CN115085159A - 一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法 - Google Patents

Abstract

一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，实时采集各母线支路的隔离刀闸开关量，并识别各支路运行方式；计算母线的大差电流及母线段的小差电流；基于大差电流和小差电流进行各支路运行方式校验，以更新各支路运行方式；根据更新后的各支路运行方式进行保护跳闸判别，若母线大差保护动作、小差保护动作、电压闭锁动作，则小差对应母线上各支路均跳闸；同时在大差跳闸范围内充分利用母线故障大差电流的暂态特性，差动保护动作跳闸后经母联分段失灵时间定值延时判别大差电流是否平衡，若不平衡则补跳大差跳闸范围内隔离刀闸位置异常支路。本发明适用于双母线、双母双分段、双母单分段等接线下隔离刀闸位置异常支路的跳闸。

Description

一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，更具体地，涉及一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法。

背景技术

母线是发电厂和变电所的重要组成部分，是电能的汇集和分配的中心，是电力系统的神经中枢。一但母线发生故障，电网的功率交换可能出现阻塞或中断，因而会造成大面积停电或者大范围切机，母线保护的误动和拒动都会造成不可接受的后果。双母线运行的一个特点是操作灵活、多变，但是运行的灵活却给保护的配置带来了一定的困难，很难知道哪一条线路是接于I母或II母。母线保护中通过引入隔离开关辅助触点的方法来动态跟踪现场的运行工况，形成各段母线运行方式，同时辅以电流校验实时跟踪母线运行方式的变化。对于双母线接线来说，大差是指除母联以外其余支路的电流和，小差是指含有母联电流的对应I母或II母所有支路的电流和。一般采用比率制动式差动保护原理。一般的母线保护包括大差故障检测元件和小差故障母线识别元件，大差和小差母线差动元件动作，对应的母线电压闭锁动作，则母线保护发出母线故障指令，并跳闸对应的母线断路器。

现有技术中，在根据隔离刀闸辅助位置识别母线运行方式的过程中，常用的做法是根据差动电流的平衡原则判别运行方式的识别是否正确。母线大差电流平衡小差电流不平衡为异常状态，母线的运行状态不更新，记忆以前的状态；大差电流和小差电流平衡，母线运行状态更新。母线保护在单支路有电流但其刀闸辅助触点信号因故消失时可以通过记忆保持正常状态。更进一步，在只有一条支路隔离刀闸丢失，但支路有流的情况下，母线保护根据差流平衡情况纠正该支路的运行方式。但是，对于无流支路或者电流接近零的支路，对差动电流的平衡没有影响，此时出现隔离刀闸位置的异常是不能识别出来的。另外，对于两个以上的多个支路的隔离刀闸丢失，即使存在支路电流，也无法通过电流平衡确认支路所在母线。此时若出现母线故障，会出现故障不能切除的情况，严重威胁电网的稳定及设备安全。

因此，亟需一种能够切除无隔离刀闸引入支路的母线保护故障切除方法。

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，提供一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，实现母线保护无隔离刀闸引入的位置异常支路的跳闸。实时采集各母线支路的隔离刀闸辅助位置等开关量，同步采集母线电压量及各支路电流量；基于各母线支路的隔离刀闸辅助位置识别母线运行方式；基于电流模拟量计算母线的大差电流及各段母线的小差电流；基于差动电流进行母线运行方式校验以更新母线运行方式；母线差动保护判别，母线大差保护动作，小差保护动作，电压闭锁动作，则小差对应母线跳闸；引入大差范围跳闸概念，充分利用母线大差故障电流的暂态特性，差动保护动作跳闸后经母联分段失灵时间定值延时判别大差差动电流是否平衡，若不平衡则补跳大差范围内无刀闸引入的其它支路。使用本发明提出的方法使得母线保护的各种性能指标到达或优于现有的母线保护。

本发明采用如下的技术方案。

本发明提出了一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，包括：

步骤1，采集双母线各支路的隔离刀闸开关量，并同步采集双母线各支路的电压和电流；

步骤2，基于双母线各支路的隔离刀闸开关量确定当前状态下的各支路运行方式；

步骤3，根据当前状态下的各支路运行方式，利用双母线各支路的电流计算当前状态下的双母线的大差电流、母线段的小差电流以及母线差动保护判别的制动电流；

步骤4，利用大差电流和小差电流对当前状态下的各支路运行方式的识别结果进行校验，若识别结果正确则更新各支路运行方式，即以当前状态下的各支路运行方式作为保护故障识别下的各支路运行方式；反之，则不更新各支路运行方式，即以原有的各支路运行方式作为保护故障识别下的各支路运行方式；

步骤5，根据保护故障识别下的各支路运行方式，利用双母线各支路的电流计算保护故障识别下的双母线的大差电流、母线段的小差电流以及母线差动保护判别的制动电流；同时，利用双母线各支路的电压计算单母线的相电压、负序电压和零序电压；

若母线差动保护中，大差保护动作且小差保护动作且电压闭锁保护动作，则母线差动保护动作使得小差保护对应的母线上各支路均跳开，并进入步骤6；反之，则返回步骤1；

步骤6，以母联分段断路器失灵时间定值进行延时后，判别大差电流是否平衡，若大差电流平衡则返回步骤1；反之，则大差保护范围内隔离刀闸位置异常支路均跳开；其中，隔离刀闸位置异常支路包括：隔离刀闸位置无法识别的支路，无隔离刀闸位置的支路。

优选地，步骤1中，隔离刀闸开关量包括I母隔离刀闸辅助触点的状态量，II母隔离刀闸辅助触点的状态量。

优选地，当前状态下各支路的运行方式包括：支路运行于I母，支路运行于II母，支路为倒闸状态，支路为停运状态；

对于任一支路，当I母隔离刀闸辅助触点的状态量为投入时，则支路运行于I母；当II母隔离刀闸辅助触点的状态量为投入时，则支路运行于II母；当I母隔离刀闸辅助触点的状态量和II母隔离刀闸辅助触点的状态量均为投入时，则支路为倒闸状态；当I母隔离刀闸辅助触点的状态量和II母隔离刀闸辅助触点的状态量均为退出时，则支路为停运状态。

优选地，步骤3中，双母线的大差电流和制动电流满足如下关系式：

式中，

I_d1为双母线的大差电流，I_f1为双母线的制动电流，

I_i为双母线第i支路电流，i＝1，2，…，n，其中n为除母联以外的双母线其余支路的数量；

母线段的小差电流和制动电流满足如下关系式：

式中，

i_d2为母线段的小差电流，i_f2为母线段的制动电流，I_j为母线段第j支路电流，j＝1，2，…，m，其中m为包括母联的单母线所有支路的数量，

优选地，步骤4中，双母线的大差电流和母线段的小差电流均平衡时，判定当前状态下的各支路运行方式的识别结果正确；

双母线的大差电流平衡且母线段的小差电流不平衡时，判定当前状态下的各支路运行方式的识别结果错误。

优选地，步骤5中，在差动电流元件和电压闭锁元件同时开放的前提下，母线差动保护动作使得小差保护对应的母线上各支路的断路器均跳闸。

优选地，母线差动保护中，大差保护的启动元件、小差保护的选择元件和电压闭锁保护的电压闭锁元件均采用比率制动原理；其中，大差保护的启动元件的比率制动系数取值为0.3～0.7，小差保护的选择元件的比率制动系数取值为0.3～0.8。

优选地，大差保护的启动元件和小差保护的选择元件的判别算法包括：采样值算法，相量算法。

优选地，步骤6中，在母线故障的前提下，隔离刀闸位置异常支路上的故障电流增大，使得大差电流不平衡。

优选地，步骤6中，电压闭锁元件开放的前提下，大差保护范围内隔离刀闸位置异常支路的断路器均同时跳闸。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提出的切除方法，引入大差范围跳闸概念，充分利用母线大差故障电流的暂态特性，对于无流支路或者电流接近零的支路，虽然正常运行状态下大差差动电流为零，出现隔离刀闸位置异常是不能识别出来的，但母线故障时隔离刀闸位置异常支路的故障电流明显增大，超出大差电流平衡的识别范围，为故障识别提供了暂态条件。即，母线保护故障后首先跳开I母线或II母线的故障支路，经失灵跳母联延时后进行大差电流的平衡判别，若大差电流存在则说明母线故障仍然存在，跳开大差范围内既不在I母也不在II母的无隔离刀闸支路，能够彻底的切除故障。

本发明提出的切除方法保持现有保护数据采样和跳闸基本方案不变，不需要引入新的开关量和模拟量，现场也不需要硬件升级。

本发明提出的切除方法既可以用于单支路隔离刀闸位置异常，也可以用于两个以上的多个支路的隔离刀闸位置丢失。

本发明提出的切除方法中实现跳闸需要连续的动作条件，包含大差电流、小差电流、电压闭锁等，不会因为单支路断线或误加电流引起保护跳闸，扩大母线的跳闸范围，切除正常运行支路。

附图说明

图1是本发明中一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法的流程图；

图2是本发明一实施例中双母线接线示意图；

图2中的附图标记说明如下：

L-支路；CT-电流互感器；PT1-I母电压互感器；PT2-II母电压互感器；1G-I母隔离刀闸；2G-II母隔离刀闸；2200-母联断路器；

图3是本发明一实施例中母线保护动作原理图；

图4是本发明一实施例中隔离刀闸位置异常支路母线保护大差补跳原理图；

图4中的附图标记说明如下：

SW-保护压板；Ts1-母联分段失灵时间定值。

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。

本发明提出了一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，如图1所示，切除方法包括：

步骤1，采集双母线各支路的隔离刀闸开关量，并同步采集双母线各支路的电压和电流。

具体地，步骤1中，隔离刀闸开关量包括I母隔离刀闸1G辅助触点的状态量，II母隔离刀闸2G辅助触点的状态量。

步骤2，基于双母线各支路的隔离刀闸开关量确定当前状态下的各支路运行方式。

具体地，当前状态下各支路的运行方式包括：支路运行于I母，支路运行于II母，支路为倒闸状态，支路为停运状态；

对于任一支路，当I母隔离刀闸辅助触点的状态量为投入时，则支路运行于I母；当II母隔离刀闸辅助触点的状态量为投入时，则支路运行于II母；当I母隔离刀闸辅助触点的状态量和II母隔离刀闸辅助触点的状态量均为投入时，则支路为倒闸状态；当I母隔离刀闸辅助触点的状态量和II母隔离刀闸辅助触点的状态量均为退出时，则支路为停运状态。

本实施例中以双母线的母线保护为研究对象；双母线接线的运行方式具有操作灵活、多变的特点，但是运行的灵活却给母线保护的配置带来了一定的困难，常规的母线保护中通过引入一次隔离开关的状态来动态跟踪现场的运行工况，如图2所示。L为连接在双母线上的一条支路，1G、2G分别是支路L上的I母隔离刀闸和II母隔离刀闸，将I母隔离刀闸1G辅助触点的状态量、II母隔离刀闸2G辅助触点的状态量送到母线保护装置中；如表1所示，若用高电平“1”表示隔离刀闸合上，低电平“0”表示隔离刀闸断开，则母线保护装置将支路L的运行状态表述为：“00”为支路L为停运状态，“01”为支路L运行于II母，“10”为支路L运行于I母，“11”为支路L同时运行于I母、II母，即为倒闸状态。

母线保护装置还通过GOOSE点对点获取隔离刀闸开关量得到各支路运行方式，形成各段母线运行方式字。

步骤3，根据当前状态下的各支路运行方式，利用双母线各支路的电流计算当前状态下的双母线的大差电流、母线段的小差电流以及母线差动保护判别的制动电流。

具体地，步骤3中，双母线的大差电流满足如下关系式：

式中，

I_d1为双母线的大差电流，I_f1为双母线的制动电流，

I_i为双母线第i支路电流，i＝1，2，…，n，其中n为除母联以外的双母线其余支路的数量；

母线段的小差电流满足如下关系式：

式中，

I_d2为母线段的小差电流，I_f2为母线段的制动电流

I_j为母线段第j支路电流，j＝1，2，…，m，其中m为包括母联的单母线所有支路的数量，

步骤4，利用大差电流和小差电流对当前状态下的各支路运行方式的识别结果进行校验，若识别结果正确则更新各支路运行方式，即以当前状态下的各支路运行方式作为保护故障识别下的各支路运行方式；反之，则不更新各支路运行方式，即以原有的各支路运行方式作为保护故障识别下的各支路运行方式。

具体地，步骤4中，双母线的大差电流和母线段的小差电流均平衡时，判定当前状态下的各支路运行方式的识别结果正确；

双母线的大差电流平衡且母线段的小差电流不平衡时，判定当前状态下的各支路运行方式的识别结果错误。

本实施例中，得到各支路运行方式并形成各段母线运行方式字后，辅以差动电流校验，实时跟踪各支路运行方式的变化。母线保护装置对应于某种支路运行方式，在差动电流不平衡时会出现告警，提醒用户进行干预。用户可以根据现场的运行方式选择强合或强分软压板来干预每个隔离刀闸辅助触点的投切状态，使得支路运行方式的识别结果更加准确可靠。

母线保护装置在支路有电流但支路上隔离刀闸辅助触点的信号因故消失时，通过记忆保留原有的支路运行方式。或者某间隔内隔离刀闸辅助触点的GOOSE链路通讯中断，母线保护装置装置通过记忆保留通讯中断前的支路运行方式。

此外，针对因GOOSE异常而导致的所有支路的隔离刀闸开关量均为0的情况，母线保护装置通过记忆保留GOOSE异常前的隔离刀闸开关量和各段母线运行方式字，直到GOOSE恢复正常为止，使得母线保护装置在GOOSE异常工况下仍可以正确跳闸。

步骤5，根据保护故障识别下的各支路运行方式，利用双母线各支路的电流计算保护故障识别下的双母线的大差电流、母线段的小差电流以及母线差动保护判别的制动电流；同时，利用双母线各支路的电压计算单母线的相电压、负序电压和零序电压；

若母线差动保护中，大差保护动作且小差保护动作且电压闭锁保护动作，则母线差动保护动作使得小差保护对应的母线上各支路均跳开，并进入步骤6；反之，则返回步骤1。

具体地，步骤5中，在差动电流元件和电压闭锁元件同时开放的前提下，母线差动保护动作使得小差保护对应的母线上各支路的断路器均跳闸。

母线差动保护中，大差保护的启动元件、小差保护的选择元件和电压闭锁保护的电压闭锁元件均采用比率制动原理；其中，大差保护的启动元件的比率制动系数取值为0.3～0.7，小差保护的选择元件的比率制动系数取值为0.3～0.8。本实施例中，大差保护中典型的比率制动系数为0.3，小差保护中典型的比率制动系数为0.5。

大差保护的启动元件和小差保护的选择元件的判别算法包括：采样值算法，相量算法。

本实施例中，母线保护原理如图3所示，母线保护装置设有大差启动元件、小差选择元件和电压闭锁元件。母线保护装置首先识别各支路运行方式，即读入I母隔离刀闸开关量和II母隔离刀闸开关量，分别对I母隔离刀闸位置和III母隔离刀闸位置进行校验，校验通过后分别计算I母差动电流和II母差动电流；当I母小差动作元件动作、I母线电压闭锁元件动作且大差电流动作元件动作时，跳开I母上各支路；当II母小差动作元件动作、II母线电压闭锁元件动作且大差电流动作元件动作时，跳开II母上各支路。

步骤6，以母联分段失灵时间定值进行延时后，判别大差电流是否平衡，若大差电流平衡则返回步骤1；反之，则大差保护范围内隔离刀闸位置异常支路均跳开；其中，隔离刀闸位置异常支路包括：隔离刀闸位置无法识别的支路，无隔离刀闸位置的支路。

具体地，步骤6中，在母线故障的前提下，隔离刀闸位置异常支路上的故障电流增大，使得大差电流不平衡。

步骤6中，电压闭锁元件开放的前提下，大差保护范围内隔离刀闸位置异常支路的断路器均同时跳闸。

本实施例中，隔离刀闸位置异常支路母线保护大差补跳原理如图4所示，动作跳闸逻辑如下：(1)差动保护动作速动跳开运行于故障母线上的所有支路；(2)差动保护动作跳闸后经母联分段失灵时间定值Ts1延时判别大差差动电流是否平衡，若不平衡则补跳隔离刀闸位置异常支路。

本发明跳闸需要母线差动保护动作的前提条件，包含大差电流、小差电流、电压闭锁等，不会因为单支路断线或误加电流引起保护跳闸，扩大母线的跳闸范围，切除正常运行支路。隔离刀闸位置异常支路的补跳属于大差范围跳闸概念，母线保护故障后首先跳开I母线或II母线故障支路，经失灵跳母联延时后，母线故障仍然存在，跳开大差范围内既不在I母也不在II母隔离刀闸位置异常支路，能够彻底的切除故障。

本发明既可以用于单支路隔离刀闸位置异常，也可以用于两个以上的多个支路的隔离刀闸丢失。

本发明提出的方法适用于双母线、双母双分段、双母单分段等需要根据隔离刀闸辅助位置判别支路运行方式的主接线。本发明提出的母线保护，在单支路有电流但其隔离刀闸辅助触点信号因故消失时可以通过记忆保持正常状态。在只有一条支路隔离刀闸辅助触点信号丢失，但支路有电流的情况下，母线保护也可以根据差流平衡情况纠正该支路的运行方式。

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)

1.一种母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

所述切除方法包括：

步骤1，采集双母线各支路的隔离刀闸开关量，并同步采集双母线各支路的电压和电流；

步骤2，基于双母线各支路的隔离刀闸开关量确定当前状态下的各支路运行方式；

步骤3，根据当前状态下的各支路运行方式，利用双母线各支路的电流计算当前状态下的双母线的大差电流、母线段的小差电流以及母线差动保护判别的制动电流；

步骤4，利用大差电流和小差电流对当前状态下的各支路运行方式的识别结果进行校验，若识别结果正确则更新各支路运行方式，即以当前状态下的各支路运行方式作为保护故障识别下的各支路运行方式；反之，则不更新各支路运行方式，即以原有的各支路运行方式作为保护故障识别下的各支路运行方式；

步骤5，根据保护故障识别下的各支路运行方式，利用双母线各支路的电流计算保护故障识别下的双母线的大差电流、母线段的小差电流以及母线差动保护判别的制动电流；同时，利用双母线各支路的电压计算单母线的相电压、负序电压和零序电压；

若母线差动保护中，大差保护动作且小差保护动作且电压闭锁保护动作，则母线差动保护动作使得小差保护对应的母线上各支路均跳开，并进入步骤6；反之，则返回步骤1；

步骤6，以母联分段断路器失灵时间定值进行延时后，判别大差电流是否平衡，若大差电流平衡则返回步骤1；反之，则大差保护范围内隔离刀闸位置异常支路均跳开；其中，隔离刀闸位置异常支路包括：隔离刀闸位置无法识别的支路，无隔离刀闸位置的支路。

2.根据权利要求1所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

步骤1中，隔离刀闸开关量包括I母隔离刀闸辅助触点的状态量，II母隔离刀闸辅助触点的状态量。

3.根据权利要求2所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

当前状态下各支路的运行方式包括：支路运行于I母，支路运行于II母，支路为倒闸状态，支路为停运状态；

对于任一支路，当I母隔离刀闸辅助触点的状态量为投入时，则支路运行于I母；当II母隔离刀闸辅助触点的状态量为投入时，则支路运行于II母；当I母隔离刀闸辅助触点的状态量和II母隔离刀闸辅助触点的状态量均为投入时，则支路为倒闸状态；当I母隔离刀闸辅助触点的状态量和II母隔离刀闸辅助触点的状态量均为退出时，则支路为停运状态。

4.根据权利要求3所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

步骤3中，双母线的大差电流和制动电流满足如下关系式：

式中，

I_d1为双母线的大差电流，I_f1为双母线的制动电流，

I_i为双母线第i支路电流，i＝1，2，…，n，其中n为除母联以外的双母线其余支路的数量；

母线段的小差电流和制动电流满足如下关系式：

式中，

I_d2为母线段的小差电流，I_f2为母线段的制动电流，I_j为母线段第j支路电流，j＝1，2，…，m，其中m为包括母联的单母线所有支路的数量。

5.根据权利要求4所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

步骤4中，双母线的大差电流和母线段的小差电流均平衡时，判定当前状态下的各支路运行方式的识别结果正确；

双母线的大差电流平衡且母线段的小差电流不平衡时，判定当前状态下的各支路运行方式的识别结果错误。

6.根据权利要求1所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

步骤5中，在差动电流元件和电压闭锁元件同时开放的前提下，母线差动保护动作使得小差保护对应的母线上各支路的断路器均跳闸。

7.根据权利要求6所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

母线差动保护中，大差保护的启动元件、小差保护的选择元件和电压闭锁保护的电压闭锁元件均采用比率制动原理；其中，大差保护的启动元件的比率制动系数取值为0.3～0.7，小差保护的选择元件的比率制动系数取值为0.3～0.8。

8.根据权利要求7所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

大差保护的启动元件和小差保护的选择元件的判别算法包括：采样值算法，相量算法。

9.根据权利要求1所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

步骤6中，在母线故障的前提下，隔离刀闸位置异常支路上的故障电流增大，使得大差电流不平衡。

10.根据权利要求1所述的母线故障时隔离刀闸位置异常支路的切除方法，其特征在于，

步骤6中，电压闭锁元件开放的前提下，大差保护范围内隔离刀闸位置异常支路的断路器均同时跳闸。

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