CN114629092A - 一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法与系统 - Google Patents

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Abstract

一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的方法和系统，所述方法包括如下步骤：判断电网是否发生故障；若发生故障，判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件；若满足预设条件，则弱电源侧向强电源侧发送差动允许信号。弱电源侧收到强电源侧的发出的差动允许信息后，弱电源侧保护启动，最后弱电源侧差流满足动作条件后差动保护动作。本发明提高电源侧差动保护的动作速度，缩短故障切除时间，提高配电网运行的可靠性。

Description

一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法与系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，更具体的，涉及一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法与系统。
背景技术
继电保护装置是电力系统的重要组成部分，是保护电力系统安全运行的重要措施之一。随着继电保护装置的发展，和对电网稳定性要求的提高，要求在发生高阻接地故障时能够快速可靠动作。
然而，相关技术中，尤其在无线通信传输模式下，弱馈情况下的差动允许信号发送的速度慢，导致差动保护动作(故障切除)不及时，进而降低了电网安全运行的可靠性。
发明内容
为解决相关通用技术中存在的不足，本发明的目的在于，解决现有差动保护应用无线通信方式后在弱馈条件下电源侧的动作时间过长的问题，全面适用于传统配电网和分布式电源接入后的有源配电网，提升配电网运行可靠性。进而提出一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法与系统。
本发明采用如下的技术方案。
一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法，该方法中弱电源侧包括如下步骤：
步骤R1，判断电网是否发生故障；
步骤R2，若发生故障，判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件；
步骤R3，若满足预设条件，则弱电源侧向强电源侧发送差动允许信号。
步骤R4，弱电源侧收到强电源侧的发出的差动允许信息后，弱电源侧保护启动，最后弱电源侧差流满足动作条件后差动保护动作。
进一步的，步骤R2中判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件具体包括：
1)判断弱电源侧电压向下突变量值是否大于预设的电压门槛值Uset，其中，Uset可以是0.15倍的额定电压值；
2)判断弱电源侧的差流是否大于预设的差流门槛值；
当1)和2)均为是时，则满足预设条件。
进一步的，差动允许信号通过无线通道方式进行传输。
进一步的，步骤R2预设条件还包括：判断CT是否断线，若CT不断线，则不满足预设条件。
进一步的，所述方法中强电源侧包括如下步骤：
步骤Q1，强电源侧通过电流判断保护启动后，发送差动允许信号给弱电源侧；
步骤Q2，强电源侧收到弱电源侧的差动允许信号后，判断强电源侧的差流是否满足动作条件，若满足动作条件，强电源侧差动保护动作。
进一步的，步骤R3发送差动允许信号具体包括：
步骤R31，差动允许信号分相传输至强电源侧，差动允许信号的相别与发生突降的电压相位一致；
并且步骤Q2中判断强电源侧的差流是否满足动作条件具体包括：
步骤Q21，强电源侧收到差动允许信号后，将差动允许信号的相别与本侧差动电流相别、电压变化的相别进行比较；
步骤Q22，若相别不一致，强电源侧差动保护不动作。
进一步的，若弱电源侧的三相电压互感器采用三相PT配置场景，步骤R31中差动允许信号的相别为相电压。
进一步的，若弱电源侧的三相电压互感器采用VV接线配置场景，步骤R31中差动允许信号的相别为线电压。
一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的系统，包括：装置启动模块、差动保护启动模块、通道传输模块、差动保护运算模块以及逻辑判断模块；
保护启动模块用于保护启动，判断电网是否发生故障；
逻辑判断模块用于判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件；
通道传输模块用于发送差动允许信号；
差动保护运算模块用于差动保护动作。
进一步的，系统还包括：相别计算模块，用于将差动允许信号进行分相。
本发明的有益效果在于，与相关通用技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明通过分析配电网弱馈情况下的故障特征以及差动保护的动作逻辑，将差动允许信号发送逻辑和差动保护启动逻辑分开，提出了适用于弱馈情况的新型动作方法及相关逻辑，在保证差动保护启动可靠性的基础上，提高弱馈情况下的差动允许信号发送的速度，进而提高电源侧差动保护的动作速度，缩短故障切除时间，提高配电网运行的可靠性。
(2)本发明增加了相别的校验。即在差动允许信号中采用分相信号。通过相别校验，可以提高可靠性。
附图说明
图1为弱馈侧差动允许发送逻辑图。
图2为差动动作逻辑图。
图3为本公开实施例的弱馈侧差动允许发送逻辑图。
图4为分相差动允许逻辑图。
图5为基于分相差动允许的差动动作逻辑图。
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。
为了清楚的说明本申请的技术思想，以下列出了相关通用技术与本申请的过程对比。
如图1所示，对于相关通用技术而言，弱电源侧差动允许信号与保护启动采用相同逻辑，即：只有在保护启动后才会发送差动允许信号。故障发生后的步骤如下：
步骤S101，强电源侧通过电流判断保护启动后，发送差动允许信号给弱电源侧。
步骤S102，弱电源侧收到差动允许信号。
步骤S103，弱电源侧判断电压是否满足条件(一般判断电压小于门槛)。
步骤S104，弱电源侧判断差流是否满足条件(一般是差流大于门槛)。
步骤S105，弱电源侧判断S102、S103、S104同时满足条件时，弱电源保护启动，同时发送差动允许信号给强电源侧。最后弱电源侧差动保护动作。
步骤S106，强电源侧需要再收到S105中弱电源侧的差动允许信号后，判断差流满足动作条件，结合S101中的保护启动，差动保护动作。
由上可知，弱电源侧差动保护先动作，强电源差动保护后动作，其中，差动保护动作的逻辑图如图2所示。
而对于本申请而言，如图3所示，弱电源侧差动允许信号与保护启动采用不同的逻辑，保护启动与相关通用技术相同，差动允许信号在弱电源侧检测到电压突降后发送。故障发生后的步骤如下：
步骤S201，强电源侧通过电流判断保护启动后，发送差动允许信号给弱电源侧。
步骤S202，弱电源侧判断电压突降后，发送差动允许信号给强电源侧。(此处与相关通用技术不同)。
步骤S203，弱电源侧判断电压是否满足条件(判断电压小于门槛或有电压突降)。
步骤S204，弱电源侧收到差动允许信号。
步骤S205，弱电源侧判断弱电源侧的差流是否满足条件(一般是差流大于门槛)。
需要说明的是，上述步骤S203，S204，S205没有先后顺序关系。
步骤S206，弱电源侧判断S203、S204、S205同时满足条件时，弱电源保护启动(启动的判据与相关通用技术相同)。最后，弱电源侧差动保护动作。
步骤S207，强电源侧收到S202中弱电源侧的差动允许信号后，判断强电源侧的差流是否满足动作条件，若满足动作条件，强电源侧差动保护动作。需要说明的是，步骤S207在S202之后就开始执行，与步骤S203、S204、S205、S206没有先后顺序关系。
由上可知，步骤S202中电压突降在故障后很快就能判别出来，因此发差动允许很快；而弱电源测的保护启动需要等到计算出差流，并收到强电源侧的差动允许信号，判断的比较慢，相关通用技术在保护启动后才发差动允许，因此就慢了。所以本发明能提高动作速度。
综上所述，本申请首先公开了一种无线差动保护弱馈条件下弱电源侧快速动作的方法，包括如下步骤：
步骤R1，判断电网是否发生故障；
步骤R2，若发生故障，判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件；
此处需要说明的是，将弱电源侧的保护启动与发送差动允许信号逻辑分开，仅仅通过判断弱电源侧的电压是否满足预设条件，就直接从弱电源侧向强电源侧发送差动允许信号发送逻辑。而现有的相关技术中，弱电源侧发送差动允许信号逻辑与保护启动逻辑相同，是通过强电源侧的电流进行判断，然后给弱电源侧发送差动允许信号，最终弱电源侧接收到信号后判断电压、差流满足条件，此时弱电源侧保护启动，进而向强电源侧发送差动允许信号发送逻辑。因此，本申请的有益效果在于节约了强电源侧判断保护启动的时间以及强电源侧发送差动允许信号给弱电源侧的时间，将原本只能串行的2个步骤并行化(即相关通用技术只能先执行S101，再执行S103；而本申请可以同时执行S101与S103)。
步骤R3，若满足预设条件，则弱电源侧向强电源侧发送差动允许信号。
步骤R4，弱电源侧收到强电源侧的发出的差动允许信息后，弱电源侧保护启动，最后弱电源侧差流满足动作条件后差动保护动作。
其次，本申请公开了一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法，除了包含上述一种无线差动保护弱馈条件下弱电源侧快速动作的方法，还包括如下步骤：
步骤Q1，强电源侧通过电流判断保护启动后，发送差动允许信号给弱电源侧；
步骤Q2，强电源侧收到步骤R3中弱电源侧的差动允许信号后，判断强电源侧的差流是否满足动作条件，若满足动作条件，强电源侧差动保护动作。
进一步的，步骤R2中判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件具体包括：
1)判断弱电源侧电压向下突变量值是否大于预设的电压门槛值Uset，其中，Uset可以是0.15倍的额定电压值；
2)判断弱电源侧的差流是否大于预设的差流门槛值。
当1)和2)均为是时，则满足预设条件。
进一步的，步骤R3中发送差动允许信号具体包括：
步骤R31，差动允许信号分相传输至强电源侧，相别与发生突降的电压相位一致；
与R31匹配的是，步骤Q2中判断强电源侧的差流是否满足动作条件具体包括：
步骤Q21，强电源侧收到差动允许信号后，将差动允许信号的相别与本侧差动电流相别、电压变化的相别进行比较。
步骤Q22，若相别不一致，强电源侧差动保护不动作，以提高可靠性。
需要说明的是，强电源侧收到的弱电源侧的差动允许信号的相别，与强电源侧本身的差动电流相别、电压变化相别。相别一致才能动作(除了相别一致，强电源侧的差流也要满足动作条件)，相别不一致肯定不能动作。以此来提高可靠性。
进一步的，差动允许信号通过无线通道方式进行传输。
进一步的，若弱电源侧的三相电压互感器采用三相PT配置场景，采用相电压进行电压突变判别，即采用相电压判断弱电源侧电压向下突变量值是否大于预设的电压门槛值Uset。
进一步的，若弱电源侧的三相电压互感器采用VV接线配置场景，采用线电压进行电压突变判别。
进一步的，步骤R3预设条件还包括：判断CT是否断线，若CT不断线，则不满足预设条件。由于此处的逻辑与相关技术基本相同，不再赘述。
本申请还公开了一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的系统，具体包括：装置启动模块、差动保护启动模块、通道传输模块、差动保护运算模块以及逻辑判断模块；
保护启动模块用于保护启动，判断电网是否发生故障；
逻辑判断模块用于判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件；
通道传输模块用于发送差动允许信号；
差动保护运算模块用于差动保护动作。
进一步的，系统还包括：相别计算模块，用于将差动允许信号进行分相。
下面结合具体的实施方式对本申请进一步说明。
为保证继电保护在电网故障下可靠动作，继电保护装置设有启动元件。在电网正常运行下，微机型继电保护按正常逻辑运行，当发生故障后，当满足启动判据时继电保护装置启动元件动作，开放出口继电器的正电源，同时负责触发保护功能逻辑运算，当满足保护功能逻辑即动作完成出口跳闸。需要说明的是，跳闸指的就是差动保护动作，驱动断路器跳闸。
配电网一头连着大电网，一头连着用户，为典型的放射型网络。对于配电网线路，通常用户侧为弱电源侧(没有电源或者直接有小容量的分布式电源)，故障下显现弱馈特性，输出的故障电流很小，与负荷电流难以区分，若简单采用电流判据作为上述启动判据，配电线路弱馈侧(即上述的弱电源侧)差动保护难以启动，差动保护无法动作。
为此，目前国内的通用做法是采用专用的弱馈侧启动元件，发生区内三相故障，弱电源侧电流启动元件可能不动作，此时若收到强电源侧(强电源侧)的差动保护允许信号，并且满足差动保护动作相关的相电压和相间电压小于额定电压一定的百分比(通常取65％)，则低压差流启动元件动作，去开放出口继电器。需要说明的是，上述“差动保护动作相关的相电压和相间电压小于额定电压一定的百分比”的通用做法是，收到强电源侧的差动保护允许信号，并且电压小于一定的值(有的做法还需要差流同时大于门槛)，才会启动。本发明不需要收到强电源侧的差动保护允许信号，也不需要判断差流，电压判的是突降。
在此启动元件逻辑下，故障后电源侧可以感知较大的故障电流变化，保护装置启动并向弱电源侧发送差动允许信号。弱馈侧则需满足收到强电源侧差动允许信号及弱电源侧电压下降两个判据才能保护启动，此时向强电源侧发差动允许信号。
对于差动保护，当满足以下三个条件则可以动作，动作逻辑如图1所示：
(1)弱电源侧保护启动；
(2)收到线路强电源侧保护装置的差动允许信号；
(3)弱电源侧差动元件动作。
当差动保护采用无线通道时：
当电网发生故障时，假设电源侧经δt0时间满足启动条件向强电源侧弱电源侧发差动允许信号，无线通道正向与反向传输延时分别为δt1和δt2，则电源侧收到弱电源侧的差动允许信号时间为δt0+δt1+δt2，无线传输下δt1和δt2较光纤传输延时长较多，因此会显著延长动作时间。
在差动保护采用光纤传输时，由于传输时间很短，同时应用场景多为主网，弱馈这种情况也较少，因此采用原有的弱馈启动与动作逻辑没问题。
但是在配电网中大量存在弱馈情况，加之采用无线通道后传输延时变长，稳定性下降，因此原有的动作原理出现不适应，会使得电源侧差动保护动作时间显著加长，电源侧跳闸是切除故障的关键，因此不利于故障快速切除。
需要说明的是，本发明更多适用于无线通道场景。由于光纤传输速度快，本发明的性能优势体现不明显。但是，由于光纤想对于配电网更加昂贵，配电网不可能全部属于光纤场景。
综上，本发明的目的是提高弱电源侧发送差动允许信号的速度，从而提高电源侧的差动动作速度。本发明将差动允许信号发送逻辑和差动保护启动逻辑分开，提出了适用于弱馈情况的新型动作方法及相关逻辑：当弱电源侧判断电压出现突降(即电压向下突变量值大于预定门槛值Uset，一般推荐可取0.15倍额定值)时，立即发送差动允许信号给强电源侧。弱电源侧的差动保护启动需判断强电源侧差动允许信号、差动元件动作及弱电源侧电压下降，防止电压变化导致装置频繁启动。改进后的弱馈侧差动允许发送逻辑如下：
进一步的，为提高弱电源侧发送差动允许信号的可靠性，差动允许信号可采用分相允许信号，发送分相允许信号及判断逻辑如下：
(1)弱电源侧发送的差动允许信号分相传输至强电源侧，相别与发生突降的电压相位一致；
(2)强电源侧收到差动允许信号后，将分相后的信号的相别与强电源侧差动电流相别、电压变化的相别进行比较，确定一致再跳闸；需要说明的是，差动允许信号分相后就是：A相差动允许，B相差动允许，C相差动允许。假设弱电源侧A相电压突降，那么就会给强电源侧发A相差动允许。强电源侧收到后与强电源侧的A相差动电流相别，A相电压变化进行比较，确定一致再跳闸。
差动允许及差动动作按相判别，以A相为例，逻辑图如图4、图5所示：
此处的电压突变考虑以下两种电压互感器配置场景：1)配置三相电压互感器(三相PT)；2)配置VV接线方式的两相电压互感器。对于三相PT配置场景，采用相电压进行电压突变判别，差动允许信号的相位与发生电压突变的电压相位相同。如：1)小电阻接地系统发生A相故障时，A相电压突降，故将A相差动允许信号发送至强电源侧；2)发生AB相间故障时，UAB下降，故将AB两相的差动允许信号均发送至强电源侧；
对于VV接线配置场景，采用线电压进行电压突变判别，差动允许信号的相位与发生电压突变的电压相位不完全相同，具体如下：1)当有两个线电压均突降时，将两个线电压的公共相位差动允许信号发送至强电源侧，如：小电阻接地系统发生A相故障时，UAB和UCA均有电压突变，而UBC未发生电压突变，故将A相差动允许信号发送至强电源侧；2)当仅有一个线电压突降时，将线电压对应的两个相位差动允许信号均发送至强电源侧，如：发生AB相间故障时，UAB下降，UCA和UBC可能不下降，故将AB两相的差动允许信号均发送至强电源侧。
本发明提供了一种无线通信方式下差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法，采用本发明所提出的方法和系统，可提高弱电源侧继电保护装置发送差动允许信号的速度，从而提高电源侧装置的差动动作速度，缩短故障切除时间。
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)

1.一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法，其特征在于，所述方法中弱电源侧包括如下步骤：
步骤R1，判断电网是否发生故障；
步骤R2，若发生故障，判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件；
步骤R3，若满足预设条件，则弱电源侧向强电源侧发送差动允许信号。
步骤R4，弱电源侧收到强电源侧的发出的差动允许信息后，弱电源侧保护启动，最后弱电源侧差流满足动作条件后差动保护动作。
2.根据权利要求1所述的一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法，其特征在于，步骤R2中判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件具体包括：
1)判断弱电源侧电压向下突变量值是否大于预设的电压门槛值Uset，其中，Uset可以是0.15倍的额定电压值；
2)判断弱电源侧的差流是否大于预设的差流门槛值；
当1)和2)均为是时，则满足预设条件。
3.根据权利要求1所述的一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的方法，其特征在于，差动允许信号通过无线通道方式进行传输。
4.根据权利要求1所述的一种无线差动保护弱馈条件下弱电源侧快速动作的方法，其特征在于，步骤R2预设条件还包括：判断CT是否断线，若CT不断线，则不满足预设条件。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的实现方法，其特征在于，所述方法中强电源侧包括如下步骤：
步骤Q1，强电源侧通过电流判断保护启动后，发送差动允许信号给弱电源侧；
步骤Q2，强电源侧收到弱电源侧的差动允许信号后，判断强电源侧的差流是否满足动作条件，若满足动作条件，强电源侧差动保护动作。
6.根据权利要求5所述的一种无线差动保护弱馈条件下弱电源侧快速动作的方法，其特征在于，步骤R3发送差动允许信号具体包括：
步骤R31，差动允许信号分相传输至强电源侧，差动允许信号的相别与发生突降的电压相位一致；
并且步骤Q2中判断强电源侧的差流是否满足动作条件具体包括：
步骤Q21，强电源侧收到差动允许信号后，将差动允许信号的相别与本侧差动电流相别、电压变化的相别进行比较；
步骤Q22，若相别不一致，强电源侧差动保护不动作。
7.根据权利要求6所述的一种无线差动保护弱馈条件下弱电源侧快速动作的方法，其特征在于，若弱电源侧的三相电压互感器采用三相PT配置场景，步骤R31中差动允许信号的相别为相电压。
8.根据权利要求6所述的一种无线差动保护弱馈条件下弱电源侧快速动作的方法，其特征在于，若弱电源侧的三相电压互感器采用VV接线配置场景，步骤R31中差动允许信号的相别为线电压。
9.一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的系统，其特征在于，包括：装置启动模块、差动保护启动模块、通道传输模块、差动保护运算模块以及逻辑判断模块；
保护启动模块用于保护启动，判断电网是否发生故障；
逻辑判断模块用于判断弱电源侧的电压与差流是否满足预设条件；
通道传输模块用于发送差动允许信号；
差动保护运算模块用于差动保护动作。
10.根据权利要求9所述的一种无线差动保护弱馈条件下快速动作的系统，其特征在于，系统还包括：相别计算模块，用于将差动允许信号进行分相。
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