CN110571769B - 一种用于输电线路的差动保护方法及装置 - Google Patents

一种用于输电线路的差动保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于输电线路的差动保护方法及装置，包括：在满足差动保护启动的电流条件、差动保护未启动但满足差动保护启动条件的持续时间大于预设时间时，控制启动差动保护；判断是否满足差动保护动作条件，若满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动，则差动保护经短延时动作。本发明将两侧零序电压变化量以及两侧的零序电流作为补充判据，当发生高阻接地故障、缓慢发展性故障时，可以快速开启差动保护，保证了电力系统安全稳定运行。

Description

一种用于输电线路的差动保护方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于输电线路的差动保护方法及装置，属于电力系统技术领域。
背景技术
基于基尔霍夫定理的纵联光纤差动保护具有动作速度快、可靠性高等优点，作为全线速动的主保护，在高压输电线路保护中得到了广泛的应用。纵联光纤差动保护两侧装置利用光纤通道交换两侧的模拟量、状态量等信息，进而进行故障判别，动作方程采用比率制动方程，比率制动方程的表达式如下：
Figure BDA0002201340190000011
其中，差动电流ICDΦ＝|IMΦ+INΦ|，制动电流Ir＝|IMΦ-INΦ|，IMΦ、INΦ为两侧电流矢量，Iset为差动电流定值，k为制动系数。
纵联差动保护动作元件一般包括分相差动元件和零序差动元件，分相差动能很好的解决金属性故障问题，但在高阻接地故障时灵敏度不足，因此配置了能够解决高阻接地故障的零序差动元件。零序差动电流I0CD、零序制动电流I0r利用两侧零序电流IM0和IN0进行计算，有：I0CD＝|IM0+IN0|，I0r＝|IM0-IN0|。
为防止CT断线时差动保护误动作，差动保护动作需要相应的启动元件开放，如电流突变量启动元件、复合电压特征的差流启动元件等。当发生高阻接地或缓慢发展性故障时，由于过渡电阻在逐渐变化，导致短路电流逐渐增加，在故障发生时刻的突变量比较微弱，如图1所示，此时可能导致电流突变量启动元件启动失败。同时，此类型缓慢发展性故障在故障起始时刻的电压变化也很小，电压变化特征不明显，如图2所示，传统的利用差流复合电压变化特征的差流启动元件也不能启动。在启动元件不能可靠启动的情况下，可能造成差动保护拒动，导致继电保护装置越级跳闸、电力设备损毁，严重影响电力系统的安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于输电线路的差动保护方法及装置，用于解决当发生高电阻接地、缓慢发展性故障时现有的纵联差动保护不能可靠动作的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于输电线路的差动保护方法，步骤如下：
在满足差动保护启动的电流条件、差动保护未启动但满足差动保护启动条件的持续时间大于预设时间时，控制启动差动保护；其中，所述差动保护启动条件包括：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，本侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值、对侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值或本侧和对侧当前零序电流均大于零序辅助启动电流定值，N为正整数；
在满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动时，差动保护经短延时动作。
本发明还提供了一种用于输电线路的差动保护装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：
在满足差动保护启动的电流条件、差动保护未启动但满足差动保护启动条件的持续时间大于预设时间时，控制启动差动保护；其中，所述差动保护启动条件包括：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，本侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值、对侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值或本侧和对侧当前零序电流均大于零序辅助启动电流定值，N为正整数；
在满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动时，差动保护经短延时动作。
本发明的有益效果是：根据高电阻接地故障、缓慢发展性故障中电压、电流的变化特点，将本侧零序电压变化量、对侧零序电压变化量以及两侧的零序电流作为补充判据；当发生高阻接地、缓慢发展性故障时，若差动保护没有启动，则在满足补充判据的情况下控制开启差动保护，这样可以在故障发生初期开启差动保护，快速切除故障，避免发展为严重故障时电力设备损毁、相关继电保护设备不正确动作等不利后果，保证了电力系统安全稳定运行。
作为方法和装置的进一步改进，为了实现可靠保护，还包括：在满足差动保护启动的电流条件且差动保护已经启动的情况下，若满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动，则差动保护经短延时动作。
作为方法和装置的进一步改进，为了使差动保护经短延时动作，所述差动保护动作条件为：
I0CD＞I0cdset且I0CD＞kI0r
其中，I0CD为零序差动电流，I0cdset为零序差动电流定值，k为制动系数，I0r为零序制动电流。
作为方法和装置的进一步改进，为了可靠开启差动保护，设定时间的取值范围为5～10ms。
作为方法和装置的进一步改进，为了增强差动保护启动的灵敏性，所述N周期前的零序电压指的是第一次满足差动保护启动的电流条件时对应记录的N周期前的零序电压。
附图说明
图1是现有技术高阻接地故障或缓慢发展性故障中的电流变化曲线；
图2是现有技术高阻接地故障或缓慢发展性故障中的电压变化曲线；
图3是本发明用于输电线路的差动保护方法的流程图；
图4是本发明用于输电线路的差动保护方法的动作逻辑图。
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，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
用于输电线路的差动保护方法实施例：
本实施例提供了一种用于输电线路的差动保护方法，通过将两侧差动保护装置在设定时间周期跨度的零序电压变化量，以及两侧差动保护装置零序电流作为判断是否开启差动保护的辅助判据，在发生缓慢发展性故障或高阻接地故障时，差动保护可以快速动作，以保护电力系统的安全稳定性。具体的，该用于输电线路的差动保护方法的流程图如图3所示，包括以下步骤：
(1)判断是否满足差动保护启动的电流条件，若满足，则判断差动保护是否已经启动。
在正常运行时，各侧差动保护装置以设定的采样频率进行采样，例如设定采样频率为2.4kHz，并利用采样时刻调整法实现不同侧差动保护装置的同步采样。每次采样后，各侧差动保护装置利用纵联光纤通道把采集到的电压、电流等模拟量发送给对侧差动保护装置，同时把本侧的启动信息、断路器位置等开关量信息也传给对侧差动保护装置。
根据采样信号，各侧差动保护装置采用全周傅式算法实时计算两侧零序电流、零序差动电流、两侧当前零序电压、N周期前的两侧零序电压。当第一次满足差动保护启动的电流条件时，即满足I0CD＞0.8I0cdset，则记录两侧当前N周期前的零序电压，并且之后不再刷新此记录零序电压。其中，I0CD为零序差动电流，根据两侧零序电流计算得出，I0cdset为零序差动电流定值，N为正整数。在本实施例中，N取为5，此时5周期为100ms。当然在不影响下述步骤中差动保护启动条件判断结果准确性的情况下，N也可以设置为6、7等其他正整数值。
(2)若差动保护已经启动，则直接进入步骤(3)，进行差动保护动作条件的判断；若差动保护未启动，则判断是否满足差动保护启动条件，差动保护启动条件包括：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，本侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值、对侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值或本侧和对侧当前零序电流均大于零序辅助启动电流定值。
其中，这里的N周期前的零序电压指的是第一次满足差动保护启动的电流条件即满足I0CD＞0.8I0cdset时所对应记录的N周期前的零序电压。在本实施例中，将零序电压变化定值设置为1V，当N＝5时，则上述的差动保护启动条件可以表示为：
(I0CD＞0.8I0cdset)&((UM0-UM0_5T＞1V||UN0-UN0_5T＞1V)||(IM0＞I0set&IN0＞I0set))
其中，I0CD为零序差动电流，I0cdset为零序差动电流定值，UM0、UN0表示两侧(本侧和对侧)当前零序电压，UM0_5T、UN0_5T表示两侧(本侧和对侧)5周期前的零序电压，IM0、IN0表示两侧(本侧和对侧)当前零序电流，I0set为零序辅助启动电流定值。
(3)若满足差动保护启动条件的持续时间大于设定时间，则控制启动差动保护，并判断是否满足差动保护动作条件，若满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动，则差动保护经短延时动作。
在本实施例中，将满足差动保护启动条件的持续时间设置为5～10ms。在满足步骤(2)中差动保护启动条件且持续时间大于设定时间的情况下，判别是否满足差动保护动作条件，该差动保护动作条件为：
I0CD＞I0cdset且I0CD＞kI0r
其中，I0CD为零序差动电流，I0cdset为零序差动电流定值，k为制动系数，I0r为零序制动电流。
若在步骤(1)中满足差动保护启动的电流条件且判断出差动保护已经启动，则直接判断是否满足差动保护动作条件；若满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动，则差动保护经短延时动作，跳闸切除故障。此时，差动保护动作的逻辑示意图如图4所示。需要说明的是，差动保护动作条件也可以是现有技术中的其他判别公式。
在上述用于输电线路的差动保护方法中，由于计算零序电压变化的当前零序电压和N周期前零序电压时间窗跨度大，可以有效避免缓慢爬升故障中采用固定短数据窗不能判别电压变化的问题；对于故障发展极其缓慢的高阻故障，故障相电压长时间不降低，为保证此种情况下差动保护也能启动，作为补充判据增加了两侧零序电流均大于零序辅助启动电流定值的条件，保证了差动保护在高阻接地、缓慢发展性故障时快速启动和动作。通过将两侧零序电压变化量和零序电流进行相互补充，在发生高阻接地或缓慢发展性故障时，若任意一侧零序电压变化量满足一定条件或者是两侧零序电流均满足一定条件，均可以快速开放差动保护。
另外，需要说明的是，在步骤(1)-(2)中，也可以不包括是否满足差动保护启动的电流条件的判断步骤以及差动保护是否已经启动的判断步骤，而是直接利用判断结果，即在满足差动保护启动的电流条件以及差动保护未启动的情况下，直接进入到步骤(3)。在步骤(3)中，也可以不包括是否满足差动保护动作条件的判断步骤，而是直接利用判断结果，即在满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动的情况下，差动保护经短延时动作。
上述用于输电线路的差动保护方法，当线路发生高阻接地故障、缓慢发展性故障时，在故障初期即可快速切除故障，避免发展为严重故障时电力设备损毁、相关继电保护设备不正确动作等不利后果，解决了现有纵联差动保护在发生高阻接地故障、缓慢发展性故障时不能快速动作的问题，可以有效提高这种类型故障时纵联差动保护的可靠性和速动性，保障电力系统的安全稳定运行。
用于输电线路的差动保护装置实施例：
本实施例提供了一种用于输电线路的差动保护装置，包括处理器和存储器，该处理器用于处理存储在存储器中的指令，以实现上述的用于输电线路的差动保护方法。其中，该处理器和存储器由各侧差动保护装置来实现。
该用于输电线路的差动保护方法已经在上述的用于输电线路的差动保护方法实施例中进行了详细介绍，对于本领域内的技术人员，可以根据该用于输电线路的差动保护方法生成对应的计算机程序指令，进而得到用于输电线路的差动保护装置，此处不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本申请的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于输电线路的差动保护方法，其特征在于，步骤如下：
在满足差动保护启动的电流条件，而差动保护未启动时，判断满足差动保护启动条件，若满足差动保护启动条件，且持续时间大于预设时间时，控制启动差动保护；
所述差动保护启动条件为：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，且本侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值；
或者，所述差动保护启动条件为：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，且对侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值，N为正整数；
或者，所述差动保护启动条件为：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，且本侧当前零序电流均大于零序辅助启动电流定值，且对侧当前零序电流均大于零序辅助启动电流定值；在满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动时，差动保护经短延时动作。
2.根据权利要求1所述的用于输电线路的差动保护方法，其特征在于，还包括：在满足差动保护启动的电流条件且差动保护已经启动的情况下，若满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动，则差动保护经短延时动作。
3.根据权利要求1或2所述的用于输电线路的差动保护方法，其特征在于，所述差动保护动作条件为：
I0CD＞I0cdset且I0CD＞kI0r
其中，I0CD为零序差动电流，I0cdset为零序差动电流定值，k为制动系数，I0r为零序制动电流。
4.根据权利要求1或2所述的用于输电线路的差动保护方法，其特征在于，预设时间的取值范围为5～10ms。
5.根据权利要求1或2所述的用于输电线路的差动保护方法，其特征在于，所述N周期前的零序电压指的是第一次满足差动保护启动的电流条件时对应记录的N周期前的零序电压。
6.一种用于输电线路的差动保护装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：
在满足差动保护启动的电流条件，而差动保护未启动时，判断满足差动保护启动条件，若满足差动保护启动条件，且持续时间大于预设时间时，控制启动差动保护；
所述差动保护启动条件为：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，且本侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值；
或者，所述差动保护启动条件为：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，且对侧当前零序电压相比N周期前的零序电压的变化量大于零序电压变化定值，N为正整数；
或者，所述差动保护启动条件为：零序差动电流大于0.8倍零序差动电流定值，且本侧当前零序电流均大于零序辅助启动电流定值，且对侧当前零序电流均大于零序辅助启动电流定值；在满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动时，差动保护经短延时动作。
7.根据权利要求6所述的用于输电线路的差动保护装置，其特征在于，所述处理器还用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下步骤：在满足差动保护启动的电流条件且差动保护已经启动的情况下，若满足差动保护动作条件且对侧保护已经启动，则差动保护经短延时动作。
8.根据权利要求6或7所述的用于输电线路的差动保护装置，其特征在于，所述差动保护动作条件为：
I0CD＞I0cdset且I0CD＞kI0r
其中，I0CD为零序差动电流，I0cdset为零序差动电流定值，k为制动系数，I0r为零序制动电流。
9.根据权利要求6或7所述的用于输电线路的差动保护装置，其特征在于，预设时间的取值范围为5～10ms。
10.根据权利要求6或7所述的用于输电线路的差动保护装置，其特征在于，所述N周期前的零序电压指的是第一次满足差动保护启动的电流条件时对应记录的N周期前的零序电压。
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