CN1310390C - 并联电抗器差动保护容错快速复判法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统超高压、特高压电力主设备的继电保护方法，它包括合闸临界条件和容错复判两个部分。其中并联电抗器作为带气隙铁芯单绕组高压电感性电器设备的合闸临界参数实时快判出闭锁出口，运行过程中各电气量实时快采和处理经容错复判技术判出接地故障。本发明通过临界参数判出合闸闭锁出口和容错实时快判出接地故障，可以快速决定是否起动跳闸回路。本发明临界参数实时判定防止误动性能突优，接地故障发生后复判五项参数中三项以上满足不等式即快速启动出口，判定时间小于5ms，整组动作时间小于15ms。本发明构成的差动保护在故障中即使电流互感器发生饱和也不会影响动作时间和测量结果，其灵敏度、可靠性、快速性优势十分明显。

Description

并联电抗器差动保护容错快速复判法

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别是一种涉及电力系统超高压、特高压(750KV及其以上高压)电力主设备的继点保护方法。

背景技术

继电保护是电力系统安全运行、检测故障并快切故障保护电力主设备的重要组成部分。衡量保护性能优劣的重要指标为判别故障的实时快速性、抗御各种干扰造成某项误判的可靠性，监测故障量的灵敏度。目前国内、外电力系统对并联电抗器运行总量和保护要求都较高，但是对于单绕组特高压电感性电器的主保护配置原理，尤其是差动保护合闸过程闭锁及接地故障过程快判、灵敏度等都未适应运行要求，对其可靠运行、故障过程监测和快速排除故障以保护并联电抗器受到很大限制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服已有技术的不足之处，提出一种灵敏度、可靠性、快速性优势均十分明显的并联电抗器差动保护容错快速复判法。

本发明的技术解决方案：

1、一种并联电抗器差动保护容错快速复判法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，采用实时、数据采集并联电抗器首端电压、首末端电流进行瞬时快速复判；

第二步，将采集三相电压，首、末端三相电流按临界条件过程判定：各量t_0-→t₀(合闸点)→t₀₊，可从首端电压工频量正常波动，首、末端电流同步为“0”→“非0”，各相工频瞬时差值 $\mathrm{\&Delta;}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{i}_n<{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{DZ}}$ 小于动作值，则判定为合闸涌流、无故障态，闭锁出口回路；其中：t_0-表示合闸瞬前点，t₀表示合闸点，t₀₊表示合闸瞬后点，

为某相各侧电流矢量和，ε_DZ为差动动作值；

第三步，在运行过程中由实时采集各相电压、电流实变判别，它为故障过程快速瞬判基础；

第四步，按差动保护容错快速复判方程组，判定故障：

$\mathrm{\&Delta;}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{i}_n\&GreaterEqual;k_1{i}_1...\left(I\right)$

式(I)中k₁为差动动作系数，其取值为k₁≈0.2～0.3，i₁为电抗器组首端电流值，若大于0.5-0.8则为速断，本不等式为差值突升；

i₁≥k₂i_1W………………………………………………(II)

式(II)中k₂为绕组首端电流升值系数，其取值为k₂≈1.05～1.10，i_1W为绕组首端稳态值；若大于1.5-1.8则为速断，本不等式为首端电流突升；

i₂＜i_2W  …………………………………………………(III)

式(III)中i₂≠0，防CT二次断线，本不等式为末端电流突降，但大于0；

Δ3I₀＞3I_0W………………………………………………(IV)

不等式(IV)为首、末端零序电流突升，高于稳态值；

式(IV)中Δ3I₀为绕组首、末端零序电流突升量，3I_0W为其稳态值；本不等式为首、末端零序电流突升，高于稳态值；

Δ3U0＞3U_0W………………………………………………(V)

不等式(V)为首端零序电压突升，高于稳态值；式(V)中Δ3U₀为首端零序电压突升量，3U_0W为其稳态值；

上述容错快判Δ∑i_n、i₁、i₂、Δ3I₀、Δ3U₀五项中大于三项满足不等式，则判定为接地故障，故障相第(I)、(II)、(III)式为基础判据；

当在差动保护区内发生直接接地故障时，第(II)式不等式也判定，进入动作区，第(III)式不等式中i₂值由接地点阻抗定，也可能趋向于0；

如在差动保护区内发生高阻接地故障，第(II)式升值低于不等式，但复判不等式方程组中，经(I)、(III)式、(IV)、(V)式复判定，由辅判动作区判定其高阻接地故障；

(5)如不等式(I)、(II)、(III)趋向于0，Δ3I₀、Δ3U₀突升，则判定为并联电抗器绕组开断故障，差动保护判定后启动出口。

本发明使用高速数据采集、实时处理、以容错复判理论为基础，将带气隙铁芯、多绕组串联构成超(特)高压单绕组电感电器设备的特殊合闸过程的涌流信号，实现接地故障快速判断，具有同步快判、容错复判、高灵敏度、高速(接地故障判定可达5ms)等显著优点。本发明可达到如下性能指标：

1、根据实时数据临界判据，可以可靠防止合闸涌流误动，外部故障切除电压升值涌流由差动复判控制；

2、接地故障动作时间可高达5ms以内，且由多项复判提高可靠性，绕组开断动作速度也在10ms内；

3、本发明保护方法运行过程抗干扰能力很强，对于系统谐波、冲击电压扰动也能抗御。

本发明能够应用于超高压、特高压(750KV及以上)并联电抗器保护接地故障。

附图说明

图1为本发明应用于典型超(特)高压系统并联电抗器一次系统构成图，如为裂芯式可控电抗器或磁阀式可控电抗器一次系统构成图有异，但保护配置及原理基本相似。

图2为并联电抗器差动保护容错快速复判接地故障构成框图；

图3为并联电抗器差动保护容错快速复判绕组开断方框图；

图4为本发明差动保护动作曲线图；

图5为差动保护某相故障相量图(虚线为另两相稳态相量)。

具体实施方式

本发明提出容错快速复判方法，其特征包括以下步骤；

(1)采用实时、高精度数据采集并联电抗器首端电压、首末端电流进行瞬时快速复判；

(2)将采集三相电压，首、末端三相电流按临界条件过程判定：各量t_0-(合闸瞬前点)→t₀(合闸点)→t₀₊(合闸瞬后点)，可从首端电压工频量正常波动，首、末端电流同步为“0”→“非0”，各相工频瞬时差值

小于动作值，上述各相判定为合闸涌流、无故障态，闭锁出口回路，其中 为某相各侧电流矢量和，ε_DZ为差动动作值；

(3)在运行过程中由实时采集各相电压、电流实变判别，这是故障过程快速瞬判基础；

(4)按差动保护容错快速复判方程组，判定故障：

$\mathrm{\&Delta;}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{i}_n\&GreaterEqual;k_1{i}_1...\left(I\right)$

k₁为差动动作系数，i₁为电抗器组首端电流值；k₁≈0.2～0.3，若大于0.5-0.8为速断，本不等式为差值突升；

i₁≥k₂i_1W    (II)

k₂为绕组首端电流升值系数，i_1W为绕组首端稳态值；k₂≈1.05～1.10，若大于1.5-1.8为速断，本不等式为首端电流突升；

i₂＜i_2W    (III)

i₂为绕组末端电流值，i_2W为绕组末端稳态值；i₂≠0，防电流互感器CT二次断线，本不等式为末端电流突降，但大于0；

Δ3I₀＞3I_0W(首、末端)  (IV)

Δ3I₀为绕组首、末端零序电流突升量，3I_0W为其稳态值；本不等式为首、末端零序电流突升，高于稳态值；

Δ3U₀＞3U_0W(首端)    (V)

Δ3U₀为首端零序电压突升量，3U_0W为其稳态值；本不等式为首端零序电压突升，高于稳态值；

上述容错快判五项中大于三项满足不等式，则判定为接地故障，故障相第(I)、(II)、(III)项为基础判据；

当在差动保护区内发生直接接地故障时，第(II)项不等式也判定，进入动作区，第(III)项不等式中i₂值由接地点阻抗定，也可能趋向于0；

如在差动保护区内发生高阻接地故障，第(II)项升值略低于不等式，但复判不等式方程组中，经(I)、(III)项、(IV)、(V)项复判定，由辅判动作区判定其高阻接地故障；

(5)如不等式(I)、(II)、(III)项趋向于0，Δ3I₀、Δ3U₀突升，则判定为并联电抗器绕组开断故障，差动保护判定后启动出口。

本发明所述并联电抗器差动保护容错快速复判法的实施例，结合各附图详细说明如下：

本发明所述并联电抗器差动保护的容错快速复判法实施于超(特)高压电力系统中，其系统主结线如图1所示，其线路——电抗器系统的设备包括：输电线路1、等效两侧电力系统2、3，两侧高压母线为4、5，相应电压互感器为6、7，线路两端电压互感器8、9，两端断路器10、11，两侧并联电抗器首端电流互感器12、13，末端电流互感器14、15，两侧电抗器中性点消谐电抗电流互感器16、17(测零序电流)，两侧消谐电抗为18、19，两侧并联电抗器断路器20、21(据系统设置定)。图1中电力系统设备各元器件的作用分别说明如下：

(1)输电线路1是并联电抗器补偿分布电容的对象，通过并联电抗器补偿抑制轻载末端过电压，防止系统设备危险。

(2)等效两侧系统2、3为输电线路的两端电源及负荷源。

(3)两端高压母线4、5为两侧变电站母线，起电量、负荷汇流调配作用。

(4)两端母线的电压互感器6、7和输电线路两侧电压互感器8、9为本发明的信号测量，据系统设置确定监测其值和运行判据，用于高电压变换其二次值为100V(线电压)或57V(相电压)额定值。

(5)两端线路断路器10、11可与并联电抗器——线路一体化系统的闭合和投切输电线路和并联电抗器，如并联电抗器设置断路器20、21，则各自独立运行、投切。

(6)并联电抗器首、末端电流互感器两侧为12、14及13、15，这是本发明容错快速复判差动保护实时监测信号的重要数据，用于电流变换，其二次为5A或1A(额定值)，并经实时运算出首末端3I₀的突升值。

(7)线路两侧并联电抗器皆为Y接线，其中心点电流互感器16、17测得零序电流3I₀值，与14、15实时计算结合测定。

(8)电力系统谐波经两侧并联电抗器中性点消谐电抗18、19予以适量消除接地。

图2为本发明容错快速复判差动保护的实施框图：在绕组发生接地时电压突降值ΔU↓，3U₀↑，故障相首端突升电流值Δi₁↑，末端突降电流值Δi₂↓，差动值Δ∑i_n也突升，首、末端3I₀都会突升而快速判定故障，如果接地故障时经高阻抗接地，则图2中个别值不等式判不出，但复判结果也会启动出口。

图3为并联电抗器多绕组串接中发生绕组开断复判启动差动回路。

图4为本发明动作曲线图，一般情况下故障处于n/n项复判快速动作区(n为判项数)，某些特殊故障(如高阻接地或绕组开断等)处于n-2/n辅判动作区。

图5为并联电抗器运行过程和各种故障电流量(含非故障相)相量图，图中实线为故障相电流矢量，虚线为非故障相电流矢量。

本发明的并联电抗器差动保护置于超(特)高压并联电抗器的整套保护装置中，作为并联电抗器的主保护，由整套装置中直流电源(AC)DC/DC直接或联合供电，本装置中采用两套及以上直流电源自动热备供电。硬件平台由测量和实时信号采集、处理平台结合组成统一模块与实时模式比较(建模在前)完成实时信号突变和快速复判。本发明中各项不等式突变、复判故障容错性能和模数速判对其可靠、灵敏、快速性具有易实施和先进性。直流电源、信号测量、采集和实时处理模块可作为整套保护装置的公用信号源，个别保护也可单独设置。

Claims (1)

1、一种并联电抗器差动保护容错快速复判法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，采用实时、数据采集并联电抗器首端电压、首末端电流进行瞬时快速复判；

第二步，将采集三相电压，首、末端三相电流按临界条件过程判定：各量t₀-→t₀(合闸点)→t₀₊，可从首端电压工频量正常波动，首、末端电流同步为“0”→“非0”，各相工频瞬时差值 $\mathrm{\&Delta;}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{i}_n<{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{DZ}}$ 小于动作值，则判定为合闸涌流、无故障态，闭锁出口回路；其中：t_0-表示合闸瞬前点，t₀表示合闸点，t₀₊表示合闸瞬后点， 为某相各侧电流矢量和，ε_DZ为差动动作值；

第三步，在运行过程中由实时采集各相电压、电流实变判别，它为故障过程快速瞬判基础；

第四步，按差动保护容错快速复判方程组，判定故障：

$>\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{i}_n\&GreaterEqual;k_1{i}_1---\left(I\right)$

式(I)中k₁为差动动作系数，其取值为k₁≈0.2～0.3，i₁为电抗器组首端电流值，若大于0.5-0.8则为速断，本不等式为差值突升；

i₁≥k₂i_1W………………………………………………(II)

式(II)中k₂为绕组首端电流升值系数，其取值为k₂≈1.05～1.10，i_1W为绕组首端稳态值；若大于1.5-1.8则为速断，本不等式为首端电流突升；

i₂＜i_2W…………………………………………………(III)

式(III)中i₂≠0，防CT二次断线，本不等式为末端电流突降，但大于0；

Δ3I₀＞3I_0W………………………………………………(IV)

不等式(IV)为首、末端零序电流突升，高于稳态值；

式(IV)中Δ3I₀为绕组首、末端零序电流突升量，3I_0W为其稳态值；本不等式为首、末端零序电流突升，高于稳态值；

Δ3U₀＞3U_0W…………………………………………………(V)

不等式(V)为首端零序电压突升，高于稳态值；式(V)中Δ3U₀为首端零序电压突升量，3U_0W为其稳态值；

上述容错快判Δ∑i_n、i₁、i₂、Δ3I₀、Δ3U₀五项中大于三项满足不等式，则判定为接地故障，故障相第(I)、(II)、(III)式为基础判据；

当在差动保护区内发生直接接地故障时，第(II)式不等式也判定，进入动作区，第(III)式不等式中i₂值由接地点阻抗定，趋向于0；

如在差动保护区内发生高阻接地故障，第(II)式升值低于不等式，但复判不等式方程组中，经(I)、(III)式、(IV)、(V)式复判定，由辅判动作区判定其高阻接地故障；

第五步，如不等式(I)、(II)、(III)趋向于0，Δ3I₀、Δ3U₀突升，则判定为并联电抗器绕组开断故障，差动保护判定后启动出口。

Images