一种中性点接入抑制装置的继电保护方法

本发明涉及电路保护领域，尤其是涉及一种中性点接入抑制装置的继电保护方法。

背景技术：

1、我国电力系统中，要求110kv及以上电网的中性点均采用中性点直接接地。在这种系统中，发生单相接地故障时接地短路电流很大，故称为大接地电流系统。在大接地电流系统中发生单相接地故障的几率较高，可占总短路故障的70％左右，因此要求其接地保护能灵敏、可靠、快速地切除接地短路故障，以免危及电气设备安全。

2、变压器中性点接入偏磁抑制装置后，改变了电网的零序参数，在出现不对称接地故障且阻隔装置有效接入时继电保护可能会受到影响。典型的高压变电站主变压器主保护配置一般为比率制动式差动保护、工频变化量比率差动保护、差动速断保护和对应于本体主保护的瓦斯保护、油温保护、压力释放保护等。高压侧后备保护配置一般有反映相间短路故障的相间阻抗保护、复合电压启动的过电流保护等；反映接地故障的变压器中性点直接接地时的零序电流保护和中性点不接地时的零序电压保护、中性点间隙零序电流保护二段零序方向过流保护；反映容量在0.4mva及以上变压器的对称过负荷保护。

3、经过检索中国专利公开号cn106558406a公开了一种电力变压器直流偏磁的抑制方法，电力变压器的输入输出均为三相，电力变压器由三个一次绕组和三个二次绕组构成，在电力变压器的公用铁芯上绕制第三绕组作为直流补偿绕组，在第三绕组内串联接入一个电流控制的直流电流源，并在所述一次绕组的中性点处安装一个直流电流互感器，第三绕组有三个，采用串联方式连接；直流电流源输出的电流极性与变压器一次绕组中性点处的直流电流极性相反。但是该现有专利 仅涉及可调电阻隔直装置本体及过电压旁路结构，未提出接入后对电网零序参数、继电保护灵敏度及装置热稳定的系统校核方法。

4、因此，如何实现直流偏磁抑制与交流继电保护的一体化；对电网零序参数、继电保护灵敏度及装置热稳定的系统校核成为需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种中性点接入抑制装置的继电保护方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种中性点接入抑制装置的继电保护方法，包括：

4、步骤s1，获取主变中性点直接接地阻抗的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗，以及经抑制电阻接地阻抗的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗；

5、步骤s2，根据地场序网双向耦合全域协同校核模型，同步求解不同阻值抑制电阻下的直流偏磁抑制幅度与交流零序故障衰减幅度，筛选最优阻值3ω后，基于所述步骤s1的阻抗，分别计算中性点直接接地与经3ω抑制电阻接地两种工况下，主变压器高压侧单相接地故障、线路末端单相接地故障以及两相接地故障时的零序电流，并比较两种工况下所述零序电流的变化量；

6、步骤s3，采用故障类型差异化灵敏系数分层校验模型，分别对电流型保护、接地距离保护进行灵敏度校核：

7、步骤s4，基于四维同步热电绝缘耐受联合校核体系对3ω电阻型抑制装置的长期发热能力、短时热稳定能力、冲击电流和冲击电压承受能力进行校核；

8、步骤s5，根据所述步骤s2到s4的校核结果，判定主变压器中性点接入3ω电阻型抑制装置后，当前主变压器中性点零序过流保护、线路零序过流保护、线路零序方向保护及接地距离保护的定值是否需调整并输出中性点抑制电阻定量选型方案。

9、作为优选的技术方案，所述主变中性点直接接地阻抗的零序阻抗计算公式如下：

10、

11、其中， 为主变中性点直接接地阻抗的零序阻抗；为主变压器零序电抗标幺值；

12、所述主变中性点经接地时的系统零序阻抗：

13、

14、其中，主变中性点经接地时的系统零序等值阻抗， 表示为抑制电阻标幺值； 表示保护电阻。

15、作为优选的技术方案，所述地场序网双向耦合全域协同校核模型通过cdegs土壤地电位直流场仿真与电力系统序阻抗交流故障计算双向耦合联立，一次性完成阻值最优筛选与保护灵敏度校验；所述最优阻值通过多档位电阻限流饱和特性定量扫描技术进行确定：对0~5ω阻值进行连续扫描，建立中性点直流偏磁电流随电阻变化的非线性饱和特征曲线，结合抑制效果、保护影响、装置造价、热容量四维加权量化评分，最终选定3ω作为最优阻值。

16、作为优选的技术方案，所述中性点直接接地时主变高压侧发生单相接地故障时的零序电流，计算公式如下：

17、

18、其中，为基准电流；为中性点直接接地时主变高压侧发生单相接地故障时的零序电流；分别为系统正序、负序阻抗为基准电流；为额定电压；

19、

20、所述主变中性点直接接地时，发生两相接地短路时的零序电流：

21、

22、表示标幺值下的正序电流，表示负序阻抗与零序阻抗的并联等效阻抗；

23、主变中性点经3ω电阻接地时，发生两相接地短路时的零序电流：

24、

25、表示接入保护电阻后的标幺值下的正序电流；表示接入保护电阻后的负序阻抗与零序阻抗的并联等效阻抗。

26、作为优选的技术方案，所述对于电流型保护，灵敏系数按下式计算：

27、

28、其中：为故障时保护测量电流；为保护一次动作值；为保护灵敏系数；

29、若 ，说明故障电流大于保护动作值，保护能够动作；

30、对所述接地距离保护，按下式计算：

31、

32、式中：为距离保护整定阻抗；为故障时测量阻抗；

33、若 ，说明故障点位于保护区内。

34、作为优选的技术方案，所述四维同步热电绝缘耐受联合校核体系以两相接地最大的零序电流为统一输入源，同步推导电阻持续发热功率、短时热稳定能力、冲击电流和冲击电压承受能力四项指标，共用同一故障边界参数计算，统一输出热稳定裕度、冲击裕度、绝缘耐压阈值，避免分步骤校核的参数不匹配误差；

35、以所述电阻持续发热功率对所述长期运行发热能力校核；

36、所述电阻持续发热功率按下式计算：

37、

38、其中：为抑制电阻持续发热功率，单位为w；为最大长时工作电流200a；

39、为抑制电阻阻值，单位为ω。

40、作为优选的技术方案，所述短时热稳定能力表示在短路持续时间内，抑制电阻吸收的热量；

41、若按电阻吸收能量进行校核，所述短时热稳定能力校核功率按下式计算：

42、

43、其中，为热稳定能力对应的吸收能量；为短时热稳定校核电流；为抑制电阻阻值，单位为ω；

44、所述热稳定的条件为：

45、

46、其中，表示装置标准热稳定电流，t为故障持续时间；为标准热稳定持续时间。

47、作为优选的技术方案，所述冲击电流承受能力表示抑制装置能承受的故障初始阶段的冲击电流；

48、所述冲击电流承受能力校核如下式计算：

49、

50、其中，装置允许冲击电流峰值；为冲击电流承受裕度。

51、作为优选的技术方案，所述冲击电压承受能力按照接地故障时电阻两端电压计算；

52、所述冲击电压承受能力校核计算公式如下：

53、

54、其中；；为电阻两端工频电压有效值对应峰值。

55、作为优选的技术方案，所述步骤5中判定规则为：当单相接地故障下降幅度在1%到3%以内、两相接地故障下降幅度不超过5%、各保护灵敏系数仍满足要求且零序方向相对相位不反转时，判定现有保护定值无需修改。

56、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

57、1.实现直流抑制与交流继电保护一体化

58、现有技术割裂直流地电位干扰仿真、交流接地短路计算，分开校核无法兼顾两者相互制约关系；本发明首创 cdegs 土壤地电位直流场仿真 + 电力系统序阻抗交流故障计算双向耦合联立模型，同步求解不同阻值中性点电阻下直流偏磁抑制效果与交流零序故障衰减幅度，一次性完成阻值最优筛选与保护灵敏度校验，打破行业先选电阻、再单独复核保护分步低效校核模式，实现无需分两次建模、一次仿真同步输出限流效果与保护适配结论的一体化工程验证方案。

59、2.抑制直流偏磁效果显著，保障主变安全稳定运行

60、本发明采用的3ω电阻型抑制装置，经实例验证，可将典型、较重及最不利工况下的中性点直流偏磁电流控制在4a以下，远低于工程要求的限值；长期运行发热校核显示，即使按最大直流偏磁电流50a保守估算，电阻发热功率仅7.5kw，远小于装置200a长时工作电流对应的120kw额定发热容量，可避免直流偏磁导致的变压器铁芯饱和、损耗增加、振动噪声加剧等问题，延长主变使用寿命。

61、3.对现有继电保护兼容性极强，无需大规模调整定值，降低运维成本

62、零序电流变化极小：计算表明，接入3ω电阻后，单相接地故障零序电流下降幅度仅为1.46%~2.05%，两相接地故障零序电流下降幅度略高但仍处于同一数量级，主变中性点零序过流保护灵敏系数达30.72，线路零序过流ⅱ段最小灵敏系数为6.72，均远高于1.2的灵敏度要求，保护动作可靠性不受实质影响。

63、方向保护不受影响：零序电流与故障相电压的相对相位差基本保持不变，未出现相位突变或方向反转，线路零序方向保护的判别逻辑无需修改。

64、接地距离保护适应性好：接入3ω电阻对线路接地距离保护的测量阻抗影响极小，各线路末端故障时接地距离灵敏系数均大于1，可完全覆盖本线路全长，不存在区内故障误判为区外故障的风险。

65、综上，现有保护定值原则上无需调整，避免了重新整定、校验带来的停电损失与人力成本。

66、4.形成标准化、无重复计算的抑制装置整机耐受能力快速判定方案，运行可靠性有保障

67、本发明建立了覆盖全工况的抑制装置校核体系：

68、短时热稳定裕度充足：最不利故障工况下，故障热效应为109.52ka2·s，低于装置8ka/2s标准热稳定能力对应的128ka2·s，热稳定裕度达1.17；短路期间电阻吸收能量328.56mj，小于额定384mj的吸收能力，可承受2s接地故障的电流冲击。

69、冲击耐受能力充裕：故障电流冲击峰值10.47ka，仅为装置允许冲击峰值20ka的52.35%，冲击电流裕度达1.87，可抵御故障初始的瞬态冲击。

70、绝缘配置依据明确：明确了接地故障时电阻两端最大工频电压22.20kv、峰值31.40kv的选型阈值，指导电阻本体、绝缘支撑及并联保护间隙的绝缘配置，避免绝缘击穿风险。

71、5.方法通用性强，可推广应用于同类电力系统场景

72、本发明提出的阻抗计算、故障电流分析、保护灵敏度校验、装置耐受能力校核全流程方法，不依赖特定厂站参数，仅需结合目标系统的基准容量、基准电压、变压器参数、线路参数即可完成适配性验证，已通过220kv系统的实例验证，可推广至110kv及以上电压等级、采用电阻型直流偏磁抑制装置的变电站，为大接地电流系统中性点改造提供标准化的继电保护适配方案。