專利名稱：確保距離保護(hù)后備段不受過負(fù)荷影響的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一種繼電保護(hù)技術(shù)，尤其涉及一一高壓輸電 線路有關(guān)距離保護(hù)不反應(yīng)過負(fù)荷的繼電保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
在世界歷次大停電事故中，高壓線路距離保護(hù)中的后備段，即距離保護(hù)的第ni段， 因避不開過負(fù)荷而誤跳閘，是擴(kuò)大事故甚至是引發(fā)事故的重要原因。這個(gè)問題現(xiàn)在正逐漸引起各方廣泛關(guān)注和重視(見1999年中國(guó)電力出版社《電網(wǎng)繼電保護(hù)應(yīng)用》和 2007年中國(guó)電力出版社《高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行與設(shè)計(jì)》論述)。分別得出的結(jié)論是希望距離保護(hù)第ni段需要避開的最大負(fù)荷應(yīng)按導(dǎo)線熱穩(wěn)定考慮，或者增加低電壓閉 鎖，但都未能徹底解決問題。而且加低電壓閉鎖后，將極大地降低其靈敏度，使m段 保護(hù)不能對(duì)下一級(jí)線路的故障起后備保護(hù)作用。由于一直沒有好辦法，甚至有人主張， 放棄距離保護(hù)第m段。距離m段若不能對(duì)下一級(jí)線路故障起后備作用，是十分危險(xiǎn)的。但對(duì)距離m段的 后備作用也存在誤區(qū)。本線路故障若距離i段拒動(dòng)，則上一級(jí)線路的距離n段也可能 動(dòng)作跳閘，同樣會(huì)擴(kuò)大停電范圍。本線路距離n段動(dòng)作已無法限制停電范圍，動(dòng)作延 時(shí)長(zhǎng)得多的距離in段更不能夠起后備保護(hù)作用了。何況微機(jī)距離保護(hù)中各段均由同一 cpu的軟件實(shí)現(xiàn)，距離i、 n段拒動(dòng)時(shí)m段也一定要拒動(dòng)，起不了后備保護(hù)作用。由 此可見，實(shí)際上距離m段只應(yīng)負(fù)責(zé)對(duì)下一級(jí)線路故障起遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。要求距離in段對(duì)下一級(jí)線路故障能靈敏地起后備保護(hù)的作用，與應(yīng)當(dāng)避開最小負(fù) 荷阻抗(最大負(fù)荷電流)的矛盾是眾所周知的，成為長(zhǎng)期討論的一個(gè)議題，卻又始終 未能很好的解決。通常只是在長(zhǎng)距離重負(fù)荷線路的距離保護(hù)中增設(shè)負(fù)荷限制繼電器，將可預(yù)見的最小負(fù)荷阻抗Zn排斥在距離III段的動(dòng)作區(qū)外，見附圖i。但這僅對(duì)可以預(yù)見的過負(fù)荷有效，當(dāng)出現(xiàn)不可預(yù)見的異常過負(fù)荷(尤其在負(fù)荷轉(zhuǎn)移)時(shí)測(cè)量阻抗減小 為z^仍難免要誤動(dòng)。線路保護(hù)的任務(wù)是在發(fā)生短路故障時(shí)動(dòng)作跳閘，切除故障。過負(fù)荷不是故障，理當(dāng)不受影響。線路過負(fù)荷允許的時(shí)間較長(zhǎng)， 一般可達(dá)30min(文獻(xiàn) 3，防御大停電的廣域保護(hù)和緊急控制2007中國(guó)電力出版社)，所以距離III段應(yīng)研究 解決從根本上區(qū)分過負(fù)荷與短路的方法。關(guān)鍵的問題是設(shè)計(jì)出能避開過負(fù)荷，卻能反 應(yīng)三相故障的距離繼電器，以解決距離保護(hù)過負(fù)荷誤動(dòng)的問題。發(fā)明內(nèi)容為了徹底解決距離保護(hù)后備段過負(fù)荷誤動(dòng)的問題，本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容如下 在距離保護(hù)的后備段保護(hù)中，包括三個(gè)反應(yīng)單相故障的接地距離繼電器(即 ZA、 ZB、 ZC)、三個(gè)反應(yīng)相間短路故障的相間距離繼電器Z* * (即ZAB、 ZBC、 ZCA)和 一個(gè)反應(yīng)三相故障的距離繼電器Z3(K;同時(shí)不間斷地監(jiān)測(cè)線路電壓、電流和零序電壓 (U。)、零序電流(1。)、負(fù)序電壓(U2)、負(fù)序電流(1》。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，三個(gè)反應(yīng)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(dòng)。即將三個(gè)反應(yīng)單相故障的接地距離 繼電器ZA、 ZB、 ZC組成"或"門后，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(dāng)線路發(fā)生相間短路故障時(shí)，三個(gè)反應(yīng)相間短路故障的相間距離繼電器ZAB、ZBC、 ZCA由負(fù)序電流繼電器12和負(fù)序電壓繼電器132啟動(dòng)。即將三個(gè)反應(yīng)相間短路故障的相 間距離繼電器ZAB、 ZBC、 ZCA組成"或"門后，其輸出再與負(fù)序電流繼電器和負(fù)序電 壓繼電器的輸出一起組成"與"門出口；當(dāng)線路發(fā)生三相短路故障時(shí)，反應(yīng)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(dòng)反應(yīng)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(gè)相間電壓和電流構(gòu)成，當(dāng)采用線路B、 C相線間電壓V^:和線路B、 C相線間電流lBC時(shí)，正向偏移的姆歐繼電器M記為Mbc,其動(dòng)作特性圓的最近端由線路對(duì)側(cè)母線開始，最遠(yuǎn)端與相間距離III段相 同，其動(dòng)作判據(jù)為<formula>formula see original document page 5</formula>°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(shí)啟動(dòng) <formula>formula see original document page 5</formula>/秋,械w 啟動(dòng)后在下式不成立時(shí)返回<formula>formula see original document page 5</formula>式中M——正常運(yùn)行時(shí)的^Zbc;p——/亂.落后〃亂，的相角； &一一線路正序阻抗角/7 bccos(p+9o° -^)不會(huì)超過相間短路電弧電阻上的壓降。距離m段動(dòng)作延時(shí) 長(zhǎng)，電弧被風(fēng)吹長(zhǎng)后，電弧壓降會(huì)增加，因此將(/^cosv動(dòng)作后的返回電壓提高到負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)線路中必然有很大的有功負(fù)荷，^C0Sp的數(shù)值必然大于0.25LV:M^ ，Z3 4>確保不會(huì)誤動(dòng)。本發(fā)明還提出增加對(duì)線路對(duì)側(cè)變壓器低壓側(cè)故障起后備保護(hù)作用的第IV段。當(dāng)對(duì) 側(cè)母線上聯(lián)接的Y,d接線降壓變壓器低壓側(cè)發(fā)生兩相短路故障時(shí)，釆用負(fù)序距離繼電器Z2來保護(hù)；當(dāng)對(duì)側(cè)母線上聯(lián)接的Y, d接線降壓變壓器低壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)，使用一個(gè)正向偏移的姆歐繼電器Miv來保護(hù)。Z2的動(dòng)作判據(jù)如下式中C/,、 "2 —一分別為正序電壓與負(fù)序電壓； II、 12——分別為正序電流與負(fù)序電流； ZY4 —一為負(fù)序距離繼電器4的整定阻抗。 負(fù)序距離繼電器是不反應(yīng)負(fù)荷的(正常運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電壓和負(fù)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(dòng)作判據(jù)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(fù)序距離繼電器Z2的整定阻抗相同。 由于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(fù)荷阻抗，確保不受過負(fù)荷影響。


圖i、為現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的距離保護(hù)i 、 n、 m段的動(dòng)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(fā)明距離保護(hù)第III段反應(yīng)三相故障的距離繼電器Z3*的動(dòng)作特性；圖3、由零序電壓和零序電流啟動(dòng)接地距離III段的邏輯圖；圖4、由負(fù)序電壓和負(fù)序電流啟動(dòng)反應(yīng)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(dòng)的反應(yīng)三相故障的距離繼電器的邏輯圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明距離保護(hù)第ni段共用7個(gè)繼電器(7個(gè)判據(jù))，另外根據(jù)需要補(bǔ)充反應(yīng)線路對(duì)端降壓變壓器低壓側(cè)故障的距離繼電器1、 三個(gè)反應(yīng)單相故障的距離繼電器ZA、 ZB、 ZC，本發(fā)明強(qiáng)調(diào)必須增加分別反應(yīng) 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(gè)反應(yīng)兩相故障的距離繼電器ZAB、 ZBC、 ZCA，本發(fā)明強(qiáng)調(diào)必須增加分別反 應(yīng)負(fù)序電流/2和負(fù)序電壓"2的繼電器，組成"與"門出口。邏輯關(guān)系如圖四所示。3、 一個(gè)反應(yīng)三相故障的全新的距離繼電器Z3*。其動(dòng)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(guān)系如圖5所示。其中正向偏移姆歐繼電器M的動(dòng)作判據(jù)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(dòng)判據(jù)為一 0.03t/8CM)W < t/scCOS( ^ + 90 — ) < 0.08l/BCMW L/COSp電壓繼電器的啟動(dòng)后，保持動(dòng)作的判據(jù)為 - 0. lf/謂M < t/ + 90 - ^) < 0.25^c薩 式中^t,MW——正常運(yùn)行中的UB" p——/^落后^c的相角； &——線路正序阻抗角。4、 如果需要對(duì)線路對(duì)側(cè)變壓器低壓側(cè)故障起后備保護(hù)作用，可再增加一段，稱 為第IV段。參后備IV段對(duì)變壓器低壓側(cè)兩相短路的保護(hù)用負(fù)序距離繼電器Z2，其動(dòng)作判據(jù)為<formula>formula see original document page 8</formula>
式中U1,U2--分別為正序及負(fù)序電壓； I1,I2--分別為正序及負(fù)序電流；Zy4 --整定阻抗，對(duì)變壓器低壓側(cè)母線故障有足夠的靈敏度。 負(fù)序距離繼電器是不反應(yīng)負(fù)荷的，所以Zm可以整定得很大。 參后備iv段對(duì)變壓器低壓側(cè)三相短路的保護(hù)用姆歐繼電器， 繼電器當(dāng)然應(yīng)當(dāng)是一個(gè)正向偏移的姆歐繼電器MlV。 其動(dòng)作判據(jù)為<formula>formula see original document page 8</formula>式中ZL --本線路正序阻抗ZT--變壓器阻抗zy4--與負(fù)序距離繼電器Z2的整定阻抗相同。 此繼電器采用正向偏移，由于正向偏移量(ZL+0.8 Zt)很大，足以避開最小負(fù) 荷阻抗。其特性圓的最近端深入到變壓器內(nèi)部(不要超過變壓器的阻抗)，最遠(yuǎn)端與負(fù)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段起后備作用。變壓器繞組不可能發(fā) 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(nèi)，其動(dòng)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(yuǎn)，可以完全不受過負(fù)荷 影響。圖2為本發(fā)明距離保護(hù)第ni段反應(yīng)三相故障的距離繼電器Z3*的動(dòng)作特性。 如圖所示，由正向偏移特性圓(上拋型姆歐繼電器動(dòng)作區(qū))和反應(yīng)電弧電阻上壓降的限制線共同組成一個(gè)很狹窄的類似倒梯形區(qū)域(圖中用陰影標(biāo)出)就是Z3》的動(dòng)作區(qū)。圖中還示出了距離i、 ii、 ni段動(dòng)作特性的配合關(guān)系。梯形的兩條邊由f/COSp電壓繼電器啟動(dòng)判據(jù)決定。啟動(dòng)后梯形兩邊拓寬(圖中未示出)，由返回判據(jù)決定。
權(quán)利要求
1、一種確保距離保護(hù)后備段不受過負(fù)荷影響的方法，在距離保護(hù)后備段中，包括三個(gè)反應(yīng)單相故障的接地距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)、三個(gè)反應(yīng)相間短路故障的相間距離繼電器Zφφ(ZAB、ZBC、ZCA)和一個(gè)反應(yīng)三相故障的距離繼電器Z3φ；其特征是當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，三個(gè)反應(yīng)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(dòng)，這三個(gè)反應(yīng)單相故障的接地距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)組成“或”門后，其輸出與零序電流(I0)和零序電壓(U0)一起組成“與”門出口；當(dāng)線路發(fā)生相間短路故障時(shí)，三個(gè)反應(yīng)相間短路故障的相間距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)必須由負(fù)序電流(I2)和負(fù)序電壓(U2)啟動(dòng)，這三個(gè)反應(yīng)相間短路故障的相間距離繼電器Zφ(ZA、ZB、ZC)組成“或”門后，其輸出與負(fù)序電流繼電器和負(fù)序電壓繼電器的輸出一起組成“與”門出口；當(dāng)線路發(fā)生三相短路故障時(shí)，反應(yīng)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(dòng)反應(yīng)三相故障的距離繼電器Z3φ。
2、 由權(quán)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(gè)相間電壓和電流構(gòu)成，當(dāng)采用線路B、 C相線間電壓(7sc和線路B、 C相線間 電流Ibc時(shí)，正向偏移的姆歐繼電器(M)記為Mbc,其動(dòng)作特性圓的最近端由線路對(duì) 側(cè)母線開始，最遠(yuǎn)端與相間距離III段相同，其動(dòng)作判據(jù)為<formula>formula see original document page 2</formula>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(shí)啟動(dòng)啟動(dòng)后在下式不成立時(shí)返回<formula>formula see original document page 2</formula> 式中^^rw一一正常運(yùn)行時(shí)的p——/^落后C/^的相角； &——線路正序阻抗角
3、 由權(quán)利要求l或2所述的方法，其特征為增加一段后備保護(hù)即第IV段保護(hù)， 以對(duì)線路對(duì)側(cè)變壓器低壓側(cè)故障起后備保護(hù)作用，當(dāng)對(duì)側(cè)母線上聯(lián)接的Y,d接線降壓 變壓器低壓側(cè)發(fā)生兩相短路故障時(shí)，采用負(fù)序距離繼電器(Z2)來保護(hù)；當(dāng)對(duì)側(cè)母線 上聯(lián)接的Y,d接線降壓變壓器低壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)，使用正向偏移的姆歐繼電 器(M1V)。
4、 由權(quán)利要求3所述的方法，所述負(fù)序距離繼電器(Z2)的動(dòng)作判據(jù)如下-式中^、 t/2 —一分別為正序電壓與負(fù)序電壓；/,、 /2 —一分別為正序電流與負(fù)序電流；z,4 —一為負(fù)序距離繼電器^的整定阻抗。 負(fù)序距離繼電器是不反應(yīng)負(fù)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(quán)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(nèi)部但不要超過變壓器的阻抗，最遠(yuǎn)端與負(fù)序距離繼電器(z2) 的整定阻抗的末端相同，其動(dòng)作判據(jù)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(fù)序距離繼電器Z2的整定阻抗相同， 由于此繼電器采用正向偏移特性，式中正向偏移量(ZL+0.8 ZT)很大，足以避開最 小負(fù)荷阻抗，確保不受過負(fù)荷影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不反應(yīng)過負(fù)荷的距離保護(hù)后備段的方法。高壓線路距離保護(hù)中的后備段即距離保護(hù)的III段，因避不開過負(fù)荷而誤跳閘，是擴(kuò)大事故甚至是引發(fā)事故的重要原因。要求距離III段對(duì)下一級(jí)線路故障能靈敏地起后備保護(hù)的作用，與應(yīng)當(dāng)避開最小負(fù)荷阻抗的矛盾，成為長(zhǎng)期討論的一個(gè)議題，卻又始終未能很好的解決。本發(fā)明公開的不反應(yīng)過負(fù)荷的距離保護(hù)后備段的方法，根據(jù)不同的故障類型，通過相應(yīng)的輔助判據(jù)繼電器啟動(dòng)距離保護(hù)后備段中的距離繼電器，來達(dá)到使距離保護(hù)后備段不反應(yīng)線路的過負(fù)荷的目的，同時(shí)增加后備保護(hù)即第IV段對(duì)對(duì)側(cè)變壓器低壓側(cè)故障起后備保護(hù)作用。本發(fā)明很好的解決距離保護(hù)過負(fù)荷誤動(dòng)的問題，對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
文檔編號(hào)H02H7/26GK101227085SQ20081005590
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月2日
發(fā)明者朱聲石, 朱慶翔, 馬師模 申請(qǐng)人:朱聲石;馬師模;朱慶翔