短延时仍不返回，则退出主保护的线路距离Ⅱ段加速动作。

步骤(3a)中，满足动作时间至少20ms后，然后返回；

步骤(4a)中，经20ms的短延时仍不返回，则退出主保护的线路距离Ⅱ段加速动作。

同杆双回线路实现准三相运行优化步骤包含：

(1b)同杆双回线路发生故障时，按照只跳故障相的策略跳开故障相，然后通过获取的两回线路的模拟量和开关量利用断开相恢复电压的特性来判别故障性质，如果为瞬时性故障，则执行合闸命令，如果是永久性故障，则执行准三相运行策略；

(2b)利用双回线路跳闸信息和断路器位置信息，判断两回线路遗留的健全相是否含有三相，即判别剩下的健全相别能不能构成准三相运行，如果可以，则把多余的健全运行相跳开，使双回线路处于平衡运行状态；

(3b)完成以上步骤后，双回线路进入准三相运行后，将两回线路剩下的健全三相作为一个新的三相线路，并重新构建基于健全三相的距离保护和零序功率方向保护。

本发明利用基于站域信息共享的同杆双回线路保护能利用双回线路的模拟量信息能得出两回线路的零序综合补偿系数，精确计算两回线路的接地距离阻抗；利用基于站域信息共享的同杆双回线路能同时对两回线路的故障量进行分析，通过相应特征来加速后备保护，提高双回线路继电保护的可靠性；当同杆双回线路发生跨线永久性故障时，如仅切除故障相，两回线剩下的健全相能构成健全的三相，能降低异名相永久性故障对系统带来的冲击，为电网调度员调整运行方式赢得时间，从而将故障的损失尽可能降到最小。

附图说明

图1为同杆双回线路示意图；

图2为双回线接线示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明深入分析在智能变电站信息共享的优势下探索同杆双回线路保护方案的优化，以提高同杆并架多回线安全稳定运行性能。充分利用该优势提供一种适用于智能变电站的同杆双回线路继电保护配置方案，实现站域信息共享，提高继电保护整体性能。

本发明的智能变电站中站域信息的双回线路保护共享两回线的电气量信息及与线路，将各路数据同步后发送给保护CPU，由保护CPU实现保护算法，开关量信息可以通过GOOSE网络获取，保护跳合闸命令也通过GOOSE网络发出。在获得丰富的数据流后，基于站域信息共享的双回线路保护利用变电站实时信息集中决策，实现对保护对象自适应的后备保护及相关控制，主要从以下三个方对双回线路继电保护算法进行性能的优化：

(1)精确计算接地阻抗继电器的零序补偿系数

单回线路的零序补偿系数仅与本线路参数有关，一般情况可以认为全线各处的零序补偿系数是恒定不变的。对于存在零序互感的同杆双回线路，其零序补偿系数不仅与线路参数有关，还与两侧系统参数有关，表现为与本线及邻线的零序电流有关。以图1所示系统为例，F点发生故障，该点对应的零序补偿系数为K。

为实现故障回路阻抗的准确测量，M侧保护的K的取值如下式所示。

其中Z₀和Z₁分别为线路单位长度的零序和正序阻抗；Z_M为单位长度的线路零序互感抗；I₀和I'₀分别为故障线路和相邻线路的零序电流。

(2)主保护退出时投入双线相继速动逻辑

同杆双回线路当主保护压板退出或由于通道异常时失去主保护，当线路末端发生故障时，距离I段保护范围不够，距离II段延时又较长，基于站域信息共享的同杆双回线路可以配置双回线路相继速动功能，以图2为例来具体说明，当I回线路N侧出口K1点故障时，II回线路的M侧的阻抗Ⅲ段启动，当I回线路N侧保护2跳闸后，II回线路M侧的阻抗Ⅲ段返回，I回线路M侧的阻抗II段可以利用这个特性进行加速动作，这样可以缩短距离II段保护的动作时间，提高系统的稳定性。

距离Ⅱ段加速动作的判据可如下：

1)、同杆双回线路均正常运行，且I回线路主保护退出；

2)、退出主保护的线路故障阻抗在距离Ⅱ段范围内，且满足动作条件(包括方向为正方向和选相为故障相)；

3)、另外一回线路阻抗在距离III段范围内(包括方向为正方向和选相为故障相)，满足动作时间至少20ms后，然后返回；

4)、在满足上述全部三个条件后经20ms的短延时仍不返回，则退出主保护的线路距离Ⅱ段加速动作。

(3)同杆双回线路准三相运行策略实施

基于站域信息共享的优势下，同杆双回线路继电保护可以执行准三相运行策略，准三相运行模式的前提是按相跳闸和自适应重合闸功能，双回线路发生故障时执行按相跳闸策略，即故障只切除故障相；自适应重合闸是指瞬时性故障合闸，永久性故障不合闸。

只有判别出故障为永久性故障时候才会执行准三相运行策略，如果故障是瞬时性故障，保护按照正常逻辑完成重合闸；当判为永久性故障后，保护即判别是否能够有条件按照制定的策略进入准三相运行。

基于信息共享的站域双回线路保护通过获取双回线路跳闸信息和断路器位置信息，来综合判别双回线路是否能构成准三相运行，如果可以，则把多余的健全运行相跳开，使双回线路处于平衡运行状态，为了实现同杆双回线路准三相运行，制定了一个二次再跳闸的策略，具体的跳闸策略可按照以下规则来执行。

双回线路仅剩3相运行时，且双回线路自然形成准三相运行，保护不再跳闸，如IA-IIBC的跨线故障。

双回线路剩4相运行，且双回线均有跳开相，则投入准三相功能，此时双回线存在同名相运行，此时还需要跳开一回线路的健全相来构成平衡的准三相运行，如IA-IIB的跨线故障，两回线路均有C相运行，需要跳开I线的C相或II线的C相来构成准三相运行。

准三相运行期间，准三相运行期间如果再发生区内或区外故障，受非全相零序电流的影响，接地距离存在超越或缩小保护范围的可能，从而影响了距离保护的灵敏度和可靠性，此时重新构建基于健全三相的距离保护与零序保护。

准三相运行期间距离保护动作行为与正常运行时功率方向、故障相与断线相之间相序关系、负荷电流大小、故障点位置等因素有关，即准三相运行期间距离保护的灵敏性与可靠性都大打折扣，单此时可将两回线健全相的准三相作为一个整体配置距离保护，则基于准三相的距离保护性能基本不会受影响。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，其特征在于，智能变电站双回线路中，每回线路中均配置一套继电保护装置，每套继电保护装置均只跳、合各自所在的对应的线路；每回线路继电保护装置通过组网模式采集本线路的模拟量与电气量信息，并通过组网模式跳、合本线路开关，同时采集相邻线路的模拟量与电气量信息，并通过站内GOOSE网络共享保护动作信息；

采集的双回线路模拟量数据同步后发送给保护CPU，由保护CPU实现保护算法，并对同杆双回线路保护算法进行优化；

主保护退出时投入双线相继速动逻辑优化步骤包含：

(1a)站域双回线路继电保护装置通过判别开关位置及刀闸信息得出同杆双回线路均正常运行，且任意一回线路主保护由于压板退出或通道原因退出；

(2a)退出主保护的线路故障阻抗在距离Ⅱ段范围内，且满足动作条件；

(3a)另外一回线路阻抗在距离III段范围内，满足动作时间后，然后返回；

(4a)在满足上述全部三个条件后，经短延时仍不返回，则退出主保护的线路距离Ⅱ段加速动作；

同杆双回线路实现准三相运行优化步骤包含：

(1b)同杆双回线路发生故障时，按照只跳故障相的策略跳开故障相，然后通过获取的两回线路的模拟量和开关量利用断开相恢复电压的特性来判别故障性质，如果为瞬时性故障，则执行合闸命令，如果是永久性故障，则执行准三相运行策略；

(2b)利用双回线路跳闸信息和断路器位置信息，判断两回线路遗留的健全相是否含有三相，即判别剩下的健全相别能不能构成准三相运行，如果可以，则把多余的健全运行相跳开，使双回线路处于平衡运行状态；

(3b)完成以上步骤后，双回线路进入准三相运行后，将两回线路剩下的健全三相作为一个新的三相线路，并重新构建基于健全三相的距离保护和零序功率方向保护。

2.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，其特征在于，

开关量信息可以通过GOOSE网络获取，保护跳合闸命令也通过GOOSE网络发出。

3.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，其特征在于，

两套继电保护装置通过站内GOOSE网络共享两回线路的电气量信息及与线路相连的设备的电气量信息。

4.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，其特征在于，

计算接地距离阻抗继电器算法优化步骤包含：

采集两回线路的模拟量，综合得到两回线路的零序电流，再利用公式(1)运算分别获得两回线路的综合零序补偿系数，

$K=\frac{(Z_0-Z_1)-(I_0^{/}/I_0)Z_M}{3Z_1}---\left(1\right)$

其中，Z₀和Z₁分别为线路单位长度的零序和正序阻抗，Z_M为单位长度的线路零序互感抗，I₀和I'₀分别为故障线路和相邻线路的零序电流。

5.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的同杆双回线路继电保护优化配置方法，其特征在于，

步骤(3a)中，满足动作时间至少20ms后，然后返回；

步骤(4a)中，经20ms的短延时仍不返回，则退出主保护的线路距离Ⅱ段加速动作。