一个半主接线变电站死区故障选串的判别方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护领域，更具体地涉及基于母线差动电流和边断路器流电流的断路器死区故障选串定位的判别方法。

背景技术：

我国一次能源和电力负荷的逆向分布特征，使得发展远距离、大容量的超特高压交直流输电技术成为基本国情，我国已初步行成交、直流相互耦合的互联大电网。随着电源结构向常规能源与风电、光伏等新能源结合方式过渡。交直流配网、微网接入增多，电网复杂程度不断增强。交、直流混联电网中，受端交流短路故障时，系统电压下降，可能引发直流换相失败，在对受端造成巨大有功、无功冲击的同时，会将能量冲击传递到送端，严重情况下甚至可能造成送端系统稳定破坏。快速保护属于电网安全稳定的第一道防线，在当前特高压交直流混联电网中，由于直流换相失败现象的存在，快速保护可靠地切除故障，意义尤其重大。比如：华东电网的交流短路故障，如不能快速切除，可能引发7回直流同时发生连续换相失败，产生的暂态能量冲击最大可达3200万千瓦，对送端华北、华中、西南电网交流断面造成巨大冲击，导致发电机群间暂态功角失稳，存在电网稳定破坏风险。

电网发生故障断路器拒动或死区故障时，需要依靠断路器失灵保护动作和死区保护切除故障。目前，按照《220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程》(DL/T559—2007)行业标准要求，电力系统的断路器失灵保护动作时间一般整定为250ms，相应地失灵和死区故障切除时间需要按照0.45s考虑。稳定计算校核结果表明，如缩短断路器失灵和死区故障的切除时间，将有效提高系统稳定性。因此，研究变电站死区故障的故障定位，通过综合协调改进措施，压缩断路器死区故障的故障切除时间，对提高系统稳定性具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的通过死区故障时母线差动电流和断路器三相电流的特征，找到一个半主接线(即3/2主接线)变电站死区故障选串定位的判别方法，从而压缩断路器死区故障的故障切除时间。

本发明具体采用以下技术方案。

一个半主接线变电站死区故障选串的判别方法，其特征在于：

利用母线差动电流选择故障母线区域，利用断路器电流进行故障串定位；根据断路器电流特征定位死区故障。

一个半主接线变电站死区故障选串的判别方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

步骤1：实时采集整个变电站中每个断路器的三相电流，并将采集数据存储在站域保护装置中；

步骤2：站域保护装置计算各断路器的三相电流、变电站每段母线的差动电流，然后进入步骤3；

步骤3：当差动电流大于母线保护差动电流整定值时，则认为发生母线差动故障，利用母线差动电流选择故障母线区域，然后进入步骤4；否则进入步骤5；

步骤4：对于两母线之间的每一个断路器串，判断靠近故障母线的所有边断路器的电流值，找出电流值最大的边断路器，然后判断该边断路器电流是否大于预设边断路器电流定值且延时达到预设的时间定值，如果边断路器电流大于预设边断路器电流定值且延时达到预设的时间定值，则判断该边断路器存在死区故障，否则判断不存在死区故障；

步骤5：判断是否有断路器串出线发生故障保护跳闸，如果有，则进入步骤6，否则返回继续执行步骤3；

步骤6：判断该断路器串的中断路器电流是否大于预设中断路器电流定值且持续达预设的时间定值，如果该中断路器电流大于预设中断路器电流定值且持续达预设的时间定值，则判断该断路器串中的中断路器存在死区故障，否则判断该次断路器串出线故障不存在死区故障。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤2中，所述的母线差动电流按母线形成，按照ABC三相电流分相计算：

所述的差动电流根据以下公式进行计算：

id_MXA＝iA_MX1+iA_MX2+…+iA_MXn (1)

id_MXB＝iB_MX1+iB_MX2+…+iB_MXn (2)

id_MXc＝iC_MX1+iC_MX2+…+iC_MXn (3)

其中：id_NXA、id_MXB、id_MXc分别为母线MX的ABC相差动电流，iA_MXn iB_MXn、iC_MXn分别为连接在该母线上的第n支路ABC相电流，MX表示一个半主接线变电站I母线或II母线。

在步骤3中，所述母线保护差动电流整定值由用户整定，取值范围为0.2～5In，In为连接在母线上的支路CT二次额定电流。

在步骤4中，所述预设边断路器电流定值取值范围为0.04In～2In，In为边断路器CT二次额定电流值，所述时间定值范围为0.1S～2S。在步骤4中的时间定值一般整定为0.2S。

在步骤6中，所述预设中断路器电流定值取值范围为0.04In～2In，In为中断路器CT二次额定电流值，所述时间定值范围为0.1S～2S。在步骤6中，时间定值一般整定为0.2S。

本发明具有以下有益的技术效果：本发明可靠性高，定位准确，结果可以应用到站域断路器死区保护判别中，缩短断路器死区保护的故障切除时间，提高大电网电力系统的安全性。

附图说明

图1是典型的变电站一个半主接线示意图；图2是本发明公开的一个半主接线变电站死区故障选串的判别方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细介绍。

图1是500kV一个半变电站典型设计，共4串断路器单元，断路器5011、5012、5013为第一串，5021、5022、5023为第二串，5031、5032、5033为第三串，5041、5042、5043为第四串。每串断路器单元含三组电流互感器(CT)，按照6-7-6配置，即两个边断路器电流互感器6个二次绕组，中断路器7个二次绕组。二次绕组根据功能需要分别接入线路保护、断路器保护、变压器保护和母线保护，保护的动作范围以接入电流互感器的二次绕组为边界。断路器和电流互感器之间的区域为保护故障死区，该区域发生故障时，即使断路器跳开，也无法切除故障，需要联跳周围所有相关断路器才能切除故障。，图中选取第5041、5042和5043组成的第四串作为典型串列出了对外联系部分。

5011、5021、5031、5041为I母边断路器，5013、5023、5033、5043为II母边断路器，F1故障点为I母母线上，F2故障点为5041断路器死区，F3故障点为5043断路器死区，F4和F5故障点5024中断路器死区。

按照现有的保护运行《220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程》(DL/T559—2007)行业标准要求，电网发生故障断路器拒动或死区故障时，需要依靠断路器失灵保护动作和死区保护切除故障，典型的故障切除时间大于400ms，威胁电力系统稳定甚至可能造成大电网崩溃。

故障选串定位的目的是当故障点在F1、F2、F3、F4的不同故障位置时，能正确的选出故障断路器及其所在的主接线单元(串)，为站域保护死区判断逻辑提供依据，缩短死区保护的切除时间小于等于200ms。

附图2所示为本发明公开的一个半主接线变电站死区故障选串的判别方法流程示意图，所述一个半主接线变电站死区故障选串的判别方法包括以下步骤：

步骤1：实时采集整个变电站中每个断路器的三相电流，并将采集数据存储在站域保护装置中；图1中的5011、5021、5031、5041、5012、5022、5032、5042、5013、5023、5033、5043每个断路器的电流互感器三相电流都要采集。

步骤2：站域保护装置计算各断路器的三相电流、变电站每段母线的差动电流，然后进入步骤3；

图1中500kVI母和II母的母线差动电流，按照ABC三相电流分相计算：

I母差动电流根据以下公式进行计算：

id_IA＝iA_I1+iA_I2+iA_I3+iA_I4 (1)

id_IB＝iB_I1+iB_I2+iB_I3+iB_I4 (2)

id_Ic＝iC_I1+iC_I2+iC_I3+iC_I4 (3)

其中：id_IA、id_IB、id_Ic分别为母线I母的ABC相差动电流，iA_In、iB_In、iC_In分别为连接在该母线上的第1～4支路ABC相电流。

II母差动电流根据以下公式进行计算：

id_IIA＝iA_II1+iA_II2+iA_II3+iA_II4 (4)

id_IIB＝iB_II1+iB_II2+iB_II3+iB_II4 (5)

id_IIc＝iC_II1+iC_II2+iC_II3+iC_II4 (6)

其中：id_IIA、id_IIB、id_IIc分别为母线II母的ABC相差动电流，iA_IIn、iB_IIn、iC_IIn分别为连接在该母线上的第1～4支路ABC相电流。

步骤3：当差动电流大于母线保护差动电流整定值时，则认为发生母线差动故障，利用母线差动电流选择故障母线区域，然后进入步骤4；否则进入步骤5；图1中，首先利用母线差动电流选择故障区域，边断路器死区F2和F3或母线F1发生故障时，母线差动电流大于母线保护差动电流定值，进入步骤4，，当中断路器死区F4和F5发生故障时，I母或II母差动电流小于母线保护差动电流定值，进入步骤5。

在步骤3中，所述母线保护差动电流整定值由用户整定，取值范围为0.2～5In，In为二次额定电流。

步骤4：对于两母线之间的每一个断路器串，判断靠近故障母线的所有边断路器的电流值，找出电流值最大的边断路器，然后判断该边断路器电流是否大于预设边断路器电流定值且延时达到预设的时间定值，如果边断路器电流大于预设边断路器电流定值且延时达到预设的时间定值，则判断该边断路器存在死区故障，否则判断不存在死区故障。

图1中，F1点发生故障时，I母差动电流大于定值(用户整定，和母线系统运行方式有关，一般范围为0.2～5In，In为二次额定电流)，I母母线保护的差动保护动作，断路器5011、5021、5031、5041跳开，故障切除。断路器跳开后，5011、5021、5031、5041的电流消失接近于零，I母差动电流接近于零，不存在死区故障。F2点发生故障时，I母差动电流大于定值，I母差动保护动作，断路器5011、5021、5031、5041跳开。断路器跳开后，故障没有切除，5011、5021、5031的电流消失接近于零，边断路器5041电流和I母差动电流却一直存在，5041边断路器为最大电流，并且会大于预先整定的电流定值，当时间定值满足要求时，利用死区保护跳开中断路器5042及其线路对端的5012。

同理，F3点故障时，根据相同的原理可以选出故障死区在II母的5043断路器。

其中，所述预设边断路器电流定值取值范围为0.04In～2In，In为二次额定电流，所述时间定值范围为0.1S～2S，一般整定为0.2S。

步骤5：判断是否有断路器串出线发生故障保护跳闸，如果有，则进入步骤6，否则继续执行步骤3；

图1中，对于中断路器，F5死区故障点发生故障时，对应的L1线路保护动作，发出跳闸命令，虽然故障没有切除，但跳闸后会启动站域保护。

步骤6：判断该断路器串的中断路器电流是否大于预设中断路器电流定值且持续达预设的时间定值，如果该中断路器电流大于预设中断路器电流定值且持续达预设的时间定值，则判断该断路器串中的中断路器存在死区故障，否则判断该次断路器串出线故障不存在死区故障。

图1中，站域保护收到线路L1跳闸的命令后，通过定义的线路保护动作信息可以区分故障点所在串，启动中断断路器5042的电流判别，由于F5故障点一直存在，中断路器电流一直大于定值(用户整定，一般大于0.04In，In为二次额定电流)，通过死区保护跳开相邻断路器5043、2201和3501切除故障。

其中，所述预设中断路器电流定值取值范围为0.04In～2In，In为二次额定电流，，所述时间定值为0.1S～2S，一般整定为0.2S。

所以，无论变电站的故障点发生在任何位置，该方法都可以区分故障串和故障边断路器。

以上描述仅仅借助于实施例提供本发明的实现方法。对于本领域的技术人员是显而易见的，本发明不限于上面提供的实施细节，可以在不脱离本发明特征的情况下以另外的实施例实现。因此，提供的实施例应当被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，实现和使用本发明的可能性是由所附的权利要求限定。因而，由权利要求确定的实现本发明的各种选择包括等效实施例也属于本发明的范围。