CN111641193B - 一种自适应双母线失灵保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应双母线失灵保护方法及装置，本发明在失灵保护中引入了零负序功率方向判别元件，取消了解除复压闭锁回路，复杂程度大大降低，也无需再人工计算校核，减少了现场运维工作量，降低了运行母线保护装置此部分二次回路的施工风险。此外带补偿的零负序功率正方向判据，灵敏度较高，本发明结合国内现场运行实际情况给出了具体的补偿数值，综合提高了各种运行工况下失灵保护的适应性。设计了低功率因数判据的补充逻辑，完善了失灵保护新方法在全故障下的应对能力，在面对不同类型故障时均能可靠准确动作。

Description

一种自适应双母线失灵保护方法及装置

技术领域

本申请属于失灵保护技术领域，尤其是涉及一种自适应双母线失灵保护方法及装置。

背景技术

继电保护是电力系统的第一道防线，其一直为电网的安全稳定运行“无声”守卫。在继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，失灵保护满足动作判据后可切除同一变电站内其他相关联断路器，防止故障进一步扩大并减少故障时间，是一种典型的近后备保护。行业标准也规定：在220kV及以上电压等级的电网，以及110kV电网的重要部分均应装设断路器失灵保护。

上述电压等级的一次接线以“双母线”为主流，该接线方式下的失灵保护动作需要满足线路保护失灵启动信号、电流判别、复压闭锁开放和延时四个条件。随着电网规模不断增大，出线及元件增多，母线系统等值阻抗变小，长线路末端故障后复压闭锁不能开放的问题越来越多。若复压闭锁不能及时有效开放，则变电站会失去失灵保护这一关键屏障。如何解决“复压闭锁不能开放”的问题，通常是接入解除复压闭锁回路这一思路应对。对于智能变电站而言，因数字信号可靠性高，当收到线路间隔分相启动失灵信号后，失灵保护自动解除复合电压闭锁逻辑，无需设置单独解除复压闭锁链路。但是对于常规变电站，失灵保护设置有一个各间隔共用的解除复压开放的信号开入，当该线路开关失灵需要解除复压闭锁时，装置需要投入该间隔相关控制字同时接入线路保护动作解除复压闭锁回路。

这种传统解复压闭锁的方法有明显的不足之处，一是当电网扩建后导致系统运行方式变化，会动态出现电压灵敏度不足的问题，既需要人工计算校核，也需临时增加解除复压闭锁回路和修改装置设置，工作效率低，同时运行母线保护装置的二次回路施工安全风险高。二是两个以上线路均采用解除复压回路后，因各间隔共用解除复压开放的开入，失灵保护无法有效识别对应间隔，安全性低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决母线失灵保护中传统解复压闭锁的方法工作效率低，系统方式变化后不能自动适应，同时运行母线保护装置的二次回路施工安全风险高的问题，从而提供一种自适应双母线失灵保护方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供一种自适应双母线失灵保护方法，包括：

设置零序、负序功率方向元件，引入低功率因数元件；

当线路支路单相失灵时，所述零序、负序功率方向元件动作，此时，若线路支路的失灵相失灵开入，且失灵相的相电流满足单相失灵电流判别条件时，则在达到设定的延时跳闸动作时限后，分别跳开母联及失灵母线的断路器；

当线路支路三相失灵时，在低功率因数元件动作的情况下，如果三相失灵开入，且三相的相电流均满足三相失灵电流判别条件，或者三相均满足单相失灵开入，且三相的相电流均满足单相失灵电流判别条件，则在达到设定的延时跳闸动作时限后，分别跳开母联及失灵母线的断路器。

本发明第二方面提供一种自适应双母线失灵保护装置，包括：

单相失灵保护逻辑模块和三相失灵保护逻辑模块，所述单相失灵保护逻辑模块和三相失灵保护逻辑模块经第一逻辑“或”门，输出是否跳闸动作指令；

所述单相失灵保护逻辑模块包括零序、负序功率方向元件，以及单相失灵逻辑电路，所述零序、负序功率方向元件的动作信号与所述单相失灵逻辑电路的输出信号经第一逻辑“与”门输出至第一逻辑“或”门的输入端，所述单相失灵逻辑电路用于判定失灵相是否同时满足失灵开入、且相电流满足单相失灵电流判别条件；

所述三相失灵保护逻辑模块包括低功率因数元件、三相失灵逻辑电路，所述低功率因数元件的动作信号与三相失灵逻辑电路的输出信号经第二逻辑“与”门输出至第一逻辑“或”门的输入端，所述三相失灵逻辑电路用于判定是否同时满足三相失灵开入，且三相的相电流均满足三相失灵电流判别条件，或者是否同时满足三相均失灵开入，且三相的相电流均满足单相失灵电流判别条件。

本发明的有益效果是：使用了零负序功率方向判别元件，取消了解除复压闭锁回路，复杂程度大大降低，也无需再人工计算校核，减少了现场运维工作量，降低了运行母线保护装置此部分二次回路的施工风险。

零负序功率方向判据有很强的自适应能力，当系统运行方式变化后，功率方向元件中的电压电流也跟随变化，引入相应的补偿原理后提高了灵敏度，解决了传统方法中电压灵敏度不足的问题，准确识别失灵间隔。

本发明中所使用的判据均有对应的理论支撑，巧妙之处在于将其优化后进行相应引入和补充，利用此发明中的方法开发出来的装置无需对传统装置进行大的改动，仅需修改相应程序和现有元件的简单组合，易于实现，新装置即可不再依赖于外部解除复压回路和整定设置，可靠性得到明显提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本申请实施例优化后的零负序功率方向元件逻辑图；

图2是本申请实施例单相失灵保护方法逻辑图；

图3是本申请实施例优化后的低功率因数元件逻辑图；

图4是本申请实施例自适应失灵保护方法逻辑图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种自适应双母线失灵保护方法，如图4所示，包括：

设置零序、负序功率方向元件；

当线路支路单相失灵时，所述零序、负序功率方向元件动作，此时，若线路支路的失灵相失灵开入，且失灵相的相电流满足单相失灵电流判别条件时，则在达到设定的延时跳闸动作时限后，分别跳开母联及失灵母线的断路器；

当线路支路三相失灵时，在低功率因数元件动作的情况下，如果三相失灵开入，且三相的相电流均满足三相失灵电流判别条件，或者三相均满足单相失灵开入，且三相的相电流均满足单相失灵电流判别条件，则在达到设定的延时跳闸动作时限后，分别跳开母联及失灵母线的断路器。

可选的是，本实施例还包括对所述零序、负序功率方向元件进行优化的步骤：

通过引入补偿阻抗，对零序、负序功率正方向元件中的零序电压、负序电压进行补偿；

将未补偿的零序、负序功率反方向元件作“非“逻辑运算后，分别与补偿后的零序、负序功率正方向元件做“与”逻辑运算，得到优化的零序、负序功率方向元件。

本实施例设置了零序、负序功率方向元件，采用零序、负序功率方向元件代替传统方法中支路解除复压闭锁逻辑。

在发生单相接地故障时，零序、负序功率正方向元件动作，开放本间隔失灵保护。发生单相接地故障后，故障线路经补偿的零序功率正方向元件、补偿的负序功率正方向元件由于满足正方向、高灵敏度而动作，而未补偿的零序功率负方向元件、负序功率负方向元件不满足反方向判据而不动作。

如图2所示，本实施例中，零序功率负方向元件经“非”门逻辑后，再和对应的零序功率正方向元件做“与”门逻辑运算，输出为1；负序功率负方向元件经“非”门逻辑后，再和对应的负序功率正方向元件做“与”门逻辑运算，输出为1。此时，满足图2所示的优化后的零序、负序功率正方向元件动作，两者经“或”逻辑后置1，失灵保护开入。

考虑到在极端工况下可能灵敏度不足，故本实施例对零序、负序功率正方向元件中的零序、负序电压进行补偿。

可选的是，对零序、负序功率正方向元件中的零序电压、负序电压进行补偿的方法为：

其中，U₀com、U₂com分别为补偿后的零序电压、负序电压，Z₀com、Z₂com分别为零序补偿阻抗、负序补偿阻抗；U₀、I₀分别为补偿前的零序电压、零序电流，U₂、I₂分别为补偿前的负序电压、负序电流。

考虑到现有失灵保护中并未设置每条线路阻抗参数定值，若对每一条线路均进行各自整定，则工作量及难度较大，本实施例设置同一的补偿阻抗，简单方便。

可选的是，对于220kV母线，所述零序补偿阻抗、负序补偿阻抗取值为10Ω。

目前线路保护要确保高阻接地故障能够动作，最小一次故障电流可为300A，考虑目前220千伏使用的CT最大变比为4000/1，二次电流约为0.075A，零序、负序功率方向元件中的零序、负序电压最小动作门槛约为0.5V，考虑可靠系数后本实施例将补偿阻抗取为10Ω。本发明结合国内现场运行实际情况给出了具体的补偿数值，提高了失灵保护的适应性。

可选的是，单相失灵电流判别条件为：

对应的失灵相的相电流大于单相失灵电流定值，所述单相失灵电流定值固定为单相失灵有流门槛，线路支路的单相失灵有流门槛为相应支路的0.04ln，ln为断路器的额定电流。

如图2，在发生单相失灵后，在满足零序、负序功率方向元件动作的情况下，还需要进行各分相的失灵判定，即判定A、B、C三相中是否有失灵信号开入以及对应失灵相的相电流是否同时满足单相失灵电流判定条件。

本实施例单相失灵电流判定条件是失灵相的相电流大于单相失灵电流定值，即：I_A>0.04ln或I_B>0.04ln或I_C>0.04ln。0.04ln为单相失灵电流定值，ln为断路器的额定电流，I_A、I_B、I_C分别为A相、B相、C相的相电流。

本实施例将零序、负序功率方向元件动作信号与各分相失灵判定经过逻辑“与”门，如果逻辑输出为1，则发出跳闸动作指令，本实施例设置两个延时跳闸动作时限，在第一延时跳闸动作时限跳母联，第二延时跳闸动作时限跳该失灵线路支路所在母线上的相邻断路器。

对于三相失灵，如图4所示，本实施例引入了低功率因数元件，在低功率因数元件动作的情况下，如果三相失灵开入，且三相的相电流均满足三相失灵电流判别条件，或者三相均满足单相失灵开入，且三相的相电流均满足单相失灵电流判别条件，则在达到设定的延时跳闸动作时限后，分别跳开母联及失灵母线的断路器。

可选的是，所述低功率因数元件由三个分相的低功率因数元件的动作判据进行“与”逻辑运算构成，当所述“与”逻辑运算的输出结果为1时，所述低功率因数元件动作。

本实施例引入低功率因数补充判据，并对其进行优化:

如图3所示，将三个分相的低功率因数元件的动作判据进行“与”逻辑组合，以增强发生三相短路时的适应能力。当发生单相短路时，对应分相的低功率因数元件就会动作；当发生三相短路时，三个分相的低功率因数元件都会动作。

为了保证单相短路时低功率因数元件不误动作，优化后的低功率因数元件逻辑如图3所示。发生三相短路时，三个分相的低功率因数动作判据都会满足，三者均为1，经“与”逻辑运算后，输出的结果为：低功率因数元件置1。

可选的是，分相的低功率因数元件采用比相器算法构成，所述分相的低功率因数元件动作的条件是：

|cosφ|＜cosφ_ZD

其中，φ为相电压和电流的相角差测量值，φ_ZD为低功率因数角动作门槛。

可选的是，在发生电流互感器断线和电压互感器断线后，闭锁零序、负序功率方向元件和低功率因数元件的动作判别。

由于将零负序功率方向判据及低功率因数判据引入失灵保护，需考虑相关电气量无法采集的问题。本实施例规定，在发生电流互感器断线和电压互感器断线后，闭锁零序、负序功率元件和低功率因数元件的动作判别。

可选的是，三相失灵电流判别条件为：

各相的相电流大于三相失灵电流定值，所述三相失灵电流定值固定为三相失灵有流门槛，线路支路的三相失灵有流门槛为相应支路的0.5ln，ln为断路器的额定电流。

如图4所示，本实施例将单相失灵保护和三相失灵保护进行逻辑“或”运算，只要有一个发生，就跳开母联和失灵母线的断路器。

本实施例通过利用补偿原理的故障线路支路零负序功率方向元件动作后，开放本间隔失灵保护，代替传统方法中支路间隔解除复压闭锁逻辑。考虑到发生三相短路后，新引入的零负序功率方向元件会存在影响动作速度及原理上的拒动问题，本发明又将低功率因数判据补充进失灵保护综合逻辑。相比于传统解除复压闭锁的方法，本发明在灵敏度及可靠性方面均有明显提升。

实施例2：

本实施例提供一种自适应双母线失灵保护装置，如图4所示，包括：

单相失灵保护逻辑模块和三相失灵保护逻辑模块，所述单相失灵保护逻辑模块和三相失灵保护逻辑模块经第一逻辑“或”门，输出是否跳闸动作指令；

所述单相失灵保护逻辑模块包括零序、负序功率方向元件，以及单相失灵逻辑电路，所述零序、负序功率方向元件的动作信号与所述单相失灵逻辑电路的输出信号经第一逻辑“与”门输出至第一逻辑“或”门的输入端，所述单相失灵逻辑电路用于判定失灵相是否同时满足失灵开入、且相电流满足单相失灵电流判别条件；

所述三相失灵保护逻辑模块包括低功率因数元件、三相失灵逻辑电路，所述低功率因数元件的动作信号与三相失灵逻辑电路的输出信号经第二逻辑“与”门输出至第一逻辑“或”门的输入端，所述三相失灵逻辑电路用于判定是否同时满足三相失灵开入，且三相的相电流均满足三相失灵电流判别条件，或者是否同时满足三相均失灵开入，且三相的相电流均满足单相失灵电流判别条件。

本实施例对于单相失灵保护逻辑模块以及三相失灵保护逻辑模块的实现，请参阅实施例1的描述，在此不再赘述。

本实施例在失灵保护中引入零负序功率方向元件，取消了解除复压闭锁回路，简化现场的运维工作，提升相应的安全性。此外带补偿的零序、负序功率正方向判据，灵敏度较高，本发明结合国内现场运行实际情况给出了补偿阻抗的具体数值，提高了失灵保护的适应性。设计了低功率因数判据的补充逻辑，完善了失灵保护新方法在全故障下的应对能力，在面对不同类型故障时均能可靠准确动作。另外，考虑CT断线和PT断线等问题，规定了新失灵保护的闭锁原则。本发明较大程度利用了原有失灵保护的方法及装置，引入的判据、逻辑及元件均有现实原理及应用支撑，无需进行大改动，可实现性强。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，包括：

设置零序、负序功率方向元件，引入低功率因数元件；

当线路支路单相失灵时，所述零序、负序功率方向元件动作，此时，若线路支路的失灵相失灵开入，且失灵相的相电流满足单相失灵电流判别条件时，则在达到设定的延时跳闸动作时限后，分别跳开母联及失灵母线的断路器；

当线路支路三相失灵时，在低功率因数元件动作的情况下，如果三相失灵开入，且三相的相电流均满足三相失灵电流判别条件，或者三相均满足单相失灵开入，且三相的相电流均满足单相失灵电流判别条件，则在达到设定的延时跳闸动作时限后，分别跳开母联及失灵母线的断路器。

2.根据权利要求1所述的自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，还包括对所述零序、负序功率方向元件进行优化的步骤：

通过引入补偿阻抗，对零序、负序功率正方向元件中的零序电压、负序电压进行补偿；

将未补偿的零序、负序功率反方向元件作“非“逻辑运算后，分别与补偿后的零序、负序功率正方向元件做“与”逻辑运算，得到优化的零序、负序功率方向元件。

3.根据权利要求2所述的自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，对零序、负序功率正方向元件中的零序电压、负序电压进行补偿的方法为：

其中，U₀com、U₂com分别为补偿后的零序电压、负序电压，Z₀com、Z₂com分别为零序补偿阻抗、负序补偿阻抗；U₀、I₀分别为补偿前的零序电压、零序电流，U₂、I₂分别为补偿前的负序电压、负序电流。

4.根据权利要求3所述的自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，对于220kV母线，所述零序补偿阻抗、负序补偿阻抗取值为10Ω。

5.根据权利要求1所述的自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，所述低功率因数元件由三个分相的低功率因数元件的动作判据进行“与”逻辑运算构成，当所述“与”逻辑运算的输出结果为1时，所述低功率因数元件动作。

6.根据权利要求5所述的自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，三个分相的低功率因数元件采用比相器算法构成，所述三个分相的低功率因数元件动作的条件是：

|cosφ|＜cosφ_ZD

其中，φ为相电压和电流的相角差测量值，φ_ZD为低功率因数角动作门槛。

7.根据权利要求1所述的自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，在发生电流互感器断线和电压互感器断线后，闭锁零序、负序功率方向元件和低功率因数元件的动作判别。

8.根据权利要求1所述的自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，单相失灵电流判别条件为：

对应的失灵相的相电流大于单相失灵电流定值，所述单相失灵电流定值固定为单相失灵有流门槛，线路支路的单相失灵有流门槛为相应支路的0.04ln，ln为断路器的额定电流。

9.根据权利要求1所述的自适应双母线失灵保护方法，其特征在于，三相失灵电流判别条件为：

各相的相电流大于三相失灵电流定值，所述三相失灵电流定值固定为三相失灵有流门槛，线路支路的三相失灵有流门槛为相应支路的0.5ln，ln为断路器的额定电流。

10.一种自适应双母线失灵保护装置，其特征在于，包括：

单相失灵保护逻辑模块和三相失灵保护逻辑模块，所述单相失灵保护逻辑模块和三相失灵保护逻辑模块经第一逻辑“或”门，输出是否跳闸动作指令；

所述单相失灵保护逻辑模块包括零序、负序功率方向元件，以及单相失灵逻辑电路，所述零序、负序功率方向元件的动作信号与所述单相失灵逻辑电路的输出信号经第一逻辑“与”门输出至第一逻辑“或”门的输入端，所述单相失灵逻辑电路用于判定失灵相是否同时满足失灵开入、且相电流满足单相失灵电流判别条件；

所述三相失灵保护逻辑模块包括低功率因数元件、三相失灵逻辑电路，所述低功率因数元件的动作信号与三相失灵逻辑电路的输出信号经第二逻辑“与”门输出至第一逻辑“或”门的输入端，所述三相失灵逻辑电路用于判定是否同时满足三相失灵开入，且三相的相电流均满足三相失灵电流判别条件，或者是否同时满足三相均失灵开入，且三相的相电流均满足单相失灵电流判别条件。

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