CN109713648A - 快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，应用于输配电网络为110kV及以下电压等级变电站一次主接线中只有一台变压器的内桥接线，包括进线1、进线2两路电源，进线1上串接有断路器1DL、电流互感器TA1和I段母线，进线2上串接有断路器2DL、电流互感器TA2和II段母线，I段母线、II段母线分别接有电压互感器TV1和电压互感器TV2,两段母线之间有电流互感器TA3和110kV内桥的断路器3DL，同时，II段母线下接有一台2号主变；在电流互感器TA3和断路器3DL发生死区故障时的跳闸控制中，对于三种运行方式，分别设定各自继电保护方法的条件。本发明不但能准确切除TA3和3DL之间死区故障，而且还可维持II段母线的继续运行，保障持续正常供电。

Description

快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法

技术领域

本发明涉及一种快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，属于电力输配电网 络的控制技术领域。

背景技术

电网110kV及以下变电站高压侧多采用内桥接线方式，有两路电源进线线路及两台变压 器，两段母线分裂运行或两进线电源一主供一备供运行，采用高压侧备用电源自动投入装置 作为提高供电可靠性的措施。但其中有部分变电站高压侧接线完备，而主变压器没有上齐全。 发明专利ZL201510415429.1“基于不完整一次主接线的内桥备用电源自动投入装置改进方 法”中提出了备自投装置的改进逻辑方案，通过未上主变高压侧母线故障的电压电流判据， 提出针对内桥接线的三种不同运行方式下改进型备自投装置动作逻辑，有效切除并隔离故障， 快速恢复对用户正常供电，提高供电可靠性，避免全站失电事故的发生。本发明针对的是内 桥断路器死区故障的情况，提出一种快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护。

所谓内桥断路器死区故障系指发生在内桥断路器与该侧变压器差动保护使用的电流互 感器(以下简称TA3)之间的短路故障(如图1所示)。虽然故障侧的主变差动保护和电源侧 线路保护动作，跳开变压器各侧断路器及电源侧线路断路器，使故障切除，但会引起故障停 电范围的扩大，造成不必要的停电损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，提供一 种动作灵活、接线简单、供电可靠性强的死区故障的继电保护方法，使其满足110kV及以下 一次设备配置不完整的内桥接线变电站，在死区故障情况下，较大程度地降低变电站全站失 电的发生，保障对用户的持续正常供电。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，应用于输配电网络为110kV 及以下电压等级变电站一次主接线中只有一台变压器的内桥接线，包括进线1、进线2两路 电源，进线1上串接有断路器1DL、电流互感器TA1和I段母线，进线2上串接有断路器2DL、 电流互感器TA2和II段母线，I段母线、II段母线分别接有电压互感器TV1和电压互感器TV2, 两段母线之间有电流互感器TA3和110kV内桥的断路器3DL，同时，II段母线下接有一台2 号主变；在电流互感器TA3和断路器3DL发生死区故障时的跳闸控制中，对于三种运行方式， 分别设定各自继电保护方法的条件：

1.运行方式1

1.1准备阶段

断路器lDL、断路器2DL为合闸运行状态，断路器3DL为热备用状态；110kV备自投投入，当断路器3DL满足充电条件时则充电，不满足条件时则立即彻底放电，满足充电条件后重新充电；

1.2动作过程

条件一：2号主变差动保护动作启动；

条件二：进线1保护动作启动；

条件三：对于电流互感器TA3，下述任一情况成立：

1)A相电流大于整定值；

2)B相电流大于整定值；

3)C相电流大于整定值；

4)零序电流大于整定值；

条件四：对于I段母线，下述任一情况成立：

1)A相电压小于整定值，且A相电流大于整定值；

2)B相电压小于整定值，且B相电流大于整定值；

3)C相电压小于整定值，且C相电流大于整定值；

4)零序电压大于整定值，且零序电流大于整定值；

当上述条件全部满足时，延时一个t1定值(如150ms)后启动跳断路器1DL，闭锁110kV 备自投动作和断路器3DL合闸，切除电流互感器TA3和断路器3DL之间的死区故障，II段 母线持续正常供电；

2.运行方式2

2.1准备阶段

断路器2DL、断路器3DL为合闸运行状态，断路器1DL为热备用状态；110kV备自投投入，当断路器1DL满足充电条件时则充电，不满足条件时则立即彻底放电，满足充电条件后重新充电；

2.2动作过程

2.2.1第一阶段110kV内桥的断路器3DL跳闸逻辑为：

条件一：进线2保护动作启动；

条件二：2号主变差动保护动作启动；

条件三：对于I段或II段母线，下述任一情况成立：

1)A相电压小于整定值；

2)B相电压小于整定值；

3)C相电压小于整定值；

4)零序电压大于整定值；

当上述条件全部满足时，启动跳断路器3DL；

2.2.2第二阶段死区故障判断逻辑为：

条件一：断路器3DL在跳闸位置；

条件二：进线2保护动作已返回；

条件三：2号主变差动保护动作启动已返回；

条件四：对于II段母线，其各相电压和零序电压均未达到整定值；

当上述条件全部满足时，则电流互感器TA3和断路器3DL之间的死区故障已切除，闭 锁110kV备自投动作和断路器1DL合闸，同时阻止2号主变差动保护动作跳闸；

3.运行方式3

3.1准备阶段

断路器1DL、断路器3DL为合闸运行状态，断路器2DL为热备用状态；110kV备自投投入，当断路器2DL满足充电条件时则充电，不满足条件时则立即彻底放电，满足充电条件后重新充电；

3.2动作过程

3.2.1第一阶段110kV内桥的断路器3DL跳闸逻辑为：

条件一：进线1保护动作启动；

条件二：2号主变差动保护动作启动；

条件三：对于I母线、II段母线，下述任一情况成立：

1)A相电压小于整定值，且A相电流大于整定值；

2)B相电压小于整定值，且B相电流大于整定值；

3)C相电压小于整定值，且C相电流大于整定值；

4)零序电压大于整定值，且零序电流大于整定值；

3.2.2第二阶段死区故障判断逻辑为：

条件一：断路器3DL在跳闸位置；

条件二：进线1保护动作启动未返回；

条件三：2号主变差动保护动作启动未返回；

条件四：对于I段母线，下述任一情况成立：

1)A相电压小于整定值，且A相电流大于整定值；

2)B相电压小于整定值，且B相电流大于整定值；

3)C相电压小于整定值，且C相电流大于整定值；

4)零序电压大于整定值，且零序电流大于整定值；

当上述条件全部满足时，启动跳断路器1DL，合断路器2DL，切除电流互感器TA3和断路器3DL之间的死区故障，II段母线持续供电。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其中A相、B相、C相的电压整 定值按30％-60％额定相电压整定。

前述快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其中零序电压整定值按躲过最 大不平衡电压整定。

前述快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其中A相、B相、C相的电流整 定值I_zd按躲过本变电所主变压器中、低压母线故障流过本保护装置的最大短路电流整定：

式中，K_k为可靠系数，一般取1.3-1.5；为系统最大方式运行时本变电所主变压器 中、低压母线故障流过本保护装置的最大短路电流。

前述快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其中零序电流整定值I_zd按本变 电所110kV母线故障有足够的灵敏度整定：

式中，K_lm为灵敏系数，一般取1.5；为系统最小方式本变电所110kV母线单相接 地短路电流流过本保护装置的3倍零序电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明快速切除不完整内桥接线死区故障的继 电保护方法不但能准确切除TA3和3DL之间发生的死区故障，而且还可维持II段母线的继续 运行。本发明满足110kV及以下一次设备配置不完整的内桥接线变电站，在死区故障情况下， 较大程度地降低变电站全站失电的发生，保障对用户的持续正常供电。

附图说明

图1是110kV及以下变电站内桥接线运行方式1；

图2是运行方式1下快速切除不完整内桥接线死区故障的动作逻辑；

图3是110kV及以下变电站内桥接线运行方式2；

图4是运行方式2下快速切除不完整内桥接线死区故障的动作逻辑；

图5是110kV及以下变电站内桥接线运行方式3；

图6是运行方式3下快速切除不完整内桥接线死区故障的动作逻辑；

-表示逻辑与关系，即输入条件全部满足时，输出有效；

-表示逻辑或关系，即输入条件任一满足时，输出有效；

-表示条件全部满足时延时t1时间输出有效；条件任一不满足时立即返回。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明的方法所应用的输配电网络为110kV及以下电压等级变电站一次主接线中只有一 台变压器的内桥接线如图1所示，包括进线1、进线2两路电源，进线1上串接有断路器1DL、 电流互感器TA1和I段母线，进线2上串接有断路器2DL、电流互感器TA2和II段母线，I 段、II段母线分别接有电压互感器TV1和电压互感器TV2,两段母线之间有电流互感器TA3和 断路器3DL，同时，II段母线下接有一台主变压器(即2号主变)。下面给出本发明方法应用 于一次设备配置不完整内桥接线的实施例：

1.运行方式1控制：

当一次运行方式(如图1)为进线1、进线2运行(断路器1DL、断路器2DL合位)，内 桥3DL热备用，高压侧备自投投入，2号主变的差动保护范围为断路器2DL、断路器3DL以下 至该主变低压侧次总断路器之间的各侧TA。

1.1当进线1保护动作，且2号主变差动保护动作时，若为单一故障，可判断为TA3和3DL之间的死区故障。为甄别单一故障故障还是复合故障，采取如下技术手段：

(1)a、取电流互感器TA3的A相、B相、C相电流值进行检测，当任一相电流值大于整定值，且对应的电压互感器TV1的A相、B相、C相电压值小于整定值时，判断为TA3和3DL 之间发生了相间短路死区故障；

b、取电流互感器TA3的零序电流进行检测，当零序电流值大于整定值，且TV1测得零序 电压值大于整定值时，判断为TA3和3DL之间发生了接地短路死区故障；

结合a、b分析，提出快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护动作逻辑如下(相应 的逻辑框图如图2所示)：

1)TV1测得A相电压小于整定值，且TA3测得A相电流大于整定值；

2)TV1测得B相电压小于整定值，且TA3测得B相电流大于整定值；

3)TV1测得C相电压小于整定值，且TA3测得C相电流大于整定值；

4)TV1测得零序电压大于整定值，且TA3测得零序电流大于整定值。

当上述任一条件满足时，在进线1保护动作启动且2号主变差动保护动作启动的情况下， 经过必要的延时(如150ms)启动跳1DL断路器，闭锁110kV备自投动作和3DL断路器合闸， 切除TA3和3DL之间的死区故障，保持对II段母线持续正常供电。

1.2复合故障不具备上述特征，按正常动作逻辑动作。

2.运行方式2控制：

当一次运行方式(如图3所示)为进线1热备用(断路器1DL分位)，进线2运行(断路器2DL合位)，内桥3DL运行，高压侧备自投投入。

2.1当进线2保护动作，且2号主变差动保护动作时，若为单一故障，需甄别主变差动 范围内故障或是死区故障。同时也可能是复合故障，采取如下技术手段：

(1)当进线2保护动作，且2号主变差动保护动作时

a、取电流互感器TA2的A相、B相、C相电流值进行检测，当任一相电流值大于整定值， 且对应的电压互感器TV1或TV2的A相、B相、C相电压值小于整定值时，判断为TA3和3DL之间发生了相间短路死区故障或2号主变差动保护范围内相间故障；

b、取电流互感器TA2的零序电流进行检测，当零序电流值大于整定值，且TV1或TV2测 得零序电压值大于整定值时，判断为TA3和3DL之间发生了接地短路死区故障或2号主变差 动保护范围内相间故障；

结合a、b分析，提出快速切除不完整内桥接线死区故障的内桥断路器3DL动作跳闸逻辑 如下(相应的逻辑框图如图4(a)所示)：

1)TV1或TV2测得A相电压小于整定值，且TA2测得A相电流大于整定值；

2)TV1或TV2测得B相电压小于整定值，且TA2测得B相电流大于整定值；

3)TV1或TV2测得C相电压小于整定值，且TA2测得C相电流大于整定值；

4)TV1或TV2测得零序电压大于整定值，且TA3测得零序电流大于整定值。

当上述任一条件满足时，同时进线2保护动作、2号主变差动保护动作，启动跳3DL断 路器。

(2)当3DL断路器在跳闸位置、进线2保护动作已返回，且2号主变差动保护动作已返 回时

a、取电流互感器TA2的A相、B相、C相电流值进行检测，当各相电流值小于整定值，且对应的电压互感器TV2的A相、B相、C相电压值大于整定值时；

b、取电流互感器TA2的零序电流进行检测，当零序电流值小于整定值，且TV2测得零序 电压值小于整定值时；

结合a、b分析，提出快速切除不完整内桥接线死区故障的死区故障判断逻辑如下(相应 的逻辑框图如图4(b)所示)：

1)TV2测得A相电压大于整定值，且TA2测得A相电流小于整定值；

2)TV2测得B相电压大于整定值，且TA2测得B相电流小于整定值；

3)TV2测得C相电压大于整定值，且TA2测得C相电流小于整定值；

4)TV2测得零序电压小于整定值，且TA2测得零序电流小于整定值。

当上述所有条件满足时，同时3DL断路器在跳闸位置、进线2保护动作已返回、2号主 变差动保护动作已返回，则TA3和3DL之间的死区故障已切除，闭锁110kV备自投动作和1DL 断路器合闸，同时阻止2号主变差动保护动作跳闸，II段母线正常供电。

2.2主变差动保护范围内故障、复合故障不具备上述第2点特征，如进线2保护动作或2 号主变差动保护动作未返回，按正常动作逻辑动作。

3.运行方式3控制：

当一次运行方式(如图5所示)为进线2热备用(断路器2DL分位)，进线1运行(断路器1DL合位)，内桥3DL运行，高压侧备自投投入。

3.1当进线1保护动作，且2号主变差动保护动作时，若为单一故障，可判断为TA3和3DL之间的死区故障。为甄别单一故障故障还是复合故障，采取如下技术手段：

(1)当进线1保护动作，且2号主变差动保护动作时

a、取电流互感器TA3的A相、B相、C相电流值进行检测，当任一相电流值大于整定值， 且对应的电压互感器TV1或TV2的A相、B相、C相电压值小于整定值时，判断为TA3和3DL之间发生相间短路死区故障；

b、取电流互感器TA3的零序电流进行检测，当零序电流值大于整定值，且TV1或TV2测 得零序电压值大于整定值时，判断为TA3和3DL之间发生了接地短路死区故障。

结合a、b分析，提出快速切除不完整内桥接线死区故障的内桥断路器3DL动作跳闸逻辑 如下(相应的逻辑框图如图6(a)所示)：

1)TV1或TV2测得A相电压小于整定值，且TA1或TA3测得A相电流大于整定值；

2)TV1或TV2测得B相电压小于整定值，且TA1或TA3测得B相电流大于整定值；

3)TV1或TV2测得C相电压小于整定值，且TA1或TA3测得C相电流大于整定值；

4)TV1或TV2测得零序电压大于整定值，且TA1或TA3测得零序电流大于整定值。

当上述任一条件满足时，同时进线1保护动作、2号主变差动保护动作，启动跳3DL断 路器。

(2)当3DL断路器在跳闸位置、进线2保护动作未返回，且2号主变差动保护动作未返 回时

a、取电流互感器TA3的A相、B相、C相电流值进行检测，当任一相电流值大于整定值， 且对应的电压互感器TV1的A相、B相、C相电压值小于整定值时，判断为TA3和3DL之间发生了相间短路死区故障；

b、取电流互感器TA3的零序电流进行检测，当零序电流值大于整定值，且TV1或TV2测 得零序电压值大于整定值时，判断为TA3和3DL之间发生了接地短路死区故障；

结合a、b分析，提出快速切除不完整内桥接线死区故障的死区故障判断跳闸逻辑如下(相 应的逻辑框图如图6(b)所示)：

1)TV1测得A相电压小于整定值，且TA1或TA3测得A相电流大于整定值；

2)TV1测得B相电压小于整定值，且TA1或TA3测得B相电流大于整定值；

3)TV1测得C相电压小于整定值，且TA1或TA3测得C相电流大于整定值；

4)TV1测得零序电压大于整定值，且TA1或TA3测得零序电流大于整定值。

当上述任一条件满足时，同时3DL断路器在跳闸位置、进线2保护动作未返回、2号主 变差动保护动作未返回，启动跳1DL断路器，合2DL断路器，闭锁110kV备自投动作，切除TA3和3DL之间的死区故障，II段母线持续供电。

2.2主变差动保护范围内故障、复合故障不具备上述第2点特征，如进线2保护动作、2 号主变差动保护动作中两者之一已返回，另一个未返回，按正常动作逻辑动作。

前述快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其中A相、B相、C相的电压整 定值按30％-60％额定相电压整定。零序电压整定值按躲过最大不平衡电压整定。

A相、B相、C相的电流整定值I_zd按躲过本变电所主变压器中、低压母线故障流过本保 护装置的最大短路电流整定：

式中，K_k为可靠系数，一般取1.3-1.5；为系统最大方式运行时本变电所主变压器 中、低压母线故障流过本保护装置的最大短路电流。

零序电流整定值I_zd按本变电所110kV母线故障有足够的灵敏度整定：

式中，K_lm为灵敏系数，一般取1.5；为系统最小方式本变电所110kV母线单相接 地短路电流流过本保护装置的3倍零序电流。

下面介绍本发明与常规保护配置下的动作结果对比:

表1给出了快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法与常规保护装置动作结 果。

表1快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法与常规保护装置动作结果对比

由表1所示的结果可以看出，在I段母线TA3和3DL之间发生死区故障的情况下，快速 切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法不但能准确切除TA3和3DL之间发生死区故障， 而且还可维持II段母线的继续运行，提高了供电可靠性。由此可见，快速切除不完整内桥接 线死区故障的继电保护方法在一次设备配置不完整的内桥接线变电站中应用是可行的，优越 的。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技 术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其特征在于，应用于输配电网络为110kV及以下电压等级变电站一次主接线中只有一台变压器的内桥接线，包括进线1、进线2两路电源，进线1上串接有断路器1DL、电流互感器TA1和I段母线，进线2上串接有断路器2DL、电流互感器TA2和II段母线，I段母线、II段母线分别接有电压互感器TV1和电压互感器TV2,两段母线之间有电流互感器TA3和110kV内桥的断路器3DL，同时，II段母线下接有一台2号主变；在电流互感器TA3和断路器3DL发生死区故障时的跳闸控制中，对于三种运行方式，分别设定各自继电保护方法的条件：

1.运行方式1

1.1准备阶段

断路器lDL、断路器2DL为合闸运行状态，断路器3DL为热备用状态；110kV备自投投入，当断路器3DL满足充电条件时则充电，不满足条件时则立即彻底放电，满足充电条件后重新充电；

1.2动作过程

条件一：2号主变差动保护动作启动；

条件二：进线1保护动作启动；

条件三：对于电流互感器TA3，下述任一情况成立：

1)A相电流大于整定值；

2)B相电流大于整定值；

3)C相电流大于整定值；

4)零序电流大于整定值；

条件四：对于I段母线，下述任一情况成立：

1)A相电压小于整定值，且A相电流大于整定值；

2)B相电压小于整定值，且B相电流大于整定值；

3)C相电压小于整定值，且C相电流大于整定值；

4)零序电压大于整定值，且零序电流大于整定值；

当上述条件全部满足时，延时一个t1定值(如150ms)后启动跳断路器1DL，闭锁110kV备自投动作和断路器3DL合闸，切除电流互感器TA3和断路器3DL之间的死区故障，II段母线持续正常供电；

2.运行方式2

2.1准备阶段

断路器2DL、断路器3DL为合闸运行状态，断路器1DL为热备用状态；110kV备自投投入，当断路器1DL满足充电条件时则充电，不满足条件时则立即彻底放电，满足充电条件后重新充电；

2.2动作过程

2.2.1第一阶段110kV内桥的断路器3DL跳闸逻辑为：

条件一：进线2保护动作启动；

条件二：2号主变差动保护动作启动；

条件三：对于I段或II段母线，下述任一情况成立：

1)A相电压小于整定值；

2)B相电压小于整定值；

3)C相电压小于整定值；

4)零序电压大于整定值；

当上述条件全部满足时，启动跳断路器3DL；

2.2.2第二阶段死区故障判断逻辑为：

条件一：断路器3DL在跳闸位置；

条件二：进线2保护动作已返回；

条件三：2号主变差动保护动作启动已返回；

条件四：对于II段母线，其各相电压和零序电压均未达到整定值；

当上述条件全部满足时，则电流互感器TA3和断路器3DL之间的死区故障已切除，闭锁110kV备自投动作和断路器1DL合闸，同时阻止2号主变差动保护动作跳闸；

3.运行方式3

3.1准备阶段

断路器1DL、断路器3DL为合闸运行状态，断路器2DL为热备用状态；110kV备自投投入，当断路器2DL满足充电条件时则充电，不满足条件时则立即彻底放电，满足充电条件后重新充电；

3.2动作过程

3.2.1第一阶段110kV内桥的断路器3DL跳闸逻辑为：

条件一：进线1保护动作启动；

条件二：2号主变差动保护动作启动；

条件三：对于I母线、II段母线，下述任一情况成立：

1)A相电压小于整定值，且A相电流大于整定值；

2)B相电压小于整定值，且B相电流大于整定值；

3)C相电压小于整定值，且C相电流大于整定值；

4)零序电压大于整定值，且零序电流大于整定值；

3.2.2第二阶段死区故障判断逻辑为：

条件一：断路器3DL在跳闸位置；

条件二：进线1保护动作启动未返回；

条件三：2号主变差动保护动作启动未返回；

条件四：对于I段母线，下述任一情况成立：

1)A相电压小于整定值，且A相电流大于整定值；

2)B相电压小于整定值，且B相电流大于整定值；

3)C相电压小于整定值，且C相电流大于整定值；

4)零序电压大于整定值，且零序电流大于整定值；

当上述条件全部满足时，启动跳断路器1DL，合断路器2DL，切除电流互感器TA3和断路器3DL之间的死区故障，II段母线持续供电。

2.如权利要求1所述的快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其特征在于，所述A相、B相、C相的电压整定值按30％-60％额定相电压整定。

3.如权利要求1所述的快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其特征在于，所述零序电压整定值按躲过最大不平衡电压整定。

4.如权利要求1所述的快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其特征在于，所述A相、B相、C相的电流整定值I_zd按躲过本变电所主变压器中、低压母线故障流过本保护装置的最大短路电流整定：

式中，K_k为可靠系数，一般取1.3-1.5；为系统最大方式运行时本变电所主变压器中、低压母线故障流过本保护装置的最大短路电流。

5.如权利要求1所述的快速切除不完整内桥接线死区故障的继电保护方法，其特征在于，所述零序电流整定值I_zd按本变电所110kV母线故障有足够的灵敏度整定：

式中，K_lm为灵敏系数，一般取1.5；为系统最小方式本变电所110kV母线单相接地短路电流流过本保护装置的3倍零序电流。