CN107872047A - 一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法，属于电力系统继电保护领域，包括：获取继电保护保护整定信息，包括：距离保护阻抗定值Z_zd、负荷限制电阻定值R_zd、线路正序阻抗角定值φ_zd、四个偏移阻抗角定值θ₁，θ₂，θ₃，θ₄和继电器负荷限制电阻标志flag；根据继电保护保护整定信息和多边形阻抗特性，得到整定边界；根据实际运行下电网的电气量，得到实际的阻抗值，判断实际的阻抗值是否在整定边界内部，实现继电保护定值校验。本发明解决了电网实际运行中多种运行方式下继电保护校验困难的问题，给实际工程中继电保护定值校验提供一种新的解决方法。

Description

一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，更具体地，涉及一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法。

背景技术

科学技术的发展日新月异，带来生产力大幅上升的同时，也带来了巨大的电力需求，迫使电网基建、改造项目大量投产，继电保护装置整定值的计算总是滞后于电网的发展；另一方面，随着电网调度运行技术的提高，电网可能在多种运行方式之间灵活切换，发电侧可能引入随机电源，负荷侧也逐步趋于可调度，电网结构的变化给现有的继电保护整定工作带来一定的困难。确保继电保护整定值能够兼顾电网运行的各种情况是一项相当重要的工作，目前主要通过在不同运行方式下进行继电保护整定值校验的方法，判断选取的继电保护整定值是否仍在可接受范围。

工程实际中缺乏一套统一的多边形阻抗整定校验的方法，导致继电器阻抗特性定值校验需要对每一个单独保护元件建模，大量重复的操作降低了校验效率，也给实际工程带来了许多不便。

由此可见，现有电网实际运行中存在多种运行方式下继电保护校验困难的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法，由此解决现有电网实际运行中存在多种运行方式下继电保护校验困难的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法，包括：

(1)获取继电保护保护整定信息，包括：距离保护阻抗定值Z_zd、负荷限制电阻定值R_zd、线路正序阻抗角定值φ_zd、四个偏移阻抗角定值θ₁，θ₂，θ₃，θ₄和继电器负荷限制电阻标志flag；

(2)根据继电保护保护整定信息和多边形阻抗特性，得到整定边界；

(3)根据实际运行下电网的电气量，得到实际的阻抗值，判断实际的阻抗值是否在整定边界内部，实现继电保护定值校验。

进一步的，整定边界为原点、A、B、C、D、E、F、G围成的区域，

所述A的坐标为：

所述B的坐标为：B(-min(R′，tan(θ₄)Z_zd sin(φ_zd))，Z_zdsin(φ_zd))

所述C的坐标为：C(Z_zdcos(θ₃)，Z_zd sin(φ_zd))

所述D的坐标为：

所述E的坐标为：

所述F的坐标为：

所述G的坐标为：

其中，x为D点横坐标，R′为横坐标的偏移门槛、X′为纵坐标的偏移门槛，θ₁为CD边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₂为OG边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₃为OC边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₄为OA边相对于纵坐标的偏移阻抗角定值。

进一步的，横坐标的偏移门槛为：R′＝min(0.5R_zd，0.5Z_zd)，纵坐标的偏移门槛为：X′＝max(5/In，0.25Z_zd)，其中，In为额定电流。

进一步的，步骤(3)的具体实现方式为：

根据实际运行下电网的电气量，得到实际的阻抗值，利用整定边界校验继电保护装置的可靠性，如果在最恶劣故障工况下，实际的阻抗值在整定边界内部时，距离保护阻抗定值符合实际运行下电网的要求，实际的阻抗值不在整定边界内部时，距离保护阻抗定值不符合实际运行下电网的要求；利用整定边界校验继电保护装置的灵敏性，如果在最恶劣正常工况下，实际的阻抗值在整定边界内部时，距离保护阻抗定值不符合实际运行下电网的要求，实际的阻抗值不在整定边界内部时，距离保护阻抗定值符合实际运行下电网的要求。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明根据继电保护保护整定信息和多边形阻抗特性，得到整定边界；根据实际运行下电网的电气量，得到实际的阻抗值，判断实际的阻抗值是否在整定边界内部，实现继电保护定值校验。本发明解决了电网实际运行中多种运行方式下继电保护校验困难的问题，给实际工程中继电保护定值校验提供一种新的解决方法。实现在多种运行方式下对距离保护整定值进行校验，避免孤立地对继电保护装置进行建模校验，节省了不必要的建模工作，方便运行人员统一对继电保护进行定值校验，确保电网继电保护能够适用多变的运行环境以及各种运行工况。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的多边形特性示意图；

图3是本发明实施例提供的多边形特性的特殊情况示意图；

图4是本发明实施例一提供的多边形特性示意图；

图5是本发明实施例二提供的多边形特性示意图；

图6是本发明实施例三提供的多边形特性示意图；

图7是本发明实施例四提供的多边形特性示意图；

图8是本发明实施例五提供的多边形特性示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法，包括：

(1)获取继电保护保护整定信息，包括：距离保护阻抗定值Z_zd、负荷限制电阻定值R_zd、线路正序阻抗角定值φ_zd、四个偏移阻抗角定值θ₁，θ₂，θ₃，θ₄和继电器负荷限制电阻标志flag；

(2)根据继电保护保护整定信息和多边形阻抗特性，得到整定边界；

(3)根据实际运行下电网的电气量，得到实际的阻抗值，判断实际的阻抗值是否在整定边界内部，实现继电保护定值校验。

如图2所示为多边形阻抗继电器的通用几何模型。考虑R′与X′的限制，分别会出现OA与BC相交、OG与EF相交的特殊情况，Z_zd、R_zd、Φ_zd分别为距离保护阻抗定值、负荷限制电阻定值、线路正序阻抗角定值，，θ₁为CD边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₂为OG边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₃为OC边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₄为OA边相对于纵坐标的偏移阻抗角定值。如图3所示。

A)对A点，若是图2的情况，则横坐标x_A＝-R′，纵坐标y_A＝R′cot(θ₄)，若是图3的情况，则横坐标x_A＝-tan(θ₄)Z_zd sin(φ_zd)，纵坐标y_A＝Z_zd sin(φ_zd)。

A的坐标为：

B)对B点，若是图2的情况，则横坐标x_B＝-R′，纵坐标y_B＝Z_zd sin(φ_zd)，若是图3的情况，则横坐标x_B＝-tan(θ₄)Z_zd sin(φ_zd)，纵坐标y_B＝Z_zd sin(φ_zd)；

B的坐标为：B(-min(R′，tan(θ₄)Z_zd sin(φ_zd))，Z_zd sin(φ_zd))

C)对C点，无论是图2还是图3，当θ₃≠90°，其坐标都是当θ₃＝90°，其坐标都是C(0，Z_zd sin(φ_zd))

D)对D点，其坐标与图2，图3的场景无关，但与横轴上的限制电阻(即E点横坐标)取值有关，假设flag＝1时，E点横坐标R_zd，flag＝0时，E点横坐标0.5R_zd，则当flag＝1时，有如下方程成立：

解得：

注意到tan(θ₃)不存在的情况，当θ₃＝90°时，

当flag＝0时，有如下方程成立：

解得：

注意到tan(θ₃)不存在的情况，当θ₃＝90°时，

D的坐标为：

E)对E点的坐标：

F)对F点，若是图2的情况，则在flag＝1时，x_F，1＝R_zd，y_F，1＝-X′；

在flag＝0时，x_F，0＝0.5R_zd，y_F，0＝-X′；若是图3的情况，则flag＝1时，，x_F，0＝R_zd，y_F，0＝-tan(θ₂)R_zd；在flag＝0时，x_F，0＝0.5R_zd，y_F，0＝-0.5tan(θ₂)R_zd；

F的坐标为：

G)对G点，同F点分四种情况分析，

G的坐标为：

其中，x为D点横坐标，R′为横坐标的偏移门槛、X′为纵坐标的偏移门槛。

H)对H点的坐标为：

H(-R′，-X′)

实例一：已知：Z_zd、R_zd、Φ_zd分别为距离保护阻抗定值、负荷限制电阻定值、线路正序阻抗角定值，，θ₁为CB边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₂为OE边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₃为OC边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₄为OD边相对于纵坐标的偏移阻抗角定值。如图4所示。各段距离元件动作特性均为多边形特性如上图所示。各段相间、接地距离元件分别计算X分量的电抗值和R分量的电阻值。动作边界倾斜角固定。

求B点过程：设B(x，y)

则：A(R_zd，0)、C(0，X_zd)、D(-tan(15°)X_zd，X_zd)、E(R_zd，-tan(15°)R_zd)

y＝tan(60°)(x-R_zd)

y-X_zd＝tan(7°)x

则联立得B的坐标

y＝tan(60°)(x-R_zd)

其中整定边界为实线包围的部分：原点、A、B、C、D、E围成的区域。

实例二：已知：距离保护阻抗定值Z_zd，负荷限制电阻定值R_zd，线路正序阻抗角定值Φ_zd，额定电流In(CT二次侧电流(A))，θ₁为CD边相对于横坐标轴的偏移阻抗角定值，θ₂为OG边相对于横坐标轴的偏移阻抗角定值，θ₃为OC边相对于横坐标轴的偏移阻抗角定值，θ₄为OA边相对于纵坐标轴的偏移阻抗角定值。如图5所示。

R分量的偏移门槛取：R′＝min(0.5R_zd，0.5Z_zd)

X分量的偏移门槛取值与额定电流In有关：X′＝max(5/In，0.25Z_zd)

额定电流5A时，取1Ω、0.25倍接地距离I段阻抗定值的较大值；

额定电流1A时，取5Ω、0.25倍接地距离I段阻抗定值的较大值。

偏移阻抗I、II段元件在动作特性平面第一象限右上角有下倾，下倾角为12°。

则可知以下各点的坐标：

A(-R′，R′cotan(45°))、B(-R′，Z_zdsin(φ_zd))、C(Z_zdcos(φ_zd)，Z_zd sin(φ_zd))、E(R_zd，0)、F(R_zd，-X′)、G(X′/tan(25°)，-X′)、H(-R′，-X′)

需要求解D点的坐标。设D(x，y)

y＝tan(φ_zd)(x-R_zd)

y-Z_zd sin(φ_zd)＝-tan(12°)(x-Z_zdcos(φ_zd))

则联立得D的坐标

y＝tan(φ_zd)(x-R_zd)

其中整定边界为实线包围的部分为：原点、A、B、C、D、E、F、G围成的区域。

实例三：输入值：Z_zd、R_zd、Φ_zd分别为距离保护阻抗定值、负荷限制电阻定值、线路正序阻抗角定值，θ₁为CD边相对于横坐标轴的偏移阻抗角定值，θ₂为OG边相对于横坐标轴的偏移阻抗角定值，θ₃为OC边相对于横坐标轴的偏移阻抗角定值，θ₄为OA边相对于纵坐标轴的偏移阻抗角定值。R’、X’的取值范围同“四边形阻抗继电器2”中R’、X’取值。

相间距离R轴动作边界取负荷限制电阻定值的一半，相间距离电抗线下倾角为24°，如图6所示。

则可知以下各点的坐标：

A(-R′，R′cotan(45°))、B(-R′，Z_zdsin(φ_zd))、C(Z_zd cos(φ_zd)，Z_zdsin(φ_zd))、E(0.5R_zd，0)、F(0.5R_zd，-X′)、G(X′/tan(25°)，-X′)、H(-R′，-X′)

需要求解D点的坐标。设D(x，y)

y＝tan(φ_zd)(x-0.5R_zd)

y-Z_zd sin(φ_zd)＝-tan(24°)(x-Z_zd cos(φ_zd))

则联立得D的坐标

y＝tan(φ_zd)(x-0.5R_zd)

其中整定边界为实线包围的部分为：原点、A、B、C、D、E、F、G围成的区域。

实例四：输入值：Z_zd、R_zd、Φ_zd分别为距离保护阻抗定值、负荷限制电阻定值、线路正序阻抗角定值，，θ₁为BC边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₂为OF边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₃为纵坐标轴边相对于横坐标轴的偏移阻抗角定值，θ₄为OA边相对于纵坐标轴的偏移阻抗角定值。R’、X’的取值范围同“四边形阻抗继电器2”中R’、X’取值，如图7所示

可知以下各点的坐标：A(-R′，R′cotan(45°))、B(-R′，Z_zd sin(φ_zd))、 D(R_zd，0)、E(R_zd，-X)、G(-R′，-X′)、F(X′/tan(25°)，-X′)，

需要求解C点的坐标。设C(x，y)

y＝tan(φ_zd)(x-R_zd)

y＝Z_zd sin(φ_zd)

则联立得D的坐标

y＝Z_zd sin(φ_zd)

其中整定边界为实线包围的部分为：原点、A、B、C、D、E、F围成的区域。

实例五：输入值：Z_zd、R_zd、Φ_zd分别为距离保护阻抗定值、负荷限制电阻定值、线路正序阻抗角定值，θ₁为BC边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₂为OF边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₃为纵坐标轴相对于横坐标轴的偏移阻抗角定值，θ₄为OA边相对于纵坐标轴的偏移阻抗角定值。R’、X’的取值范围同“四边形阻抗继电器2”中R’、X’取值，相间距离R轴动作边界取负荷限制电阻定值的一半，如图8所示。

可知以下各点的坐标：A(-R′，R′cotan(45°))、B(-R′，Z_zd sin(φ_zd))、 D(0.5R_zd，0)、E(0.5R_zd，-X′)、F(X′/tan(25°)，-X′)、G(-R′，-X′)，其中，

需要求解C点的坐标。设C(x，y)

y＝tan(φ_zd)(x-0.5R_zd)

y＝Z_zd sin(φ_zd)

则联立得C的坐标

y＝Z_zd sin(φ_zd)

其中整定边界为实线包围的部分为：原点、A、B、C、D、E、F围成的区域。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法，其特征在于，包括：

(1)获取继电保护保护整定信息，包括：距离保护阻抗定值Z_zd、负荷限制电阻定值R_zd、线路正序阻抗角定值φ_zd、四个偏移阻抗角定值θ₁，θ₂，θ₃，θ₄和继电器负荷限制电阻标志flag；

(2)根据继电保护保护整定信息和多边形阻抗特性，得到整定边界；

(3)根据实际运行下电网的电气量，得到实际的阻抗值，判断实际的阻抗值是否在整定边界内部，实现继电保护定值校验。

2.如权利要求1所述的一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法，其特征在于，所述整定边界为原点O、A、B、C、D、E、F、G围成的区域，

所述A的坐标为：

所述B的坐标为：B(-min(R′，tan(θ₄)Z_zdsin(φ_zd))，Z_zdsin(φ_zd))

所述C的坐标为：C(Z_zdcos(θ₃)，Z_zdsin(φ_zd))

所述D的坐标为：

所述E的坐标为：

所述F的坐标为：

所述G的坐标为：

其中，x为D点横坐标，R′为横坐标的偏移门槛、X′为纵坐标的偏移门槛，θ₁为CD边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₂为OG边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₃为OC边相对于横坐标的偏移阻抗角定值，θ₄为OA边相对于纵坐标的偏移阻抗角定值。

3.如权利要求2所述的一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法，其特征在于，所述横坐标的偏移门槛为：R′＝min(0.5R_zd，0.5Z_zd)，纵坐标的偏移门槛为：X′＝max(5/In，0.25Z_zd)，其中，In为额定电流。

4.如权利要求2所述的一种基于多边形阻抗特性的继电保护定值校验方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体实现方式为：

根据实际运行下电网的电气量，得到实际的阻抗值，利用整定边界校验继电保护装置的可靠性，如果在最恶劣故障工况下，实际的阻抗值在整定边界内部时，距离保护阻抗定值符合实际运行下电网的要求，实际的阻抗值不在整定边界内部时，距离保护阻抗定值不符合实际运行下电网的要求；利用整定边界校验继电保护装置的灵敏性，如果在最恶劣正常工况下，实际的阻抗值在整定边界内部时，距离保护阻抗定值不符合实际运行下电网的要求，实际的阻抗值不在整定边界内部时，距离保护阻抗定值符合实际运行下电网的要求。