確保距離保護後備段不受過負荷影響的方法
2023-05-03 06:15:51 1
專利名稱：確保距離保護後備段不受過負荷影響的方法
技術領域：
本發明涉及電力系統安全穩定運行的一種繼電保護技術，尤其涉及一一高壓輸電 線路有關距離保護不反應過負荷的繼電保護方法。
背景技術：
在世界歷次大停電事故中，高壓線路距離保護中的後備段，即距離保護的第ni段， 因避不開過負荷而誤跳閘，是擴大事故甚至是引發事故的重要原因。這個問題現在正逐漸引起各方廣泛關注和重視(見1999年中國電力出版社《電網繼電保護應用》和 2007年中國電力出版社《高壓電網繼電保護運行與設計》論述)。分別得出的結論是希望距離保護第ni段需要避開的最大負荷應按導線熱穩定考慮，或者增加低電壓閉 鎖，但都未能徹底解決問題。而且加低電壓閉鎖後，將極大地降低其靈敏度，使m段 保護不能對下一級線路的故障起後備保護作用。由於一直沒有好辦法，甚至有人主張， 放棄距離保護第m段。距離m段若不能對下一級線路故障起後備作用，是十分危險的。但對距離m段的 後備作用也存在誤區。本線路故障若距離i段拒動，則上一級線路的距離n段也可能 動作跳閘，同樣會擴大停電範圍。本線路距離n段動作已無法限制停電範圍，動作延 時長得多的距離in段更不能夠起後備保護作用了。何況微機距離保護中各段均由同一 cpu的軟體實現，距離i、 n段拒動時m段也一定要拒動，起不了後備保護作用。由 此可見，實際上距離m段只應負責對下一級線路故障起遠後備保護的作用。要求距離in段對下一級線路故障能靈敏地起後備保護的作用，與應當避開最小負 荷阻抗(最大負荷電流)的矛盾是眾所周知的，成為長期討論的一個議題，卻又始終 未能很好的解決。通常只是在長距離重負荷線路的距離保護中增設負荷限制繼電器，將可預見的最小負荷阻抗Zn排斥在距離III段的動作區外，見附圖i。但這僅對可以預見的過負荷有效，當出現不可預見的異常過負荷(尤其在負荷轉移)時測量阻抗減小 為z^仍難免要誤動。線路保護的任務是在發生短路故障時動作跳閘，切除故障。過負荷不是故障，理當不受影響。線路過負荷允許的時間較長， 一般可達30min(文獻 3，防禦大停電的廣域保護和緊急控制2007中國電力出版社)，所以距離III段應研究 解決從根本上區分過負荷與短路的方法。關鍵的問題是設計出能避開過負荷，卻能反 應三相故障的距離繼電器，以解決距離保護過負荷誤動的問題。發明內容為了徹底解決距離保護後備段過負荷誤動的問題，本發明的發明內容如下 在距離保護的後備段保護中，包括三個反應單相故障的接地距離繼電器(即 ZA、 ZB、 ZC)、三個反應相間短路故障的相間距離繼電器Z* * (即ZAB、 ZBC、 ZCA)和 一個反應三相故障的距離繼電器Z3(K;同時不間斷地監測線路電壓、電流和零序電壓 (U。)、零序電流(1。)、負序電壓(U2)、負序電流(1》。當線路發生單相接地故障時，三個反應單相故障的接地距離繼電器ZA、 ZB、 ZC 由零序電流繼電器1。和零序電壓繼電器U。啟動。即將三個反應單相故障的接地距離 繼電器ZA、 ZB、 ZC組成"或"門後，其輸出與零序電流繼電器1。和零序電壓繼電器 U。一起組成"與"門出口；當線路發生相間短路故障時，三個反應相間短路故障的相間距離繼電器ZAB、ZBC、 ZCA由負序電流繼電器12和負序電壓繼電器132啟動。即將三個反應相間短路故障的相 間距離繼電器ZAB、 ZBC、 ZCA組成"或"門後，其輸出再與負序電流繼電器和負序電 壓繼電器的輸出一起組成"與"門出口；當線路發生三相短路故障時，反應三相故障的距離繼電器Z3*由正向偏移的姆歐 繼電器M和Ucos4)電壓繼電器組成"與"門輸出來啟動反應三相故障的距離繼電器 Z3*。所述姆歐繼電器M和Ucos4)電壓繼電器可取任意一個相間電壓和電流構成，當採用線路B、 C相線間電壓V^:和線路B、 C相線間電流lBC時，正向偏移的姆歐繼電器M記為Mbc,其動作特性圓的最近端由線路對側母線開始，最遠端與相間距離III段相 同，其動作判據為formula see original document page 5°式中ZZ —一本線路的正序阻抗；ZY3 —一相間距離m段的整定阻抗； t/^COSp繼電器在下式成立時啟動 formula see original document page 5/秋,械w 啟動後在下式不成立時返回formula see original document page 5式中M——正常運行時的^Zbc;p——/亂.落後〃亂，的相角； &一一線路正序阻抗角/7 bccos(p+9o° -^)不會超過相間短路電弧電阻上的壓降。距離m段動作延時 長，電弧被風吹長後，電弧壓降會增加，因此將(/^cosv動作後的返回電壓提高到負荷轉移時線路中必然有很大的有功負荷，^C0Sp的數值必然大於0.25LV:M^ ，Z3 4>確保不會誤動。本發明還提出增加對線路對側變壓器低壓側故障起後備保護作用的第IV段。當對 側母線上聯接的Y,d接線降壓變壓器低壓側發生兩相短路故障時，釆用負序距離繼電器Z2來保護；當對側母線上聯接的Y, d接線降壓變壓器低壓側發生三相短路故障時，使用一個正向偏移的姆歐繼電器Miv來保護。Z2的動作判據如下式中C/,、 "2 —一分別為正序電壓與負序電壓； II、 12——分別為正序電流與負序電流； ZY4 —一為負序距離繼電器4的整定阻抗。 負序距離繼電器是不反應負荷的(正常運行狀態系統不會產生負序電壓和負序電 流)，其整定阻抗ZY4可以整定得很大，以保證足夠的靈敏度。 MlV的動作判據如下270 〉arg gc 、 z-^^〉90式中ZL —一本線路正序阻抗； ZT —一變壓器阻抗；ZY4 —一與負序距離繼電器Z2的整定阻抗相同。 由於此繼電器釆用正向偏移特性，上式中正向偏移量(ZL+0.8 ZT)很大，足以 避開最小負荷阻抗，確保不受過負荷影響。
圖i、為現在廣泛應用的距離保護i 、 n、 m段的動作特性(圖中以圓特性為例示出，四邊形特性與此類似)；圖2、為本發明距離保護第III段反應三相故障的距離繼電器Z3*的動作特性；圖3、由零序電壓和零序電流啟動接地距離III段的邏輯圖；圖4、由負序電壓和負序電流啟動反應兩相故障的距離繼電器的邏輯圖；圖5、由一正向偏移姆歐繼電器M和t/casp電壓繼電器啟動的反應三相故障的距離繼電器的邏輯圖。
具體實施方式
本發明距離保護第ni段共用7個繼電器(7個判據)，另外根據需要補充反應線路對端降壓變壓器低壓側故障的距離繼電器1、 三個反應單相故障的距離繼電器ZA、 ZB、 ZC，本發明強調必須增加分別反應 零序電流/。和零序電壓t/。的繼電器，組成"與"門出口，邏輯圖如圖3所示。2、 三個反應兩相故障的距離繼電器ZAB、 ZBC、 ZCA，本發明強調必須增加分別反 應負序電流/2和負序電壓"2的繼電器，組成"與"門出口。邏輯關係如圖四所示。3、 一個反應三相故障的全新的距離繼電器Z3*。其動作特性由一正向偏移姆歐 繼電器M和t/COSp電壓繼電器組成"與"門出口，其邏輯關係如圖5所示。其中正向偏移姆歐繼電器M的動作判據為270。〉arg^c_Z/"c〉％°式中Z,. —一線路正序阻抗；ZY3——距離III段整定阻抗。 f/COS伊電壓繼電器的啟動判據為一 0.03t/8CM)W < t/scCOS( ^ + 90 — ) < 0.08l/BCMW L/COSp電壓繼電器的啟動後，保持動作的判據為 - 0. lf/謂M < t/ + 90 - ^) < 0.25^c薩 式中^t,MW——正常運行中的UB" p——/^落後^c的相角； &——線路正序阻抗角。4、 如果需要對線路對側變壓器低壓側故障起後備保護作用，可再增加一段，稱 為第IV段。參後備IV段對變壓器低壓側兩相短路的保護用負序距離繼電器Z2，其動作判據為formula see original document page 8
式中U1,U2--分別為正序及負序電壓； I1,I2--分別為正序及負序電流；Zy4 --整定阻抗，對變壓器低壓側母線故障有足夠的靈敏度。 負序距離繼電器是不反應負荷的，所以Zm可以整定得很大。 參後備iv段對變壓器低壓側三相短路的保護用姆歐繼電器， 繼電器當然應當是一個正向偏移的姆歐繼電器MlV。 其動作判據為formula see original document page 8式中ZL --本線路正序阻抗ZT--變壓器阻抗zy4--與負序距離繼電器Z2的整定阻抗相同。 此繼電器採用正向偏移，由於正向偏移量(ZL+0.8 Zt)很大，足以避開最小負 荷阻抗。其特性圓的最近端深入到變壓器內部(不要超過變壓器的阻抗)，最遠端與負序 距離繼電器的整定阻抗Zy的末端相同。變壓器高壓引線上的三相短路可以由距離ii段起後備作用。變壓器繞組不可能發 生三相短路。所以此正向偏移姆歐繼電器的近端可以深入到變壓器內，其動作特性圓 只要包圍變壓器低壓母線即可。此繼電器的特性圓上拋得很遠，可以完全不受過負荷 影響。圖2為本發明距離保護第ni段反應三相故障的距離繼電器Z3*的動作特性。 如圖所示，由正向偏移特性圓(上拋型姆歐繼電器動作區)和反應電弧電阻上壓降的限制線共同組成一個很狹窄的類似倒梯形區域(圖中用陰影標出)就是Z3》的動作區。圖中還示出了距離i、 ii、 ni段動作特性的配合關係。梯形的兩條邊由f/COSp電壓繼電器啟動判據決定。啟動後梯形兩邊拓寬(圖中未示出)，由返回判據決定。
權利要求
1、一種確保距離保護後備段不受過負荷影響的方法，在距離保護後備段中，包括三個反應單相故障的接地距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)、三個反應相間短路故障的相間距離繼電器Zφφ(ZAB、ZBC、ZCA)和一個反應三相故障的距離繼電器Z3φ；其特徵是當線路發生單相接地故障時，三個反應單相故障的接地距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)必須由零序電流(I0)和零序電壓(U0)啟動，這三個反應單相故障的接地距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)組成「或」門後，其輸出與零序電流(I0)和零序電壓(U0)一起組成「與」門出口；當線路發生相間短路故障時，三個反應相間短路故障的相間距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)必須由負序電流(I2)和負序電壓(U2)啟動，這三個反應相間短路故障的相間距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)組成「或」門後，其輸出與負序電流繼電器和負序電壓繼電器的輸出一起組成「與」門出口；當線路發生三相短路故障時，反應三相故障的距離繼電器Z3φ由正向偏移的姆歐繼電器(M)和Ucosφ電壓繼電器組成「與」門輸出來啟動反應三相故障的距離繼電器Z3φ。
2、 由權利要求l所述的方法，所述姆歐繼電器(M)和Ucosd)電壓繼電器可取 任意一個相間電壓和電流構成，當採用線路B、 C相線間電壓(7sc和線路B、 C相線間 電流Ibc時，正向偏移的姆歐繼電器(M)記為Mbc,其動作特性圓的最近端由線路對 側母線開始，最遠端與相間距離III段相同，其動作判據為formula see original document page 2式中Zi —一本線路的正序阻抗zyj —一相間距離m段的整定阻抗 t/^casv)繼電器在下式成立時啟動啟動後在下式不成立時返回formula see original document page 2 式中^^rw一一正常運行時的p——/^落後C/^的相角； &——線路正序阻抗角
3、 由權利要求l或2所述的方法，其特徵為增加一段後備保護即第IV段保護， 以對線路對側變壓器低壓側故障起後備保護作用，當對側母線上聯接的Y,d接線降壓 變壓器低壓側發生兩相短路故障時，採用負序距離繼電器(Z2)來保護；當對側母線 上聯接的Y,d接線降壓變壓器低壓側發生三相短路故障時，使用正向偏移的姆歐繼電 器(M1V)。
4、 由權利要求3所述的方法，所述負序距離繼電器(Z2)的動作判據如下-式中^、 t/2 —一分別為正序電壓與負序電壓；/,、 /2 —一分別為正序電流與負序電流；z,4 —一為負序距離繼電器^的整定阻抗。 負序距離繼電器是不反應負荷的，其整定阻抗；4可以整定得很大，以保證足夠 的靈敏度。
5、由權利要求3所述的方法，所述正向偏移的姆歐繼電器(M1V)，其特性圓的最 近端可深入到變壓器內部但不要超過變壓器的阻抗，最遠端與負序距離繼電器(z2) 的整定阻抗的末端相同，其動作判據如下-"0、rA-(^觀》S90。式中ZL——本線路正序阻抗； ZT _—變壓器阻抗；ZY4 — —與負序距離繼電器Z2的整定阻抗相同， 由於此繼電器採用正向偏移特性，式中正向偏移量(ZL+0.8 ZT)很大，足以避開最 小負荷阻抗，確保不受過負荷影響。
全文摘要
本發明公開了一種不反應過負荷的距離保護後備段的方法。高壓線路距離保護中的後備段即距離保護的III段，因避不開過負荷而誤跳閘，是擴大事故甚至是引發事故的重要原因。要求距離III段對下一級線路故障能靈敏地起後備保護的作用，與應當避開最小負荷阻抗的矛盾，成為長期討論的一個議題，卻又始終未能很好的解決。本發明公開的不反應過負荷的距離保護後備段的方法，根據不同的故障類型，通過相應的輔助判據繼電器啟動距離保護後備段中的距離繼電器，來達到使距離保護後備段不反應線路的過負荷的目的，同時增加後備保護即第IV段對對側變壓器低壓側故障起後備保護作用。本發明很好的解決距離保護過負荷誤動的問題，對於電力系統的穩定運行具有重要意義。
文檔編號H02H7/26GK101227085SQ20081005590
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月2日 優先權日2008年1月2日
發明者朱聲石, 朱慶翔, 馬師模 申請人:朱聲石;馬師模;朱慶翔