CN106711968B - 一种用于反时限零序电流保护的整定方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于反时限零序电流保护的整定方法及其系统，其整定算法包括步骤：设置电网参数，建立故障量计算策略，选定需要配合计算的线路；调用故障量计算策略，确定故障母线短路时的支路零序电流；基于支路电流，计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间；计算反时限零序电流保护动作的时间差，确定零序电流反时限配合策略。本发明计算得到各级线路之间的零序电流配合方案，具有较高的实用性，能够满足220kV及以上复杂环形电网的反时限零序电流的整定计算等工程需求。

Description

一种用于反时限零序电流保护的整定方法及其系统

技术领域

本发明涉及继电保护技术领域，具体涉及一种用于计算机辅助计算反时限零序电流保护的整定方法及其系统。

背景技术

电力系统出现短路状况是不可避免的，而短路必然伴随着电流的增大，因此为了保护发电机等设备免受短路电流的破坏，采取了过电流保护措施。

过电流保护由于具有可靠性高、整定方法和接线简单、价格低廉、动作迅捷等特点而获得广泛应用。

我国110kV及以上电压等级电网采用中性点直接接地方式，而在中性点接地的大电流接地系统中，70％以上的故障是单相接地故障，特别是在220～500kV的高压输电线路中，单相接地短路在90％以上。利用不对称接地故障时出现的零序电流构成的接地短路保护，能有效应对此种类型故障。因此，零序电流保护在电网中得到广泛应用，由于正常运行时几乎没有零序电流，因此零序电流保护具有更高的灵敏度，且方向性零序保护不会出现电压死区的问题。

虽然零序电流保护相较于一般电流保护具有很大优越性，但是仍存在着一些缺点，如定时限零序电流保护受系统运行方式影响较大，短线路的定时限零序电流保护之间配合困难。有一类动作时间随输入电流变化而变化的电流保护，当输入电流超过保护的动作值时，保护被启动，输入电流越大，保护的动作时间越短，这种保护就是反时限电流保护。

目前，反时限电流保护所采用的时间—电流特性曲线为非线性函数，保护动作时间随输入电流增加而缩短，当故障电流接近最小短路电流时，保护动作时间有可能较长，与定时限电流保护相比，存在着反时限零序电流保护与其他保护配合困难且有可能影响到相邻保护的速动性等缺点。

目前，各电力生产单位普遍利用软件开展整定计算工作，但是反时限零序电流保护整定由于涉及配合元件多且受运行方式影响等原因，一直没能实现自动整定。

因此，需要一种反时限零序电流保护的自动整定计算方法，实现整定计算软件的自动计算，保证继电保护的速动性和选择性，以提高工作效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于反时限零序电流保护的

整定方法及其系统，其整定方法包括步骤：选定需要配合计算的线路及故障点；故障点在线路的母线上；确定故障母线短路时的支路零序电流；基于支路零序电流，计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间；根据反时限零序电流保护动作的时间差，确定零序电流反时限配合策略。

选定需要配合计算的线路及故障点，包括：选定需要配合计算的线路L_i,L_i∈L＝{L₁,L₂,...,L_m}，m为线路总数；根据预先建立的故障量计算策略，在线路L_i所在母线B_i上选取故障点,B_i∈B＝{B₁,B₂,...,B_n}，n为母线总数。

确定故障母线短路时的支路零序电流，包括：在第i条母线单相故障时，对应的支路零序电流集合

在第i条母线两相故障时，对应的支路零序电流集合

其中，n为母线总数。

基于支路零序电流，计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间，具体为按照下式计算：

其中，故障零序电流3I₀为在第i条母线单相故障时对应的支路零序电流集合

或在第i条母线两相故障时对应的支路零序电流集合

I_P为电流基准值或零序反时限电流值，T_P为零序反时限时间定值，p为指数常数，T_ph为零序反时限配合时间，T₀为零序反时限的最小动作时间。

I_P的可调整范围：0.05I_N-0.5I_N，I_N为电流额定值；T_P的可调范围：0.1s-10s；p的可调值：0.02、1或2；T_ph的可调范围：0.1s-10s；T₀的可调范围：0s-10s。

根据反时限零序电流保护动作的时间差，确定零序电流反时限配合策略，包括：若第i级线路和第i-1级线路的反时限零序电流保护动作时间差Δt_i-(i-1)满足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，则输出反时限零序电流保护动作时间和保护动作时间差；若Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T，则调整零序反时限最小动作时间T₀或零序反时限配合时间T_ph，直至Δt_i-(i-1)≥T；其中，T为预先设定的时间配合要求。

其整定系统包括：选定模块，用于选定需要配合计算的线路及故障点，故障点在线路的母线上；第一确定模块，用于确定故障母线短路时的支路零序电流；计算模块，基于支路零序电流，计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间；第二确定模块，根据反时限零序电流保护动作的时间差，确定零序电流反时限配合策略。

进一步地，选定模块具体用于：

选定需要配合计算的线路L_i,L_i∈L＝{L₁,L₂,...,L_m}，m为线路总数；

根据预先建立的故障量计算策略，在线路L_i所在母线B_i上选取故障点,B_i∈B＝{B₁,B₂,...,B_n}，n为母线总数。

进一步地，第一确定模块具体用于：确定在第i条母线单相故障时，对应的支路零序电流集合

确定在第i条母线两相故障时，对应的支路零序电流集合

其中，n为母线总数。

进一步地，计算模块具体用于按照下式计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间：

其中，故障零序电流3I₀为在第i条母线单相故障时对应的支路零序电流集合

或在第i条母线两相故障时对应的支路零序电流集合

I_P为电流基准值或零序反时限电流值，T_P为零序反时限时间定值，p为指数常数，T_ph为零序反时限配合时间，T₀为零序反时限的最小动作时间。

进一步地，I_P的可调整范围：0.05I_N-0.5I_N，I_N为电流额定值；T_P的可调范围：0.1s-10s；p的可调值：0.02、1或2；T_ph的可调范围：0.1s-10s；T₀的可调范围：0s-10s。

进一步地，第二确定模块具体用于：若第i级线路和第i-1级线路的反时限零序电流保护动作时间差Δt_i-(i-1)满足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，则输出反时限零序电流保护动作时间和保护动作时间差；若Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T，则调整零序反时限最小动作时间T₀或零序反时限配合时间T_ph，直至Δt_i-(i-1)≥T；其中，T为预先设定的时间配合要求。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明提供弥补了反时限零序电流保护计算机辅助计算的模型缺乏问题，可用于220kV及以上电网的整定计算；

2、本发明考虑了大电网多级线路级之间反时限零序电流保护的配合关系，体现了电网远区或近端接地故障时各级线路零序电流保护的速动性和选择性；

3、本发明计算得到各级线路之间的零序电流配合方案，具有较高的实用性，能够满足220kV及以上复杂环形电网的反时限零序电流的整定计算等工程需求。

附图说明

图1为本发明整定计算方法的计算流程图；

图2为本发明反时限零序电流保护参数的设置图；

图3为本发明反时限零序电流保护配合的策略示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种用于计算机辅助计算的零序电流反时限保护整定计算方法，包括如下步骤：

1)如图2所示，根据反时限零序电流保护模型，即各配合线路的反时限零序电流保护动作时间，设置可调整的变量参数3I₀、I_P、T_P、p、T_ph和T₀。其中，I_P可调整范围为(0.05～0.5)I_N(I_N为保护装置电流额定值)，默认取0.2I_N；T_P可调范围为0.1～10s，默认取0.4s；p可调范围为0.02、1、2，默认取0.02；T_ph可调范围为0.1～10s，默认取0.1s；T₀可调范围为0～10s，默认取0s。

然后，启动的反时限零序电流保护整定界面，在设定公式(1)中的参数I_P、T_P、p、T_ph和T₀为同一值。

2)建立故障量计算策略：选定需要配合计算的线路L＝{L₁，L₂，…L_m}，其中m为线路总数，在线路所在母线B＝{B₁，B₂，…B_n}选取故障点，其中n为母线总数。

故障类型分为单相接地故障和两相接地故障，分别默认为A相单相金属性接地故障和BC两相金属性接地故障。

在母线B上设置故障点，每次故障只选取其中一条母线B_i∈{B₁，B₂…B_n}，其中i≤n，每条母线在单相接地故障和两相接地故障时，需要配合的线路分别对应两组故障电流计算结果，分别为I_i＝{I₁，I₂，…I_m}，I_j＝{I₁，I₂，…I_m}(i≤m，j≤m，m>0，m为自然数)。

3)调用故障计算策略，计算故障母线B_i单相接地短路时支路零序电流的输出结果

和故障母线B_i两相接地短路时的支路零序电流的输出结果

其中i≤n，B_i与

和

形成如下映射的关系：

其中，

和

分别为第i条母线单相故障和两相接地故障时分别对应的支路零序电流集合。

4)计算各配合线路的反时限零序电流保护动作的时间，其公式如下式所示：

其中，3I₀为故障时零序电流即

或

I_P为电流基准值或零序反时限电流定值，T_P为时间常数或零序反时限时间定值，p为指数常数，T_ph为零序反时限配合时间，T₀为零序反时限最小时间。

5)计算配合线路反时限零序电流保护之间的时间差，具体计算公式如下所示：

其中，_ti(3I0)和_ti-1(3I0)分别为上下级线路的反时限零序电流保护动作时间。

计算配合线路之间时间差计算值Δt∈{Δt_2-1，Δt_3-2…Δt_i-(i-1)}，具有配合关系的反时限零序电流保护之间的时间差应满足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T,其中，Δt_i-(i-1)为上下级线路的反时限零序电流保护动作时间差，T为预先设定的时间配合要求(T>0)。

6)建立零序电流反时限配合策略：

具有配合关系的上下级线路之间的反时限动作时间应满足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，若满足，则输出反时限动作时间和时间差结果，若部分线路之间配合时间不满足计算结果，即Δt_i-(i-1)<T，则进行人工干预计算结果，直至满足配合要求。

7)人工干预计算结果，直至满足配合要求：

如果出现计算结果Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T的情况，则需要调整零序反时限最小动作时间T₀或零序反时限配合时间T_ph，然后再进行计算并根据计算结果调整T₀或T_ph，直到全部线路之间的反时限零序电流保护满足Δt_i-(i-1)＝Δ(t_i-t_i-1)≥T。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种用于反时限零序电流保护的整定系统，下面进行说明。

本发明提供的整定系统可以包括：

选定模块，用于选定需要配合计算的线路及故障点，故障点在线路的母线上；

第一确定模块，用于确定故障母线短路时的支路零序电流；

计算模块，基于支路零序电流，计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间；

第二确定模块，根据反时限零序电流保护动作的时间差，确定零序电流反时限配合策略。

实施中，选定模块具体可以用于：

选定需要配合计算的线路L_i,L_i∈L＝{L₁,L₂,...,L_m}，m为线路总数；

根据预先建立的故障量计算策略，在线路L_i所在母线B_i上选取故障点,B_i∈B＝{B₁,B₂,...,B_n}，n为母线总数。

实施中，第一确定模块具体可以用于：确定在第i条母线单相故障时，对应的支路零序电流集合

确定在第i条母线两相故障时，对应的支路零序电流集合

其中，n为母线总数。

实施中，计算模块具体可以用于按照下式计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间：

其中，故障零序电流3I₀为在第i条母线单相故障时对应的支路零序电流集合

或在第i条母线两相故障时对应的支路零序电流集合

I_P为电流基准值或零序反时限电流值，T_P为零序反时限时间定值，p为指数常数，T_ph为零序反时限配合时间，T₀为零序反时限的最小动作时间。

实施中，I_P的可调整范围可以为：0.05I_N-0.5I_N，I_N为电流额定值；T_P的可调范围可以为：0.1s-10s；p的可调值可以为：0.02、1或2；T_ph的可调范围可以为：0.1s-10s；T₀的可调范围可以为：0s-10s。

实施中，第二确定模块具体可以用于：

若第i级线路和第i-1级线路的反时限零序电流保护动作时间差Δt_i-(i-1)满足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，则输出反时限零序电流保护动作时间和保护动作时间差；

若Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T，则调整零序反时限最小动作时间T₀或零序反时限配合时间T_ph，直至Δt_i-(i-1)≥T；其中，T为预先设定的时间配合要求。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于反时限零序电流保护的整定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

选定需要配合计算的线路及故障点；所述故障点在所述线路的母线上；

确定故障母线短路时的支路零序电流；

基于所述支路零序电流，计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间；

根据反时限零序电流保护动作的时间差，确定零序电流反时限配合策略；

所述基于所述支路零序电流，计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间，具体为按照下式计算：

其中，所述故障零序电流3I₀为在第i条母线单相故障时对应的支路零序电流集合

或在第i条母线两相故障时对应的支路零序电流集合

I_P为电流基准值或零序反时限电流值，T_P为零序反时限时间定值，p为指数常数，T_ph为零序反时限配合时间，T₀为零序反时限的最小动作时间；

所述根据反时限零序电流保护动作的时间差，确定零序电流反时限配合策略，包括：

若第i级线路和第i-1级线路的反时限零序电流保护动作时间差Δt_i-(i-1)满足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，则输出反时限零序电流保护动作时间和保护动作时间差；

若Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T，则调整零序反时限最小动作时间T₀或零序反时限配合时间T_ph，直至Δt_i-(i-1)≥T；

其中，T为预先设定的时间配合要求。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定需要配合计算的线路及故障点，包括：

选定需要配合计算的线路L_i,L_i∈L＝{L₁,L₂,...,L_m}，m为线路总数；

根据预先建立的故障量计算策略，在所述线路L_i所在母线B_i上选取故障点,B_i∈B＝{B₁,B₂,...,B_n}，n为母线总数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定故障母线短路时的支路零序电流，包括：

在第i条母线单相故障时，对应的支路零序电流集合

在第i条母线两相故障时，对应的支路零序电流集合

其中，n为母线总数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，I_P的可调整范围：0.05I_N-0.5I_N，I_N为电流额定值；T_P的可调范围：0.1s-10s；p的可调值：0.02、1或2；T_ph的可调范围：0.1s-10s；T₀的可调范围：0s-10s。

5.一种用于如权利要求1-4任一项所述用于反时限零序电流保护整定方法的整定系统，其特征在于，所述系统包括：

选定模块，用于选定需要配合计算的线路及故障点，所述故障点在所述线路的母线上；

第一确定模块，用于确定故障母线短路时的支路零序电流；

计算模块，基于所述支路零序电流，计算各级线路的反时限零序电流保护动作的时间；

第二确定模块，根据反时限零序电流保护动作的时间差，确定零序电流反时限配合策略。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述选定模块具体用于：

选定需要配合计算的线路L_i,L_i∈L＝{L₁,L₂,...,L_m}，m为线路总数；

根据预先建立的故障量计算策略，在所述线路L_i所在母线B_i上选取故障点,B_i∈B＝{B₁,B₂,...,B_n}，n为母线总数。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：

确定在第i条母线单相故障时，对应的支路零序电流集合：

确定在第i条母线两相故障时，对应的支路零序电流集合：

其中，n为母线总数。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：

若第i级线路和第i-1级线路的反时限零序电流保护动作时间差Δt_i-(i-1)满足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，则输出反时限零序电流保护动作时间和保护动作时间差；

若Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T，则调整零序反时限最小动作时间T₀或零序反时限配合时间T_ph，直至Δt_i-(i-1)≥T；

其中，T为预先设定的时间配合要求。

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