CN107742878A

CN107742878A - 一种反时限零序电流保护方法

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Publication number: CN107742878A
Application number: CN201710986560.2A
Authority: CN
Inventors: 金明亮; 李勇; 王兴国; 陈祥文; 余越; 谢俊; 李会新; 郭雅蓉; 吕东晓; 王英英; 柳焕章
Original assignee: STATE GRID CENTER CHINA GRID Co Ltd; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: STATE GRID CENTER CHINA GRID Co Ltd; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; Central China Grid Co Ltd
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2018-02-27
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: CN107742878B

Abstract

一种反时限零序电流保护方法，通过对保护的最小动作时间和最大动作时间进行设定，并将动作时间按照流过保护的最小零序电流和最大零序电流进行分配，确定曲线在被保护线路首端的动作时间和末端的动作时间，从而达到约束整条曲线，提高保护动作速度的目的；另外，通过增加反时限零序电流保护的最长动作时间，以同时确保保护的速动性和选择性。本设计不仅保证和提高了保护的速动性，而且保证和提高了保护的选择性。

Description

一种反时限零序电流保护方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种反时限零序电流保护方法，主要适用于保证和提高保护的速动性和选择性。

背景技术

现阶段，反时限过流保护已在北美电网中得到广泛应用，而我国很多网、省调也已尝试引入反时限保护作为线路接地故障的后备保护，零序电流是故障分量，故障点是唯一的零序电流源。故障点零序电流最大，故障线路两侧零序电流是故障点电流的分流，由于超高压电网变电站都有接地变压器，全网最大零序电流支路在故障线路的一侧。按电流大先跳闸的设想，一定是故障线路一侧或两侧先跳闸，若一侧先跳闸，后备保护通常三相跳闸，另一侧电流就是故障点电流，也是全网最大支路零序电流，可以有选择性地切除故障线路。当故障线路保护和失灵保护拒动，仍依循电流大先跳闸的原则最终切除故障。若全网选择同一反时限特性曲线，理论上反时限零序电流保护天然满足选择性要求，通常，反时限零序电流保护所采用的时间-电流特性为非线性函数，保护动作时间随输入电流增加而缩短，在故障电流接近于最小短路电流时，保护动作时间有可能较长，且与定时限过流保护相比，存在着与其他保护配合困难、有可能影响到相邻保护速动性的缺点，所有这些都影响到反时限过流保护的推广应用。目前，电网现有反时限特性曲线主要来源于两种标准：IEEE标准和IEC255-3标准，其中IEEE标准规定的特性曲线特别注重返回特性，主要是考虑更换时和传统继电器的匹配、重合闸的配合等，在北美电网中已广泛应用，而我国电网中采用更多的是IEC255-3标准，主要包括一般反时限、非常反时限、超反时限、长反时限、热过载(无存储)反时限和热过载(有存储)反时限这6条反时限曲线，其中，前4条反时限曲线通常用作输电线的反时限后备保护，而后两种反时限曲线主要用于反应过热状态的保护，如发电机转子、变压器、电缆及铁路架空线等元件的保护。

采用一般反时限特性方程来描述电网现有的反时限零序电流保护动作特性，其特性方程如下：

上式中：K为时间整定常数，I_p为零序电流反时限启动定值，I为故障零序电流，t为保护动作时间。

上式为一般反时限零序电流保护的特性曲线，不难看出，保护动作时间t与输入电流I、常数K之间存在着十分紧密的联系。当I/I_p比值不变时，随着K增加，动作时间t呈线性增长趋势，且I/I_p比值越小，这种增长趋势越明显，当I/I_p略大于1时，t将为无限大。曲线的这种特性势必使得在最小运行方式下发生短路故障，即短路零序电流分量达到最小时，其数值越接近启动电流，则反时限零序电流保护的动作时间就会越长，甚至超过定时限过流保护的整定时间，难以达到充分利用反时限特性来快速切除故障的目的。

另一方面，当系统运行方式、短路点位置发生变化时，零序电流分量也会相应变化，随着I/I_p比值的增加，动作时间t将越来越小，即保护装置切除故障的时间会越来越短。但是当I/I_p比值达到某一数值时，此时动作时间t已经很小，即使零序电流I继续增加，t也不会发生显著变化，时间-电流特性曲线也近似为一条水平的直线，但是上级保护的I/I_p数值会相应增加，若两级保护装置的K值差别不大，则上、下级反时限零序电流保护的动作时间就会变得非常接近，从而使保护误动，造成故障停电区域扩大。

同样地，两套一般反时限零序电流保护之间或反时限零序电流保护与定时限零序电流保护之间进行配合时，也有可能采取降低后备保护速动性的手段来确保保护动作的选择性，这是一般反时限零序电流继电器固有的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的速动性低的缺陷与问题，提供一种速动性高的反时限零序电流保护方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种反时限零序电流保护方法，该方法包括以下步骤：

A、建立反时限零序电流保护特性方程：

式(1)中，t为反时限零序电流保护动作时间，r、q、s为常数，3I0为故障后零序电流，I_p为反时限零序电流保护启动定值；

B、将线路故障后的最大零序电流3I_0.max代入式(1)中，以确定反时限零序电流保护的最小动作时间t_min：

将反时限零序电流保护的启动电流I_p代入式(1)中，以确定反时限零序电流保护的最大动作时间t_max：

t_min与t_max相差时间级差T，则最大动作时间t_max可表示为：

t_max＝T+t_min＝r-q (4)

C、根据最小动作时间t_min和最大动作时间t_max来限制反时限零序电流保护的最长动作时间T+t_min，以确保保护的速动性。

所述T的取值范围为0.5s～1.5s。

当主保护和后备保护的选择性失配时，通过增加时间级差T来增加反时限零序电流保护的最长动作时间T+t_min，以确保保护的速动性和选择性。

所述s的取值范围为0.1～1.9。

先通过式(2)与式(4)得到：

式(5)与式(6)中，Q＝3I_0.max/I_p；

再通过式(5)与式(6)分别对q、r进行整定。

在微机中，对于的计算采用以下方法：

当s为整数时，通过直接计算获得；

当s为小数且s小于1时，通过分区查表法、曲线拟合法或泰勒展开法获得。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种反时限零序电流保护方法中通过建立的反时限零序电流保护特性方程对保护的最小动作时间和最大动作时间进行设定，并将动作时间按照流过保护的最小零序电流和最大零序电流进行分配，使得反时限零序电流保护的最长动作时间T+t_min被限制，从而确保保护的速动性。因此，本发明提高了保护的速动性。

2、本发明一种反时限零序电流保护方法中当主保护和后备保护的选择性失配时，通过增加时间级差T来增加反时限零序电流保护的最长动作时间T+t_min，以确保保护的速动性和选择性。因此，本发明保证和提高了保护的速动性和选择性。

3、本发明一种反时限零序电流保护方法中通过最小动作时间计算公式与最大动作时间计算公式得到q、r的整定公式，简化了q、r的整定。因此，本发明提高了整定效率。

附图说明

图1是本发明的实施例1中s变化时反时限零序电流保护特性曲线。

图2是本发明的实施例2中T变化时反时限零序电流保护特性曲线。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1、图2，一种反时限零序电流保护方法，该方法包括以下步骤：

A、建立反时限零序电流保护特性方程：

t_min与t_max相差时间级差T，则最大动作时间t_max可表示为：

t_max＝T+t_min＝r-q (4)

所述T的取值范围为0.5s～1.5s。

所述s的取值范围为0.1～1.9。

先通过式(2)与式(4)得到：

式(5)与式(6)中，Q＝3I_0.max/I_p；

再通过式(5)与式(6)分别对q、r进行整定。

在微机中，对于的计算采用以下方法：

当s为整数时，通过直接计算获得；

本发明的原理说明如下：

本设计公开了一种新型反时限零序电流保护方法，通过对保护的最小动作时间和最大动作时间进行设定，并将动作时间按照流过保护的最小零序电流和最大零序电流进行分配，确定曲线在被保护线路首端的动作时间和末端的动作时间，从而达到约束整条曲线，提高保护动作速度的目的。本设计的零序反时限保护可以灵活调整动作曲线实现不同线路反时限保护之间的配合，防止保护失配，提高反时限动作速度。

基于对一般反时限零序电流保护所采用的时间–电流曲线存在缺陷的认识，可以这样认为：当时间–电流之间为线性关系或接近于线性关系时，反时限零序电流保护在简化整定、保护之间的配合和保护的速动性方面将可以得到有益的改善，同时，对反时限零序电流保护的最长动作时间也应该加以限制，以确保保护的速动性。

当输电线路发生接地故障时，由于线路两端保护装置感受到的零序电流不同，使得两端保护的动作时间往往不一致。在一般反时限零序电流保护中，保护动作时间之差可能达到秒级，不利于快速切除故障，而在新型反时限零序电流保护中，通过对保护的最小和最大动作时间进行设定，并将动作时间按照流过保护的最小零序电流和最大零序电流进行分配，则有望解决这一问题，使得两端保护动作时间之差缩短。基于这一思想，r和q选择的基本标准是：确定曲线在被保护线路首端的动作时间和末端的动作时间，从而达到约束整条曲线的目的。

反时限零序电流保护特性方程中，3I₀为故障后零序电流，3I₀＝I_A+I_B+I_C，I_A,I_B,I_C分别为故障后A，B，C相电流；通过调整s和T可以确定反时限零序电流保护的动作特性曲线；当流入反时限零序电流保护的电流为线路的最大短路零序电流时，保护动作时间最小，而当流入反时限零序电流保护的电流为保护的启动值时，保护的动作时间最大，最大动作时间与最小动作时间的时间差T可以确定，若不满足1s时间差，可以调整定值T以满足。

当分支支路断开时，线路主保护的零序电流和一般反时限动作时间会减小，而后备保护的零序电流和一般反时限动作时间会增加；另一方面，当线路两端保护装置不同期动作时，一侧断路器会先跳开，导致另一侧的保护及其后备保护的零序电流增加，从而使得一般反时限动作时间都减小。这两种情况下，均存在主保护和后备保护失去选择性配合的问题。由于一般反时限特性方程为t＝0.14K/(M^0.02-1)，M＝I/I_P，启动电流I_P通过整定计算而来，因此要保证主保护和后备保护的选择性配合，就只能增加K值，使保护的动作时间t增大，但此时速动性又要降低，由于t与K是线性关系，故而这种影响将非常明显，保护的速动性和选择性很难同时兼顾。对于这一问题，新型反时限零序电流保护可以提供一个较好的解决方案，即通过增加时间延迟T，使保护的动作时间相应增加，从而保证保护的选择性，由于最长动作时间为T+t_min，因此保护的速动性不会受到较大的影响。

实施例1：

一种反时限零序电流保护方法，该方法包括以下步骤：

A、建立反时限零序电流保护特性方程：

式(1)中，t为反时限零序电流保护动作时间，r、q、s为常数，3I₀为故障后零序电流，I_p为反时限零序电流保护启动定值；s的取值范围为0.1～1.9；

t_min与t_max相差时间级差T，T的取值范围为0.5s～1.5s，则最大动作时间t_max可表示为：

t_max＝T+t_min＝r-q (4)

通过式(2)与式(4)得到：

式(5)与式(6)中，Q＝3I_0.max/I_p；

通过式(5)与式(6)分别对q、r进行整定；

在微机中，对于的计算采用以下方法：

当s为整数时，通过直接计算获得；

当s为小数且s小于1时，通过分区查表法、曲线拟合法或泰勒展开法获得；

取Q＝20，T＝0.6s，t_min＝0.05s，分别对s＝0.5，s＝1.0和s＝1.5进行计算，得到如图1所示的反时限零序电流保护的时间–电流特性曲线。

从图1不难看出，当s＝1.0时，时间–电流曲线存在线性关系；当s为其他数值时，曲线的形状有所差异，不仅可以在保护之间的整定配合方面更为方便，而且保护的动作时间可以有效地控制在T+t_min之内，满足保护装置速动性的要求。

实施例2：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

取Q＝20，s＝0.5，t_min＝0.05s，并分别对T＝0.6s、T＝1.0s和T＝1.4s进行计算，得到如图2所示的反时限零序电流保护的时间–电流特性曲线。从图2可知，随着时间级差T的增加，反时限保护的动作时间也会逐渐增加。

假定保护1的I/I_P＝8，保护2的I/I_P＝12，则当T＝0.6s时，保护1的动作时间t₁＝0.334s，保护2的动作时间t₂＝0.224s，时间间隔△t＝0.11s；

当T＝1.0s时，保护1的动作时间t₁＝0.523s，保护2的动作时间t₂＝0.340s，时间间隔△t＝0.183s；

当T＝1.4s时，保护1的动作时间t₁＝0.713s，保护2的动作时间t₂＝0.456s，时间间隔△t＝0.257s；

若令继电保护装置配合的时间间隔为0.2s，则上述三个示例中只有T为1.4s时的动作值才满足要求，可见，为了保证保护动作的选择性，可以适当增加时间级差T，同时速动性也不会发生较大的变化，从而解决因分支支路和断路器不同期合闸带来的保护失配问题。

Claims

1.一种反时限零序电流保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、建立反时限零序电流保护特性方程：

式(1)中，t为反时限零序电流保护动作时间，r、q、s为常数，3I₀为故障后零序电流，I_p为反时限零序电流保护启动定值；

t_min与t_max相差时间级差T，则最大动作时间t_max可表示为：

t_max＝T+t_min＝r-q (4)

2.根据权利要求1所述的一种反时限零序电流保护方法，其特征在于：所述T的取值范围为0.5s～1.5s。

3.根据权利要求2所述的一种反时限零序电流保护方法，其特征在于：当主保护和后备保护的选择性失配时，通过增加时间级差T来增加反时限零序电流保护的最长动作时间T+t_min，以确保保护的速动性和选择性。

4.根据权利要求3所述的一种反时限零序电流保护方法，其特征在于：所述s的取值范围为0.1～1.9。

5.根据权利要求4所述的一种反时限零序电流保护方法，其特征在于：

先通过式(2)与式(4)得到：

式(5)与式(6)中，Q＝3I_0.max/I_p；

再通过式(5)与式(6)分别对q、r进行整定。

6.根据权利要求1–5中任意一项所述的一种反时限零序电流保护方法，其特征在于：在微机中，对于的计算采用以下方法：

当s为整数时，通过直接计算获得；