CN109347069B

CN109347069B - 一种控制220kV线路零序IV段保护的方法及系统

Info

Publication number: CN109347069B
Application number: CN201811113889.9A
Authority: CN
Inventors: 晋龙兴; 肖硕霜
Original assignee: Shenzhen Power Supply Bureau Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Power Supply Bureau Co Ltd
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: CN109347069A

Abstract

本发明提供一种控制220kV线路零序IV段保护的方法，包括根据励磁涌流的零序电流的幅值的固有特性，构建预置时间段内的闭锁曲线并进行时间积分，得到电流理论幅值积分值；获取预置时间段内实际零序电流的幅值随时间变化的曲线并进行时间积分，得到电流实际幅值积分值；将电流实际幅值积分值与电流理论幅值积分值进行对比，确定220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况及其对应的控制；其中，实际零序电流产生为高阻接地故障情况时保护继续维持，而为励磁涌流情况时立刻闭锁。实施本发明，不受电压合闸角、主变剩磁、主变参数、系统运行方式等因素影响，能实现高阻接地故障情况下的保护正常以及励磁涌流情况下的保护闭锁。

Description

一种控制220kV线路零序IV段保护的方法及系统

技术领域

本发明涉及220kV线路零序保护技术领域，尤其涉及一种控制220kV线路零序IV段保护的方法及系统。

背景技术

高压内置型高阻抗变压器设计成本较低、运行损耗小、抗短路能力强，在工程中逐渐开始应用。但是，高压内置型高阻抗变压器作为主变，当其实现空载合闸时，所产生的励磁涌流具有幅值高、衰减慢的特征，而该特征会造成以下几个方面的不利影响：第一、励磁涌流可能导致主变零序电流或相过流保护误动，跳开主变变高开关，导致主变不能正常送电；第二、各相励磁涌流为非对称非正弦的谐波电流，其产生的零序电流可能导致220kV线路或220kV母联开关的零序保护误动；第三、220kV备自投动作后，励磁涌流产生的零序电流可能导致投入的220kV电源线路的零序IV段保护误动，造成220kV变电站全站失压。由此可见，上述不利因素的影响将增加电网运行风险，推迟基建工程投产时间，也可能带来更换主变的经济损失。因此，有必要对主变空载合闸及其所产生的励磁涌流进行抑制控制。

目前，通过在主变变高开关上安装涌流抑制器可以一定程度缓解主变变高开关不能合闸的问题，但无法解决220kV线路零序IV段保护误动的问题。由于220kV线路零序IV段保护作为零序电流保护的最末段，其主要作用是保证线路经大过渡电阻接地时保护能可靠动作，但不能通过提高整定值的方法来避免其误动。因此，亟需研究在励磁涌流情况下控制220kV线路零序Ⅳ段保护的方法，尤其是励磁涌流情况下能够闭锁220kV线路零序Ⅳ段保护而避免误动的方法。

在现有技术中，励磁涌流闭锁方法有二次谐波闭锁和波形识别闭锁，但二者均主要用于主变差动保护中，却难以用于220kV线路零序IV段保护中，主要原因有以下三点：(1)在220kV线路零序IV段保护中，存在的高阻接地故障一般为输电线路对临近树枝放电或高压输电线路断线直接掉落在地面，而高阻接地期间的不稳定电弧也可能产生谐波，若采用现有的励磁涌流闭锁方法则识别出错，导致保护闭锁；(2)在220kV线路零序IV段保护中，空载合闸时励磁涌流产生的零序电流为三相励磁涌流之和，其涌流特征减弱，导致无法闭锁保护而出现误动；(3)在220kV线路零序IV段保护中，某些情况下励磁涌流可能导致电流互感器饱和，即可能导致励磁涌流间断角消失，也导致无法闭锁保护而出现误动。此外，励磁涌流还受电压合闸角、主变剩磁、主变参数、系统运行方式等因素影响，其产生零序电流的二次谐波比例及波形特征难以用固定的数值衡量。

因此，有必要提供一种在励磁涌流情况下控制220kV线路零序Ⅳ段保护的方法，该方法不受电压合闸角、主变剩磁、主变参数、系统运行方式等因素影响，能实现高阻接地故障情况下的保护正常以及励磁涌流情况下的保护闭锁，从而降低电网风险。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种控制220kV线路零序IV段保护的方法及系统，不受电压合闸角、主变剩磁、主变参数、系统运行方式等因素影响，能实现高阻接地故障情况下的保护正常以及励磁涌流情况下的保护闭锁，从而降低电网风险。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种控制220kV线路零序IV段保护的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、根据220kV线路零序IV段保护出现励磁涌流情况下，励磁涌流所产生的零序电流的幅值的固有特性，构建位于预置时间段内的闭锁曲线，并以时间为变量对位于所述预置时间段内的闭锁曲线进行积分，得到电流理论幅值积分值；其中，所述预置时间段为220kV线路零序IV段保护从启动至其上所设的保护时间定值完成的整段时间或之中一区域时间；

步骤S2、获取所述预置时间段内220kV线路零序IV段上流过的实际零序电流的幅值随时间变化的曲线，并以时间为变量对所获取到的位于所述预置时间段内的实际零序电流的幅值随时间变化的曲线进行积分，得到电流实际幅值积分值；

步骤S3、将所得到的电流实际幅值积分值与所得到的电流理论幅值积分值进行对比，且根据对比结果，确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况及其对应采用的控制方式；其中，所述产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的或由励磁涌流引起的；所述当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，则220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持；所述当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，则220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁；

其中，所述步骤S3具体包括：

若所得到的电流实际幅值积分值大于所得到的电流理论幅值积分值，则确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，以及220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持；

若所得到的电流实际幅值积分值小于所得到的电流理论幅值积分值，则确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，以及220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁。

其中，所述步骤S1中的励磁涌流所产生的零序电流的幅值的固有特性为励磁涌流所产生的零序电流的幅值在所述预置时间段内随时间增大而逐渐减少，形成随时间变化的下凹曲线的特性。

本发明实施例还提供了一种控制220kV线路零序IV段保护的系统，所述系统包括：

电流理论幅值积分计算单元，用于根据220kV线路零序IV段保护出现励磁涌流情况下，励磁涌流所产生的零序电流的幅值的固有特性，构建位于预置时间段内的闭锁曲线，并以时间为变量对位于所述预置时间段内的闭锁曲线进行积分，得到电流理论幅值积分值；其中，所述预置时间段为220kV线路零序IV段保护从启动至其上所设的保护时间定值完成的整段时间或之中一区域时间；

电流实际幅值积分计算单元，用于获取所述预置时间段内220kV线路零序IV段上流过的实际零序电流的幅值随时间变化的曲线，并以时间为变量对所获取到的位于所述预置时间段内的实际零序电流的幅值随时间变化的曲线进行积分，得到电流实际幅值积分值；

对比及保护控制单元，用于将所得到的电流实际幅值积分值与所得到的电流理论幅值积分值进行对比，且根据对比结果，确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况及其对应采用的控制方式；其中，所述产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的或由励磁涌流引起的；所述当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持；所述当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁；

其中，所述对比及保护控制单元包括：

第一保护控制模块，用于若所得到的电流实际幅值积分值大于所得到的电流理论幅值积分值，则确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，以及220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持；

第二保护控制模块，用于若所得到的电流实际幅值积分值小于所得到的电流理论幅值积分值，则确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，以及220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁。

其中，所述励磁涌流所产生的零序电流的幅值的固有特性为励磁涌流所产生的零序电流的幅值在所述预置时间段内随时间增大而逐渐减少，形成随时间变化的下凹曲线的特性。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明利用励磁涌流产生的零序电流幅值固有的下凹衰减特性，构造了220kV线路零序IV段保护保护从启动至其上所设的保护时间定值完成的整段时间或之中一区域时间内的闭锁曲线，并当实际的零序电流幅值对时间的积分小于该闭锁曲线对时间的积分时，则确定励磁涌流引起的，并闭锁220kV线路零序IV段保护，反之确定高阻接地故障引起的，并继续维持220kV线路零序IV段保护。由于本发明的闭锁判据是基于实际零序电流波形数值的浮动判据，不受电压合闸角、剩磁、主变参数、系统方式影响，实现简单，投资小，且可有效利用电网资产，有利于降低电网风险，对推广高压内置型高阻抗变压器的全面应用具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的控制220kV线路零序IV段保护的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的控制220kV线路零序IV段保护的方法中零序电流分别在励磁涌流及高阻接地故障引起时的幅值随时间变化的曲线对比图；

图3为本发明实施例提供的控制220kV线路零序IV段保护的方法中零序电流分别在励磁涌流及高阻接地故障引起时的幅值随时间变化的曲线以及所构建的闭锁曲线形成的对比图；

图4为本发明实施例提供的控制220kV线路零序IV段保护的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种控制220kV线路零序IV段保护的方法，所述方法包括以下步骤：

具体过程为，励磁涌流产生的零序电流随时间的衰减特性主要取决了励磁涌流中直流分量的衰减特性，其近似表达式，如式(1)所示。

式(1)中，i_DC为直流分量，Φ_res为主变剩磁，Φ_m为主变稳态磁通幅值，L为整个等效回路的电感。

由于在t∈(0,∞)，

为下凹函数，故励磁涌流产生的零序电流具有下凹函数衰减特性，即励磁涌流所产生的零序电流的幅值的固有特性为励磁涌流所产生的零序电流的幅值在预置时间段内随时间增大而逐渐减少，形成随时间变化的下凹曲线的特性。

如图2所示，为零序电流分别在励磁涌流及高阻接地故障引起时的幅值随时间变化的曲线对比图。图2中，t_set为220kV线路零序IV段上预设的保护时间定值；I_0.cs为220kV线路零序IV段上保护装置启动后，零序电流第一个周波的最高幅值；I_0.zh为220kV线路零序IV段上保护装置启动后，零序电流在保护时间定值t_set对应周波的幅值；I_0.yl(t)为励磁涌流产生的零序电流的幅值随时间变化的曲线；S₁为在0-t_set时间范围内，I_0.yl(t)对时间的积分，即I_0.yl(t)曲线面积；I_0.gz(t)为高阻接地故障产生的零序电流的幅值随时间变化的曲线；S₃为在0-t_set时间范围内，I_0.gz(t)对时间的积分，即I_0.gz(t)曲线面积。

因此，从图2中可以看出，若该零序电流是由励磁涌流引起的，其面积为S₁，；若该零序电流是由高阻接地故障引起的，其面积为S₃。随着时间推移，励磁涌流产生的零序电流幅值是逐渐衰减的，但高阻接地故障产生的零序电流的幅值基本不变，因此，S₁<S₃必然成立。

同时，在数学理论中，下凹函数满足式(2)规律：

据此，在图2中的I_0.yl(t)曲线上方选择一个点(t_x，I_o.y)。由(0，I_0.cs)、(t_x，I_o.y)、(t_set，I_0.yl(t_set))构成的曲线I_0.bs(t)，必然存在S₁<S₂，如图3所示。在图3中，I_0.bs(t)为构造的位于0-t_set时间范围内的闭锁曲线；S₂为在0-t_set时间范围内I_0.bs(t)对时间的积分，即电流理论幅值积分值，I_0.bs(t)曲线面积。

应当说明的是，闭锁曲线I_0.bs(t)当前所选的预置时间段为220kV线路零序IV段保护从启动至其上所设的保护时间定值完成的整段时间，即0-t_set时间范围内。当然，还可以在0-t_set时间范围内选择一个区间时间作为预置时间段，并取相应的3个点的坐标来构建曲线I_0.bs(t)。

0-t_set时间范围内为预置时间段，首先选取t_x，根据整定计算规程和现场实际整定情况，t_set>3，可取t_x＝3。励磁涌流产生的零序电流随时间的衰减程度可用励磁涌流随时间的衰减程度衡量。利用励磁涌流实用计算公式估算t_x＝3时零序电流幅值衰减程度，如式(3)-(7)所示；

式(3)-(7)中，θ_J·k为第k个涌流周期的间断角；U_m主变高压侧母线电压幅值，Z为整个等效回路的阻抗，

为Z的阻抗角，θ为时间对应的角度，α为合闸角，i_k(θ)为励磁涌流在第k个周期内θ对应的瞬时值。

在系统大方式，主变为高压内置型阻抗变压器，主变剩磁为0.7倍稳态磁通幅值、合闸角为0°时，励磁涌流最严重，其衰减最慢。

相关取值具体为：实际高阻抗变压器的数据Z_th＝0.17+j39.46，实现系统大方式，得到Z_s＝0.26+j3.65。Φ_m＝Φ_sat，Φ_res＝0.7Φ_m，α＝0。在第k个周期内涌流幅值出现在θ＝π的时刻，将上述参数代入公式(3)-(7)，可得到

I_0.y＝i₁₅₀(π)＝0.7I_0.cs。

在仿真录波和现场实际录波中选取三个波形分析，这三个波形在3秒内的衰减程度，如下表1所示：

表1

波形类型	仿真波形	现场波形1	现场波形2
				I<sub>0.y</sub>/I<sub>0.cs</sub>	0.28	0.39	0.38

由表1可知，在t_x＝3时，在最严重情况下估算的零序电流幅值既与高阻接地故障产出的零序电流幅值有0.3I_0.cs的裕度，也与高压内置型高阻抗变压器励磁涌流产出的零序电流幅值有0.3I_0.cs的裕度。因此，可以根据幅值对时间积分所得的面积进行对比，能够可靠的区分出高阻接地故障情况产生的零序电流和励磁涌流情况产生的零序电流。

根据(0，I_0.cs)、(3，0.7I_o.cs)、(t_set，I_0.zh)三个点的坐标信息，推导出闭锁曲线I_0.bs(t)曲线方程如式(8)所示：

根据式(8)和梯形面积计算公式，推导出电流理论幅值积分值S₂，如式(9)所示：

S₂＝1.5I_o.cs-1.5I_o.zh+t_set(0.35I_o.cs+0.5I_o.zh) (9)；

由式(9)可知，构造的闭锁曲线积分，即电流理论幅值积分值S₂是零序电流第一个周期幅值和t_set对应周期幅值的线性函数，即S₂为浮动门槛，可以自适应各种励磁涌流情况和高阻接地故障情况。

具体过程为，将220kV线路零序IV段保护的实际零序电流幅值曲线，记为I_0.sj(t)，根据积分计算公式，推导出预置时间段为0-t_set时间范围内的电流实际幅值积分值S_sj，如式(10)所示。

步骤S3、将所得到的电流实际幅值积分值与所得到的电流理论幅值积分值进行对比，且根据对比结果，确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况及其对应采用的控制方式；其中，所述产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的或由励磁涌流引起的；所述当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持；所述当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁。

具体过程为，若所得到的电流实际幅值积分值大于所得到的电流理论幅值积分值，即S_sj>S₂，则确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，以及220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持。

若所得到的电流实际幅值积分值小于所得到的电流理论幅值积分值，即S_sj<S₂，则确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，以及220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁。

如图4所示，为本发明实施例中，提供的一种控制220kV线路零序IV段保护的系统，所述系统包括：

电流理论幅值积分计算单元110，用于根据220kV线路零序IV段保护出现励磁涌流情况下，励磁涌流所产生的零序电流的幅值的固有特性，构建位于预置时间段内的闭锁曲线，并以时间为变量对位于所述预置时间段内的闭锁曲线进行积分，得到电流理论幅值积分值；其中，所述预置时间段为220kV线路零序IV段保护从启动至其上所设的保护时间定值完成的整段时间或之中一区域时间；

电流实际幅值积分计算单元120，用于获取所述预置时间段内220kV线路零序IV段上流过的实际零序电流的幅值随时间变化的曲线，并以时间为变量对所获取到的位于所述预置时间段内的实际零序电流的幅值随时间变化的曲线进行积分，得到电流实际幅值积分值；

对比及保护控制单元130，用于将所得到的电流实际幅值积分值与所得到的电流理论幅值积分值进行对比，且根据对比结果，确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况及其对应采用的控制方式；其中，所述产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的或由励磁涌流引起的；所述当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持；所述当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁。

其中，所述对比及保护控制单元130包括：

第一保护控制模块1301，用于若所得到的电流实际幅值积分值大于所得到的电流理论幅值积分值，则确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，以及220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持。

其中，所述对比及保护控制单元130还包括：

第二保护控制模块1302，用于若所得到的电流实际幅值积分值小于所得到的电流理论幅值积分值，则确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，以及220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种控制220kV线路零序IV段保护的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

其中，所述步骤S3具体包括：

2.如权利要求1所述的控制220kV线路零序IV段保护的方法，其特征在于，所述步骤S1中的励磁涌流所产生的零序电流的幅值的固有特性为励磁涌流所产生的零序电流的幅值在所述预置时间段内随时间增大而逐渐减少，形成随时间变化的下凹曲线的特性。

3.一种控制220kV线路零序IV段保护的系统，其特征在于，所述系统包括：

对比及保护控制单元，用于将所得到的电流实际幅值积分值与所得到的电流理论幅值积分值进行对比，且根据对比结果，确定出220kV线路零序IV段保护上当前产生实际零序电流的状况及其对应采用的控制方式；其中，所述产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的或由励磁涌流引起的；所述当前产生实际零序电流的状况是由高阻接地故障引起的，则220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为继续维持；所述当前产生实际零序电流的状况是由励磁涌流引起的，则220kV线路零序IV段保护采用的控制方式为立刻闭锁；

其中，所述对比及保护控制单元包括：

4.如权利要求3所述的控制220kV线路零序IV段保护的系统，其特征在于，所述励磁涌流所产生的零序电流的幅值的固有特性为励磁涌流所产生的零序电流的幅值在所述预置时间段内随时间增大而逐渐减少，形成随时间变化的下凹曲线的特性。