CN105244860A - 一种基于正序导纳的差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于正序导纳的差动保护方法，属于电力工程继电保护技术领域。本发明根据被保护对象各支路的正序导纳和Y_cd的大小与方向特征来识别被保护对象是否发生故障，当被保护对象的正序导纳和Y_cd大于设定值时，且Y_cd与被保护对象导纳Y同相时判为区内故障,经时间定值延时确认后保护动作，从而实现对被保护设备的差动保护。本发明依据各支路正序导纳和Y_cd的大小在系统正常运行时和系统发生故障时有明显区别的原理，能够可靠的识别出鼓掌，具有选择性好、灵敏性高、可靠性高和自适应性好的优点。

Description

一种基于正序导纳的差动保护方法

技术领域

本发明涉及一种基于正序导纳的差动保护方法，属于电力工程继电保护技术领域。

背景技术

智能变电站的过程层设备之间的采样值数据(SV)采用DL/T860.92(IEC61850-9-2)协议点对点或组网传输方式，虽然组网传输方式符合智能变电站网络化、多间隔信息共享和简化过程层网络结构等发展方向，但其不同间隔SV的同步依赖于对时系统。由于保护装置要求不依赖于外部对时系统实现其保护功能，所以继电保护装置在采用组网方式获取SV时其保护功能受到了限制，因此非常有必要寻找一种新型的继电保护方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于正序导纳的差动保护方法，以解决保护装置以组网方式接入采样值时保护功能依赖于对时系统的局限性。

本发明为解决上述技术问题提供了一种基于正序导纳的差动保护方法，该差动保护方法通过被保护对象各支路的正序导纳和Y_cd的大小与方向特征来识别被保护对象是否发生故障，以实现对被保护设备的差动保护。

所述当被保护对象的正序导纳和Y_cd大于设定值时，且Y_cd与被保护对象导纳Y同相时判为区内故障,经时间定值延时确认后保护动作。

所述当被保护对象的正序导纳和Y_cd大于设定值时，且Y_cd与被保护对象导纳Y反相时判为区外故障。

所述设定值为K_rel×|Y_bph|，其中Y_bph为系统最大负荷时的正序不平衡导纳，K_rel为可靠系数，取1.1～1.5。

所述的动作时间定值最小应躲过电压电流测量数据时间窗与各支路SV最大的失步时间之和。

所述正序导纳之和Y_cd与被保护对象导纳Y同相指的是Y_cd与Y相角差的绝对值小于α为正方向动作范围。

所述若被保护对象为主变元件或包含主变元件时，根据主变的变比对各侧测量导纳进行折算，若主变变比为K＝N1/N2，以一次侧为基准，则二次侧导纳折算到一次侧需乘系数1/K²。

本发明的有益效果是：本发明根据被保护对象各支路的正序导纳和Y_cd的大小与方向特征来识别被保护对象是否发生故障，当被保护对象的正序导纳和Y_cd大于设定值时，且Y_cd与被保护对象导纳Y同相时判为区内故障,经时间定值延时确认后保护动作，从而实现对被保护设备的差动保护。本发明依据各支路正序导纳和Y_cd的大小在系统正常运行时和系统发生故障时有明显区别的原理，能够可靠的识别出故障，具有选择性好、灵敏性高、可靠性高和自适应性好的优点，能直接应用于以IEC61850标准为基础的智能变电站继电保护装置中，解决保护装置以DL/T860.92(IEC61850-9-2)协议组网方式接入采样值时保护功能依赖于对时系统的局限性。

附图说明

图1是系统正常运行时的电路模型及正序网络图；

图2是系统保护区内发生故障时的电路模型及正序网络图；

图3是系统保护区外发生故障时的电路模型及正序网络图；

图4是系统被保护对象为两支路跨电压等级的电路模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

由于各间隔正序导纳由来自同一MU的电压电流计算得到，则保证了单间隔电压电流的同步性，即保证了其测量正序导纳大小和方向的正确性；由于系统在正常运行时或故障运行时，其正序电压电流基本是稳定不变的，故其各支路的测量正序导纳大小基本是稳定的，仅在故障发生时系统由正常态进入故障态的过渡过程中测量的正序导纳是变化的，因此动作逻辑中经延时确认躲过系统运行状态过渡时的测量时间窗即可保证保护动作的正确性，为此，本发明提供了一种基于正序导纳的差动保护方法。

下面以被保护对象为两分支为例进行分析。

1)系统正常运行时

首端正序导纳为： $Y_1=\frac{I_1}{U_1}=\frac{I_{fh}}{U_1};$

尾端正序导纳为： $Y_2=\frac{I_2}{U_2}=-\frac{I_{fh}}{U_2};$

两支路正序导纳之和为： $Y_{cd}=Y_1+Y_2=\frac{I_{fh}}{U_1}-\frac{I_{fh}}{U_2}$

令U₂＝U₁-I_fh×Z＝k×e^iθ×U₁可得

$Y_{cd}=\frac{1}{k}\×e^{i(\mathrm{\π}-\mathrm{\θ})}\×{\left(\frac{I_{fh}}{U_1}\right)}^2\×Z$

令可得

因为|Z_fh|＞＞|Z|，所以|Y|＞＞|Y_fh|＞＞|Y_cd|≈0。

正常运行时的正序不平衡导纳为当负荷电流I_fh越大时，Z_fh越小，正常运行时的正序不平衡导纳Y_bph越大。

其中Y₁、I₁、U₁分别为首端的测量导纳、测量电流和测量电压；Y₂、I₂、U₂为尾端的测量导纳、测量电流和测量电压；Y_cd为差动导纳即被保护对象各支路测量导纳之和；I_fh为正常运行时的流过被保护对象的负荷电流；Z_fh为正常运行时的首端测量的负荷阻抗；k为U₂与U₁模的比值，θ为U₂相位超前于U₁相位的角度；Z为被保护对象的阻抗；为负荷阻抗角；为被保护对象本身的阻抗角。

2)系统保护区内发生故障时

两支路正序导纳之和为： $Y_{cd}=Y_1+Y_2=\frac{1}{Z_1}+\frac{1}{Z_2}=\frac{Z}{Z_1\×Z_2}\≥\frac{4}{Z}=4Y,$ 且Y_cd与被保护对象导纳Y同相。

3)系统保护区外发生故障时

两支路正序导纳之和为： $Y_{cd}=Y_1+Y_2=\frac{1}{Z_1+Z_f}-\frac{1}{Z_f},\underset{Z_f\→0}{\lim }\left|Y_{cd}\right|\→\mathrm{\∞},$ 且Y_cd与被保护对象导纳Y反相。

由上述分析可见，各支路正序导纳和Y_cd的大小在系统正常运行时和系统发生故障时有明显区别，Y_cd的方向在故障点在被保护对象区内和区外时有明显区别，即根据Y_cd的大小和方向能可靠识别区内故障。

本发明基于正序导纳的差动方法的具体实施过程如下：

1.同步测量各支路的三相电压和三相电流，以保证各支路正序导纳计算的正确性。

2.由各支路三相电压和三相电流测量值计算各支路的正序电压和正序电流，进而得各支路正序导纳。

3.由各支路正序导纳计算的得到被保护对象各支路正序导纳之和Y_cd。

4.根据的大小和方向进行保护逻辑判别。

当被保护对象的正序导纳和Y_cd大于设定值Y_set时，且Y_cd与被保护对象导纳Y同相时判为区内故障，经时间定值延时确认后保护动作；当被保护对象的正序导纳和Y_cd大于设定值时，且Y_cd与被保护对象导纳Y反相时判为区外故障。

其中设定值Y_scedt为K_rel×|Y_bph|，Y_bph为系统最大负荷时的正序不平衡导纳，K_rel为可靠系数，一般取1.1～1.5。正序导纳之和Y_cd与被保护对象导纳Y同相指的是Y_cd与Y相角差的绝对值小于正序导纳之和Y_cd与被保护对象导纳Y反相指的是Y_cd与Y相角差的绝对值不小于α为正方向动作范围。动作时间定值最小应躲过电压电流测量数据时间窗与各支路SV最大的失步时间之和。

当被保护对象为主变元件或包含主变元件时，需对各侧测量导纳根据主变的变比进行折算，若主变变比为K＝N1/N2,以一次侧为基准，则二次侧导纳折算到一次侧需乘系数1/K²。同时，由于主变存在激磁回路，当空投和区外故障切除等情况时，激磁回路将流过较大的激磁电流，此时正序导纳之和Y_cd表现为区内故障特征，保护需增加防止涌流误动措施。

系统发生振荡且振荡中心在保护区内时，正序导纳之和Y_cd表现为区内故障特征，保护时需增加防止振荡误动的措施(包括短时开放逻辑和不对称开放逻辑和余弦电压开放逻辑等)。当三相故障时正序电压可能会出现死区，保护需考虑防止正序电压出现死区时导纳计算误差过大的处理措施：当前正序电压小于1V时，导纳计算采用的正序电压由幅值为1V，相位为记忆正序电压(4周前)的虚拟电压替代。

综上所述，本发明采用被保护对象各支路的正序导纳和的大小与方向特征来识别被保护对象是否发生区内故障，进而实现对被保护设备的保护。本发明具有选择性好、灵敏性高、可靠性高和自适应性好等优点，能直接应用于以IEC61850标准为基础的智能变电站继电保护装置中，解决保护装置以DL/T860.92(IEC61850-9-2)协议组网方式接入采样值时保护功能依赖于对时系统的局限性。

Claims (7)

1.一种基于正序导纳的差动保护方法，其特征在于，该差动保护方法通过被保护对象各支路的正序导纳和Y_cd的大小与方向特征来识别被保护对象是否发生故障，以实现对被保护设备的差动保护。

2.根据权利要求1所述的基于正序导纳的差动保护方法，其特征在于，所述当被保护对象的正序导纳和Y_cd大于设定值时，且Y_cd与被保护对象导纳Y同相时判为区内故障,经时间定值延时确认后保护动作。

3.根据权利要求1所述的基于正序导纳的差动保护方法，其特征在于，所述当被保护对象的正序导纳和Y_cd大于设定值时，且Y_cd与被保护对象导纳Y反相时判为区外故障。

4.根据权利要求2或3所述的基于正序导纳的差动保护方法，其特征在于，所述设定值为K_rel×|Y_bph|，其中Y_bph为系统最大负荷时的正序不平衡导纳，K_rel为可靠系数，取1.1～1.5。

5.根据权利要求4所述的基于正序导纳的差动保护方法，其特征在于，所述的动作时间定值最小应躲过电压电流测量数据时间窗与各支路SV最大的失步时间之和。

6.根据权利要求4所述的基于正序导纳的差动保护方法，其特征在于，所述正序导纳之和Y_cd与被保护对象导纳Y同相指的是Y_cd与Y相角差的绝对值小于α为正方向动作范围。

7.根据权利要求2所述的基于正序导纳的差动保护方法，其特征在于，所述若被保护对象为主变元件或包含主变元件时，根据主变的变比对各侧测量导纳进行折算，若主变变比为K＝N1/N2，以一次侧为基准，则二次侧导纳折算到一次侧需乘系数1/K²。