CN107317313B - 一种纵联电流差动保护的保护启动辅助方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纵联电流差动保护的保护启动辅助方法，在现有电流差动保护判据条件的基础上增加了高阻故障发生时的判断条件，进一步增加了电流辅助启动判据条件，综合考虑了电压辅助启动判据中PT断线的影响，以及CT断线对电流辅助启动判据的影响，消除了传统高阻辅助启动元件因电压特征量不灵敏导致的拒动情况，可靠性更高，能够保证电力系统高压线路发生区内高阻接地故障时差动保护可靠切除故障。

Description

一种纵联电流差动保护的保护启动辅助方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，尤其涉及一种纵联电流差动保护的保护启动辅助方法。

背景技术

随着我国电力产业的飞速发展，继电保护已经成为电力系统中的重要组成部分，对电力系统的安全运行起着至关重要的作用。高压输电线路由于电压等级高、传输距离远、输送功率大，快速、灵敏、可靠的切除线路上发生的故障对维护电网的稳定运行意义重大。电流差动保护由于具有动作速度快、灵敏度高、简单可靠等优点，在高压线路保护中已经逐步取代纵联距离保护，成为线路纵联保护的首选。

电流差动保护作为纵联电流差动保护装置的主保护，需要线路两侧保护装置同时启动后才能出口，用来保证动作的可靠性，防止保护误动。这就要求线路发生区内短路故障时，本侧和对侧保护装置应能正确识别故障状态并可靠启动。高压线路保护的保护启动元件主要包括基于暂态的电流突变量启动元件和基于稳态的零序电流启动元件，通常还包括静稳破坏、弱馈、跳位继电器等辅助启动元件，可以保证一般情况下两侧线路保护装置均能可靠启动。

图1中Z_SM表示M侧电源到保护安装处的等值阻抗，Z_SN表示N侧电源到保护安装处的等值阻抗，Z_LM表示M侧保护安装处到短路点的等值阻抗，Z_LN表示N侧保护安装处到短路点的等值阻抗。根据图2的零序网络图可求得：

当线路一侧发生区内高阻接地故障时，过渡电阻Zf较大，则零序电流较小，且非故障侧电流较小，达不到突变量和零序启动门槛。而零序电压大小为流经本侧的零序电流和系统零序阻抗的乘积，当系统零序阻抗较小时，电压变化量也很小，这就导致通过弱馈侧电压识别故障状态的电压辅助启动元件灵敏度降低，因此可能会因为一侧保护无法启动造成电流差动保护拒动。另外，在PT断线的情况下，电压辅助启动元件是不可以投入的。国网规范文件要求高压线路保护应具备耐受过渡一定电阻的能力，如500kV 线路要求经300Ω过渡电阻短路时保护应能正确动作，而1000kV线路甚至要求600Ω。

因此，需要一种更为有效的电流差动保护高阻模块的设计方法，保证电力系统高压线路发生区内高阻故障时电流差动保护能够可靠切除故障。

发明内容

发明目的：针对现有高压线路纵联电流差动保护在发生高阻接地故障时一侧保护可能存在拒动的问题，本发明提供一种纵联电流差动保护的保护启动辅助方法，能够保证电力系统高压线路发生区内高阻接地故障时差动保护可靠切除故障。

技术方案：为实现上述目的，本发明中纵联电流差动保护的保护启动辅助方法，包括保护启动判据和电流差动保护动作判据；对于某一侧线路，该侧的电流突变量和零序电流值分别大于预设的启动门限则该侧满足保护启动判据条件；若两侧线路的保护装置均满足保护启动判据条件，则进行电流差动保护动作判据条件判断；若电流差动保护动作判据条件满足则进行电流差动保护动作；其特征在于，所述电流差动保护动作判据还包括高阻启动模式电流差动保护动作条件，具体为：

式中，I_op·Φ为稳态差动电流，I_re·Φ为稳态制动电流，I_mk为差动电流定值，k为比率制动系数，k取0.2-0.3。

进一步地，该方法还包括以下判据：电压辅助判据和差流辅助启动判据；

当一侧线路满足保护启动判据条件而另一侧线路不满足保护启动判据条件时，不满足的那侧进行电压辅助判据条件判断，若该侧满足电压辅助判据条件，则进行电流差动保护动作判据判断；若该侧不满足电压辅助判据条件，则进行差流辅助启动判据条件判断；

若差流辅助启动判据条件满足，则置“高阻启动模式”标志，进行电流差动保护动作判据中的高阻启动模式电流差动保护动作条件判断。

其中，对于某一侧线路，若该侧双CPU同时满足保护启动判据条件，则向对侧发送“保护启动”标志，并置本侧“保护启动”标志；对于某一侧线路，当满足“CT断线”特征，且该特征持续时间大于25ms时，则置本侧“快速CT断线”标志。

其中，对于线路中的某一侧，所述差流辅助启动判据条件为：

1)收到对侧“保护启动”标志；

2)无“快速CT断线”标志；

3)无装置故障告警；

4)三相差流或者零序差流中至少有一项大于差流启动门槛；

条件1)至条件4)均满足且持续时间超过了预设时长则满足差流辅助启动判据条件。

其中，所述电压辅助判据条件为：

1)收到对侧“保护启动”标志；

2)本侧或对侧相电压或相间电压小于0.9％额定电压；

3)本侧或对侧零序电压或零序电压突变量大于1V；

4)无“PT断线”告警；

条件1)至条件4)四个条件均满足时则电压辅助判据条件满足。

有益效果：本发明中高阻接地故障时的保护启动辅助方法，“保护启动”标志经双CPU启动判断，合成后送到对侧，防止因单CPU采样误差导致保护误启动，可靠性更高；差流辅助启动判据依靠电流量，消除了传统高阻辅助启动元件因电压特征量不灵敏导致的拒动情况，可靠性更高；差流辅助启动门槛取值滤除线路电容电流的影响，具有较强的灵敏度和速动性；高阻辅助启动模式可以提高差动继电器的灵敏度，增强了高阻状态时的灵敏性和可靠性；避免了PT断线情况下，电压辅助启动元件无法使用的囧况，单纯依据电流量信息以达到两侧快速启动的效果；采用本发明方法，当发生区内满足电力系统可靠运行动作要求范围内的高阻接地故障时，可以保证两侧线路保护装置可靠启动，方案简单便捷，实用性强。

附图说明

图1为高压线路发生接地短路时的等值系统图；

图2为高压线路发生接地短路时的零序网络图；

图3为纵联电流差动保护装置的模块示意图；

图4为本发明中纵联电流差动保护的保护启动辅助方法的流程示意图；

图5为本发明中双CPU保护启动逻辑图；

图6为本发明中差流辅助启动判据的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图3所示，线路两侧的纵联电流差动保护装置均包括电源模件DC、主处理器CPU1、从处理器CPU2、交流采样模件AC、直流开关量输入模件DI和开关量输出模件DO；交流采样模件AC为主处理器CPU1和从处理器CPU2提供交流模拟量信号；直流开关量输入模件DI为两块CPU提供直流开关量信号；主处理器CPU1和从处理器CPU2分别对交流模拟量信号和直流开关量信号进行采集，然后基于所采集到的信号进行保护启动逻辑以及保护动作出口逻辑判断，并分别将判断结果发送给开关量输出模件DO，开关量输出模件DO根据主处理器CPU1和从处理器CPU2的保护启动逻辑与保护动作出口逻辑的组合结果做出响应。

如图4所示，对于线路任意一侧，只有当该侧保护装置中的两块CPU同时满足电流突变量启动或零序电流启动条件，即电流突变量和零序电流值分别大于预设的启动门限时，该侧才进行“保护启动”，并通过光纤向对侧保护装置发送“保护启动”标志，可以消除因为单CPU采样异常导致的保护误启动，增强了信号的可靠性。

本发明中纵联电流差动保护的保护启动辅助方法，主要包含以下几部分内容：数据采样与同步计算、双CPU启动判断、电压辅助启动判据、差流辅助启动判据、光纤差动逻辑判断。

电压辅助启动判据指的是：对于一般性高阻故障，先采用传统电压辅助启动判据，利用相电压和零序电压的变化识别高阻状态，拉“保护启动”信号，实现正常电流差动保护跳闸逻辑。对PT断线状态下发生的高阻故障或极端高阻故障，由于传统电压辅助启动判据不再适用，本发明引入差流辅助启动判据。差流辅助启动判据只在电流突变量启动、零序电流启动(保护启动判据)和电压辅助启动判据不满足条件时投入，通过差动电流和对侧“保护启动”信号识别故障状态，具有较高的灵敏性。但是当CT断线时，由于断线相会引入差流，可能会对所述判据造成影响，因此需要排除CT断线影响。而保护“CT断线”告警判别时间较长，本判据采用“快速CT断线”标志，当满足“CT断线”特征时，延时25ms置“快速CT断线”标志，“CT断线”特征一般为：1)本侧零序电流、零序差流都大于0.05倍额定电流；2)对侧不启动且本侧相差流大于0.1倍额定电流；3)本侧相电流减小幅值(和前一个周波进行比较)大于0.1倍额定电流且相电流幅值小于0.05倍额定电流。所述差流辅助启动判据为了躲过CT断线影响，设置30ms延时，与零序启动元件具有相同时效。由于CT饱和时需要较大的短路电流，且在差动CT饱和模块单独进行处理，故不考虑CT饱和对高阻模块的影响。保护装置经差流辅助启动元件启动时，置“高阻启动模式”标志。

光纤差动逻辑判断中，当存在“高阻启动模式”标志时，表明处于特殊高阻状态，调用高阻模式差动继电器，其基本动作方程为：

式中，I_op·Φ为稳态差动电流，I_re·Φ为稳态制动电流，I_mk为差动电流定值。k为比率制动系数，正常时取0.6-0.8，考虑到发生高阻故障时系统可能存在较大汲出电流，为提高高阻状态时差动继电器的灵敏度，保证光纤差动保护能够可靠切除故障，在高阻启动模式时将比率制动系数k调整为0.2-0.3。

如图5所示，本发明中纵联电流差动保护的保护启动辅助方法，具体的实现过程，包括以下步骤：

步骤501，两侧纵联电流差动保护装置开机上电，通道通讯正常后，开始循环执行光纤电流差动保护高阻模块程序；

步骤502，保护装置双CPU分别采集电压和电流量，进行采样计算；

步骤503，保护装置通过光纤通道向对侧传输本侧的电流采样值，进行数据同步计算与处理，实时计算差流值；

步骤504，进行快速CT断线判定，如果满足“CT断线”特征且持续时间大于25ms 置“快速CT断线”标志。进行步骤505；

步骤505，保护装置双CPU分别计算电流突变量和零序电流值，判定双CPU是否同时满足电流突变量或零序电流启动条件；如果是，进行步骤506，如果不是，进行步骤 507；

步骤506，通过光纤通道向对侧发送“保护启动”标志，进行步骤508；

步骤507，电压辅助启动判定需同时满足：1)收到对侧“保护启动”标志；2)本侧或对侧相电压或相间电压小于0.9％额定电压；3)本侧或对侧零序电压或零序电压突变量大于1V；4)无“PT断线”告警。如果满足全部条件，进行步骤508，如果不是，进行步骤509；

步骤508，置本侧“保护启动”标志，进行步骤511；

步骤509，差流辅助启动判断，如果满足，进行步骤510，如果不满足，进行步骤502；

步骤510，置“高阻启动模式”标志，进行步骤511；

步骤511，如果无“高阻启动模式”标志，调用常规差动继电器，如果满足常规状态下电流差动保护动作条件，进行步骤512，如果不满足，进行步骤502；如果有“高阻启动模式”标志，调用高阻模式差动继电器，如果满足高阻辅助启动模式下电流差动保护动作条件，执行步骤512，如果不满足，进行步骤502；

步骤512，电流差动保护动作，保护跳闸，切除故障。

如图6所示，本发明中差流辅助启动判定的具体实现流程描述如下：

步骤601，如果收到对侧“保护启动”标志，进行步骤602；

步骤602，如果无“装置故障”告警，进行步骤603；

步骤603，如果无“快速CT断线”标志，进行步骤604；

步骤604，设Iset为差流启动门槛，取一次侧300A折算到二次侧的值和1.05倍电容电流值中的较大值，如果A相差流大于差流启动门槛，进行步骤608，如果不满足，进行步骤605；

步骤605，如果B相差流大于差流启动门槛Iset，进行步骤608，如果不满足，进行步骤606；

步骤606，如果C相差流大于差流启动门槛Iset，进行步骤608，如果不满足，进行步骤607；

步骤607，如果零序差流大于差流启动门槛Iset，进行步骤608；

步骤608，如果持续时间大于30ms，进行步骤609；

步骤609，满足差流辅助启动判定条件。

本发明提供的纵联电流差动保护的保护启动辅助方法受故障点位置、系统运行方式、接地电阻大小影响较小，且只需要依靠电流量而无需依靠电压量，灵敏性和可靠性较高。

需要说明的是，本发明中所述的置“保护启动”标志、置“快速CT断线”标志、置“高阻启动模式”标志，对应在程序实现时是指将相应的标志逻辑值设置为1。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种纵联电流差动保护的保护启动辅助方法，其特征在于，包括步骤：

对于某一侧线路，该侧的电流突变量和零序电流值分别大于预设的启动门限，则该侧满足保护启动判据条件；若两侧线路的保护装置均满足保护启动判据条件，则进行电流差动保护动作判据条件判断；若电流差动保护动作判据条件满足则进行电流差动保护动作；

当一侧线路满足保护启动判据条件而另一侧线路不满足保护启动判据条件时，不满足的那侧进行电压辅助判据条件判断，若该侧满足电压辅助判据条件，则进行电流差动保护动作判据判断；若该侧不满足电压辅助判据条件，则进行差流辅助启动判据条件判断；若差流辅助启动判据条件满足，则置“高阻启动模式”标志，进行电流差动保护动作判据条件判断，采用高阻启动模式电流差动保护动作条件判断；

所述高阻启动模式电流差动保护动作条件具体为：

I_op·Φ>k·I_re·Φ

I_op·Φ>I_mk

Φ＝A,B,C

式中，I_op·Φ为稳态差动电流，I_re·Φ为稳态制动电流，I_mk为差动电流定值，k为比率制动系数；

对于某一侧线路，若该侧双CPU同时满足保护启动判据条件，则向对侧发送“保护启动”标志，并置本侧“保护启动”标志；对于某一侧线路，当满足“CT断线”特征，且该特征持续时间大于25ms时，则置本侧“快速CT断线”标志；

对于线路中的某一侧，所述差流辅助启动判据条件为：

(1)收到对侧“保护启动”标志；

(2)无“快速CT断线”标志；

(3)无装置故障告警；

(4)三相差流或者零序差流中至少有一项大于差流启动门槛；

条件(1)至条件(4)均满足且持续时间超过预设时长则满足差流辅助启动判据条件；

所述电压辅助判据条件为：

(1)收到对侧“保护启动”标志；

(2)本侧或对侧相电压或相间电压小于0.9％额定电压；

(3)本侧或对侧零序电压或零序电压突变量大于1V；

(4)无“PT断线”告警；

条件(1)至条件(4)四个条件均满足时则电压辅助判据条件满足。

2.根据权利要求1所述的纵联电流差动保护的保护启动辅助方法，其特征在于，所述差流启动门槛取一次侧300A折算到二次侧的值和1.05倍电容电流值中的较大值。