一种线路保护快速切除可控高抗内部出口故障的方法与流程

1.本发明属于电力系统技术领域，涉及一种线路保护快速切除可控高抗内部出口故障的方法。


背景技术：

2.高压线路配置可控高抗时，运行中调节可控电抗器的容量会导致线路保护中的差动电流实时发生变化，因此不能再按固定参数计算补偿电容电流，需要分相电流差动保护采集可控高抗的电流，以实现电容电流的精确补偿。
3.可控电抗器首端和尾端均配有ct(current transformer，电流互感器)，其电流都可以引入线路保护供电流差动元件计算使用。采用首端ct时保护范围为线路全长及电抗器引线，而采用尾端ct时保护范围为线路全长及电抗器全部。但实际上，可控高抗的ct变比较小，可控高抗内部，除了出口处故障时电流较大外，其它内部故障时电流较小，一般达不到线路保护的动作条件，可由配置的高抗保护来动作。因此，目前要求线路保护采集可控高抗的首端ct电流。
4.通常方案是，正常运行中，分相电流差动保护将可控高抗的首端电流作为电容电流的一部分而补偿掉，可以实现电容电流精确补偿。
5.通常方案在可控高抗出口处发生故障时，虽然故障电流较大，但因故障点在分相电流差动保护区外，差动保护不动作；本侧距离ⅰ段保护不使用可控高抗电流，可以动作；故障在高抗保护动作区内，本侧高抗保护可以动作。本侧高抗保护动作后需要启动分相电流差动保护的远传功能实现远跳对侧断路器，对侧分相电流差动保护收到远传命令，经就地判别后才能跳开对侧断路器，整个故障持续时间超过了0.1s，故障切除时间不符合电力系统安全稳定要求。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中的不足，本技术提供一种线路保护快速切除可控高抗内部出口故障的方法，判别为可控高抗内部出口故障时，如果距离ⅰ段保护动作，则两侧分相电流差动保护快速动作，跳开两侧断路器的时间小于0.1s。
7.为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
8.一种线路保护快速切除可控高抗内部出口故障的方法，包括以下步骤：
9.所述方法包括以下步骤：
10.步骤1：线路保护装置实时采集线路两侧的边断路器电流、中断路器电流、可控高抗首端电流和故障电压，得到故障电流；
11.步骤2：根据步骤1采集的电流和电压计算分相电流差动保护的差动电流和制动电流；
12.步骤3：根据故障电流，判别保护装置是否启动，若保护已启动，进入步骤4，否则保护返回；
13.步骤4：根据步骤2的差动电流和制动电流，判别分相电流差动保护是否满足动作条件，若不满足动作条件，则进入步骤5，否则线路两侧分相电流差动保护动作，跳开两侧断路器；
14.步骤5：判别本侧距离ⅰ段保护是否动作，若动作，则进入步骤6，否则返回到步骤1；
15.步骤6：根据步骤1的可控高抗首端电流、故障电流和故障电压，判别是否为可控高抗内部出口故障，若为可控高抗内部出口故障，则进入步骤7，否则返回到步骤1；
16.步骤7：判别本侧距离ⅰ段保护动作时间，若动作时间小于阀值时间t，则进入步骤8，否则返回；
17.步骤8：本侧差动电流和制动电流不再补偿本侧高抗首端电流，仍补偿电容电流，进入步骤9；
18.步骤9：判别分相电流差动保护是否满足动作条件，若满足动作条件，则线路两侧分相电流差动保护动作，跳开两侧断路器，否则返回到步骤1。
19.本发明进一步包括以下优选方案：
20.优选地，所述线路两侧，即m侧和n侧分别配置线路保护、高抗保护，且线路保护接可控高抗的首端ct，电抗器内部故障由高抗保护动作跳闸；
21.分相电流差动保护补偿电容电流和可控高抗电流。
22.优选地，步骤1中，采集边断路器电流和中断路器电流，对于故障相别，二者同名相电流之和的交流电流为故障电流。
23.优选地，步骤2中，分相电流差动保护的差动电流和制动电流的计算公式为：
[0024][0025][0026]
其中，i
dφ
为φ相差动电流，i
bφ
为φ相制动电流，φ为a相、b相或c相；
[0027]
为m侧边断路器与中断路器的φ相矢量电流和，为n侧边断路器与中断路器的φ相矢量电流和；
[0028]
为m侧φ相矢量电容电流，为n侧φ相矢量电容电流；
[0029]
为m侧φ相矢量可控高抗首端电流；为n侧φ相矢量可控高抗首端电流。
[0030]
优选地，步骤4中，若差动电流大于保护定值，差动电流和制动电流满足其动作特性，则分相电流差动保护满足动作条件，两侧分相电流差动保护动作，跳开两侧断路器。
[0031]
优选地，步骤6中，若可控高抗首端电流大于阀值电流i
k1
、故障电流大于阀值电流i
k2
并且故障电压小于阀值电压u
k
时，则为可控高抗内部出口故障。
[0032]
优选地，所述i
k1
为可控高抗的二次额定电流，i
k2
为线路的二次额定电流，u
k
为20v。
[0033]
优选地，步骤7中，t设为40ms。
[0034]
优选地，步骤8中，m侧可控高抗内部出口故障，则分相电流差动保护的差动电流和制动电流的计算公式为：
[0035][0036][0037]
其中，i
dφ
为φ相差动电流，i
bφ
为φ相制动电流，φ为a相、b相或c相；
[0038]
为m侧边断路器与中断路器的φ相矢量电流和，为n侧边断路器与中断路器的φ相矢量电流和；
[0039]
为m侧φ相矢量电容电流，为n侧φ相矢量电容电流；
[0040]
为n侧φ相矢量可控高抗首端电流；
[0041]
n侧可控高抗内部出口故障，则分相电流差动保护的差动电流和制动电流的计算公式为：
[0042][0043][0044]
其中，i
dφ
为φ相差动电流，i
bφ
为φ相制动电流，φ为a相、b相或c相；
[0045]
为m侧边断路器与中断路器的φ相矢量电流和，为n侧边断路器与中断路器的φ相矢量电流和；
[0046]
为m侧φ相矢量电容电流，为n侧φ相矢量电容电流；
[0047]
为m侧φ相矢量可控高抗首端电流。
[0048]
本技术所达到的有益效果：
[0049]
本发明的线路保护快速切除可控高抗内部出口故障的方法，通过故障电流、故障电压和距离i段保护动作时间的判别，确定为可控高抗内部出口处故障时，两侧分相电流差动保护快速动作。在实际使用过程中，有效地解决了可控高抗内部出口处故障时对侧断路器跳闸时间慢，故障切除时间不符合电力系统安全稳定要求的问题。
[0050]
本发明判断为可控高抗内部出口故障，且本侧距离i段保护时间小于阀值，则该侧差动电流和制动电流不补偿可控高抗首端电流，仍补偿电容电流；其它情况，则差动电流和制动电流需要补偿电容电流和可控高抗首端电流。本发明方法线路保护动作速度快，可控高抗内部出口处故障时，两侧分相电流差动保护可以快速动作。
附图说明
[0051]
图1是可控高抗内部出口故障示意图；
[0052]
图2是本发明一种线路保护快速切除可控高抗内部出口故障的方法的流程示意图；
[0053]
图3是分相差动电流保护动作特性示意图。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0055]
图1为可控高抗内部出口故障示意图。使用可控高抗的场合，目前均为高压长线路的3/2断路器接线。线路两侧的线路保护装置分别采集边断路器ct1的电流、中断路器ct2的电流、可控高抗首端ct3的电流以及线路pt的电压。
[0056]
线路两侧分别配置线路保护、高抗保护。线路保护的主保护为分相电流差动保护、后备保护为距离保护等，并配置远方跳闸及就地判别等功能。正常情况下，保护范围包括线
路全长及电抗器引线，即线路两侧的ct1、ct2、ct3之间的范围。距离保护不计算可控高抗ct3的电流。
[0057]
图1中，在m侧可控高抗内部出口处a点发生短路故障时，故障电流较大，但对于分相电流差动保护是区外故障，该保护元件不动作；故障点在m侧出口处，本侧距离ⅰ段保护可以动作，但只跳本侧断路器。对于m侧的高抗保护为区内故障，动作时跳本侧断路器。此时，因对侧断路器没有跳闸，故障点还存在，还需要跳对侧断路器。
[0058]
通过可控高抗保护跳对侧断路器的方法为，本侧高抗保护动作后，给分相电流差动保护保护远传开入，通过光纤通道将远跳命令信号传给对侧分相电流差动保护，对侧保护收到命令，同时满足就地判别条件后才能动作，跳开对侧断路器。对侧断路器整个跳闸时间比较长，按典型时间计算对侧断路器切除故障时间，从故障开始，20ms(本侧高抗差动动作典型时间) 25ms(远传命令给分相电流差动保护的确认时间) 1ms(纵联通道传输时间) 10ms(对侧收信确认时间) 20ms(远方跳闸时间定值) 40ms(断路器跳闸典型时间)＝116ms，不满足电力系统安全稳定要求的故障切除时间小于0.1s的要求。
[0059]
如图2所示，本发明的线路保护快速切除可控高抗内部出口故障方法，包括如下具体步骤：
[0060]
步骤1：线路保护装置实时采集线路两侧的边断路器电流、中断路器电流、可控高抗首端电流和故障电压，得到故障电流；
[0061]
按目前的要求，电抗器内部故障由高抗保护动作跳闸，因此要求线路保护接可控高抗的首端ct。
[0062]
分相电流差动保护使用可控高抗首端电流，距离保护不使用该电流。
[0063]
分相电流差动保护需要补偿电容电流和可控高抗电流。
[0064]
所述边断路器电流、中断路器电流：可控高抗目前主要用于3/2断路器接线方式。对于3/2断路器接线的完整串，用3台断路器(包括2个边断路器、1个中断路器)将线路或变压器等2个元件连接在两条母线之间。每串配置3组ct，包括2组边断路器电流、1组中断路器电流。线路保护需要采集靠近线路的该组边断路器的电流和中断路器的电流。
[0065]
可控高抗：是一种可调节系统无功功率、抑制工频过电压和潜供电流、提高系统稳定性的无功调节装置，该装置放在超高压线路的一侧或两侧。可控高抗分别在其首端和末端各装设1组ct。
[0066]
故障电流：保护分别采集边断路器电流和中断路器电流，二者同名相电流之和的交流电流为ia、ib和ic。例如发生a相故障时，此时ia即为故障电流。
[0067]
故障电压：对于3/2断路器接线，保护采集线路pt(potential transformer，电压互感器)的交流电压ua、ub和uc。例如发生a相故障时，此时ua即为故障电压。
[0068]
步骤2：根据步骤1采集的电流和电压计算分相电流差动保护的差动电流和制动电流；
[0069]
所述分相电流差动保护：为线路保护的主保护，分为a相电流差动保护、b相电流差动保护和c相电流差动保护。
[0070]
差动电流：包括a相差动电流、b相差动电流和c相差动电流。差动电流为线路两侧保护测量的同名相电流，进行矢量相加，再取绝对值。
[0071]
制动电流：包括a相制动电流、b相制动电流和c相制动电流。制动电流为线路两侧
保护测量的同名相电流，进行矢量相减，再取绝对值。
[0072]
分相电流差动保护的差动电流和制动电流的计算公式为：
[0073][0074][0075]
其中，i
dφ
为φ相差动电流，i
bφ
为φ相制动电流，φ为a相、b相或c相；
[0076]
为m侧边断路器与中断路器的φ相矢量电流和，为n侧边断路器与中断路器的φ相矢量电流和；
[0077]
为m侧φ相矢量电容电流，为n侧φ相矢量电容电流；
[0078]
为m侧φ相矢量可控高抗首端电流；为n侧φ相矢量可控高抗首端电流。
[0079]
所述电容电流：在超高压长输电线中，分布电容电流将达到很高的水平，影响电流差动保护灵敏度和选择性，因此需要进行补偿。
[0080]
以a相为基准，m侧的各序电容电流的计算公式分别为：
[0081][0082]
式中，分别为m侧的正序电压、负序电压、零序电压；x
c1
、x
c0
分别为线路的正序容抗、零序容抗，为已知定值。
[0083]
以a相为例，得出m侧的a相电容电流为：
[0084][0085]
此外，正常运行中，电流差动保护将可控高抗的首端电流作为电容电流的一部分而补偿掉，可以实现电容电流精确补偿。
[0086]
步骤3：根据故障电流，判别保护装置是否启动，若保护已启动，进入步骤4，否则保护返回；
[0087]
若故障点在可控高抗内部的出口处，故障电流一般会较大，两侧保护都会立即启动。
[0088]
所述保护启动：保护启动元件用于监视电力系统是否发生故障，在确认为故障的情况下，开放保护跳闸出口继电器的电源，并启动保护故障处理程序。保护启动元件包括电流突变量启动、零序辅助启动、静稳破坏启动、弱馈启动等元件。任何一个启动元件动作后开放保护功能，并自保持到装置的整组复归。
[0089]
步骤4：根据步骤2的差动电流和制动电流，判别分相电流差动保护是否满足动作条件，若不满足动作条件，则进入步骤5，否则线路两侧分相电流差动保护动作，跳开两侧断路器；
[0090]
若差动电流大于保护定值，差动电流和制动电流满足其动作特性，则分相电流差动保护满足动作条件，两侧分相电流差动保护动作，跳开两侧断路器。
[0091]
在没有判为可控高抗内部出口故障前，若分相电流差动保护动作，应不是可控高抗内部出口故障。
[0092]
所述保护定值：为保护装置的整定定值。若分相差动电流小于该定值，分相电流差动保护不能动作。
[0093]
图3为分相差动电流保护动作特性示意图。
[0094]
其中，i
dz
为差动动作电流定值，i
d
为补偿后的差动电流，i
b
为补偿后的制动电流，制动系数k为0.6。分相电流差动保护的动作区为大于i
dz
和制动曲线之间的部分。线路保护启动后，计算的补偿后差动电流值在动作区内，才允许分相电流差动保护动作。分相电流差动保护的差动电流和制动电流的计算公式通常为：
[0095][0096][0097]
判断为可控高抗内部出口故障，且本侧距离i段保护时间小于阀值t，该侧差动电流和制动电流不补偿可控高抗首端电流，仍补偿电容电流，差动电流和制动电流计算公式见步骤8。
[0098]
其它情况，差动电流和制动电流需要补偿电容电流和可控高抗首端电流，差动电流和制动电流计算公式见步骤2。
[0099]
两者的差动电流和制动电流计算公式有不同。
[0100]
步骤5：判别本侧距离i段保护是否动作，若动作，进入步骤6，否则返回到步骤1；
[0101]
若距离i段保护没有动作，应不是可控高抗内部出口故障。若距离i段保护动作，进入步骤6，进一步判别是否为可控高抗内部出口故障。防止距离i段保护误动作时，导致分相电流差动保护误跳两侧断路器。
[0102]
本发明的距离i段保护：线路保护的后备保护包括距离保护、零序保护等。距离保护通常为三段式，包括距离i段、距离ii段和距离iii段。其中，距离i段的阻抗定值一般按线路全长阻抗的70％～80％整定。
[0103]
步骤6：根据步骤1采集的可控高抗首端电流、故障电流和故障电压，判别是否为可控高抗内部出口故障，若为可控高抗内部出口故障，则进入步骤7，否则返回到步骤1；
[0104]
若可控高抗首端电流大于阀值电流i
k1
、故障电流大于阀值电流i
k2
并且故障电压小于阀值电压u
k
时，则为可控高抗内部出口故障。
[0105]
可控高抗内部出口处故障时，故障电流较大。而可控高抗内部其它位置发生故障时，故障电流较小，一般达不到可控高抗二次额定电流。因此，可控高抗内部出口处故障时，可控高抗首端电流的门槛i
k1
应大于其二次额定电流。
[0106]
为进一步可靠判别可控高抗内部出口处故障，要求保护的故障电流较大，故障电压较小。保护故障电流为边断路器电流与中断路器电流之和，按现场经验及试验情况，出口金属性故障，故障电流门槛i
k2
应大于线路的二次额定电流，故障电压门槛u
k
应小于20v，保证是线路出口处故障。
[0107]
步骤7：判别本侧距离i段保护动作时间，若动作时间小于阀值时间t，则进入步骤8，否则返回；
[0108]
出口处故障，距离i段保护动作时间一般小于20ms，规程要求距离i段保护动作时间不大于30ms，为可靠起见，并留有一定裕度，阈值时间t设为40ms。
[0109]
步骤8：本侧差动电流和制动电流不再补偿本侧高抗首端电流，仍补偿电容电流，进入步骤9；
[0110]
以本侧为m侧为例，本侧发生可控高抗内部出口处故障时，分相电流差动保护差动电流和制动电流的计算公式变为：
[0111][0112][0113]
相应的，n侧可控高抗内部出口故障，则分相电流差动保护的差动电流和制动电流的计算公式为：
[0114][0115][0116]
此时，可控高抗首端电流为两侧故障电流之和，不再是补偿电容电流的作用。因此，差动电流和制动电流中取消故障侧可控高抗首端电流，相当于分相电流差动保护范围增大，包括线路全长、故障侧整个电抗器、对侧电抗器引线之间的范围。
[0117]
综合步骤4
‑
8，判断为可控高抗内部出口故障，且本侧距离i段保护时间小于阀值，则该侧差动电流和制动电流不补偿可控高抗首端电流，仍补偿电容电流；
[0118]
其它情况，则差动电流和制动电流需要补偿电容电流和可控高抗首端电流。
[0119]
步骤9：判别分相电流差动保护是否满足动作条件，若满足动作条件，线路两侧分相电流差动保护动作，跳开两侧断路器，否则返回到步骤1。
[0120]
若差动电流大于定值，差动电流和制动电流满足其动作特性，则分相电流差动保护满足动作条件，两侧分相电流差动保护动作，跳开两侧断路器。
[0121]
可控高抗内部出口处故障时，两侧分相电流差动保护的典型动作时间为，20ms(距离ⅰ段保护动作时间) 20ms(分相电流差动保护动作时间) 40ms(断路器跳闸典型时间)＝80ms，满足电力系统安全稳定要求的故障切除时间小于0.1s的需求。
[0122]
综上所述，本发明的线路保护快速切除可控高抗内部出口故障的方法，通过故障电流、故障电压和距离ⅰ段保护动作时间的判别，确定为可控高抗内部出口处故障时，两侧分相电流差动保护快速动作。在实际使用过程中，有效地解决了可控高抗内部出口处故障时对侧断路器跳闸时间慢，故障切除时间不符合电力系统安全稳定要求的问题。
[0123]
本发明方法线路保护动作速度快，可控高抗内部出口处故障时，两侧分相电流差动保护可以快速动作。
[0124]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。