专利名称：高压短距离双回线路链式电力网络判别故障并跳闸的方法
技术领域：
本发明属于电力工程领域的继电保护自动化领域，具体涉及一种高压短 距离双回线路链式电力网络判别短路故障并加速线路保护高选择性快速跳闸 的新方法。
背景技术：
当前在大中城市巿区及市郊的高压(如110kV)电力系统中有许多短距离
双回线路链式电力网络(见图1)，其保护装置大多采用多段式相间距离保护、 方向电流保护、零序方向电流保护或纵差保护。由于各线路的长度短，使距 离保护、方向电流保护的第一段只能退出不用，仅用其延时较长的第二、三 段(如图1所示的各保护所带延时)，导致无法快速切除短路故障。再者，短 距离双回线链式网络的保护第二段整定值计算较棘手，需计及各种运行方式 下的分支系数，采用某个固定的整定值很难保证所有运行方式下切除故障的
选择性，很难防止一回线故障时另一回线保护误动作；为了防止误动作，通 常不得不将各母联断路器断开，即人为地将同一变电站的两母线分开各自独 立地运行，使原本双回并联串接的供电线路改变成两个分列的单回线路运行， 更有甚者，运行中可能调度上的需要在网络的某处解列成两个单侧电源的单 回线路辐射性网络运行，必然造成短路故障时，即使有选择性地切除，如图2 所示，也会造成下一级无故障线路及母线负荷都一起停止供电，出现切一串， 停一片的恶性事故，这完全失去了原设计的双回线并联串接网络供电的可靠 性及灵活性优点。若采用短线路纵差动保护，需安装光纤通道，保护装置的成本增加及保护的运行维护也较复杂，而且不能保证有选择性地切除母线故 障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高压短距离双回线路链式电力网络 判别故障并跳闸的方法，用一种较简单的方法在相当大程度上克服短距离双 回线链式供电网络上述保护的缺点，做到仍保留原本的双回线并联串接供电 网络(母联断路器仍闭合)的运行特性，而在继电保护上又能达到高选择性 快速切除故障的目的。
为完成上述任务，本发明的技术方案是采用了一种高压短距离双回线路 链式电力网络判别故障并跳闸的方法，线路自身的过流判据和功率方向判据
动作后，经过设定的时限保护线路跳闸，母联保护的过流判据LJM动作后， 经过设定的时限保护母联跳闸，该方法还将距接地点最近的母联保护的功率 方向判据及过流判据LJM相与动作后用于去加速与该母联支路直接相连接的 线路的时限保护。
进一步，功率方向判据包括母联功率方向判据I——GFJM I和母联功率 方向判据II~~GFJMII，母联功率方向判据I定义为当电流自II母线流向I 母线为正，GFJMI动作；母联功率方向判据II定义为当电流自I母线流向II 母线为正，GFJMII动作；母联功率方向判据I与过流判据LJM相与动作后产 生加速信号SIG I用于去加速该母联支路相连接的线路I的时限保护；母联功 率方向判据n与过流判据LJM相与动作后产生加速信号SIGII用于去加速该 母联支路相连接的线路II的时限保护。
进一步，加速信号SIG I和加速信号SIGII之间互相锁定。进一步，加速信号SIG I和加速信号SIGII之间均通过一个瞬时动作延时
返回的时间元件互相锁定。
进一步，功率方向判据及过流判据为零序功率方向判据及零序过流判据。 可以选择的技术方案还有一种高压短距离双回线路链式电力网络判别故
障并跳闸的方法，线路自身的过流判据和功率方向判据动作后，经过设定的
时限保护线路跳闸，母联保护的过流判据LJM动作后，经过设定的时限保护
母联跳闸，该方法还将距接地点最近的母联保护的功率方向判据及过流判据
LJM相与动作后用于去加速与该母联支路直接相连接的线路的时限保护。
进一步，功率方向判据为母联功率方向判据GFJM，母联功率方向判据GFJM 定义为当电流自II母线流向I母线为正，GFJM动作；母联功率方向判据GFJM 与过流判据LJM相与动作后产生加速信号S工G I用于去加速该母联支路相连接 的线路I的时限保护；母联功率方向判据GFJM经取非与过流判据LJM相与动 作后产生加速信号SIGII用于去加速该母联支路相连接的线路II的时限保 护。
进一步，加速信号S工G I和加速信号SIGII之间互相锁定。 进一步，加速信号SIG I和加速信号SIGII之间均通过一个瞬时动作延时 返回的时间元件0/t互相锁定。
进一步，过流判据LJM的输出信号经过一个延时时间元件t的延时处理。 进一步，功率方向判据及过流判据为零序功率方向判据及零序过流判据。 本发明保护接地短路的功能采用距接地点最近的母联保护的零序功率方 向判据及零序过流判据动作去加速该母联支路相连接的线路零序方向电流时 限保护，能够高选择性快速切除接地故障的。在高电压短距离双回线路链式电力网络诸多母联支路中，只是靠近短路故障点的母联支路流过大的短路电 流，该母联支路保护的过流判据动作，而其他母联支路流过的电流很小，它 们的过流判据不动作。靠近短路故障点的母联支路保护的过流判据及功率方 向判据瞬时动作，有选择性地去加速靠近短路点的线路方向过流时限保护动 作，使短路故障能高选择性地被快速切除，切除故障总时间为瞬时或个别情 况下可以达到至多不大于0. 4秒。
当该电力网络任一点发生相间短路(或单相接地短路)故障时本方法能 使较简单的线路方向过流时限保护(或零序过流时限保护)具有高选择性快 速切除故障的效能，具有实际应用价值。
图1为高压短距离双回线链式电力网络示意图； 图2为现有的高压短距离双回线链式电力网络保护逻辑图； 图3为本发明的高压短距离双回线链式电力网络保护逻辑图； 图4为本发明的另一种高压短距离双回线链式电力网络保护逻辑图。
具体实施例方式
图1中高压短距离双回线链式电力网络虽为双侧电源或环网，但实际运 行中几乎全部时间是在网络的某处解环运行，变成两个单侧电源的短距离双 回线链式网络。因此，在以保护的动作行为分析中以图1中的1DL及9DL解 环的运行方式并按本发明图3所示的保护总框图论述之。设图1供电网络在T 变电站解环运行(1DL、 9DL断开)，当ch点相间短路时，短路电流的流动路径 及方向如图中/二、 /:箭头所示。
图3中各个母联支路的保护都采用两个功率方向判据GFJMI (电流的正方向为I工母线流向I母线)及GFJMII (电流的正方向为I母线流向II母 线)；而图4中各个母联支路的保护只采用一个功率方向判据GFJM (电流的正 方向为II母线流向I母线)。又图4的母联保护电流判据LJM处比图3多用 了延时0. 04秒动作的时间元件，该时间元件的作用是为了确保短路故障时该 时间元件输出端动作必在方向元件GFJM动作之后，从而能有效防止I线路或 I母线短路时可能发生II线路保护的误加速跳闸；这样，图4保护的出口动 作时间比图3晚0.04秒。图3与图4除以上两点差异以外，其他动作特性两 图完全相同，因此按图3论述的本发明保护的动作行为结论也完全适用于图4， 只不过图4保护的出口动作时间比图3保护迟0. 04秒而己。
对于微机保护而言，图3的GFJM I与GFJMII的软件完全相同，只是二者 的内角相差180。，因此微机保护采用图3为宜，并不增加保护的成本及复杂 性，又能取得保护出口快速动作(比图4快0.04秒)的优点。对模拟式保护 而言，可以采用图4，只用一个GFJM，简化保护及降低保护成本，虽然保护 出口动作慢0. 04秒，但考虑到这种短距离双回线路链式网络的电压等级多为 110kV，保护出口迟0.04秒无碍；当然模拟式保护采用图3也可以。
一、本发明保护的配置及整定原则
图1网络中各线路及各母线支路均配置简单的方向电流时限保护及方向 零序电流时限保护。各线路保护过流判据的定值按躲开本线路末端变电站的 降压变电站中、低压侧短路来整定，并满足本线路末端短路时有足够的灵敏 度。图1第I条线路的1DL、 3DL、 5DL、 7DL处的保护为同方向保护，其时限 分别为Os、 0.3s、 0.6s、 0.9s，时限级差At二0.3s; 4DL、 6DL、 8DL处的保 护为同方向保护，其时限分别为Os、 0.3s、 0.6s。第II条线路保护的方向、时限同理。 各母联支路保护的动作时限均为0. 3s。 二、相间短路故障时本发明保护的动作行为分析 按图3所示的保护总框图分析。
1、 线路中部短路
如图1的山短路点(不位于母线附近)，与故障线路相邻的R变电站的母
联DU及T变电站的母联DLi流过的短路电流方向为II母线流向I母线，R及 T变电站母联保护的LJM及GFJM I立即动作分别去加速I线路的3DL、 6DL保 护及8DL保护，但6DL保护的GFJI不动作，所以只3DL、 8DL瞬间跳闸，这 是高选择性切除故障，故障切除总时间只是简单的方向过流判据的运算时间 与断路器跳闸时间之和，小于60ms。
2、 线路的近母线端短路
如图1的d2点C线路始端靠近R母线，所有母联中只母联DL中有短路电 流，电流方向为II母线流向I母线，而母联DLp、 DU中无短路电流或很小不 去加速线路保护，DL母联保护的GFJM I及LJM立即动作去加速I回线的3DL、 6DL线路保护，因6DL线路保护的GFJI不动作，所以只3DL瞬间跳闸。3DL 跳开后，母联DU中的短路电流倒流(自I母线流向II母线)，母联Db保护 的GFJMII虽动作，但由于瞬时动作延时返回的时间元件及其输出端"非"门 的作用，能有效防止II回线误跳闸。又，3DL跳开后，DL,母联中有短路电流 (方向自II母线流向I母线)，DU母联保护的GFJM I及LJM动作去加速I线 路的8DL相继跳闸，故障切除时间小于100ms。
3、 母线短路如图1的R变电站II母线d:i点短路，在所有母联支路中只是R变电站母
联支路有短路电流，电流方向自I母线流向II母线，R变电站母联保护的 GFJMII及LJM动作去加速11DL、 14DL线路保护，但14DL线路保护的GFJII 不动作，14DL不跳闸，且11DL保护的LJII因电流太小不动作，故11DL也不 跳闸。待延时0. 3秒后R变电站的母联方向过流时限保护动作将D"断路器跳 开。DU跳开后，P、 T变电站母联支路的短路电流才增大，电流方向自I母线 流向II母线，P、 T变电站母联保护的GFJMII及LJM动作，分别去加速12DL、 13DL线路保护及16DL线路保护，但12DL保护的GFJII不动作，故12DL不跳 闸，只13DL、 16DL跳闸，切除故障总时间小于0.4s，这也是高选择性跳闸， 停电范围最小。
4、双侧电源短路
以上分析是电网某处解环(图1中1DL、 9DL断开运行)分列成两个单侧 电源运行发生短路的情况。以单侧电源分析的原因是电网实际的几乎全部运 行时间为单侧电源，又因为以单侧电源分析简介明了，能抓着分析的重点。 个别时候电网也可能为双侧电源的短距离双回线路链式运行状态(图1中1DL、 9DL合闸运行)又发生d,点、或d2点、或山短路时，同理分析可得出本发明 保护方案一 (图3)及方案二 (图4)的动作行为如同单侧电源分析的同样结 论，不再赘述。
5、与传统保护方案图2比较 以A短路分析图3与图2:
图2中的传统保护方案中，当d,短路时，对于3DL保护安装处，流过3DL 保护的电流方向为母线指向线路(正方向)，方向电流时限保护动作(当发接地故障时，方向零序电流时限保护动作)，即图3中LJ I与GFJ I元件动作，
经延时"(如图1所示，3DL处，保护延时0.3s， tT=0.3s)跳3DL，保护 动作带有0. 3s的延时；同理可分析，对于8DL保护动作时带有0. 6s延时。 3DL与8DL跳闸后切除故障，加上断路器跳闸时间，切除故障线路的总时间大 于O. 6s。
本发明图3中，对于6DL保护安装处，由于流过6DL保护的电流方向为 线路指向母线(反方向)，因此功率方向元件不动作而只有过流元件动作，即 图3中LJ I动作，GFJ I元件不动作，因此对于6DL处保护，保护不动作。(此 过程与图2中的传统保护方案同理)
与故障线路相邻的R变电站的母联DU流过的短路电流方向为II母线流 向I母线，DU母联保护的LJM及GFJM I立即动作去加速I线路的3DL和6DL 保护(由于6DL功率方向保护不动作，故只有3DL瞬时动作)；同理可分析， 对于T变电站的母联DU的LJM及GFJM I立即动作去加速I线路的8DL保护。 3DL与8DL跳闸后切除故障，故障切除总时间只是简单的方向过流判据的运算 时间与断路器跳闸时间之和，小于60ms，从而实现利用母联电流判据加速线 路保护动作的目的，此过程为本发明方案比较于传统方案(图2所示)的创 新点。
图2、 3中:
LJM——母联过流判据；
GFJM I——母联功率方向判据I ，当电流自II母线流向I母线为正，GFJM I动作；
GFJMII——母联功率方向判据II，当电流自I母线流向II母线为正，GFJMII动作；
LJ I——与母联相连接的1回线路过电流判据； LJII——与母联相连接的II回线路过电流判据；
GFJ I——与母联相连接的I回线路功率方向判据，当电流自母线流向线 路为正方向，GFJI动作；
GFjn——与母联相连接的n回线路功率方向判据，当电流自母线流向
线路为正方向，GFJII动作；
IZU——瞬时动作延时返回的时间元件。 图2、 4中
GFJM——母联功率方向判据，当电流自II母线流向I母线为正方向，GFJM 动作；
延时动作瞬时返回的时间元件;
延时0. 04秒动作瞬时返回的时间元件。
其他文字符号的意义皆与图3中相应文字符号的意义相同。
权利要求
1、一种高压短距离双回线路链式电力网络判别故障并跳闸的方法，线路自身的过流判据和功率方向判据动作后，经过设定的时限保护线路跳闸，母联保护的过流判据LJM动作后，经过设定的时限保护母联跳闸，其特征在于，该方法还将距接地点最近的母联保护的功率方向判据及过流判据LJM相与动作后用于去加速与该母联支路直接相连接的线路的时限保护。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的功率方向判据包括母联功率方向判据I——GFJMI和母联功率方向判据II——GFJMII，母联功率方向判据I定义为当电流自I工母线流向I母线为正，GFJMI动作；母联功率方向判据II定义为当电流自I母线流向II母线为正，GFJMII动作；母联功率方向判据I与过流判据LJM相与动作后产生加速信号SIG I用于去加速该母联支路相连接的线路I的时限保护；母联功率方向判据II与过流判据LJM相与动作后产生加速信号SIGII用于去加速该母联支路相连接的线路II的时限保护。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，加速信号SIGI和加速信号SIGII之间互相锁定。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，加速信号SIGI和加速信号SIG工I之间均通过一个瞬时动作延时返回的时间元件互相锁定。
5、 根据权利要求l、 2、 3或4所述的方法，其特征在于，所述的功率方向判据及过流判据为零序功率方向判据及零序过流判据。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的功率方向判据为母联功率方向判据GFJM，母联功率方向判据GFJM定义为当电流自II母线流向I母线为正，GFJM动作；母联功率方向判据GFJM与过流判据LJM相与动作后产生加速信号SIG I用于去加速该母联支路相连接的线路I的时限保护；母联功率方向判据GFJM经取非与过流判据LJM相与动作后产生加速信号SIGII用 于去加速该母联支路相连接的线路II的时限保护。
7、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，加速信号SIG I和加速信 号SIGII之间互相锁定。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，加速信号SIGI和加速信 号SIGII之间均通过一个瞬时动作延时返回的时间元件0/t互相锁定。
9、 根据权利要求l、 6、 7或8任一条所述的方法，其特征在于，过流判 据LJM的输出信号经过一个延时时间元件t的延时处理。
10、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的功率方向判据及 过流判据为零序功率方向判据及零序过流判据。
全文摘要
本发明涉及高压短距离双回线路链式电力网络判别故障并跳闸的方法，线路自身的过流判据和功率方向判据动作后，经过设定的时限保护线路跳闸，母联保护的过流判据LJM动作后，经过设定的时限保护母联跳闸，其特征在于，该方法还将距接地点最近的母联保护的功率方向判据及过流判据LJM相与动作后用于去加速与该母联支路直接相连接的线路的时限保护。当电力网络某点发生短路故障时，距故障点最近的母联支路保护的功率方向判据及过流判据立即动作去加速与该母联支路相连接的线路方向电流时限保护，达到采用较简单的保护方法能高选择性地快速切除故障的目的。
文档编号H02H7/28GK101534004SQ200810049330
公开日2009年9月16日 申请日期2008年3月10日 优先权日2008年3月10日
发明者李瑞生, 锐 王 申请人:王 锐;李瑞生