高壓短距離雙回線路鏈式電力網絡判別故障並跳閘的方法
2023-12-11 12:38:02
專利名稱：高壓短距離雙回線路鏈式電力網絡判別故障並跳閘的方法
技術領域：
本發明屬於電力工程領域的繼電保護自動化領域，具體涉及一種高壓短 距離雙回線路鏈式電力網絡判別短路故障並加速線路保護高選擇性快速跳閘 的新方法。
背景技術：
當前在大中城市巿區及市郊的高壓(如110kV)電力系統中有許多短距離
雙回線路鏈式電力網絡(見圖1)，其保護裝置大多採用多段式相間距離保護、 方向電流保護、零序方向電流保護或縱差保護。由於各線路的長度短，使距 離保護、方向電流保護的第一段只能退出不用，僅用其延時較長的第二、三 段(如圖1所示的各保護所帶延時)，導致無法快速切除短路故障。再者，短 距離雙回線鏈式網絡的保護第二段整定值計算較棘手，需計及各種運行方式 下的分支係數，採用某個固定的整定值很難保證所有運行方式下切除故障的
選擇性，很難防止一回線故障時另一回線保護誤動作；為了防止誤動作，通 常不得不將各母聯斷路器斷開，即人為地將同一變電站的兩母線分開各自獨 立地運行，使原本雙回並聯串接的供電線路改變成兩個分列的單回線路運行， 更有甚者，運行中可能調度上的需要在網絡的某處解列成兩個單側電源的單 回線路輻射性網絡運行，必然造成短路故障時，即使有選擇性地切除，如圖2 所示，也會造成下一級無故障線路及母線負荷都一起停止供電，出現切一串， 停一片的惡性事故，這完全失去了原設計的雙回線並聯串接網絡供電的可靠 性及靈活性優點。若採用短線路縱差動保護，需安裝光纖通道，保護裝置的成本增加及保護的運行維護也較複雜，而且不能保證有選擇性地切除母線故 障。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種高壓短距離雙回線路鏈式電力網絡 判別故障並跳閘的方法，用一種較簡單的方法在相當大程度上克服短距離雙 回線鏈式供電網絡上述保護的缺點，做到仍保留原本的雙回線並聯串接供電 網絡(母聯斷路器仍閉合)的運行特性，而在繼電保護上又能達到高選擇性 快速切除故障的目的。
為完成上述任務，本發明的技術方案是採用了一種高壓短距離雙回線路 鏈式電力網絡判別故障並跳閘的方法，線路自身的過流判據和功率方向判據
動作後，經過設定的時限保護線路跳閘，母聯保護的過流判據LJM動作後， 經過設定的時限保護母聯跳閘，該方法還將距接地點最近的母聯保護的功率 方向判據及過流判據LJM相與動作後用於去加速與該母聯支路直接相連接的 線路的時限保護。
進一步，功率方向判據包括母聯功率方向判據I——GFJM I和母聯功率 方向判據II~~GFJMII，母聯功率方向判據I定義為當電流自II母線流向I 母線為正，GFJMI動作；母聯功率方向判據II定義為當電流自I母線流向II 母線為正，GFJMII動作；母聯功率方向判據I與過流判據LJM相與動作後產 生加速信號SIG I用於去加速該母聯支路相連接的線路I的時限保護；母聯功 率方向判據n與過流判據LJM相與動作後產生加速信號SIGII用於去加速該 母聯支路相連接的線路II的時限保護。
進一步，加速信號SIG I和加速信號SIGII之間互相鎖定。進一步，加速信號SIG I和加速信號SIGII之間均通過一個瞬時動作延時
返回的時間元件互相鎖定。
進一步，功率方向判據及過流判據為零序功率方向判據及零序過流判據。 可以選擇的技術方案還有一種高壓短距離雙回線路鏈式電力網絡判別故
障並跳閘的方法，線路自身的過流判據和功率方向判據動作後，經過設定的
時限保護線路跳閘，母聯保護的過流判據LJM動作後，經過設定的時限保護
母聯跳閘，該方法還將距接地點最近的母聯保護的功率方向判據及過流判據
LJM相與動作後用於去加速與該母聯支路直接相連接的線路的時限保護。
進一步，功率方向判據為母聯功率方向判據GFJM，母聯功率方向判據GFJM 定義為當電流自II母線流向I母線為正，GFJM動作；母聯功率方向判據GFJM 與過流判據LJM相與動作後產生加速信號S工G I用於去加速該母聯支路相連接 的線路I的時限保護；母聯功率方向判據GFJM經取非與過流判據LJM相與動 作後產生加速信號SIGII用於去加速該母聯支路相連接的線路II的時限保 護。
進一步，加速信號S工G I和加速信號SIGII之間互相鎖定。 進一步，加速信號SIG I和加速信號SIGII之間均通過一個瞬時動作延時 返回的時間元件0/t互相鎖定。
進一步，過流判據LJM的輸出信號經過一個延時時間元件t的延時處理。 進一步，功率方向判據及過流判據為零序功率方向判據及零序過流判據。 本發明保護接地短路的功能採用距接地點最近的母聯保護的零序功率方 向判據及零序過流判據動作去加速該母聯支路相連接的線路零序方向電流時 限保護，能夠高選擇性快速切除接地故障的。在高電壓短距離雙回線路鏈式電力網絡諸多母聯支路中，只是靠近短路故障點的母聯支路流過大的短路電 流，該母聯支路保護的過流判據動作，而其他母聯支路流過的電流很小，它 們的過流判據不動作。靠近短路故障點的母聯支路保護的過流判據及功率方 向判據瞬時動作，有選擇性地去加速靠近短路點的線路方向過流時限保護動 作，使短路故障能高選擇性地被快速切除，切除故障總時間為瞬時或個別情 況下可以達到至多不大於0. 4秒。
當該電力網絡任一點發生相間短路(或單相接地短路)故障時本方法能 使較簡單的線路方向過流時限保護(或零序過流時限保護)具有高選擇性快 速切除故障的效能，具有實際應用價值。
圖1為高壓短距離雙回線鏈式電力網絡示意圖； 圖2為現有的高壓短距離雙回線鏈式電力網絡保護邏輯圖； 圖3為本發明的高壓短距離雙回線鏈式電力網絡保護邏輯圖； 圖4為本發明的另一種高壓短距離雙回線鏈式電力網絡保護邏輯圖。
具體實施例方式
圖1中高壓短距離雙回線鏈式電力網絡雖為雙側電源或環網，但實際運 行中幾乎全部時間是在網絡的某處解環運行，變成兩個單側電源的短距離雙 回線鏈式網絡。因此，在以保護的動作行為分析中以圖1中的1DL及9DL解 環的運行方式並按本發明圖3所示的保護總框圖論述之。設圖1供電網絡在T 變電站解環運行(1DL、 9DL斷開)，當ch點相間短路時，短路電流的流動路徑 及方向如圖中/二、 /:箭頭所示。
圖3中各個母聯支路的保護都採用兩個功率方向判據GFJMI (電流的正方向為I工母線流向I母線)及GFJMII (電流的正方向為I母線流向II母 線)；而圖4中各個母聯支路的保護只採用一個功率方向判據GFJM (電流的正 方向為II母線流向I母線)。又圖4的母聯保護電流判據LJM處比圖3多用 了延時0. 04秒動作的時間元件，該時間元件的作用是為了確保短路故障時該 時間元件輸出端動作必在方向元件GFJM動作之後，從而能有效防止I線路或 I母線短路時可能發生II線路保護的誤加速跳閘；這樣，圖4保護的出口動 作時間比圖3晚0.04秒。圖3與圖4除以上兩點差異以外，其他動作特性兩 圖完全相同，因此按圖3論述的本發明保護的動作行為結論也完全適用於圖4， 只不過圖4保護的出口動作時間比圖3保護遲0. 04秒而己。
對於微機保護而言，圖3的GFJM I與GFJMII的軟體完全相同，只是二者 的內角相差180。，因此微機保護採用圖3為宜，並不增加保護的成本及複雜 性，又能取得保護出口快速動作(比圖4快0.04秒)的優點。對模擬式保護 而言，可以採用圖4，只用一個GFJM，簡化保護及降低保護成本，雖然保護 出口動作慢0. 04秒，但考慮到這種短距離雙回線路鏈式網絡的電壓等級多為 110kV，保護出口遲0.04秒無礙；當然模擬式保護採用圖3也可以。
一、本發明保護的配置及整定原則
圖1網絡中各線路及各母線支路均配置簡單的方向電流時限保護及方向 零序電流時限保護。各線路保護過流判據的定值按躲開本線路末端變電站的 降壓變電站中、低壓側短路來整定，並滿足本線路末端短路時有足夠的靈敏 度。圖1第I條線路的1DL、 3DL、 5DL、 7DL處的保護為同方向保護，其時限 分別為Os、 0.3s、 0.6s、 0.9s，時限級差At二0.3s; 4DL、 6DL、 8DL處的保 護為同方向保護，其時限分別為Os、 0.3s、 0.6s。第II條線路保護的方向、時限同理。 各母聯支路保護的動作時限均為0. 3s。 二、相間短路故障時本發明保護的動作行為分析 按圖3所示的保護總框圖分析。
1、 線路中部短路
如圖1的山短路點(不位於母線附近)，與故障線路相鄰的R變電站的母
聯DU及T變電站的母聯DLi流過的短路電流方向為II母線流向I母線，R及 T變電站母聯保護的LJM及GFJM I立即動作分別去加速I線路的3DL、 6DL保 護及8DL保護，但6DL保護的GFJI不動作，所以只3DL、 8DL瞬間跳閘，這 是高選擇性切除故障，故障切除總時間只是簡單的方向過流判據的運算時間 與斷路器跳閘時間之和，小於60ms。
2、 線路的近母線端短路
如圖1的d2點C線路始端靠近R母線，所有母聯中只母聯DL中有短路電 流，電流方向為II母線流向I母線，而母聯DLp、 DU中無短路電流或很小不 去加速線路保護，DL母聯保護的GFJM I及LJM立即動作去加速I回線的3DL、 6DL線路保護，因6DL線路保護的GFJI不動作，所以只3DL瞬間跳閘。3DL 跳開後，母聯DU中的短路電流倒流(自I母線流向II母線)，母聯Db保護 的GFJMII雖動作，但由於瞬時動作延時返回的時間元件及其輸出端"非"門 的作用，能有效防止II回線誤跳閘。又，3DL跳開後，DL,母聯中有短路電流 (方向自II母線流向I母線)，DU母聯保護的GFJM I及LJM動作去加速I線 路的8DL相繼跳閘，故障切除時間小於100ms。
3、 母線短路如圖1的R變電站II母線d:i點短路，在所有母聯支路中只是R變電站母
聯支路有短路電流，電流方向自I母線流向II母線，R變電站母聯保護的 GFJMII及LJM動作去加速11DL、 14DL線路保護，但14DL線路保護的GFJII 不動作，14DL不跳閘，且11DL保護的LJII因電流太小不動作，故11DL也不 跳閘。待延時0. 3秒後R變電站的母聯方向過流時限保護動作將D"斷路器跳 開。DU跳開後，P、 T變電站母聯支路的短路電流才增大，電流方向自I母線 流向II母線，P、 T變電站母聯保護的GFJMII及LJM動作，分別去加速12DL、 13DL線路保護及16DL線路保護，但12DL保護的GFJII不動作，故12DL不跳 閘，只13DL、 16DL跳閘，切除故障總時間小於0.4s，這也是高選擇性跳閘， 停電範圍最小。
4、雙側電源短路
以上分析是電網某處解環(圖1中1DL、 9DL斷開運行)分列成兩個單側 電源運行發生短路的情況。以單側電源分析的原因是電網實際的幾乎全部運 行時間為單側電源，又因為以單側電源分析簡介明了，能抓著分析的重點。 個別時候電網也可能為雙側電源的短距離雙回線路鏈式運行狀態(圖1中1DL、 9DL合閘運行)又發生d,點、或d2點、或山短路時，同理分析可得出本發明 保護方案一 (圖3)及方案二 (圖4)的動作行為如同單側電源分析的同樣結 論，不再贅述。
5、與傳統保護方案圖2比較 以A短路分析圖3與圖2:
圖2中的傳統保護方案中，當d,短路時，對於3DL保護安裝處，流過3DL 保護的電流方向為母線指向線路(正方向)，方向電流時限保護動作(當發接地故障時，方向零序電流時限保護動作)，即圖3中LJ I與GFJ I元件動作，
經延時"(如圖1所示，3DL處，保護延時0.3s， tT=0.3s)跳3DL，保護 動作帶有0. 3s的延時；同理可分析，對於8DL保護動作時帶有0. 6s延時。 3DL與8DL跳閘後切除故障，加上斷路器跳閘時間，切除故障線路的總時間大 於O. 6s。
本發明圖3中，對於6DL保護安裝處，由於流過6DL保護的電流方向為 線路指向母線(反方向)，因此功率方向元件不動作而只有過流元件動作，即 圖3中LJ I動作，GFJ I元件不動作，因此對於6DL處保護，保護不動作。(此 過程與圖2中的傳統保護方案同理)
與故障線路相鄰的R變電站的母聯DU流過的短路電流方向為II母線流 向I母線，DU母聯保護的LJM及GFJM I立即動作去加速I線路的3DL和6DL 保護(由於6DL功率方向保護不動作，故只有3DL瞬時動作)；同理可分析， 對於T變電站的母聯DU的LJM及GFJM I立即動作去加速I線路的8DL保護。 3DL與8DL跳閘後切除故障，故障切除總時間只是簡單的方向過流判據的運算 時間與斷路器跳閘時間之和，小於60ms，從而實現利用母聯電流判據加速線 路保護動作的目的，此過程為本發明方案比較於傳統方案(圖2所示)的創 新點。
圖2、 3中:
LJM——母聯過流判據；
GFJM I——母聯功率方向判據I ，當電流自II母線流向I母線為正，GFJM I動作；
GFJMII——母聯功率方向判據II，當電流自I母線流向II母線為正，GFJMII動作；
LJ I——與母聯相連接的1回線路過電流判據； LJII——與母聯相連接的II回線路過電流判據；
GFJ I——與母聯相連接的I回線路功率方向判據，當電流自母線流向線 路為正方向，GFJI動作；
GFjn——與母聯相連接的n回線路功率方向判據，當電流自母線流向
線路為正方向，GFJII動作；
IZU——瞬時動作延時返回的時間元件。 圖2、 4中
GFJM——母聯功率方向判據，當電流自II母線流向I母線為正方向，GFJM 動作；
延時動作瞬時返回的時間元件;
延時0. 04秒動作瞬時返回的時間元件。
其他文字符號的意義皆與圖3中相應文字符號的意義相同。
權利要求
1、一種高壓短距離雙回線路鏈式電力網絡判別故障並跳閘的方法，線路自身的過流判據和功率方向判據動作後，經過設定的時限保護線路跳閘，母聯保護的過流判據LJM動作後，經過設定的時限保護母聯跳閘，其特徵在於，該方法還將距接地點最近的母聯保護的功率方向判據及過流判據LJM相與動作後用於去加速與該母聯支路直接相連接的線路的時限保護。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的功率方向判據包括母聯功率方向判據I——GFJMI和母聯功率方向判據II——GFJMII，母聯功率方向判據I定義為當電流自I工母線流向I母線為正，GFJMI動作；母聯功率方向判據II定義為當電流自I母線流向II母線為正，GFJMII動作；母聯功率方向判據I與過流判據LJM相與動作後產生加速信號SIG I用於去加速該母聯支路相連接的線路I的時限保護；母聯功率方向判據II與過流判據LJM相與動作後產生加速信號SIGII用於去加速該母聯支路相連接的線路II的時限保護。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，加速信號SIGI和加速信號SIGII之間互相鎖定。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，加速信號SIGI和加速信號SIG工I之間均通過一個瞬時動作延時返回的時間元件互相鎖定。
5、 根據權利要求l、 2、 3或4所述的方法，其特徵在於，所述的功率方向判據及過流判據為零序功率方向判據及零序過流判據。
6、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的功率方向判據為母聯功率方向判據GFJM，母聯功率方向判據GFJM定義為當電流自II母線流向I母線為正，GFJM動作；母聯功率方向判據GFJM與過流判據LJM相與動作後產生加速信號SIG I用於去加速該母聯支路相連接的線路I的時限保護；母聯功率方向判據GFJM經取非與過流判據LJM相與動作後產生加速信號SIGII用 於去加速該母聯支路相連接的線路II的時限保護。
7、 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，加速信號SIG I和加速信 號SIGII之間互相鎖定。
8、 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，加速信號SIGI和加速信 號SIGII之間均通過一個瞬時動作延時返回的時間元件0/t互相鎖定。
9、 根據權利要求l、 6、 7或8任一條所述的方法，其特徵在於，過流判 據LJM的輸出信號經過一個延時時間元件t的延時處理。
10、 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述的功率方向判據及 過流判據為零序功率方向判據及零序過流判據。
全文摘要
本發明涉及高壓短距離雙回線路鏈式電力網絡判別故障並跳閘的方法，線路自身的過流判據和功率方向判據動作後，經過設定的時限保護線路跳閘，母聯保護的過流判據LJM動作後，經過設定的時限保護母聯跳閘，其特徵在於，該方法還將距接地點最近的母聯保護的功率方向判據及過流判據LJM相與動作後用於去加速與該母聯支路直接相連接的線路的時限保護。當電力網絡某點發生短路故障時，距故障點最近的母聯支路保護的功率方向判據及過流判據立即動作去加速與該母聯支路相連接的線路方向電流時限保護，達到採用較簡單的保護方法能高選擇性地快速切除故障的目的。
文檔編號H02H7/28GK101534004SQ200810049330
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月10日 優先權日2008年3月10日
發明者李瑞生, 銳 王 申請人:王 銳;李瑞生