CN113410823A - 一种不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，该方法包括如下步骤：线路保护启动后，当零序差动电流值进入零序电流差动保护制动特性的动作区，开始进行零序电流差动保护的选相；若故障相差动电流大于K₁倍的超前相差动电流及落后相差动电流，同时故障相差动电流大于K₂倍的零序电流差动保护定值且大于K₃倍的同相别的制动电流，零序电流差动保护选相结果为该单相故障。本发明通过各相差动电流之间的比值关系以及故障相差动电流与零序差动定值、同相别的制动电流的比值关系，实时进行选相。本发明不受负荷电流影响，灵敏度高，可实现输电线路重负荷运行经较大过渡电阻接地故障时，两侧零序电流差动保护装置可以正确选相、正确动作。

Description

一种不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体地，涉及一种不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法。

背景技术

纵联电流差动保护一般配置有分相电流差动保护和零序电流差动保护元件。差动保护动作时，需要差动电流大于一定系数的制动电流，若负荷较大而故障电流较小，则分相制动电流较大而分相差动电流较小，分相电流差动保护可能不满足动作条件，需要零序电流差动保护延时动作。因此，零序电流差动保护主要用于保护线路重负荷运行时区内发生经较大过渡电阻接地的故障。

规范要求，当故障点一次电流大于800A时，保护应能选相动作切除故障。分相电流差动保护具有天然的选相能力，若只有一相电流满足动作条件，单重方式时差动保护单跳，若两相或三相电流满足动作条件，差动保护三跳。零序差动保护一般使用自产零序电流，自产零序电流为保护测量的三相电流之和。因此，对于零序电流差动保护，当零序电流满足其动作条件时，并不能直接确认是哪个相别发生故障，因此需要选相，单重方式时保护按选相相别进行单跳。

此外，区外发生三相故障时，保护测量的短路电流中会出现非周期分量，若CT特性不好有传变误差时，可能导致出现虚假的自产零序电流，如果两侧CT特性不完全一致，会出现零序差流，可能导致零序电流差动保护误动。因此，零序电流差动保护在选相时，除了考虑负荷电流的影响，还需考虑两侧CT特性不一致的影响。

目前的电流选相元件主要有，突变量电流选相、零负序电流选相等。这些选相元件的电流均是单侧故障量，选相效果存在不足。突变量电流选相元件，要求有明显的突变量电流时才能选相，因此不适应于经高阻接地故障、故障电流缓慢变化的情况；零负序电流选相，必须有明显的零序电流和负序电流时才能选相，有局限性，例如，弱馈侧没有负序电流时就出现会选相失败的情况。

因此，目前线路区内发生经较大过渡电阻接地故障时，零序电流差动保护不能有效选相。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，通过各相差动电流之间的比值关系，以及故障相差动电流与零序差动定值、同相别的制动电流的比值关系，实时进行选相。

本发明采用如下的技术方案：

一种不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，所述方法为：

线路保护启动后，当零序差动电流值进入零序电流差动保护制动特性的动作区，开始进行零序电流差动保护的选相；

若故障相差动电流大于K₁倍的超前相差动电流以及落后相差动电流，同时故障相差动电流大于K₂倍的零序电流差动保护定值且大于K₃倍的同相别的制动电流，零序电流差动保护选相结果为该单相故障。

进一步地，所述方法包括如下具体步骤：

步骤1，判别线路保护装置是否启动，若保护已启动，进入步骤2，否则保护返回；

步骤2，判别零序差动电流值是否进入零序电流差动保护制动特性的动作区内，若在动作区内，进入步骤3，否则保护返回；

步骤3，判别某一相别的差动电流满足条件大于K₁倍的超前相差动电流以及落后相差动电流时，进入步骤4，否则进入步骤8；

步骤4，选择出故障相别，故障相差动电流为最大差动电流，进入步骤5；

步骤5，判别最大差动电流大于K₂倍的零序电流差动保护定值且大于K₃倍的同相别的制动电流时，进入步骤6，否则进入步骤8；

步骤6，判为单相故障，该故障相为选相相别，进入步骤7；

步骤7，判别是否满足零序电流差动保护动作的确认时间t1，若满足确认时间t1，保护单跳，否则返回到步骤2；

步骤8，判为该故障为多相故障，进入步骤9；

步骤9，判别是否满足零序电流差动保护动作的确认时间t2，若满足确认时间t2，保护三跳，否则返回到步骤2。

进一步地，所述步骤3中，

判别某一相别的差动电流I_DΦ＞K₁×I_DΦ1并且I_DΦ＞K₁×I_DΦ2；

其中，I_DΦ为Φ相差动电流，Φ为A相、B相或C相；K₁为系数；I_DΦ1为超前相差动电流，I_DΦ2为落后相差动电流。

进一步地，K₁的取值范围为3～5。

进一步地，所述步骤5中，

判别最大差动电流I_Dmax＞K₂×I_0Z并且I_Dmax＞K₃×I_ZΦ；

其中，I_Dmax为最大差动电流，K₂、K₃为系数，I_0Z为零序电流差动保护定值，I_ZΦ为最大差动电流I_Dmax相同相别的制动电流。

进一步地，K₂的取值范围为0.3～0.8，K₃的取值范围为0.05～0.15。

进一步地，制动电流I_ZΦ计算公式如下：

其中，

为M侧矢量电流，

为N侧矢量电流；K₄为系数；I_1│0│为保护启动前的正序电流。

进一步地，K₄的取值范围为0.5～1.0。

进一步地，所述步骤7中，

t1的取值范围为50ms～150ms；

在此期间，零序电流差动保护一直实时选相，保护装置按累计选相结果进行跳闸。

进一步地，所述步骤9中，

t2的取值范围为200ms～300ms。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，

本发明的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，通过各相差动电流之间的比值关系，以及故障相差动电流与零序差动定值、同相别的制动电流的比值关系，实时进行选相。在实际使用过程中，有效地解决了经较大过渡电阻接地故障时零序电流差动保护选相问题。

本发明方法不受负荷电流影响，灵敏度高，可实现输电线路重负荷运行经较大过渡电阻接地故障时，两侧零序电流差动保护装置可以正确选相、正确动作。

附图说明

图1是零序电流差动保护制动特性示意图。

图2是不受负荷影响的零序电流差动保护选相的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

首先对本发明中使用的以下技术术语进行说明或定义：

保护启动：保护启动元件用于监视电力系统是否发生故障，在确认为故障的情况下，开放保护跳闸出口继电器的电源，并启动保护故障处理程序。保护启动元件包括电流突变量启动、零序辅助启动、静稳破坏启动、弱馈启动等元件。任何一个启动元件动作后开放保护功能，并自保持到装置的整组复归。

差动电流：包括分相差动电流、零序差动电流。其中，分相差动电流包括A相差动电流、B相差动电流和C相差动电流。差动电流为线路两侧保护测量的同名相电流，进行矢量相加，再取绝对值。

零序电流差动保护定值：为保护装置的整定定值。若零序差动电流小于该定值，零序电流差动保护不能动作。

零序电流差动保护制动特性：零序电流差动保护为零序差动电流与零序制动电流的比例式差动保护，制动系数一般取0.6～0.8。零序制动电流为线路两侧保护测量的零序电流，进行矢量相减，再取绝对值。

如图1所示，零序电流差动保护制动特性示意图。其中，I_0Z为零序电流差动保护定值，I_D0为零序差动电流，I_B0为零序制动电流，制动系数K为0.6。零序电流差动保护的动作区为大于I_0Z和制动曲线之间的部分。线路保护启动后，计算的零序差动电流值在动作区内，同时满足动作确认时间后，才允许零序电流差动保护动作。

本发明所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，包括如下主要步骤：线路保护启动后，当零序差动电流值进入零序电流差动保护制动特性的动作区后，才开始进行零序电流差动保护的选相；若故障相差动电流大于K₁倍的超前相差动电流及落后相差动电流，同时故障相差动电流大于K₂倍的零序电流差动保护定值且大于K₃倍的同相别的制动电流，零序电流差动保护选相结果为该单相故障。

如图2所示，不受负荷影响的零序电流差动保护选相的流程示意图，包括如下具体步骤：

步骤1，判别线路保护装置是否启动，若保护已启动，进入步骤2，否则保护返回，不再执行下面的步骤。

步骤2，判别零序差动电流值是否进入零序电流差动保护制动特性的动作区内，若在动作区内，进入步骤3，否则保护返回。

零序差动电流值大于零序电流差动保护定值，且落入动作区后，再开始进行选相。好处是，当零序电流差动保护还没有达到动作条件时不进行选相，防止故障电流还处于较小时的误选相。

步骤3，判别某一相别的差动电流I_DΦ＞K₁×I_DΦ1，并且I_DΦ＞K₁×I_DΦ2时，进入步骤4，否则进入步骤8。

通过步骤3，选择出故障相别。若不能选择出一个最大的故障相差动电流，保护进入步骤8，判为多相故障。

其中，Φ为A相、B相或C相；I_DΦ分别为A相差动电流I_DA、B相差动电流I_DB、C相差动电流I_DC；K₁为系数；I_DΦ1为超前相差动电流，I_DΦ2为落后相差动电流。

I_DΦ为I_DA时，超前相差动电流I_DΦ1为I_DC，落后相差动电流I_DΦ2为I_DB；I_DΦ为I_DB时，超前相差动电流I_DΦ1为I_DA、落后相差动电流I_DΦ2为I_DC；I_DΦ为I_DC时，超前相差动电流I_DΦ1为I_DB，落后相差动电流I_DΦ2为I_DA。

通过比较三个分相差动电流的大小，确定故障相别。差动电流的计算，可以自动消除穿越性电流的影响，计算结果主要是故障分量，可以准确反映故障情况。

对于单相故障，故障相的差动电流要比非故障的差动电流大很多。非故障相的差动电流，主要来自两侧电流互感器的偏差、两侧保护装置的采样偏差、电容电流等情况。两侧电流偏差一般不大于10％。

当电容电流较大时，保护装置整定时会投入电容电流补偿功能，补偿后的电容电流值一般不大于一次60A。当电容电流较小时，不投入电容电流补偿，例如长度100kM线路的220kV线路，电容电流的典型值为一次34A，也是一个比较小的值。而零序电流差动保护定值，一般会大于一次300A。因此，K₁的取值范围为3～5，综合保护试验及现场运行情况，优选值为4。

步骤4，若可以选择出一个最大的故障相差动电流，该相别的差动电流为最大差动电流I_Dmax，进入步骤5。

步骤5，判别最大差动电流I_Dmax＞K₂×I_0Z，并且I_Dmax＞K₃×I_ZΦ时，进入步骤6，否则进入步骤8。

通过步骤5，选择出单相接地故障时满足零序电流差动保护的动作相别。若不满足最大差动电流I_Dmax＞K₂×I_0Z，并且I_Dmax＞K₃×I_ZΦ的条件，判为多相故障，进入步骤8。

I_Dmax为最大差动电流，K₂、K₃为系数，I_0Z为零序电流差动保护定值，I_ZΦ为最大差动电流I_Dmax相同相别的制动电流。

正常情况下，单相接地故障时，故障相差动电流值和零序差动电流值差别不大。故障相差动电流选相门槛值取值比零序差动电流保护定值小，有利于提高选相灵敏度。根据现场的影响经验，系数K₂的取值范围为0.3～0.8，优选值为0.5。

区外发生三相故障时，保护测量的短路电流中会出现直流分量，若有CT特性不好传变有误差，可能导致出现虚假的自产零序电流，如果两侧CT特性不完全一致，会出现零序差流。通过试验发现，此时的制动电流I_ZΦ会较大，远远大于差动电流。因此，通过公式I_Dmax＞K₃×I_ZΦ，系数K₃的取值范围为0.05～0.15，优选值为0.1，可以排除单相接地故障，从而防止区外三相短路故障时零序电流差动保护误动。

对于经过渡电阻接地故障，负荷电流越大、过渡电阻越大，制动电流越大。单相接地时，制动电流I_ZΦ通过下面的公式，降低负荷电流的影响：

其中，

为M侧矢量电流，

为N侧矢量电流；K₄为系数；I_1│0│为保护启动前的正序电流。

A相差动电流最大时：

其中，

为M侧A向矢量电流，

为N侧A相矢量电流；

B相差动电流最大时：

其中，

为M侧B向矢量电流，

为N侧B相矢量电流；

C相差动电流最大时：

其中，

为M侧C向矢量电流，

为N侧C相矢量电流。

保护启动前的正序电流I_1│0│，可以基本反映出负荷电流的情况。为尽量消除负荷电流的影响，根据现场运行经验以及试验情况，系数K₄的取值范围为0.5～1.0，优选值为0.75。当故障电流较小，而负荷电流较大时，制动电流I_ZΦ通过上述公式计算可以基本消除负荷电流的影响，可以适用于负荷电流较大等各种的场合，大大提高选相的灵敏度。

步骤6，判为单相故障，该故障相为选相相别，进入步骤7。

步骤7，判别是否满足零序电流差动保护动作的确认时间t1，若满足确认时间t1，单重方式时保护单跳，只跳故障相别。否则返回到步骤2。

若零序电流差动保护的动作确认时间t1还没有到，需返回到步骤2，重新进行零序电流差动保护的选相。

经较大过渡电阻接地故障，一般情况下零序电流会逐渐增大，零序电流差动保护的动作需要经多次确认，一直满足动作条件时才允许动作。为消除非周期分量等因素的影响，现场t1通常为50ms～150ms，优选值为100ms。t1为100ms时，保护计算的零序差动电流，需确认在动作区内100ms后，才允许动作。在此期间，零序电流差动保护一直在实时选相，保护装置按累计的选相结果进行跳闸。

步骤8，判为该故障为多相故障，进入步骤9。

区内两相或三相故障时，保护判别为多相故障；区外三相短路，由于两侧CT特性不一致导致出现了差动电流，为防止零序电流差动保护误动，也判为多相故障。

步骤9，判别是否满足零序电流差动保护动作的确认时间t2，若满足确认时间t2，保护三跳，否则返回到步骤2。

若零序电流差动保护的动作确认时间t2还没有到，需返回到步骤2，重新进行零序电流差动保护的选相。

通常情况，多相故障时一般由分相电流差动保护快速切除故障，为防止零序电流差动保护误动，t2的取值范围为200ms～300ms，优选值为250ms，和单相接地故障时零序电流差动保护的确认时间t1有150ms的级差，若区外故障已切除，多相故障的零序电流差动保护不会误动作。另外，区外三相短路故障，250ms后非周期分量已衰减为不到10％，不再满足零序电流差动保护动作条件，可以有效避免误动。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，

本发明的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，通过各相差动电流之间的比值关系，以及故障相差动电流与零序差动定值、同相别的制动电流的比值关系，实时进行选相。在实际使用过程中，有效地解决了经较大过渡电阻接地故障时零序电流差动保护选相问题。

本发明方法不受负荷电流影响，灵敏度高，可实现输电线路重负荷运行经较大过渡电阻接地故障时，两侧零序电流差动保护装置可以正确选相、正确动作。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，所述方法为：

线路保护启动后，当零序差动电流值进入零序电流差动保护制动特性的动作区，开始进行零序电流差动保护的选相；

若故障相差动电流大于K₁倍的超前相差动电流以及落后相差动电流，同时故障相差动电流大于K₂倍的零序电流差动保护定值且大于K₃倍的同相别的制动电流，零序电流差动保护选相结果为该单相故障。

2.根据权利要求1所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，所述方法包括如下具体步骤：

步骤1，判别线路保护装置是否启动，若保护已启动，进入步骤2，否则保护返回；

步骤2，判别零序差动电流值是否进入零序电流差动保护制动特性的动作区内，若在动作区内，进入步骤3，否则保护返回；

步骤3，判别某一相别的差动电流满足条件大于K₁倍的超前相差动电流以及落后相差动电流时，进入步骤4，否则进入步骤8；

步骤4，选择出故障相别，故障相差动电流为最大差动电流，进入步骤5；

步骤5，判别最大差动电流大于K₂倍的零序电流差动保护定值且大于K₃倍的同相别的制动电流时，进入步骤6，否则进入步骤8；

步骤6，判为单相故障，该故障相为选相相别，进入步骤7；

步骤7，判别是否满足零序电流差动保护动作的确认时间t1，若满足确认时间t1，保护单跳，否则返回到步骤2；

步骤8，判为该故障为多相故障，进入步骤9；

步骤9，判别是否满足零序电流差动保护动作的确认时间t2，若满足确认时间t2，保护三跳，否则返回到步骤2。

3.根据权利要求2所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，所述步骤3中，

判别某一相别的差动电流I_DΦ＞K₁×I_DΦ1并且I_DΦ＞K₁×I_DΦ2；

其中，I_DΦ为Φ相差动电流，Φ为A相、B相或C相；K₁为系数；I_DΦ1为超前相差动电流，I_DΦ2为落后相差动电流。

4.根据权利要求3所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，

K₁的取值范围为3～5。

5.根据权利要求2所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，所述步骤5中，

判别最大差动电流I_Dmax＞K₂×I_0Z并且I_Dmax＞K₃×I_ZΦ；

其中，I_Dmax为最大差动电流，K₂、K₃为系数，I_0Z为零序电流差动保护定值，I_ZΦ为最大差动电流I_Dmax相同相别的制动电流。

6.根据权利要求5所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，

K₂的取值范围为0.3～0.8，K₃的取值范围为0.05～0.15。

7.根据权利要求5所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，制动电流I_ZΦ计算公式如下：

其中，

为M侧矢量电流，

为N侧矢量电流；K₄为系数；I_1│0│为保护启动前的正序电流。

8.根据权利要求7所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，

K₄的取值范围为0.5～1.0。

9.根据权利要求2所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，所述步骤7中，

t1的取值范围为50ms～150ms；

在此期间，零序电流差动保护一直实时选相，保护装置按累计选相结果进行跳闸。

10.根据权利要求2所述的不受负荷影响的零序电流差动保护选相方法，其特征在于，所述步骤9中，

t2的取值范围为200ms～300ms。

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