CN105655992B - 适用于分布式电源接入的t接线路保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统继电保护技术领域,特别涉及一种适用于分布式电源接入的T接线路保护方案。其特征在于,发生故障后距离保护启动元件动作,若不满足主判据的不动作条件零序电压幅值差保护跳闸,否则用距离II段保护判断故障方向:若三端的II段测量元件均判断为正方向故障且满足辅助判据I段保护的动作条件,则三端距离I段保护跳闸,若不满足辅助判据I段保护的动作条件则由三端的II段保护经延时后跳闸;若有两个II段测量元件判断为正方向故障,一个II段测量判断为反方向故障,反向故障端向对端I段保护发闭锁信号,三端的I段保护均不跳闸。本发明将主判据和辅助判据有机配合构成综合判据,确保了T接线路保护的选择性、灵敏性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域,特别涉及一种适用于分布式电源接入的T接线路保护方法。
背景技术
随着社会经济的迅猛发展,使用户对供电的需求量大量增加。由于供电半径和供电走廊等的限制,同时为了节省设备投资,为保证供电,就近T接引出线路或降压变压器,这在35kV、110kV系统中越来越多见,导致了许多三端甚至四端线路。这些线路最长的为30km,最短的为几百米。多端输电线路的出现,给继电保护的设计与运行带来了许多不利的影响,使得传统的中低压保护配置产生较大困难。在T接线路中,按传统方法配置距离保护时存在的问题:
(1)按照传统的三段式距离保护原则整定T接线路时,每一侧距离保护Ⅰ段都必须保证保护线路全长的80%,根据T接线路的特点,每一侧的距离保护Ⅰ段保护范围整定如下:
M侧距离Ⅰ段保护整定阻抗:ZMset=minKrel{(L1+L2),(L1+L3)}z1;
N侧距离Ⅰ段保护整定阻抗:ZNset=minKrel{(L1+L2),(L2+L3)}z1;
R侧距离Ⅰ段保护整定阻抗:ZRset=minKrel{(L1+L3),(L2+L3)}z1;
式中,Krel为可靠系数,一般取0.8~0.85,ZMset、ZNset、ZRset分别为三端距离I段保护的整定阻抗,L1、L2、L3分别为线路MT、NT、RT的长度,单位为km;
而一般情况下,L1≠L2≠L3,因此,对于T接线路,每一侧的保护Ⅰ段范围相对于原来单端或双端电源线路来说都缩小。
(2)T接线路的三端线路长度组合情况复杂多样,当三条线路长度相差悬殊,如两条线路极短、一条线路极长时,距离Ⅰ段仍然按照保护线路全长的80%进行整定,则会出现保护盲区,见图2。
(3)三段式距离保护的耐受过渡电阻能力较差,高阻接地情况可能导致保护的误动与拒动。
因此,寻求一种适用于分布式电源接入的T接线路继电保护配置与整定新方法就显得尤为重要。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种适用于分布式电源接入的T接线路保护方法,其特征在于,该方法的具体过程为
步骤1、距离保护启动元件判断是否发生故障,若是,则启动元件动作,进行步骤2;否则启动元件不动作;
步骤2、判断是否满足主判据的动作条件;
步骤201根据不对称接地故障存在零序分量的特点,利用零序分量构造以下零序电压幅值:
其中分别为三端M、N、R保护安装处测得的零序电压, 分别三端M、N、R保护安装处测得的零序电流,Zm0、Zn0、Zr0分别为三端线路MT、NT和RT的零序阻抗;U1、U2、U3分别表示由母线M、N、R处零序电压根据欧姆定律计算出的T接点零序电压幅值;
步骤202计算零序电压不平衡量;
零序电压不平衡量,需躲开电气测量元件的测量误差和线路电容电流的影响,通常为较小的数值,计算公式如下所示:
Uop1=kμ1Ik.max10(ZMT0+ZNT0)+kμ2kδU0+U0(BMT0ZMT0+BNT0ZNT0)
Uop2=kμ1Ik.max20(ZMT0+ZRT0)+kμ2kδU0+U0(BMT0ZMT0+BRT0ZRT0) (2)
Uop3=kμ1Ik.max30(ZNT0+ZRT0)+kμ2kδU0+U0(BNT0ZNT0+BRT0ZRT0)
其中,Uop1表示由于仪器测量误差和线路电容的存在,分别从母线M、母线N的零序电压推算至T接点的零序电压时产生的不平衡量;Uop2表示分别从母线M、母线R的零序电压推算至T接点的零序电压时产生的不平衡量;Uop3表示分别从母线N、母线R的零序电压推算至T接点的零序电压时产生的不平衡量;kμ1和kμ2分别为电流互感器和电压互感器的测量误差,kδ为电压偏移百分比,因电力系统中母线电压偏移通常不超过10%,所以kδ取值为10%;Ik.max10、Ik.max20、Ik.max30分别为线路MN、线路MR、线路NR的纵联差动保护范围外部故障时的流过保护安装处的最大穿越电流零序分量,U0为系统的额定电压零序分量,BMT0、BNT0和BRT0分别为三端M、N、R保护安装处到T接点之间的零序电纳;ZMT0、ZNT0、ZRT0分别为线路MT、NT、RT的零序阻抗;
步骤203构造零序电压幅值差判据
若满足式(3)条件,则判断为T接点附近故障或T接区外故障,三端零序电压保护不动作,进行步骤3;否则,三端零序电压幅值差保护均跳闸;
步骤3、距离保护II段的整定采用传统整定原则,即
1)整定阻抗
与相邻线路距离保护I段相配合。II段的动作范围不超过下一线路I段的动作范围。
其中,为可靠系数,一般取0.8;分支系数Kb.min取各种情况下的最小值。
分别为三端M、N、R距离II段保护的整定阻抗,ZM-N、ZW-N、ZM-W分别为线路MN、WN、MW的正序阻抗;分别为线路NB、MA距离I段保护的整定阻抗。
2)动作延时的整定
距离II段保护的动作延时,应比与之配合的相邻元件保护动作延时大一个时间级差Δt,即
tII=t′ I+Δt
式中,为与本保护配合的相邻元件I段保护的动作延时,Δt一般取为0.5s。
用辅助判据距离II段保护判断故障方向,距离II段作为方向判别元件为:
其中Zm.M、Zm.N、Zm.R分别为三端M、N、R距离保护的测量阻抗;若满足式(4),则三侧的II段测量元件均启动,判断为T接点附近故障,进行步骤4;若满足式(5),则两侧的距离II段元件判断为正方向故障,一侧的距离II段元件判断为反方向故障,综上该故障判断为T接线路某端的下一线路出口故障,跳至情况B;
步骤4、判断是否满足辅助判据距离I段保护的动作条件,距离I段保护的整定:
式中,Ksen为T接点短路时保护的灵敏度系数,一般取1.15~1.25,ZMset、ZNset、ZRset分别为三端M、N、R距离I段保护的整定阻抗,L1、L2、L3分别为线路MT、NT、RT的长度;
若满足,则判断为T接点附近金属性或低阻接地故障,跳至情况C;若不满足,则判断为T接点附近发生高阻接地故障,跳至情况A;
情况A、三端的距离II段保护经0.5s延时后跳闸;
情况B、反向故障端向正向故障端的距离I段保护发闭锁信号,三端的距离I段被闭锁;
情况C、判断是否收到闭锁信号,若收到闭锁信号,则三端的距离I段被闭锁,不跳闸;若未收到闭锁信号,三端距离I段保护跳闸。
有益效果
本发明的有益效果是本发明所提出的适用于T接线路的保护配置方法,通过零序电压幅值差主判据有效区分区内故障与区外故障,提高了距离保护的耐受过渡电阻能力,不受线路长短组合不一的影响。通过距离纵联保护辅助判据能够有效切除主判据保护盲区内的故障,同时引用闭锁信号有效避免了极端线路组合情况下保护的误动作问题。本发明重点解决了T接线路在现场实际工程中,线路长度组合多样、故障情况不一的问题,将主判据和辅助判据有机配合构成综合判据,确保了T接线路距离保护的选择性、灵敏性和可靠性。因此,本发明对提高T接线路保护的可靠性,确保保护动作的快速准确动作具有重要的工程实际意义。
附图说明
图1为T接型三端电源供电系统示意图。
图2为极端线路长度组合情况下传统距离I段保护范围示意图。
图3为综合判据动作流程图。
图4为实施例中仿真系统示意图。
图5为K1点故障主判据示意图。
图6为K2点故障主判据示意图。
图7为K2点发生金属性接地故障辅助判据示意图。
图8为K2点发生高阻接地故障辅助判据示意图。
图9为极端线路组合情况下K3点故障位置示意图。
图10为极端线路组合情况下K3点故障主、辅判据示意图。
具体实施方式
本发明是基于T接线路保护的复杂性和特殊性问题,针对传统继电保护单一整定与配置原则在T接线路应用中存在的问题,提出了一种继电保护综合判据,对T接线路多端线路的各种长度组合均具有适用性,有效提高了距离保护的耐受过渡电阻能力,保证了继电保护在各种T接线路组合、各种不对称接地故障情况下,动作的选择性、迅速性和可靠性。
一种适用于分布式电源接入的T接线路保护方法,主判据在T接线路不同线路长度组合情况下,均能够有效判别区内故障与区外故障,且不受过渡电阻的影响。所述主判据的分析过程如下:
(1)根据图1所示的T接型三端电源供电系统示意图,把接在馈线末端和母线上的分布式电源等效成一侧电源,而把T接在线路上的分布式电源单独作为一侧电源,这样可以把原来复杂的多电源系统近似等效成T接型三端电源供电系统。
按照传统的三段式距离保护原则整定T接线路时,每一侧距离保护Ⅰ段的保护范围均不超过被保护线路全长的80%,根据T接线路的特点,每一侧的保护范围整定如下:
M侧距离Ⅰ段保护整定阻抗:ZMset=Krel{min[0.8(L1+L2),0.8(L1+L3)]}z1;
N侧距离Ⅰ段保护整定阻抗:ZMset=Krel{min[0.8(L1+L2),0.8(L2+L3)]}z1;
R侧距离Ⅰ段保护整定阻抗:ZMset=Krel{min[0.8(L1+L3),0.8(L2+L3)]}z1;
而一般L1≠L2≠L3,因此,对于T接线路,每一侧的距离保护Ⅰ段范围相对于原来单端或双端电源线路来说都缩小。
(2)针对(1)所述的不同线路长度组合导致的保护范围缩小问题,提出零序电压幅值差主判据。
根据不对称接地故障存在零序分量的特点,可以利用零序分量构造以下零序电压幅值:
其中分别为三端M、N、R保护安装处测得的零序电压, 分别三端M、N、R保护安装处测得的零序电流,Zm0、Zn0、Zr0分别为三端线路MT、NT和RT的零序阻抗。
根据图2所示的T接线路故障位置示意图:
正常运行或T接区域外部故障(如K3、K4)时,U1=U2=U3=UT;
T接区域内部故障:故障点位于线路MT段K1处时,U1≠UT,U2=U3=UT;故障点位于线路NT段K6处时,U2≠UT,U1=U3=UT;故障点位于线路RT段K5处时,U3≠UT,U1=U2=UT。
因此,可以构造如下判据:
若不满足上式条件,则判定为T接区域内部故障,零序电压幅值差保护瞬时动作;否则,判断为T接区域外部故障或T接点附近故障,零序电压幅值差保护不动作。
其中Uop为零序电压不平衡量,需躲开电气测量元件的测量误差和线路电容电流的影响,通常为较小的数值,计算公式如下所示:
Uop1=kμ1Ik.max10(ZmT0+ZnT0)+kμ2kδU0+U0(BmT0ZmT0+BnT0ZnT0)
Uop2=kμ1Ik.max20(ZmT0+ZRT0)+kμ2kδU0+U0(BmT0ZmT0+BRT0ZRT0)
Uop3=kμ1Ik.max30(ZnT0+ZRT0)+kμ2kδU0+U0(BnT0ZnT0+BRT0ZRT0)
其中,kμ1和kμ2分别为电流互感器和电压互感器的测量误差,kδ为电压偏移百分比,因电力系统中母线电压偏移通常不超过10%,所以kδ取值为10%;Ik.max0为纵联差动保护范围外部故障时的最大穿越电流零序分量,U0为系统的额定电压零序分量,BMT0、BNT0和BRT0分别为三端M、N、R保护安装处到T接点之间的零序电纳。公式中的前两项可躲开电流互感器和电压互感器的测量误差所带来的影响,第三项可躲开线路电容所产生的不平衡电流。
(3)根据(2)所述的零序电压幅值差主判据,考虑到不平衡量的存在,主判据存在较小的保护盲区。
当故障发生在T接点及T接点附近时,也满足条件|U1-U2|<Uop1且|U1-U3|<Uop2且|U2-U3|<Uop3,则主判据保护不动作。
辅助判据的分析过程如下:
(1)要求辅助判据在主判据的保护盲区内部故障时,能够可靠地清除故障,因此距离I段的保护范围必须超过T接点,假如I段保护采用传统整定方法,根据背景技术介绍可知,I段保护范围缩小,极端情况下可能会出现三侧距离I段都保护不到的区域。
因此,本发明按照T接点短路时,保护有足够的灵敏度进行整定,即
式中,Ksen为T接点短路时保护的灵敏度系数,取1.15~1.25
故在主判据的保护盲区内,发生金属性及低阻接地故障时,三侧的距离I段保护都能够可靠清除故障。
(2)考虑极端线路组合情况下即T接点在某一侧母线附近时,距离I段保护应该按照能够保护线路全长进行整定。此时若近T接点端母线N的下一线路NB段出口故障时,M、N侧I段保护会因无法正确区分其是区内故障还是区外故障而误动作。因此,针对这种情况,需要以距离II段作为方向判别元件。若满足三端的距离II段中,有两个II段元件判断为正方向故障,一个II段判断为反方向故障,此时反向故障端保护应向对端保护发送闭锁信号,正方向故障端保护接收到闭锁信号,距离I段保护不跳闸,保证了保护动作的选择性;否则,不发闭锁信号。
(3)以上距离纵联辅助判据在金属性接地故障情况下能够百分之百正确动作,而对于图3所示的虚线区域内发生经高阻接地故障时,由于过渡电阻的影响,辅助判据I段可能无法将其与区外故障正确区分。因为主判据本身的保护盲区非常小,而又要在该区域内发生高阻接地故障的概率就相当小了,因此,对于这种情况,采用距离II段延时动作来切除故障是可以接受的。
根据图3实现流程图,采用综合判据对分布式电源接入的T接线路故障进行判别,过程如下:
Step1:距离保护启动元件判断是否发生故障,若是,则启动元件动作,进行Step2;若否,则启动元件不动作;
Step2:判断是否满足零序电压幅值差主判据的不动作条件,若不满足,则三端零序电压保护跳闸;若满足,则进行Step3;
Step3:用距离II段保护判断故障方向,若三端的II段测量元件均启动,则判断为区内故障,进行Step4;若有两个II段元件判断为正方向故障,一个II段判断为反方向故障,进行Step6;
Step4:判断是否满足辅助判据距离I段保护的动作条件,若满足,则进行step7;若不满足,则判断为T接点附近发生高阻接地故障,进行Step5;
Step5:三端的距离II段保护经0.5s延时后跳闸;
Step6:反向故障端向对端I段保护发闭锁信号,三端的距离I段均不跳闸。
Step7:判断是否收到闭锁信号,若收到闭锁信号,则三端的距离I段被闭锁,不跳闸;若未收到闭锁信号,三端距离I段保护跳闸。
在图4所示的系统仿真模型中,系统电压等级为110kV,线路正序参数为r1=0.036294Ω/km,xl1=0.5031Ω/km,xc1=302151Ω*km;线路零序参数为r0=0.37958Ω/km,xl0=1.3277Ω/km,xc0=419340Ω*km。线路AM、MN、NB长度分别为20km、100km、20km,线路RT长度取1~50km,等值电源Em、En的容量为90MW,分布式电源DG的容量为30MW。本次实验针对保护范围内和保护范围外不同位置发生单相接地短路和两相接地短路故障、过渡电阻在0~100Ω范围内变化时,对提综合判据的有效性进行仿真验证,限于篇幅,下面只列出了部分仿真数据。故障位置选取在保护范围内的k1点、主判据保护盲区k2点和保护范围外的k3点,k1点与DG并网点T之间距离为10km,k2点在T接点,k3点在母线N出口处。此处取MT=50km,NT=50km,RT=50km。
计算零序电压不平衡量;
Uop1=kμ1Ik.max10(ZmT0+ZnT0)+kμ2kδU0+U0(BmT0ZmT0+BnT0ZnT0)
Uop2=kμ1Ik.max20(ZmT0+ZRT0)+kμ2kδU0+U0(BmT0ZmT0+BRT0ZRT0)
Uop3=kμ1Ik.max30(ZnT0+ZRT0)+kμ2kδU0+U0(BnT0ZnT0+BRT0ZRT0)
其中,kμ1和kμ2分别为电流互感器和电压互感器的测量误差,kδ为电压偏移百分比,因电力系统中母线电压偏移通常不超过10%,所以kδ可取值为10%。Ik.max0为纵联差动保护范围外部故障时的最大穿越电流零序分量,U0为系统的额定电压零序分量,BMT0、BNT0和BRT0分别为保护安装处到T接点之间的零序电纳。公式中的前两项可躲开电流互感器和电压互感器的测量误差所带来的影响,第三项可躲开线路电容所产生的不平衡电流。带入仿真数据计算得,Uop1≈4,Uop2≈4,Uop3≈4。
计算距离纵联保护辅助判据的距离I段保护整定值;通过整定公式,得Rset=2Ω,Xset=28Ω,Zset=28.08Ω。
故障判别;
1)故障情况1:故障点K1,1s时刻发生故障,MF=40km,发生单相和两相接地故障接地故障时,所得的零序电压幅值差动主判据图如图5所示,主判据能够有效识别并切除故障。
2)故障情况2:故障点K2即T接点,1s时刻发生发生单相和两相接地故障时,主判据图如图6所示;由图6可知,主判据无法识别K2点故障,由此采用距离纵联保护辅助判据。当发生金属性接地故障时,辅助判据图见图7,故障位于保护范围内,距离I段保护动作切除故障;当发生K2点高阻接地故障时,辅助判据图见图8,由图8可知,辅助判据的距离I段保护无法切除K2点的高阻接地故障,此时由距离II段保护经0.5s延时切除故障。
3)故障情况3:针对图9所示的极端线路组合情况即MT=50km,RT=50km,NT=3km时,母线N出口的故障点K3于1s发生单相接地故障,主、辅判据图如图10所示。分析图10可知,主判据判定为区外故障或主保护盲区故障,虽然由辅助判据图可知,故障在距离I段保护的动作圆内,但由于是区外故障,根据方向判别条件,N端母线向M、R端I段保护发送闭锁信号,所以T接线路的距离I段保护不动作,保证了保护动作的选择性。
因此若采用综合判据使在T接线路的各种线路长度组合情况、各种不对称接地故障下,保护能够准确区分区内故障与区外故障,有选择地、迅速地、可靠地清除故障。
Claims (3)
1.一种适用于分布式电源接入的T接线路保护方法,其特征在于,该方法的具体为
步骤1、距离保护启动元件判断是否发生故障,若是,则启动元件动作,进行步骤2,否则启动元件不动作;
步骤2、判断是否满足主判据的不动作条件,若不满足则三端零序电压幅值差保护跳闸,若满足则进行步骤3;
步骤3、用距离II段保护判断故障方向;若有两个距离II段测量元件判断为正方向故障,一个距离II段测量元件判断为反方向故障,则反向故障端向对端I段保护发闭锁信号,三端的I段均不跳闸;若三端的距离II段测量元件均判断为正方向,则进入步骤4;
步骤4、判断是否满足辅助判据I段保护的动作条件,若满足则三端距离I段保护跳闸,若不满足辅助判据I段保护的动作条件,则由三端的距离II段保护经延时后跳闸,
所述步骤2的具体过程为
步骤201根据不对称接地故障存在零序分量的特点,利用零序分量构造以下零序电压幅值:
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其中分别为三端M、N、R保护安装处测得的零序电压,分别为三端M、N、R保护安装处测得的零序电流,Zm0、Zn0、Zr0分别为三端线路MT、NT和RT的零序阻抗;U1、U2、U3分别表示由母线M、N、R处零序电压根据欧姆定律计算出的T接点零序电压幅值;
步骤202计算零序电压不平衡量;
零序电压不平衡量,需躲开电气测量元件的测量误差和线路电容电流的影响,通常为较小的数值,计算公式如下所示:
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其中,Uop1表示由于仪器测量误差和线路电容的存在,分别从母线M、母线N的零序电压推算至T接点的零序电压时产生的不平衡量;Uop2表示分别从母线M、母线R的零序电压推算至T接点的零序电压时产生的不平衡量;Uop3表示分别从母线N、母线R的零序电压推算至T接点的零序电压时产生的不平衡量;kμ1和kμ2分别为电流互感器和电压互感器的测量误差,kδ为电压偏移百分比,因电力系统中母线电压偏移通常不超过10%,所以kδ取值为10%;Ik.max10、Ik.max20、Ik.max30分别为线路MN、线路MR、线路NR的纵联差动保护范围外部故障时的流过保护安装处的最大穿越电流零序分量,U0为系统的额定电压零序分量,BMT0、BNT0和BRT0分别为三端M、N、R保护安装处到T接点之间的零序电纳;ZMT0、ZNT0、ZRT0分别为线路MT、NT、RT的零序阻抗;
步骤203构造零序电压幅值差判据
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式(3)称为主判据的不动作条件;若满足式(3)条件,则判断为T接点附近故障或T接区外故障,三端零序电压保护不动作,进行步骤3;否则,三端零序电压幅值差保护均跳闸。
2.根据权利要求1所述的一种适用于分布式电源接入的T接线路保护方法,其特征在于,所述步骤3的具体过程为:
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或或
其中Zm.M、Zm.N、Zm.R分别为三端M、N、R距离保护的测量阻抗;若满足式(4),则三侧的距离II段测量元件均启动,判断为T接点附近故障,进行步骤4;若满足式(5),则两侧的距离II段元件判断为正方向故障,一侧的距离II段元件判断为反方向故障,综上该故障判断为T接线路某端的下一线路出口故障,反向故障端向正向故障端的距离I段保护发闭锁信号,三端的距离I段被闭锁。
3.根据权利要求1所述的一种适用于分布式电源接入的T接线路保护方法,其特征在于,所述步骤4的具体过程为
判断是否满足辅助判据距离I段保护的动作条件,距离I段保护的整定:
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "">
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式中,Ksen为T接点短路时保护的灵敏度系数,取1.15~1.25,ZMset、ZNset、ZRset分别为三端M、N、R距离I段保护的整定阻抗,L1、L2、L3分别为线路MT、NT、RT的长度;z1代表线路单位长度的正序阻抗;
若满足,则判断为T接点附近金属性或低阻接地故障,跳至情况B;若不满足,则判断为T接点附近发生高阻接地故障,跳至情况A;
情况A、三端的距离II段保护经0.5s延时后跳闸;
情况B、判断是否收到闭锁信号,若收到闭锁信号,则三端的距离I段被闭锁,不跳闸;若未收到闭锁信号,三端距离I段保护跳闸。
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