CN104852361A - 配电网故障切除加速方法和继电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网故障切除加速方法和继电保护装置，通过无通道加速保护实现两相短路和两相短路接地故障的切除加速；每台断路器至少配置两套保护，第一套保护和第二套保护，并且配置第一套保护的加速判据和第二套保护的加速判据；两套保护按照各自的时间整定规则进行整定，并且每套保护还按照相应的加速判据进行整定，加速判据整定的时间为对侧断路器动作时间延时Δt；故障发生时，对于任一个断路器，若满足其中一套保护的动作条件和加速判据，则按照整定时间的先后确定是否动作。发生两相短路故障、两相短路接地故障时，可以加速隔离故障区域。对于分段数目越多的馈线，保护加速效果越明显。

Description

配电网故障切除加速方法和继电保护装置

技术领域

本发明涉及一种配电网故障切除加速方法、继电保护方法和继电保护装置，主要应用于中性点非有效接地的配电网继电保护。

背景技术

10kV配电网一般采用普通环式结构(图1所示)，闭环结构、开环运行，每条馈线中一台断路器安装两套保护装置(图2所示)：过(电)流保护和低(电)压保护，动作时间按阶梯时间整定，难以满足高供电可靠性的要求。虽然配电网中应有无通道保护能够使得配电网故障时间、停电面积得到改善，取得不错的效果；但是目前配电网无通道保护是从输电网借鉴而来，针对的是中性点有效接地系统，而我国10kV配电网中性点采用非有效接地方式，使目前无通道保护原理不能在配电网中大范围推广。

针对中性点直接接地配电网系统，现有无通道保护对单相接地、两相短路、两相短路接地等不对称故障均能实现加速动作。

对于中性点非有效接地配电网系统的单相接地、两相短路接地、两相短路、三相短路故障，下面分别进行说明：

发生单相接地故障时系统仍保持三相对称，可以故障运行1～2个小时，不必立即切除故障，需选出接地馈线。但现有无通道保护对单相故障选线起不到作用。

三相短路故障相对其他故障，对系统的危害更大，越靠近电源，故障电流越大，现有无通道保护起不到加速作用，只能依靠传统定时限过电流保护动作。然而过电流保护配置：越靠近电源，保护延时时间越长，对电源危害进一步增大，所以对于三相对称故障的加速切除尤为重要。

有效接地系统的无通道保护的不对称故障保护加速判据，并不适用于非有效接地配电网系统。

因此，亟需相关方法能够对于单相接地故障，选出接地故障馈线；对于两相短路、两相接地短路、三相短路故障加速隔离故障，减小停电面积。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于非有效接地的配电网系统的故障切除加速方法，用以实现非对称故障切除的加速；同时本发明还提供基于该故障切除加速方法的继电保护方法和装置。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

配电网故障切除加速方法，通过无通道加速保护实现两相短路和两相短路接地故障的切除加速；每台断路器至少配置两套保护，第一套保护和第二套保护，并且配置第一套保护的加速判据和第二套保护的加速判据；两套保护按照各自的时间整定规则进行整定，并且每套保护还按照相应的加速判据进行整定，加速判据整定的时间为对侧断路器动作时间延时Δt；故障发生时，对于任一个断路器，若满足其中一套保护的动作条件和加速判据，则按照整定时间的先后确定是否动作。

进一步的，所述第一套保护为第一套保护为定时限过电流保护，第二套保护为定时限低电压保护；过电流保护整定时间按照在馈线延伸方向上的顺序，以阶梯递减的规则进行整定；低电压保护的整定时间按照在馈线延伸方向上的顺序，以阶梯递增的规则进行整定。

进一步的，所述无通道加速保护的具体判据包括：

启动判据： $R=\frac{I_2}{I_1}>R_{\mathrm{set}}$

过电流加速判据：I_sc＝|I_(k)-I_(k-n)|＞I_set

τ₂＝τ₁+Δt

低电压加速判据： $R_{\mathrm{i\&phi;}}=\frac{I_{\mathrm{\&phi;}}}{I_n}<\mathrm{\&epsiv;}$

$R_{\mathrm{u\&phi;}}=\frac{U_{\mathrm{\&phi;}}}{U_n}<\mathrm{\&epsiv;}$

τ₂＝τ₁+Δt

I₁，I₂分别表示正序、负序电流；I_sc表示健全相电流突变量；R_iφ，R_uφ表示每相的电流、电压与额定值之比；τ₁表示对侧断路器动作时间，τ₂表示本侧保护监测的时间。

进一步的，Δt取0.1s。

进一步的，通过以下手段实现单相接地故障的故障选线：

在母线与馈线处安装监测点，监测零序电流的方向或大小；若中性点采用不接地方式，零序电流方向为馈线流向母线的监测点对应馈线为接地馈线；若中性点采用经消弧线圈接地方式，零序电流有效值大于其对地电容电流的检测点对应馈线为接地馈线。

进一步的，通过以下手段实现三相短路故障的故障切除加速：采用如下保护判据：

I_φ＞I_set

$U_{\mathrm{\&phi;}}<\frac{X_x}{X_G+X_x}{U}_G$

I_φ表示每相电流；U_φ表示每相电压；U_G表示电源电压；X_G表示电源至监测点处等效阻抗，包括系统阻抗与线路阻抗；X_x表示监测点所在线路阻抗。

本发明还提供了一种继电保护装置，为无通道加速保护装置，用于实现两相短路和两相短路接地故障的切除加速；，至少配置有两套保护，第一套保护和第二套保护，并且配置第一套保护的加速判据和第二套保护的加速判据；两套保护按照各自的时间整定规则进行整定，并且每套保护还按照相应的加速判据进行整定，加速判据整定的时间为对侧断路器动作时间延时Δt；故障发生时，对于若满足其中一套保护的动作条件和加速判据，则按照整定时间的先后确定是否动作。

发生两相短路故障、两相短路接地故障时，可以加速隔离故障区域，减小停电面积。

进一步的，本发明的故障切除加速方法对于中性点非有效接地配电网系统中不同类型故障都可以迅速反应：发生单相接地故障时，准确选择接地馈线；发生三相短路故障时，迅速断开故障电源侧断路器，切除故障，联络开关闭合后完成故障隔离。对于分段数目越多的馈线，保护加速效果越明显。

附图说明

图1是配电网基本网架示意图；

图2是单馈线中无通道保护应用示意图；

图3是对称故障保护整定时间示意图。

具体实施方式

方法实施例

图1-图3中的非有效接地的配电网，包括母线，母线上设有馈线1、馈线2、馈线3、馈线4…馈线n等若干馈线。馈线之间有联络开关，馈线上连接线路，如馈线1上的线路L1、L2、L3、L4、L5，馈线1为5分段馈线，馈线上安装断路器。由于各条馈线采用相同的保护策略，下面以5分段的馈线1为例，对发生各种故障时的保护原理、方式进行说明。

对于单相接地故障：

在馈线与母线连接处安装监测点。如线路L2发生单相接地故障时，若中性点采用不接地方式，馈线1的监测点处零序电流方向为馈线流向母线，其余馈线处零序电流方向为母线流向馈线，通过馈线1的监测点处的零序电流方向可以有效选出接地馈线。若中性点采用经消弧线圈接地方式，馈线1的监测点处零序电流有效值大于其对地电容电流，其余馈线的监测点处零序电流有效值等于馈线对地电容电流，通过比较各监测点零序电流大小可以有效选出接地馈线。

对于不对称故障(本文中，不对称故障指两相短路和两相短路接地)：

通过无通道加速保护实现故障切除加速；每台断路器至少配置两套保护，第一套保护和第二套保护，并且配置第一套保护的加速判据和第二套保护的加速判据；两套保护按照各自的时间整定规则进行整定，并且每套保护还按照相应的加速判据进行整定，加速判据整定的时间为对侧断路器动作时间延时Δt；故障发生时，对于任一个断路器，若满足其中一套保护的动作条件和加速判据，则按照整定时间的先后确定是否动作。

下面结合附图和实例具体进行说明。

如图2，第一套保护为定时限过电流保护，第二套保护为定时限低电压保护。此处以5分段馈线进行分析，其他分段数目时整定规则与此一致。从图中可知过电流保护整定时间按照在馈线延伸方向上的顺序，以阶梯递减的规则进行整定。低电压保护的整定时间按照在馈线延伸方向上的顺序，以阶梯递增的规则进行整定。

根据保护配置和时间整定规则，断路器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5的过流保护和低电压保护整定时间如图2所示。保护配置和时间整定规则属于常规技术，在此不做过多叙述。同时，还配置了无通道加速保护，无通道加速保护的具体判据包括：

启动判据： $R=\frac{I_2}{I_1}>R_{\mathrm{set}}$

过电流加速判据：I_sc＝|I_(k)-I_(k-n)|＞I_set

τ₂＝τ₁+Δt

低电压加速判据： $R_{\mathrm{i\&phi;}}=\frac{I_{\mathrm{\&phi;}}}{I_n}<\mathrm{\&epsiv;}$

$R_{\mathrm{u\&phi;}}=\frac{U_{\mathrm{\&phi;}}}{U_n}<\mathrm{\&epsiv;}$

τ₂＝τ₁+Δt

I₁，I₂分别表示正序、负序电流；I_sc表示健全相电流突变量；R_iφ，R_uφ表示每相的电流、电压与额定值之比；τ₁表示对侧断路器动作时间，τ₂表示本侧保护监测的时间，Δt一般可取0.1s。

所以在整定时，还应整定过电流加速判据的时间，以及低电压加速判据的时间。加速判据的时间是在对侧断路器动作时间上延时Δt。举例来说，因此，上述“按照整定时间的先后”中的整定时间除了过电流保护和低电压保护整定的时间，还包括加速判据整定的时间。

举例来说，线路L2发生不对称故障时，断路器CB1、CB2处过电流保护启动，断路器CB3、CB4、CB5处低电压保护启动。系统出现负序分量，满足不对称故障加速启动判据，无通道加速保护启动，并且断路器CB1、CB2满足过电流加速判据，过电流加速保护启动；断路器CB3、CB4、CB5满足低电压加速判据，低电压加速保护启动。

根据过电流保护、低电压保护、过电流加速判据、低电压加速判据的整定时间，低电压保护首先作用，并且由于断路器CB4、CB5的低电压保护整定时间大于CB3，所以经过0.4s延时，断路器CB3首先由低电压保护动作跳闸，断路器CB4、CB5处低电压保护返回。对于CB3来说，其按照整定时间短的低电压保护时间动作。

根据整定时间，过电流保护接着动作。由于断路器CB1、CB2满足过电流加速判据，所以按照过电流加速判据整定的时间(0.4s+Δt)小于过电流保护的整定时间(如图0.9s)，所以延时Δt，对侧断路器的CB2跳闸，断路器CB1过电流保护返回。对于CB2来说，其按照整定时间短的过电流加速判据整定的时间动作。至此，发生不对称故障到故障隔离用时0.4s+Δt＝0.5s。

发生对称故障时：

馈线1线路L2发生对称故障时，断路器CB1、CB2处过电流大于整定值，CB2处电压低于其整定电压，满足对称故障保护判据，经0.2s断路器CB2由对称故障保护动作跳闸；联络开关闭合以后，CB3、CB4、CB5处均满足对称故障保护判据，CB3整定延时时间最短，首先动作跳闸，完成故障隔离。

针对对称故障(三相短路)保护判据：

保护判据：I_φ＞I_set

$U_{\mathrm{\&phi;}}<\frac{X_x}{X_G+X_x}{U}_G$

I_φ表示每相电流；U_φ表示每相电压；U_G表示电源电压；X_G表示电源至监测点处等效阻抗，包括系统阻抗与线路阻抗；X_x表示监测点所在线路阻抗。

本发明的故障切除加速方法对于中性点非有效接地配电网系统中不同类型故障都可以迅速反应：发生单相接地故障时，准确选择接地馈线；发生两相短路故障、两相短路接地故障时，可以加速隔离故障区域；发生三相短路故障时，迅速断开故障电源侧断路器，切除故障，联络开关闭合后完成故障隔离。本发明同样适用其他分段馈线，且分段数目越多，保护加速效果越明显。

继电保护装置实施例

本实施例所涉及的继电保护装置，在结构上与现有技术中的无通道保护装置相同，关键在于本发明的继电保护装置配置了上述实施例的故障切除加速方法。关于配置的手段，属于现有技术，在此不再赘述。

以上给出了本发明涉及两个主题的具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，本发明的主要贡献在于对于非对称故障的切除加速，其中涉及的过电流保护、低电压保护也可以替换为其他保护类型。

在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.配电网故障切除加速方法，其特征在于，通过无通道加速保护实现两相短路和两相短路接地故障的切除加速；每台断路器至少配置两套保护，第一套保护和第二套保护，并且配置第一套保护的加速判据和第二套保护的加速判据；两套保护按照各自的时间整定规则进行整定，并且每套保护还按照相应的加速判据进行整定，加速判据整定的时间为对侧断路器动作时间延时Δt；

故障发生时，对于任一个断路器，若满足其中一套保护的动作条件和加速判据，则按照整定时间的先后确定是否动作。

2.根据权利要求1所述的配电网故障切除加速方法，其特征在于，所述第一套保护为第一套保护为定时限过电流保护，第二套保护为定时限低电压保护；

过电流保护整定时间按照在馈线延伸方向上的顺序，以阶梯递减的规则进行整定；低电压保护的整定时间按照在馈线延伸方向上的顺序，以阶梯递增的规则进行整定。

3.根据权利要求2所述的配电网故障切除加速方法，其特征在于，所述无通道加速保护的具体判据包括：

启动判据： $R=\frac{I_2}{I_1}>R_{\mathrm{set}}$

过电流加速判据：I_sc＝|I_(k)-I_(k-n)|＞I_set

τ₂＝τ₁+Δt

低电压加速判据：

$R_{\mathrm{u\&phi;}}=\frac{U_{\mathrm{\&phi;}}}{U_n}<\mathrm{\&epsiv;}$

τ₂＝τ₁+Δt

I₁，I₂分别表示正序、负序电流；I_sc表示健全相电流突变量；R_iφ，R_uφ表示每相的电流、电压与额定值之比；τ₁表示对侧断路器动作时间，τ₂表示本侧保护监测的时间。

4.根据权利要求3所述的配电网故障切除加速方法，其特征在于，Δt取0.1s。

5.根据权利要求3所述的配电网故障切除加速方法，其特征在于，通过以下手段实现单相接地故障的故障选线：

在母线与馈线处安装监测点，监测零序电流的方向或大小；若中性点采用不接地方式，零序电流方向为馈线流向母线的监测点对应馈线为接地馈线；

若中性点采用经消弧线圈接地方式，零序电流有效值大于其对地电容电流的检测点对应馈线为接地馈线。

6.根据权利要求3或4或5所述的配电网故障切除加速方法，其特征在于，通过以下手段实现三相短路故障的故障切除加速：

采用如下保护判据：

I_φ＞I_set

$U_{\mathrm{\&phi;}}<\frac{X_x}{X_G+X_x}{U}_G$

I_φ表示每相电流；U_φ表示每相电压；U_G表示电源电压；X_G表示电源至监测点处等效阻抗，包括系统阻抗与线路阻抗；X_x表示监测点所在线路阻抗。

7.一种继电保护装置，为无通道加速保护装置，用于实现两相短路和两相短路接地故障的切除加速；其特征在于，至少配置有两套保护，第一套保护和第二套保护，并且配置第一套保护的加速判据和第二套保护的加速判据；两套保护按照各自的时间整定规则进行整定，并且每套保护还按照相应的加速判据进行整定，加速判据整定的时间为对侧断路器动作时间延时Δt；故障发生时，对于若满足其中一套保护的动作条件和加速判据，则按照整定时间的先后确定是否动作。