CN112688418A

CN112688418A - 单母线分段接线型式变电站备自投装置及方法

Info

Publication number: CN112688418A
Application number: CN202110038681.0A
Authority: CN
Inventors: 臧新霞; 马清伟; 闫振庆; 张传国; 秦贞敏; 刁奉丽; 孙震; 吕峰; 纪建敏; 张忠琦
Original assignee: State Grid Shandong Electric Power Company Zoucheng Power Supply Co; State Grid Corp of China SGCC; Jining Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Shandong Electric Power Company Zoucheng Power Supply Co; State Grid Corp of China SGCC; Jining Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2041-01-12
Also published as: CN112688418B

Abstract

本公开提出了单母线分段接线型式变电站备自投装置及方法，包括：装设在线路上的正、反两个电流方向元件，用于区别故障位置是发生在母线还是线路；设定电流从母线流向线路为正方向，反之为反方向，从正、反方向元件动作的动作情况来判断故障位置，若正方向动作、反方向不动作，则为线路故障，此时备自投可以动作；若反方向动作、正方向不动作则为母线故障，闭锁备自投不能动作；其余状态为无效，即不能判断故障位置。将正、反方向元件的动作情况纳入到备自投的动作逻辑中，就可以实现单母分段接线的备自投根据故障位置确定是否动作，从而避免动作后合闸于故障的情况。

Description

单母线分段接线型式变电站备自投装置及方法

技术领域

本公开属于电气技术领域，尤其涉及单母线分段接线型式变电站备自投装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

110kV变电站单母线分段接线的典型结构如图1所示。单母分段接线的变电站，对应于备自投的动作方式依次为：备投方式1(L1带两变，L1故障，备投L2)；备投方式2(L2带两变，L2故障，备投L1)；备投方式3(L1、L2各带1、2#变，L1故障，备投QF3)；备投方式4(L1、L2各带1、2#变，L2故障，备投QF3)。

由于一般的终端变电站的110kV母线一般不配置母差保护，单母分段备自投的主要问题就在于无母差保护情况下不能区分母线故障还是其他故障，备自投动作后可能合闸于故障，以运行方式2为例说明如下：

1#进线L1备用、2#进线带两变运行时，若在图1中的k3点(Ⅱ母线)发生故障，2#进线L2保护动作QF2跳开，110kVⅠ、Ⅱ母均失压、QF2在分位、I2无流。此时满足备自投的动作条件，备自投装置将补跳QF2，并闭合QF1，但是故障并未隔离，这样就又一次向故障点送电，则母分保护应该动作使QF3跳开。假如QF3拒动，将导致全站停电事故。

运行方式2时，k3永久故障可能导致全站停电的状态序列变化如表1所示。

表1运行方式2时k3故障状态序列及状态量变化过程说明

由表1可见，当备自投动作后，由于k3永久故障导致QF1合闸于故障，再一次造成了冲击，若110kV母分保护不动或QF3拒分，则造成全站停电。

同理运行方式1也有类似情况。另外，运行方式3下，当Ⅰ母k2发生永久故障，1#进线QF1跳开，备自投动作合QF3，也将发备投于故障的情况；同理，运行方式3下，当Ⅱ母发生永久故障2#进线断路器QF1跳开，也将备投于故障合于故障。而在图1中k1处发生永久性故障时，均不会出现备自投动作合于故障的情况。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了单母线分段接线型式变电站备自投装置，用于区别母线故障还是线路故障。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了单母线分段接线型式变电站备自投装置，包括：

装设在线路上的正、反两个电流方向元件，用于区别故障位置是发生在母线还是线路；

设定电流从母线流向线路为正方向，反之为反方向，从正、反方向元件动作的动作情况来判断故障位置，若正方向动作、反方向不动作，则为线路故障，此时备自投可以动作；若反方向动作、正方向不动作则为母线故障，闭锁备自投不能动作；其余状态为无效，即不能判断故障位置。

需要说明的是，电流方向元件是一种可以判断潮流方向的继电器，它集成于保护装置中，可以判断短路功率(指短路时母线电压与线路电流相乘所乘所得到感性功率)的流动方向，当短路功率方向由母线流向线路时，继电器动作，当短路功率方向由线路流向母线时，继电器不动作。

进一步的技术方案，所述单母线分段接线型式变电站对应于备自投的动作方式依次为：

备投方式1：L1带两变，L1故障，备投L2；

备投方式2：L2带两变，L2故障，备投L1；

备投方式3：L1、L2各带1、2#变，L1故障，备投QF3；

备投方式4：L1、L2各带1、2#变，L2故障，备投QF3。

其中，L1、L2为两条线路，QF3为断路器。

运行方式1：1#进线L1备用、2#进线带两变运行；

运行方式2：2#进线L2备用、1#进线带两变运行；

运行方式3：1#进线L1带1#变，2#进线L2带2#变。

运行方式1与运行方式2类似，运行方式3不需要改进。

进一步的技术方案，变电站备自投装置运行方式2下，当进线L2无流、进线L1有压、Ⅱ母三相无压、Ⅰ母三相无压、自投方式2充电完成同时满足时，备自投启动条件满足，断路器QF2跳闸；

同时，对Ⅱ母故障判断，若是，则断路器QF3跳闸；

断路器QF3跳闸同时QF3分位，L2线路故障判断成立同时QF2分位，则QF1合闸。

进一步的技术方案，对Ⅱ母故障判断时，正方向元件不动作、反方向元件动作，则母线故障。

进一步的技术方案，对L2线路故障判断时，正方向元件动作、反方向元件不动作，则线路故障。

进一步的技术方案，断路器QF2、QF3跳闸之前有一定的延迟时间，断路器QF1合闸之前有一定的延迟时间。

第二方面，公开了单母线分段接线型式变电站备自投方法，包括：

进一步的技术方案，在某时刻Ⅱ母上发生了永久性故障，延时后在第一时刻备自投补跳2#进线QF2，然后再延时后于第二时刻备自投跳开母分断路器QF3，以确保半边还能供电；再经过设定时间于第三时刻合上备用电源断路器QF1。

第三方面，公开了单母线分段接线型式变电站备自投系统，包括：上述备自投装置及检测设备，所述检测设备用于检测两个电流方向元件的动作状态并传输至控制器，所述控制器控制备自投装置的工作状态。

第四方面，公开了单母线分段接线型式变电站备自投系统的工作方法，包括：检测设备检测两个电流方向元件的动作状态并传输至控制器，所述控制器根据上述变电站备自投方法控制备自投装置的工作状态。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

基于单母分段备自投动作后合于故障的情况只是发生在母线上故障时，如何区别母线故障还是线路故障。本公开技术方案通过在线路上装设正、反两个电流方向元件，以此区别故障位置是发生在母线还是线路。设定电流从母线流向线路为正方向，反之为反方向。因此，可以从正、反方向元件动作的动作情况来判断故障位置，若正方向动作、反方向不动作，则为线路故障，此时备自投可以动作；若反方向动作、正方向不动作则为母线故障，闭锁备自投不能动作；其余状态为无效，即不能判断故障位置。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例某变电站单母线分段接线方式电气图；

图2为本公开实施例运行方式2下的改进型进线备自投装置动作逻辑图；

图3为本公开实施例2#进线保护动作未加入线路方向元件的备自投动作时序图；

图4为本公开实施例2#进线保护动作且方向元件动作的改进备自投动作时序图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了单母线分段接线型式变电站备自投装置，包括：

单母分段备自投动作后合于故障的情况只是发生在母线上故障时，因此如何区别母线故障还是线路故障是改进的关键点。通过在线路上装设正、反两个电流方向元件，以此区别故障位置是发生在母线还是线路。本文设定电流从母线流向线路为正方向，反之为反方向。因此，可以从正、反方向元件动作的动作情况来判断故障位置，若正方向动作、反方向不动作，则为线路故障，此时备自投可以动作；若反方向动作、正方向不动作则为母线故障，闭锁备自投不能动作；其余状态为无效，即不能判断故障位置。

单母分段备自投动作后合于故障的情况只是发生在母线上故障时，因此如何区别母线故障还是线路故障是改进的关键点。

针对单母分段接线型式不同运行方式下，发生不同故障时备自投能否动作的情况进行汇总，如表2所示。

表2单母分段不同运行方式不同元件故障后备自投能否动作的相关状态量分析

基于表2中所有运行方式及不同故障元件的情况下，各断路器位置、备自投相关状态量及备自投是否动作的结果，可以发现当故障发生在母线上时，均不能动作，而发生在线路上时均可以动作。

对于图1中的2条线路，通过在线路上装设正、反两个电流方向元件，以此区别故障位置是发生在母线还是线路。为避免备自投动作合闸于故障再次对系统造成冲击，因此有必要区分故障点是在母线还是在线路，以进一步确定备自投是否动作。

本文设定电流从母线流向线路为正方向，反之为反方向。因此，可以从正、反方向元件动作的动作情况来判断故障位置，若正方向动作、反方向不动作，则为线路故障，若反方向动作、正方向不动作则为母线故障；其余状态为无效，即不能判断故障位置。

以运行方式2为例说明备自投逻辑的改进方式，改进逻辑如图2所示。

结果验证

在matlab中建立了备自投的仿真模型，对改进策略进行仿真分析，验证了改进策略的有效性。

单母分段接线情况下的备自投在没有安装110kV母差保护的情况下，110kV母线发生故障后，会发生备自投动作合于故障的情况。在增加了方向元件之后，并将正、反方向元件的动作情况纳入到备自投的动作逻辑中，就可以实现单母分段接线的备自投根据故障位置确定是否动作，从而避免动作后合闸于故障的情况。

此时，仍以运行方式2为例进行说明，假设Ⅱ母发生永久性故障，母分保护动作跳QF3时间为0.1s，备自投跳闸延时为0.1s，合备用电源延时为5s；备自投改进前后的动作时序对比如图3、4所示。

图3中，备自投动作逻辑中没有加入方向元件的状态量，未考虑是否是母线故障还是线路故障的情况。假设Ⅱ母上发生了永久性故障，在t₀时刻，2#进线断路器QF2跳开，由于电源消失，Ⅰ、Ⅱ母均无压且I2无流，满足备自投动作条件，延时5s在t₁时刻备自投动作，Ⅰ、Ⅱ母恢复有压，但由于永久故障在Ⅱ母上，合闸于故障，再经过0.1s于t₂时刻由110kV母分保护跳开母分开关QF3。

由图4可见，改进后加入判断是母线故障还是线路故障的方向元件状态量之后，在t₀时刻母线发生了永久性故障，延时0.1s在t₁时刻备自投补跳2#进线QF2，然后再延时0.1s于t₂时刻备自投跳开母分断路器QF3，以确保半边还能供电；再经过5s于t₃时刻合上备用电源断路器QF1。

实施例子二

本实施例子公开了单母线分段接线型式变电站备自投方法，包括：

在某时刻Ⅱ母上发生了永久性故障，延时后在第一时刻备自投补跳2#进线QF2，然后再延时后于第二时刻备自投跳开母分断路器QF3，以确保半边还能供电；再经过设定时间于第三时刻合上备用电源断路器QF1。

实施例子三

本实施例子公开了单母线分段接线型式变电站备自投系统，包括：上述备自投装置及检测设备，所述检测设备用于检测两个电流方向元件的动作状态并传输至控制器，所述控制器控制备自投装置的工作状态。

实施例子四

本实施例子公开了单母线分段接线型式变电站备自投系统的工作方法，包括：检测设备检测两个电流方向元件的动作状态并传输至控制器，所述控制器根据上述变电站备自投方法控制备自投装置的工作状态。

本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims

1.单母线分段接线型式变电站备自投装置，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的单母线分段接线型式变电站备自投装置，其特征是，所述单母线分段接线型式变电站对应于备自投的动作方式依次为：

备投方式1：L1带两变，L1故障，备投L2；

备投方式2：L2带两变，L2故障，备投L1；

备投方式3：L1、L2各带1、2#变，L1故障，备投QF3；

备投方式4：L1、L2各带1、2#变，L2故障，备投QF3。

其中，L1、L2为两条线路，QF3为断路器。

3.如权利要求1所述的单母线分段接线型式变电站备自投装置，其特征是，变电站备自投装置运行方式2下，当进线L2无流、进线L1有压、Ⅱ母三相无压、Ⅰ母三相无压、自投方式2充电完成同时满足时，备自投启动条件满足，断路器QF2跳闸；

同时，对Ⅱ母故障判断，若是，则断路器QF3跳闸；

4.如权利要求1所述的单母线分段接线型式变电站备自投装置，其特征是，对Ⅱ母故障判断时，正方向元件不动作、反方向元件动作，则母线故障。

5.如权利要求1所述的单母线分段接线型式变电站备自投装置，其特征是，对L2线路故障判断时，正方向元件动作、反方向元件不动作，则线路故障。

6.如权利要求1所述的单母线分段接线型式变电站备自投装置，其特征是，断路器QF2、QF3跳闸之前有一定的延迟时间，断路器QF1合闸之前有一定的延迟时间。

7.单母线分段接线型式变电站备自投方法，其特征是，包括：

8.如权利要求7所述的单母线分段接线型式变电站备自投方法，其特征是，在某时刻Ⅱ母上发生了永久性故障，延时后在第一时刻备自投补跳2#进线QF2，然后再延时后于第二时刻备自投跳开母分断路器QF3，以确保半边还能供电；再经过设定时间于第三时刻合上备用电源断路器QF1。

9.单母线分段接线型式变电站备自投系统，其特征是，包括：上述权利要求1-6任一所述的备自投装置及检测设备，所述检测设备用于检测两个电流方向元件的动作状态并传输至控制器，所述控制器控制备自投装置的工作状态。

10.单母线分段接线型式变电站备自投系统的工作方法，其特征是，包括：检测设备检测两个电流方向元件的动作状态并传输至控制器，所述控制器根据上述权利要求7-8任一所述的变电站备自投方法控制权利要求1-6任一所述的备自投装置的工作状态。