CN105024366B - 一种输电线路过负荷防止距离ⅲ段保护误动作的方法 - Google Patents

Abstract

一种输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，所述方法首先判断是否达到距离Ⅲ段保护的动作延时，若未到动作延时，则根据距离Ⅲ段保护安装处测得的三相电流、零序电流、正序电压和正序阻抗角计算潮流转移特征值；再运用电流判据、电压判据并配合识别延时来判断线路是发生短路故障还是过负荷；若判断为线路发生过负荷，则闭锁距离Ⅲ段保护；若判断为线路发生故障，则继续开放距离Ⅲ段保护。本发明能够在不改变距离Ⅲ段保护原有延时跳闸功能的基础上，当输电线路发生过负荷时，无论系统振荡与否都能够及时闭锁距离Ⅲ段保护，避免其误动作切除过负荷线路继而引发级联跳闸、扩大事故范围现象的发生。

Description

一种输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别是一种输电线路中防止距离Ⅲ段保护误动作的方法。

背景技术

电力工业的发展为促进经济生产和改善人民生活提供了强有力支撑；然而与此同时，弱联系的电网互联格局造成了网络结构复杂化、运行控制困难化和扰动波及扩大化的局面。重负荷条件下，在输电线路发生故障并被切除后，被切除线路的负荷会转移到剩余的运行线路上，其原有潮流的转移将可能导致其他线路过负荷，此时距离III段保护按照设计原则，将在测量阻抗进入其动作区后动作切除过负荷线路，这就会再次加剧过负荷的转移，导致更多的线路过负荷，连锁反应的后果将导致大范围的停电事故发生；因此，传统的距离III段保护仅仅依据安装处或被保护元件的本地测量信号判断是否动作，不考虑对整个电网的冲击，存在加剧潮流转移、推动系统崩溃的缺点。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种防止距离III段保护因过负荷误动作的方法，它可以防止连锁跳闸现象的发生，以保证距离III段保护能够适应节点数目日益增多、结构日益复杂的电网，为线路的正常运行提供保障。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，所述方法为：首先判断是否达到距离Ⅲ段保护的动作延时，若未到动作延时，则根据距离Ⅲ段保护安装处测得的三相电流、零序电流、正序电压和正序阻抗角计算潮流转移特征值；再运用电流判据、电压判据并配合识别延时来判断线路是发生短路故障还是过负荷；若判断为线路发生过负荷，则闭锁距离Ⅲ段保护；若判断为线路发生故障，则继续开放距离Ⅲ段保护。

上述输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，所述方法具体按以下步骤进行：

A.启动距离Ⅲ段保护，并判断是否达到距离Ⅲ段保护的动作延时，若到达则跳闸并发送断路器状态信息，若未到达则进入步骤B；

B.根据距离Ⅲ段保护安装处测得的三相电流、零序电流、正序电压、正序电流和正序阻抗角计算潮流转移特征值，潮流转移特征值包括三相电流不对称程度λ₁、零序电流λ₂和正序电压最小值λ₃；

C.若λ₁或λ₂满足电流判据，则确定为线路发生不对称故障，继续开放距离Ⅲ段保护，并进入步骤F，否则进入步骤D；

D.若λ₃满足电压判据，则确定为线路发生对称短路故障或振荡，继续开放距离Ⅲ段保护，并进入步骤F，否则进入步骤E；

E.判断是否到达距离Ⅲ段保护的识别延时λt，若未到达则返回步骤B；若到达则确定为线路发生过负荷，进行闭锁保护并发送告警信息；

F.距离Ⅲ段保护开放后，判断距离Ⅲ段保护是否返回，如未返回，则监视是否收到断路器跳闸信号，若未收到断路器跳闸信号则进入步骤A；若收到断路器跳闸信号则返回步骤B，直到距离Ⅲ段保护返回。

上述输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，步骤B中所述潮流转移特征值λ₁、λ₂和λ₃的数值按以下公式计算：

式中，为保护安装处测得的A相电流，

为保护安装处测得的B相电流，

为保护安装处测得的C相电流，

为保护安装处测得的三倍零序电流，

U_M1为保护安装处测得的正序电压的标幺值，

为保护安装处测得的正序电流，

为线路正序阻抗角。

上述输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，步骤C中所述电流判据为：根据步骤B计算获得的潮流转移特征值λ₁和λ₂判断线路是否发生不对称故障，当λ₁＜k₁或者λ₂＜k₂时，判断线路发生不对称短路故障，开放距离Ⅲ段保护。

上述输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，k₁取值0.84，k₂取值1.52。

上述输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，步骤D中所述电压判据为：根据步骤B计算获得的潮流转移特征值k₃判断线路是发生对称短路故障还是过负荷，当λ₃＜k₃时，判断线路发生对称短路故障或振荡，开放距离Ⅲ段保护；否则判断线路发生过负荷。

上述输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，k₃取值0.7。

上述输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，步骤E中的识别延时Δt取值为0.64s。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明能够在不改变距离Ⅲ段保护原有延时跳闸功能的基础上，当输电线路发生过负荷时，无论系统振荡与否都能够及时闭锁距离Ⅲ段保护，避免其误动作切除过负荷线路继而引发级联跳闸、扩大事故范围现象的发生，从而使距离III段保护能够适应节点数目日益增多、结构日益复杂的电网，为线路的正常运行提供保障。

附图说明

图1为本发明利用电流、电压判据识别区内故障和过负荷的逻辑图；

图2为本发明的流程图；

图3为双侧电源系统图；

图4为不同n值下的λ₁,λ₂,-m曲线图；

图5为各相量间的关系图。

图中各标号表示为：λ₁为三相电流不对称程度，λ₂为零序电流，λ₃为正序电压最小值，为保护安装处测得的A相电流，为保护安装处测得的B相电流，为保护安装处测得的C相电流，为保护安装处测得的三倍零序电流，U_M1为保护安装处测得的正序电压的标幺值，为保护安装处测得的正序电流，为线路正序阻抗角，k₁、k₂、k₃为判据阈值，Δt为识别延时。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明用于输电线路发生故障并被切除后，对正常线路上突变的电压、电流参数值进行判断，进而识别正常线路是发生故障还是过负荷，从而改变距离Ⅲ段保护的工作状态，避免距离Ⅲ段保护误动作引发连锁跳闸事故的发生，保证电网的安全稳定运行。

本发明所述的方法主要原则为：首先判断是否到达距离Ⅲ段保护的动作延时，若未到动作延时，则根据距离Ⅲ段保护安装处测得的三相电流、零序电流、正序电压和正序阻抗角计算潮流转移特征值；再运用电流判据、电压判据并配合识别延时来判断线路是发生短路故障还是过负荷；若判断为线路发生过负荷，则闭锁距离Ⅲ段保护；若判断为线路发生故障，则继续开放距离Ⅲ段保护，起到后备保护的作用。本发明方法的流程图如图2所示，具体步骤如下。

A.启动距离Ⅲ段保护，并判断是否到达距离Ⅲ段保护的动作延时，若到达则跳闸并发送断路器状态信息，若未到达则进入步骤B。

一般情况下，距离Ⅰ段保护只能保护本线路全长的80％-85％，其动作时间t1为保护装置的固有动作时间。距离Ⅱ段保护的保护范围为本线路全长并延伸至下—段线路的一部分，是距离Ⅰ段保护的后备段，一般为被保护线路的全长及下—线路全长的30％-40％，其动作时限t2要与下一线路距离保护第Ⅰ段的动作时限相配合，一般为0.5s左右。第Ⅲ段为Ⅰ段保护、Ⅱ段保护的后备段，能够保护本线路和下一段线路的全长并延伸至再下一段线路的一部分，其动作时限t3按阶梯原则整定。

B.根据距离Ⅲ段保护安装处测得的三相电流、零序电流、正序电压、正序电流和正序阻抗角计算潮流转移特征值，然后再潮流转移特征值λ₁、λ₂和λ₃来判断是否发生短路故障或过负荷。潮流转移特征值用于识别潮流转移过负荷，包括三相电流不对称程度λ₁、零序电流λ₂和正序电压最小值λ₃。

潮流转移特征值λ₁、λ₂和λ₃的数值按以下公式计算：

式中，为保护安装处测得的A相电流，

为保护安装处测得的B相电流，

为保护安装处测得的C相电流，

为保护安装处测得的三倍零序电流，

U_M1为保护安装处测得的正序电压的标幺值，

为保护安装处测得的正序电流，

为线路正序阻抗角。

其中，λ₁反映三相电流不对称程度，λ₂反应零序电流相对大小，λ₁和λ₂用于区分线路过负荷和不对称短路故障；λ₃表示系统正序电压最小值，用于区分过负荷和对称短路故障。

C.若λ₁或λ₂满足电流判据，则确定为线路发生不对称故障，继续开放距离Ⅲ段保护，并进入步骤F，否则进入步骤D。

电流判据为：根据步骤B计算获得的潮流转移特征值λ₁和λ₂判断线路是否发生不对称故障；当λ₁＜k₁或者λ₂＜k₂时，k₁取值0.84，k₂取值1.52，判断线路发生不对称短路故障，开放距离Ⅲ段保护；当λ₁≥k₁或λ₂≥k₂时，认为线路可能发生过负荷，进入电压判据流程。

k₁、k₂的取值依据如下：

双侧电源系统如图1所示。

当线路L上K点短路时，定义M侧正、负、零序电流的分配系数C_M1、C_M2、C_M0表示流过保护1的各序电流与从故障点K流出的序电流的比值，对高压线路有C_M1＝C_M2，以表示从故障点K流出的A相电流的正、负、零序分量，以A相为参考相，线路L空载时保护1处的三相电流为

式中：a为常数，

定义保护1处的零序电流为：

高压电网有负序等效网络对K点的等值阻抗等于正序等效网络对K点的等值阻抗。若故障为A相接地短路，有：

式中：为故障前瞬间K点电压；Z_1Σ、Z_0Σ分别为正、零序等效网络对K点的等值阻抗，；R_g为接地电阻。

将式(3)分别代入式(1)、(2)，化简得：

潮流转移特征值λ₁、λ₂计算为：

λ₁＝|(C_M0-C_M1)/(2C_M1+C_M0)|＝|(1-m)/(1+2m)| (5a)

λ₂＝|(2C_M1+C_M0)/(3C_M0)|＝|(1+2m)/3| (5b)；

式中：m＝C_M1/C_M0。m随故障位置或系统运行方式变化。无论m取何值，λ₁或λ₂总有一个小于0.5，两个电流判据满足一个，开放保护。

若故障为BC相间短路，有：

无零序电流将式(6)代入式(1)得

潮流转移特征值λ₁计算为

λ₁＝0 (7)；

可见总有判据λ₁＜k₁满足，开放保护。

若故障为BC相接地，相间过渡电阻由于远小于接地电阻可以忽略，有

代入式(1)(2)有

可见潮流转移特征值λ₁、λ₂计算为

式中：n＝(Z_0Σ+3R_g)/Z_1Σ。

在不同n值下的λ₁,λ₂,-m曲线如图2所示，故障点在线路L上移动时，m、n值同时变化，m值变化时λ₁,λ₂-m在n＝0.5～1.5带区内变化。根据图2，0<m<0.1时无论n取何值都有λ₂＜1.52成立；0.1<m<1时，带区内(n＝0.5～1.5)有λ₁＜0.84且λ₂＜1.52成立，n<0.5时有λ₁＜0.84成立，n>1.5时有λ₂＜1.52成立；当m>1时无论n取何值总有λ₁＜0.84成立。

若线路L发生过负荷或振荡，三相电流对称使λ₁＝1，无零序电流使λ₂＝∞，即使有不平衡输出也远小于三相电流，因此λ₂很大，不满足判据；对振荡中发生短路的情况(对应线路L不空载的情况)，三相电流和零序电流随系统功角不断变化可能导致λ₁、λ₂短时不满足判据，但通过配合识别延时即可解决上述问题。由此过负荷情况和不对称短路情况依据判据λ₁＜0.84、λ₂＜1.52得以区分。

D.若λ₃满足电压判据，则确定为线路发生对称短路故障或振荡，继续开放距离Ⅲ段保护，并进入步骤F，否则进入步骤E。

电压判据为：根据步骤B计算获得的潮流转移特征值k₃判断线路是发生对称短路故障还是过负荷，当λ₃＜k₃时，k₃取值0.7，判断线路发生对称短路故障或振荡，开放距离Ⅲ段保护；否则判断线路发生过负荷，进入是否到达识别延时的判断。

k₃的取值依据如下：

图1系统中设两侧等效相电动势和幅值相等，M侧超前于N侧δ角度，保护1处各相量间的关系如图3所示，分别表示保护处的正序电压、正序电流，为线路正序阻抗角，

以E_M为基准值，得到以标幺值表示的关系式

无故障发生时，λ₃在静稳范围(δ处于0°～90°)内介于0.707到1之间，振荡时λ₃短时小于0.707，经已有保护的动作延时即可躲过振荡的影响。对称短路故障发生时，λ₃不大于电弧电压，即相间过渡电阻上的电压降落。由于电弧电压不大于额定电压的6％(以E_M为额定电压)，这一点即使三相短路处于振荡过程中也一直成立，所以有λ₃≤0.06，因此依据λ₃＜0.7即可区分出过负荷和对称故障。

E.判断是否到达距离Ⅲ段保护的识别延时Δt，识别延时Δt取值为0.64s。若未到达识别延时Δt则返回步骤B；若到达识别延时Δt则确定为线路发生过负荷，进行闭锁保护并发送告警信息，防止其误动作引发级联跳闸。

在到达识别延时Δt前，再次计算潮流转移特征值λ₁、λ₂和λ₃并运用三个判据判断，若三个判据至少有一个满足则认为发生短路故障，开放距离Ⅲ段保护，起到后备保护作用；直到到达识别延时Δt三个判据仍都不满足，则判断为线路发生过负荷，闭锁保护。三个判据配合识别延时以识别区内故障和过负荷的逻辑关系如图1所示，图中不等式条件满足时输出1，否则输出0。

F.距离Ⅲ段保护开放后，判断距离Ⅲ段保护是否返回，若检测到保护已返回，则结束防误动流程。如未返回，则监视是否收到断路器跳闸信号，若未收到断路器跳闸信号则进入步骤A，距离Ⅲ段保护将在到达动作延时后动作切除故障线路；若在距离Ⅲ段保护返回前收到断路器跳闸信号则返回步骤B，直到距离Ⅲ段保护返回。

若判断为发生区内故障并开放距离Ⅲ段保护，为避免故障线路切除后距离III段保护可能因发生过负荷而未返回，从而在到达动作延时后误动作切除非故障线路，在收到距离III段保护范围内的断路器跳闸信息后，应再次进行过负荷与区内故障的识别流程。此时应计算新的潮流转移特征值以适应拓扑结构已变化的网络，并再次运用电流判据、电压判据并配合识别延时进行识别。若三个判据中到达识别延时前至少满足一个则认为区内故障仍然存在，继续开放距离III段保护；直到识别延时三个判据仍都不满足，则判断为区内故障已切除，闭锁保护防止其误动。若判断为区内故障仍存在并开放保护，之后未收到保护范围内的断路器跳闸的信息，保护在动作延时到达后将跳闸。

本发明改善了传统距离Ⅲ段保护可能因过负荷误动作的缺陷，实现了当线路发生过负荷时及时闭锁保护跳闸，防止其误动作引发级联跳闸事故。本发明能够使距离Ⅲ段保护的原有性能保持不变，在系统振荡时不经闭锁，靠动作延时躲过振荡；而在发生区内故障时，距离Ⅲ段保护保持开放以起到后备保护作用。本发明方法原理简单，计算和通信负担小，对节点数目多的电网防止距离Ⅲ段保护误动十分有利，同时可靠性和灵活性高，可以有效区分各类故障和过负荷，判据阈值也可以根据现场情况进行适当的调整。

Claims (7)

1.一种输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，其特征在于，所述方法为：首先判断是否达到距离Ⅲ段保护的动作延时，若未到动作延时，则根据距离Ⅲ段保护安装处测得的三相电流、零序电流、正序电压和正序阻抗角计算潮流转移特征值；再运用电流判据、电压判据并配合识别延时来判断线路是发生短路故障还是过负荷；若判断为线路发生过负荷，则闭锁距离Ⅲ段保护；若判断为线路发生故障，则继续开放距离Ⅲ段保护；

所述方法具体按以下步骤进行：

A.启动距离Ⅲ段保护，并判断是否达到距离Ⅲ段保护的动作延时，若到达则跳闸并发送断路器状态信息，若未到达则进入步骤B；

B.根据距离Ⅲ段保护安装处测得的三相电流、零序电流、正序电压、正序电流和正序阻抗角计算潮流转移特征值，潮流转移特征值包括三相电流不对称程度λ₁、零序电流λ₂和正序电压最小值λ₃；

C.若λ₁或λ₂满足电流判据，则确定为线路发生不对称故障，继续开放距离Ⅲ段保护，并进入步骤F，否则进入步骤D；

D.若λ₃满足电压判据，则确定为线路发生对称短路故障或振荡，继续开放距离Ⅲ段保护，并进入步骤F，否则进入步骤E；

E.判断是否达到距离Ⅲ段保护的识别延时Δt，若未到达则返回步骤B；若到达则确定为线路发生过负荷，进行闭锁保护并发送告警信息；

F.距离Ⅲ段保护开放后，判断距离Ⅲ段保护是否返回，如未返回，则监视是否收到断路器跳闸信号，若未收到断路器跳闸信号则进入步骤A；若收到断路器跳闸信号则返回步骤B，直到距离Ⅲ段保护返回。

2.根据权利要求1所述的输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，其特征在于，步骤B中所述潮流转移特征值λ₁、λ₂和λ₃的数值按以下公式计算：

式中，为保护安装处测得的A相电流，

为保护安装处测得的B相电流，

为保护安装处测得的C相电流，

为保护安装处测得的三倍零序电流，

U_M1为保护安装处测得的正序电压的标幺值，

为保护安装处测得的正序电流，

为线路正序阻抗角。

3.根据权利要求2所述的输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，其特征在于，步骤C中所述电流判据为：根据步骤B计算获得的潮流转移特征值λ₁和λ₂判断线路是否发生不对称故障，当λ₁＜k₁或者λ₂＜k₂时，判断线路发生不对称短路故障，开放距离Ⅲ段保护。

4.根据权利要求3所述的输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，其特征在于，k₁取值0.84，k₂取值1.52。

5.根据权利要求4所述的输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，其特征在于，步骤D中所述电压判据为：根据步骤B计算获得的潮流转移特征值λ₃判断线路是发生对称短路故障还是过负荷，当λ₃＜k₃时，判断线路发生对称短路故障或振荡，开放距离Ⅲ段保护；否则判断线路发生过负荷。

6.根据权利要求5所述的输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，其特征在于，k₃取值0.7。

7.根据权利要求6所述的输电线路过负荷防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，其特征在于，步骤E中的识别延时Δt取值为0.64s。