專利名稱：過負荷時線路保護防誤動解決方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過負荷造成線路保護誤動作的解決方法及應(yīng)用該方法的裝置。
背景技術(shù)：
大電網(wǎng)的交流互聯(lián)和提高超高壓線路的輸送容量使得線路過負荷情況尤為突出， 在過負荷情況下系統(tǒng)中保護裝置的動作性能將受到一定制約，尤其是距離保護中的距離 III段元件可能會在無故障情況下動作切除線路，這種后備保護先于安全自動裝置動作的 情況有可能導(dǎo)致事故擴大，給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來惡劣的影響。 現(xiàn)有的過負荷解決方法一般從距離保護動作特性上入手，不改變原有的距離繼電 器整定原則，僅增加接地、相間負荷限制繼電器。該負荷限制繼電器考慮事故性過負荷情況 下所能出現(xiàn)的測量阻抗，通過整定定值避免在此情況下動作，保證距離元件的性能。
負荷限制繼電器表達式如下 < 『"< 180° + %'式(1) 其中，^為母線電壓、/為經(jīng)補償后的母線電流。R^為整定電阻值，由用戶整定。其 中，A,為線路正序阻抗角。 現(xiàn)有的過負荷解決措施，在保護裝置中實現(xiàn)起來較為簡單。但是仍然存在以下問 題 1.負荷限制繼電器整定時按躲過最嚴重的事故過負荷情況計算，惡化了距離繼電 器的性能，削弱了作為后備保護的優(yōu)勢； 2.原理上實現(xiàn)簡單，但對于整定人員而言，如何尋找合適的定值Rset是一大難題。 如果整定不合理，在某些極小概率的過負荷情況下，將造成嚴重的誤整定事故，給電網(wǎng)帶來 災(zāi)難。 王梅義、蒙定中等編著的《高壓電網(wǎng)繼電保護運行技術(shù)》(第一版，北京電力工業(yè) 出版社，1981)中提出了過負荷的部分解決措施，同時強調(diào)了整定定值的重要性；高旭，胥 桂仙在中國電機工程學(xué)報發(fā)表的文章《華北電網(wǎng)距離保護躲負荷阻抗整定方法》(2006年 ll月，Zl期)中也研究了在華北電網(wǎng)過負荷線路上整定的原則?？梢姮F(xiàn)有解決措施基本依 賴于定值整定。所以目前迫切需要從保護原理上入手，尋找新的對策以較為徹底的解決過 負荷所帶來的問題，這對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有極為重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進線路保護中距離元件在過負荷情況下的動作性能，避免由 于過負荷期間線路保護不正確動作造成繼發(fā)性事故，對電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來嚴重影響；同時 解決現(xiàn)有負荷限制繼電器造成用戶整定困難的問題，避免由于整定錯誤帶來誤動作的可能 性。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下過負荷一般僅對 離III段元件帶來影響，因此對接地、相間距離III段繼電器增加限制條件。該限制條件保證過負荷時不開放，故障情況下 正確開放，同時故障相開放靈敏度高于非故障相，這樣又能解決過負荷再故障情況下的問 題。 對于接地距離III段繼電器，首先通過不對稱度m區(qū)分負荷狀態(tài)還是故障狀態(tài)。
不對稱度m定義如下
<formula>formula see original document page 5</formula>
式(2) 式(2)中，/。，人和人分別指保護安裝處線路的零序電流、正序電流和負序電流；
當(dāng)m《、時，判為負荷狀態(tài)，限制條件不開放；、按躲過正常運行時最大不平衡度 整定，建議取值范圍為O. 1 0. 3，更好的范圍為0. 2 0. 3 ; 當(dāng)m > k2時，判為輕負荷故障狀態(tài)，限制條件開放；k2按該不對稱度下負荷不影響 距離元件動作性能加以整定，建議取值0. 6 0. 8。 當(dāng)、<!11<^時，判為重負荷故障狀態(tài)，增加附加限制條件，判斷是否同時滿足式 (3) 、 (4)，滿足則限制條件開放，不滿足則不開放。
<formula>formula see original document page 5</formula>
<formula>formula see original document page 5</formula>
式(3)中，《為保護安裝處母線電壓，^為功率因數(shù)角，pu表示對該值以額定電壓 作基準求標幺值，下同。k3按金屬性故障情況下最大計算誤差整定，一般為負值，建議取值 為-O. 25 _0. 1，更好的范圍為-0.2 -0. 15 ;、按躲過正常運行時的最大負荷整定，建議 取值為0. 6 0. 8，更好的范圍為0. 7 0. 8。 式(4)中，^為對應(yīng)相距離III段整定點處電壓，& =《-《+3^)Z,^，其中A
為保護安裝處電流，^=%^為零序電流補償系數(shù)，ZM、 Zu為線路零序、正序阻抗，i為
<formula>formula see original document page 5</formula>
母線處零序電流，zset3為距離三段整定阻抗。G為母線處正序電壓，根據(jù)f^計算可得。 利用正序電壓《和正序電流/,之間夾角^判別故障點方向，故障點方向分以下四種 情況送端正方向故障、送端反方向故障、受端正方向故障、受端反方向故障。針對不同的故 障點位置，a 、 |3有以下不同的取值。
分別按如下判斷 (1) 0°《A <90° ，送端正方向故障。以下表達式中^為相量"的模。 當(dāng)w〉(1.5"'cos^Xpw時，a =90° ， 〃 = 270° - ^ + (m— 1.5(7cos^)6(T 當(dāng)m《(1.5^7, cos仍)，時，按式(5)分別計算各相k值，k值最大的一相確定為故障
相，分別對故障相、超前相、滯后相采取以下計算措施。超前相和滯后相針對故障相而言，依
照保護中規(guī)定的電壓旋轉(zhuǎn)方向，以A — B — C — A的順序循環(huán)。 <formula>formula see original document page 5</formula> 式(5)中，/。、 /^為母線零序和負序電壓相量，p代表A、B、C三相任一相。
a)故障相，當(dāng)(f/,cos^);w〉1.5w時，
a =90° ，= 270° —仍+(1.5mcos仍)30° 。 否則，a =90° ，/ = 270°-^。 b)滯后相，當(dāng)(^COS^);w〉1.5w時， a =90° ，々=270。-^+(1.5m-f/! cos^)60° 。 否則，a =90° ，/ = 270°-^。 c)超前相，當(dāng)(tAeos仍);w〉m時， a =90° ，〃 = 270° —^十(附一L^ cosp')90。。 否貝lj， a =90° ，A = 270°-p,。 (2) 90° S A < 180° ，受端正方向短路。 a = 90° ， P = 270° 。 (3) 180、^ <27(T ，受端反方向短路。 a = 120° ， P = 270° 。 (4) 270° S仍< 360° ，送端反方向短路。 a = 90° ， P = 210° 。 得出a ， |3值后代入式(4)進行計算，根據(jù)式(3)和式(4)的計算結(jié)果，可決定A、 B、C三相的接地距離III段限制條件是否開放。 對于相間距離III段繼電器，利用相間故障時弧光電壓特性，增加限制條件解決
過負荷問題。由于相間故障時，不論線路電壓等價多大，電弧電阻上的壓降都約為線路電壓 額定值的5^，用t/^cos^^能夠近似計算故障電弧電阻壓降，而過負荷情況下，i7，cc)s^^
值遠大于5%，所以形成以下的限制條件。
& < COS <夂式(6) 式(6)中，U，為母線相間電壓的模值，^V為相間電壓和相間電流夾角。ks考慮故 障時最大計算誤差， 一般取負值，建議取值為-0. 25 -0. 1，更好的范圍為-0. 2 -0. 15， ke小于事故性過負荷情況下最小的f/^cos^v標幺值，建議取值范圍為o. 3 o. 6，更好的范
圍為0. 4 0. 5。 本發(fā)明的技術(shù)方案充分利用線路上正序分量的信息，由于正序分量能夠基本反映 負荷的情況，所以可以很好的區(qū)分故障和負荷的狀態(tài)?？梢葬槍ω摵珊凸收锨闆r采取不同 措施，對故障相和非故障相采取不同措施，在解決過負荷問題的同時避免對保護的性能帶 來影響。 本發(fā)明的有益效果是通過對接地和相間距離III段繼電器增加的限制條件，能 夠確保在過負荷以及過負荷再故障情況下距離保護的動作性能，避免過負荷造成距離保護 誤動作，防止過負荷造成距離保護先于安全自動裝置動作可能導(dǎo)致的事故擴大。由于取消 了保護裝置中負荷限制繼電器的用戶整定的定值，所以同時避免由于該定值整定錯誤帶來 的問題。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明專利進一步詳細說明。
圖1是本發(fā)明實施方式接地距離III段限制條件的邏輯，
圖2是本發(fā)明實施方式相間距離III段限制條件的邏輯， 圖3是增加本發(fā)明實施方式限制條件以后距離III段元件動作邏輯。 圖3中 III段接地距離指裝置中已有的接地距離III段動作元件； 接地距離限制條件指滿足圖1各個輸入條件后的的邏輯輸出； III段相間距離指裝置中已有的相間距離III段動作元件； 相間距離限制條件指滿足圖2輸入條件后的邏輯輸出。 圖1 圖3中，不等式條件滿足時輸出l，否則輸出0 ; a."與"門操作； b.或門操作； c.對應(yīng)輸入位取"反"后再進行"與"門操作； d."啟動延時"邏輯，當(dāng)輸入由0變1時，經(jīng)過延時tl輸出l，當(dāng)輸入為O不變或 由1變?yōu)?時，不經(jīng)延時直接讓輸出等于輸入；tl為裝置中整定的接地距離III段延時。 e."啟動延時"邏輯，當(dāng)輸入由0變1時，經(jīng)過延時t2輸出l，當(dāng)輸入為O不變或 由1變?yōu)?時，不經(jīng)延時直接讓輸出等于輸入；t2為裝置中整定的相間距離III段延時。 圖4是保護裝置采用本發(fā)明的實際工作流程圖。
具體實施例方式
對采集的保護安裝處三相電壓和三相電流通過濾波、傅里葉變換等措施進行處 理，依據(jù)前文給定的計算方法形成本發(fā)明具體實施方式
中所需要的變量不對稱度m，正序 電壓和正序電流的夾角海相^ cos辨示幺值，相間"w cos p，標幺值等值。
—、實施方式一 增加限制條件的接地距離III段繼電器 1、按照圖1所示的邏輯對接地距離III段限制條件進行判斷，確定是否開放；
判斷不對稱度m范圍 若m《、限制條件不開放，輸出為假"0"，閉鎖接地距離III段繼電器； 若m > k2限制條件開放，輸出為真"l"，開放接地距離III段繼電器， 若、< m < b，且同時滿足說明書中式(3)和式(4)則限制條件開放，否則限制
條件閉鎖。 2、按照圖3所示的邏輯，將限制條件同接地距離繼電器相與，經(jīng)接地距離繼電器 III段延時最終確定距離III段是否動作。 當(dāng)接地距離限制條件開放，同時滿足接地距離繼電器III段動作方程，經(jīng)接地距 離III段延時tl以后動作跳閘。
3、定值的設(shè)定方法 (1)、按躲過正常運行時最大不平衡度整定，建議取值為0. 2 0. 3 ;k2按該不對 稱度下負荷不影響距離元件動作性能加以整定，建議取值O. 6 0. 8。兩參數(shù)為保護裝置的 內(nèi)部參數(shù)，不需要用戶整定。 (2)^按金屬性故障情況下最大計算誤差整定， 一般為負值，建議取值 為-0. 2 -0. 15 ;k4按躲過正常運行時的最大負荷整定，建議取值為0. 7 0. 8。兩參數(shù)為 保護裝置的內(nèi)部參數(shù)，不需要用戶整定。
二、實施方式二 增加限制條件的相間距離III段繼電器 1、按照圖2所示對相間距離III段限制條件進行判斷，確定是否開放； 滿足^ <(C/wCOS《，w)/7" <&則相間距離限制條件開放，否則相間距離III段繼電
器的限制條件不開放。 2、按照圖3所示的邏輯，將限制條件同相間距離繼電器III段相與，經(jīng)相間距離繼 電器III段延時最終確定相間距離繼電器III段是否動作。 當(dāng)相間距離限制條件開放，同時滿足III段相間距離繼電器動作方程，經(jīng)III段相 間距離延時t2以后動作跳閘。 3、定值的設(shè)定方法ks考慮故障時最大計算誤差， 一般取負值，建議取值 為-0. 2 -0. 15， k6小于事故性過負荷情況下最小的^^cos^4示幺值，建議取為0. 4 0.5。兩參數(shù)為保護裝置的內(nèi)部參數(shù)，不需要用戶整定。 實際工作流程以針對接地距離III段繼電器的開放條件為例，保護啟動后，通過 采樣所得的三相電壓、三相電流量，計算形成本判據(jù)所需要的變量，所得的變量按圖4流程 確定是否開放相應(yīng)的繼電器 經(jīng)以上的流程所得出的開放條件同保護中已有的接地距離III段繼電器(可以是
任何類型)進行疊加確定保護是否動作出口以跳開斷路器(如圖3所示)。
應(yīng)用情況分析 對于接地距離111段繼電器 1、純粹過負荷情況下 不增加過負荷開放條件時，系統(tǒng)中的某些擾動造成保護啟動，此時滿足接地距離
III段繼電器動作條件，經(jīng)接地距離III段繼電器延時后，保護動作出口 ； 增加過負荷開放條件后，純粹過負荷情況下，系統(tǒng)中的不對稱度m必然很小，趨近
于零，此時開放條件將閉鎖接地距離III段繼電器，保護裝置不會發(fā)生誤動作。
2、過負荷再故障情況 通過正序靈敏角的求取，可以區(qū)分故障方向，保證僅在線路發(fā)生正方向故障時，開 放接地距離III段繼電器，可避免由于過負荷造成反方向故障情況下接地距離III段繼電 器誤動作情況。而已有的過負荷解決方案均無法解決該問題。 對于相間距離III段繼電器該解決方案充分利用相間故障的弧光電壓的特性， 可以完美的區(qū)分負荷和故障情況，在過負荷的情況下必然不會開放。同時該方案簡單且易 于實現(xiàn)，有利于提高保護動作的可靠性。
權(quán)利要求
過負荷時線路保護防誤動解決方法，其特征是對于接地距離III段繼電器，通過不對稱度m區(qū)分負荷狀態(tài)還是故障狀態(tài)，不對稱度m定義如下 <mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mo>|</mo><msub> <mover><mi>I</mi><mo>·</mo> </mover> <mn>0</mn></msub><mo>|</mo><mo>+</mo><mo>|</mo><msub> <mover><mi>I</mi><mo>·</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><mo>|</mo> </mrow> <mrow><mo>|</mo><msub> <mover><mi>I</mi><mo>·</mo> </mover> <mn>1</mn></msub><mo>|</mo> </mrow></mfrac> </mrow>式(2)式(2)中，和分別指保護安裝處線路的零序電流、正序電流和負序電流；當(dāng)m≤k1時，判為負荷狀態(tài)，限制條件不開放，閉鎖接地距離III段繼電器；k1按躲過正常運行時最大不平衡度整定，建議取值范圍0.1～0.3；當(dāng)m≥k2時，判為輕負荷故障狀態(tài)，限制條件開放，開放接地距離III段繼電器；k2按該不對稱度下負荷不影響距離元件動作性能加以整定，建議取值范圍0.6～0.8。F2009102730652C00012.tif,F2009102730652C00013.tif
2.如權(quán)利要求1所述的過負荷時線路保護防誤動解決方法，其特征是當(dāng)、< m < k2時，判為重負荷故障狀態(tài)，增加附加限制條件式(3)和式(4)，判斷式(3)和式(4)是否同時滿足；滿足則限制條件開放，開放對應(yīng)接地距離III段繼電器；不滿足則限制條件不開放，閉鎖對應(yīng)接地距離III段繼電器<formula>formula see original document page 2</formula>式(3)中，^^為保護安裝處母線電壓，^為功率因數(shù)角，pu表示對該值(即t^cos^)以額定電壓作基準求標幺值，下同43按金屬性故障情況下最大計算誤差整定，一般為負值，建議取值范圍為-0. 25 -0. 1 ;k4按躲過正常運行時的最大負荷整定，建議取值范圍為<formula>formula see original document page 0</formula>0. 6 0. 8 ;式(4)中，&'為對應(yīng)接地距離ni段整定點處電壓，并且力、f^-(A+3^。)z^，其中/為保護安裝處電流> =^^為零序電流補償系數(shù)，Z^。、Zu分別為線路零序、正序阻抗，人為母線處零序電流，Z^3為接地距離III段繼電器的整定阻抗，由用戶整定；"為母線處正序電壓，根據(jù)t^計算可得。利用正序電壓《和正序電流A (同權(quán)力要求1中的/,)之間夾角A判別故障點位置，該位置分四種情況送端正方向故障、送端反方向故障、受端正方向故障、受端反方向故障；針對不同的故障點位置，a 、 |3有以下不同的取值。分別按如下判斷(1) 0、^ <90°，送端正方向故障，以下表達式中仏為相量&的模。當(dāng)w〉(1.5[/!cos仍)jw時，則a =90° ，= 270°+(w-1.5(7, cos^)6(T ;當(dāng)m《(1.5^cos^)jTO時，按式(5)分別計算各相k值，k值最大的一相確定為故障相，分別對故障相、超前相、滯后相采取以下計算措施，超前相和滯后相針對故障相而言，依照保護中規(guī)定的電壓旋轉(zhuǎn)方向，以A — B — C — A的順序循環(huán)<formula>formula see original document page 2</formula>(5)式(5)中，/。和/^分別為保護安裝處線路電流的零序電流相量和負序電流相量，p代表A、B、C三相任一相;a) 故障相，當(dāng)(fAcos^)p"〉1.5w時，a =90° ，/ = 270° —仍+(1.5w —f/'cosq)30。， 否貝U， a = 90° ，" = 270° — ^ ;b) 滯后相，當(dāng)(t/,cos^Xp"〉1.5w時，a =90° ，/ = 270°-仍+(1.5^ — ^7^05 0)60°, 否貝U， a = 90° ，/ = 270°-仍；c) 超前相，當(dāng)(C/，cos^)/w〉w時，a =90° ，/ = 270°-仍—t/,cos^)90。， 否貝U， a = 90° ，/ = 270°—仍；(2) 90、^<180°，受端正方向短路，則a =90° ， |3 = 270° ;(3) 180° <270°，受端反方向短路，則a = 120° ， P = 270° ;(4) 270°2<^<360°，送端反方向短路，則a =90° ， |3 = 210° ;得出a ， P值后代入式(4)進行計算，根據(jù)式(3)和式(4)的計算結(jié)果，決定A、B、C三 相的接地距離III段繼電器的限制條件是否開放。
3. 如權(quán)利要求1所述的過負荷時線路保護防誤動解決方法，其特征是、按躲過正常 運行時最大不平衡度整定，建議取值0. 2 0. 3 ;k2按該不對稱度下負荷不影響距離元件動 作性能加以整定，建議取值O. 6 0. 8。
4. 過負荷時線路保護防誤動解決方法，其特征是對于相間距離III段繼電器，利用相 間故障時弧光電壓特性，增加限制條件；A5 < cos Pw )戶"< & 式(6) 式(6)中，"^為保護安裝處母線相間電壓的模值，^V為保護安裝處相間電壓和保 護安裝處線路相間電流的夾角，^按照考慮故障時最大計算誤差整定，建議取值范圍 為-0. 25 -0. 1 ;k6按照小于事故性過負荷情況下最小的^， cos《；標幺值整定，建議取值 范圍0. 3 0. 6。當(dāng)式(6)滿足時，限制條件開放，開放對應(yīng)相間距離III段繼電器；限制條件不開放，閉 鎖對應(yīng)相間距離III段繼電器。
5. 如權(quán)利要求4所述的過負荷時線路保護防誤動解決方法，其特征是ks按照考慮故 障時最大計算誤差整定，建議取值范圍為-0. 2 -0. 15， k6按照小于事故性過負荷情況下 最小的^^cos^Jg幺值整定，建議取值范圍為0. 4 0. 5。
6. 如權(quán)利要求2所述的過負荷時線路保護防誤動解決方法，其特征是k3按金屬性故 障情況下最大計算誤差整定， 一般為負值，建議取值范圍為-0. 2 -0. 15 ;k4按躲過正常運 行時的最大負荷整定，建議取值范圍為0. 7 0. 8。
全文摘要
本發(fā)明公開了過負荷時線路保護防誤動解決方法，對于接地距離III段繼電器，通過不對稱度m區(qū)分負荷狀態(tài)還是故障狀態(tài)，不對稱度m定義為式(2)，當(dāng)m≤k1時，判為負荷狀態(tài)，限制條件不開放；當(dāng)m≥k2時，判為輕負荷故障狀態(tài)，限制條件開放；當(dāng)k1＜m＜k2時，判為重負荷故障狀態(tài)，再增加附加限制條件，最終判斷限制條件是否開放。對于相間距離III段繼電器，增加限制條件式(6)，當(dāng)式(6)滿足時，限制條件開放，否則限制條件不開放。本發(fā)明能夠確保在過負荷以及過負荷再故障情況下距離保護的動作性能，避免過負荷造成距離保護誤動作，并取消了保護裝置中負荷限制繼電器的用戶整定的定值，避免由于該定值整定錯誤帶來的問題。
文檔編號H02H7/26GK101710696SQ20091027306
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者張德泉, 李會新, 楊軍, 柳煥章, 沈國榮, 舒治淮, 謝俊, 謝華, 趙青春 申請人:華中電網(wǎng)有限公司;南京南瑞繼保電氣有限公司