數位化變電站集中式保護裝置邊界信息缺失的處理方法

2023-12-11 20:36:12 1

專利名稱：數位化變電站集中式保護裝置邊界信息缺失的處理方法
技術領域：
本發明涉及電力系統繼電保護領域，尤其涉及一種數位化變電站集中式保護裝置邊界出現信息缺失情況下的處理方法。
背景技術：
目前，隨著IEC61850通信規約的制定，基於該規約的數位化變電站已經在我國迅速發展起來，相比於傳統變電站採用的電磁式互感器，數位化變電站採用的是數字式互感 器。數字式互感器採集的電流、電壓等電氣量為數字量，實現了一、二次系統在電氣上的有 效隔離，增大了電氣量的測量範圍、提高了測量精度、並克服了傳統互感器的飽和問題。數 字式互感器從信息的獲取到傳輸都是數字量，無需經過數模轉換，讓採樣信息的傳輸時延 大大減少，同時合併單元為採樣值打上時標，高速乙太網技術的成熟，為信息的實時交換提 供了有力的支持，從而為實現全變電站電氣量和開關狀態量等信息集中處理提供了基礎。針對目前數位化變電站內，繼電保護裝置還是獨立設置，基於就地信息進行故障 判斷，存在各種保護配合和後備保護整定值設定的問題，很多學者提出了基於數位化變電 站的集中式保護原理。在現有的技術基礎上，通過數位化變電站信息集中處理來實現變電 站繼電保護優化配置已近日益成熟。但是，大量的信息集中處理，必然會導致網絡擁擠。當 故障發生時，如果發生採樣值信息缺失，特別是邊界信息的缺失，必然對集中式保護裝置的 可靠性帶來影響。在故障發生時，邊界信息丟失情況下，往往依靠延時大，選擇性差的後備 保護動作切除故障，擴大了停電範圍，對國民經濟生活造成嚴重危害。目前數位化變電站 集中式保護裝置處理方法的信息處理機制中，還沒有提出很好的應對方法來處理好這類問 題。當故障發生時，數位化變電站集中式保護裝置處理方法中，關於如何處理好邊界信息 丟失情況下故障定位問題，已經是數位化變電站集中式保護裝置處理方法的瓶頸。由此可 知，當故障發生時，在邊界信息丟失情況下數位化變電站集中式保護裝置怎樣處理好故障 問題，是提高數位化變電站集中式保護裝置處理方法可靠性的重要途徑。

發明內容
本發明的目的是提供一種數位化變電站集中式保護裝置邊界信息缺失的處理方法，能夠提高集中式保護的可靠性。本發明採用下述技術方案一種數位化變電站集中式保護裝置邊界信息缺失的處理方法，其特徵在於包括以下步驟(1)、檢測變電站內部或者相鄰區域是否發生故障，發生故障進入步驟(2)；(2)、如果數位化變電站邊界區域出現僅有一條線路邊界信息缺失，進入步驟 (3)；(3)、假設母線沒有發生故障的前提下利用基爾霍夫電流定律，採用除邊界信息缺 失線路外的與母線相連的線路、母線與變壓器的連接線、母聯的電流採樣值合成邊界信息 缺失線路的電流採樣值，稱為合成電流，進入步驟(4)；
(4)、使用母線電壓和線路電流採樣值，其中信息缺失線路採用合成電流值，採用常規線路保護算法檢測並記錄線路故障發生位置，如果每條線路常規保護第三段範圍內都 沒有檢測到故障，進入步驟(8)；如果檢測到任一條線路常規線路保護第一段範圍內有故障，則集中式保護裝置向 生故障線路的斷路器發出無延時跳閘命令，進入步驟(5)；如果沒有檢測到任一條線路常規線路保護第一段範圍內有故障，進入步驟(7)；(5)、經過常規斷路器失靈保護要求的延時，檢測已經發出的跳閘命令斷路器是否 動作，如果斷路器失靈，則斷開與母線相連的所有斷路器，並進入步驟(8)；如果斷路器沒 失靈如果故障不在信息缺失線路常規保護第一段範圍內，則進入步驟(7)；如果故障在 息缺失線路常規保護第一段範圍內，則進入步驟(6)；(6)、使用除信息缺失線路外與母線相連的線路、變壓器連接線路和母聯的電流採樣值，採用常規母線差動算法檢測母線是否發生故障，如果母線發生故障，則集中式保護裝 置向除信息缺失線路外與母線相連的斷路器發出無延時跳閘命令，並進入步驟(8)；如果 母線沒有發生故障，進入步驟(7)；(7)、如果故障發生在常規線路保護第二段或者第三段範圍內，則集中式保護裝置 按常規保護第二段或者第三段延時發出跳間命令並進入步驟(8)；(8)、利用數位化變電站全站實時電流、電壓信息、斷路器狀態，執行常規的數位化 變電站集中式保護。所述的步驟(4)中常規線路保護算法採用三段式距離或三段式電流保護算法。本發明針對現有數位化變電站集中式保護裝置處理方法存在的不足，提出集中式 保護裝置邊界信息缺失保護處理方法當數位化變電站內部或者是鄰近區域發生故障時， 在邊界信息缺失的情況下，利用全站電流、電壓值和斷路器狀態，能夠迅速進行故障定位， 解決了集中式保護裝置處理方法故障定位困難，往往依靠後備保護延時動作的缺點，加快 了保護動作的速度，提高了保護可靠性。本發明方法具有動作快、靈敏度高、防止保護誤動、 縱序跳閘動作時間快等優點，能夠減小對國民經濟生活造成的危害。


圖1為數位化變電站邊界拓撲抽象後一次設備主接線圖；圖2為本發明的方法流程圖；圖3為距離元件動作特性示意圖；圖4為突變量方向元件動作區示意圖；圖5為零序方向元件動作區示意圖；圖6為負序方向元件動作區示意圖；圖7為90°接線方向元件動作區示意圖。
具體實施例方式目前變電站母線主要的接線方式是單母線及單母線分段接線、雙母線及雙母線分段接線，變壓器各側與母線連接，每條母線上連接多回線路，線路位於數位化變電站邊界。 數位化變電站邊界拓撲結構抽象為如圖1的主接線方式，變壓器1 一側與母線2相連，連線上裝設斷路器4和電流互感器3，母線2上有n回線路(線路1至線路n)，每條線路上裝設 斷路器和電流互感器，母線2通過母聯6與另一母線相連，母聯6上裝設有斷路器和電流互 感器，母線2上裝設有電壓互感器5。數位化變電站集中式保護裝置採集全站電流、電壓信 息和斷路器狀態，實時獲取變電站採樣值信息，通過常規繼電保護算法和邏輯判斷迅速切 除故障。如圖1所示主接線，數位化變電站集中式保護裝置的採樣率一般為每工頻周期12 點以上。t時刻X線路三相電流採樣值表示為iXA(t)，iXB(t)，ixc(t)，其中X= 1、2.....
J、 、！1 ；t時刻母線2與變壓器1連線三相電流採樣值表示為i(n+1)A(t)，i(n+1)B(t)，i(n+1)
c(t)；t時刻母聯6電流三相採樣值表示為i (n+2)A (t)，i (n+2)B (t)，i (n+2)c (t)；t時刻母線2三相電壓採樣值表示為umA (t)，umB (t)，umC (t)；故障發生時，利用全周傅氏算法計算各電流、電壓信息復相量，全周傅氏算法計算 公式如下
IRk =—V i(l)s'm(klx——) }N> ⑴
2 In I,k = —V i(l)s\n(kl x-)
J式中i(l)為每基頻周期內第1點採樣值，N為每基頻周期採樣點數，k為諧波次數 (k = 1為基頻分量)。相電流突變量計算公式
formula see original document page 5 (2)其中爐識指AB、BC、CA三種相別。如圖1、圖2所示，本發明數位化變電站集中式保護裝置邊界信息缺失的處理方法 包括以下步驟(1)、使用當前數位化變電站全站電流、電壓信息，採用相電流突變量啟動算法、零 序電流啟動算法檢測變電站內部或者相鄰區域是否發生故障，如果啟動算法未檢測出故障 發生，則重複執行本步驟，如果發生故障，進入步驟(2)；其中相電流突變量啟動判據為
formula see original document page 5(3)式(3)中A Idz為電流突變量啟動定值，A IT為浮動門檻，隨著變化量輸出增大而 逐步自動提高，取大於1的係數，可保證門檻電流始終略高於不平衡輸出；其中零序電流啟動判據為3I0 > Iodz(4)式⑷中3、為三倍零序電流，Iodz為零序電流啟動定值；
(2)、如果數位化變電站邊界區域有且僅有一條線路出現電流信息缺失，假設為線 路j，則進入步驟(3)，否則進入步驟(8)；(3)、在假設母線沒有發生故障前提下利用基爾霍夫電流定律，採用除線路j以外 與母線相連的線路、母線與變壓器連接線、母聯的電流採樣值合成信息缺失線路j的電流 採樣值，稱為線路j的合成電流；
電流參考方向均採用從母線流出為正，線路j合成電流計算公式
ij(t)=~ Z 「⑴(5)
k = \,k 辛 j
ik(t)為t時刻與母線相連的所有線路、變壓器連線和母聯開關的電流，電流參考 方向均採用母線流出為正；(4)、使用母線電壓和各線路電流採樣值，其中線路j採用合成電流採樣值，採用 常規線路保護算法檢測並記錄線路故障發生位置如果每條線路常規保護第三段範圍內都 沒有檢測到故障，進入步驟(8)；如果任一條線路常規線路保護第一段範圍內檢測到有故障，則集中式保護裝置向 發生故障線路的斷路器發出無延時跳閘命令，進入步驟(5)；如果任一條線路常規線路保護第一段範圍內沒有檢測到故障，進入步驟(7)；(5)、經過常規斷路器失靈保護要求的延時，檢測已經發出跳閘命令斷路器是否動 作，如果斷路器失靈，啟動斷路器失靈集中保護算法，斷開與母線相連的所有斷路器轉入步 驟⑶；如果斷路器沒有失靈如果故障不在信息缺失線路j常規保護第一段範圍內，則 進入步驟(7)；如果故障在信息缺失線路j常規保護第一段範圍內，則進入步驟(6)；(6)、使用除線路j外與母線相連的線路、變壓器連接線路和母聯的電流採樣值， 採用常規母線差動算法檢測母線是否發生故障，如果母線發生故障，則集中式保護裝置向 除線路j外與母線相連的斷路器發出無延時跳閘命令並跳轉到步驟(8)；如果母線沒有發 生故障，進入步驟(7)；其中普通比率制動特性母線差動保護算法
n+2
I Z} (16)
n+2n+2
I Z h\>Kres S 丨八丨
k=\,k^ j k=l,k^ j 『式(16)中Kres為制動係數，為最小動作電流門檻值，^為與母線相連的所有 線路、變壓器連線和母聯開關的電流相量，電流參考方向均採用母線流出為正；(7)、如果故障發生在常規線路保護第二段或者第三段範圍內，則集中式保護裝置 按常規保護第二段或者第三段延時發出跳間命令，並進入步驟(8)；(8)、利用數位化變電站全站實時電流、電壓信息、斷路器狀態，執行常規的數位化 變電站集中式保護。
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上述方法中步驟(4)中常規線路保護主要採用三段式距離或三段式電流，這些保 護都是有方向性的，方向元件可採用突變量功率方向、零序功率方向、負序功率方向或90° 接線功率方向元件，這裡列出本步驟使用的常規的距離保護、電流保護和方向保護元件的 典型算法(a)三段式距離保護元件三段式距離保護元件中距離測量算法以實時電壓，實時電流計算對應迴路阻抗 值。阻抗計算採用解微分方程法與傅氏濾波相結合的方法同時計算ZpZpZpZmZpZ^六 種阻抗。相間短路故障時阻抗算法為formula see original document page 7接地短路故障時阻抗算法為formula see original document page 7式中:Kr= (Ro-R^/SR^ Kx = (XfXi)/3X!，故障電抗 X = 2 n fL, R0、X0 為線路零序 電阻和電抗，禮、&為線路正序電阻和電抗，I,代表相電流，、代表零序電流，R,代表正序 電阻，代表正序電感；各段距離元件動作特性均為多邊形特性，如圖3所示。對於三段式相間距離保護 Rdz取值為RX1，XDZ取值分別為Xxl，xX2和xX3 ；對於三段式接地距離保護Rdz取位為RD1，XDZ取 位分別為xD1，xDjnxD3，為保證出口短路的明確方向性，採用記憶電壓，即用故障前的電壓順 移兩個周波後，同故障後電流比相。(b)三段式電流保護元件採用實時電流Ii與三段式電流保護元件各段整定值進行比較formula see original document page 7式中Ii可以為單相電流，也可以為相間電流；Im1、^1、〗-111分別為常規三段式 電流保護元件I、II、III段電流整定值。如果故障發生在三段式電流保護元件整定I段範圍內，則斷路器無延時跳閘。如 果故障發生在三段式電流保護元件整定II段或III段範圍內，則斷路器經過II段或III 段整定延時後跳閘。(c)突變量方向元件採用三種相間突變量電流A^、AIbc ^P AIca中最大者，與其對應的相間電壓突 變量比較方向，這樣可以保證任一種故障類型突變量方向元件都具有最高的靈敏度，如圖4 所示突變量正方向動作區為
18°Sxrg(AI9l/AUJ<180°-, (9)
突變量反方向動作區為
-162°^rg(AI(p</AU<pip) <0°o (10)
式中d 代表相電壓突變量 (cl)突變量正方向元件動作判據為
1)突變量電流AU、A IBC和A ICA中最大者大於2倍『；
2)相應的突變量方向判為正方向。 (c2)突變量反方向元件動作判據為
1)突變量電流A^、A IBC和A ICA中最大者大於1. 25倍
2)相應的突變量方向判為反方向。 『為突變量啟動元件定值
(d)零序方向元件 如圖5所示零序正方向動作區為 18° ( arg(3I0/3U0) ( 180° ； (11)
零序反方向動作區為 -162° ^ arg(3I0/3U0) ^ 0°。(12) 式中3隊代表三倍零序電壓；
1)零序正方向元件的動作判據為 位於零序正方向動作區，且31。> 3I0DZ ； 其中31■指零序電流定值3、，零序I
2)零序反方向元件的動作判據為 位於零序反方向動作區，且3、> 0. 625*3Iqdz。
(e)負序方向元件
負序元件也設有正、反兩個方向的方向元件，如圖6所示，正向元件的整定值可以 方向元件不需整定，靈敏度自動比正向元件高，電流門檻取為正方向的0. 625倍 負序正方向動作區為 18° ^ arg(3I2/3U2)彡 180° (13)； 負序反方向動作區為 -162° ^ arg(3I2/3U2)彡 0° (14)； 式中3U2代表三倍負序電壓，式中312代表三倍負序電流；
1)負序正方向元件的動作判據為位於負序正方向動作區且3I2> 3I2DZ，其中 為負序電流定值；
2)負序反方向元件的動作判據為位於負序反方向動作區且312> 0. 625*3I2DZ。
(f)90°接線功率方向元件
90°接線方向元件(電流滯後電壓角度為正)，如圖7所示，各相電流保護受式 (15)所示相應方向元件的控制，正方向動作區為
IV段電流定值分別為、、『、『和I
04°
formula see original document page 9
權利要求
一種數位化變電站集中式保護裝置邊界信息缺失的處理方法，其特徵在於包括以下步驟(1)、檢測變電站內部或者相鄰區域是否發生故障，發生故障進入步驟(2)；(2)、如果數位化變電站邊界區域出現僅有一條線路邊界信息缺失，進入步驟(3)；(3)、假設母線沒有發生故障的前提下利用基爾霍夫電流定律，採用除邊界信息缺失線路外的與母線相連的線路、母線與變壓器的連接線、母聯的電流採樣值合成邊界信息缺失線路的電流採樣值，稱為合成電流，進入步驟(4)；(4)、使用母線電壓和線路電流採樣值，其中信息缺失線路採用合成電流值，採用常規線路保護算法檢測並記錄線路故障發生位置，如果每條線路常規保護第三段範圍內都沒有檢測到故障，進入步驟(8)；如果檢測到任一條線路常規線路保護第一段範圍內有故障，則集中式保護裝置向發生故障線路的斷路器發出無延時跳閘命令，進入步驟(5)；如果沒有檢測到任一條線路常規線路保護第一段範圍內有故障，進入步驟(7)；(5)、經過常規斷路器失靈保護要求的延時，檢測已經發出的跳閘命令斷路器是否動作，如果斷路器失靈，則斷開與母線相連的所有斷路器，並進入步驟(8)；如果斷路器沒有失靈如果故障不在信息缺失線路常規保護第一段範圍內，則進入步驟(7)；如果故障在信息缺失線路常規保護第一段範圍內，則進入步驟(6)；(6)、使用除信息缺失線路外與母線相連的線路、變壓器連接線路和母聯的電流採樣值，採用常規母線差動算法檢測母線是否發生故障，如果母線發生故障，則集中式保護裝置向除信息缺失線路外與母線相連的斷路器發出無延時跳閘命令，並進入步驟(8)；如果母線沒有發生故障，進入步驟(7)；(7)、如果故障發生在常規線路保護第二段或者第三段範圍內，則集中式保護裝置按常規保護第二段或者第三段延時發出跳閘命令並進入步驟(8)；(8)、利用數位化變電站全站實時電流、電壓信息、斷路器狀態，執行常規的數位化變電站集中式保護。
2.根據權利要求1所述的數位化變電站集中式保護裝置邊界信息缺失的處理方法，其 特徵在於所述的步驟(4)中常規線路保護算法採用三段式距離或三段式電流保護算法。
全文摘要
本發明公開了一種數位化變電站集中式保護裝置邊界信息缺失的處理方法集中式保護裝置採集全變電站電流、電壓值和斷路器狀態，實時獲取全變電站電壓、電流採樣值信息，當故障發生時，如果出現一條線路電流採樣值信息缺失，在假設母線沒有發生故障前提下合成信息缺失線路電流採樣值，然後使用母線電壓和線路電流採樣值，其中信息缺失線路採用合成電流，通過常規線路保護，切除故障，如果在信息缺失線路常規保護第一段檢測到故障發生，則無延時跳開該線路斷路器，然後利用常規母線差動保護檢測母線是否發生故障，以決定是否跳開與母線相連的所有斷路器。本發明能夠迅速進行故障定位，切除邊界區域故障，大大簡化了保護的整定配合，提高了保護的可靠性。
文檔編號H02J13/00GK101800441SQ20101013322
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者文明浩, 李豐, 王來軍, 馬雲龍 申請人:河南省電力公司許昌供電公司