一种基于和差阻抗的电流差动继电器的制作方法

本发明涉及电力系统继电保护领域，更具体涉及一种基于和差阻抗的电流差动继电器。

背景技术：
：

电流差动保护作为输电线路的主保护在我国得到广泛应用，输电线路电容影响差动保护的动作性能，电压等级越高，电容电流越大，需要对电容电流进行补偿。

现有技术提出了不同电容电流补偿方法，但是区内故障时，电容电流无法实现准确补偿。现有技术提出了基于贝瑞隆模型的电流差动保护原理，但是对采样率要求较高，采样率不满足要求时，需要进行差值运算，影响保护精度。同时线路安装并联电抗器之后，需要在差动保护中消除流过并联电抗器电流，但是对于可控并联电抗器，无法准确消除流过并联电抗器电流，需要在并联电抗器首端安装CT，引入线路差动保护，增加了成本及运维工作量。

技术实现要素：
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针对以上问题，本发明的目的是提供一种基于和差阻抗的电流差动继电器，利用线路区内外故障容抗差异建立和差阻抗判据，通过与改进的电流差动保护配合，实现区内故障的快速切除。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于和差阻抗的电流差动继电器，包括和差阻抗继电器和杂交电流差动继电器；所述和差阻抗继电器包括稳态量和差阻抗继电器Z和突变量和差阻抗继电器△Z；所述杂交电流差动继电器包括相电流差动继电器相电流差动继电器零序电流差动继电器D01和杂交电流差动继电器Dzj；所述和差阻抗继电器包括稳态量和差阻抗继电器Z包括稳态量和差阻抗继电器Z1和稳态量和差阻抗继电器Z2；所述突变量和差阻抗继电器△Z包括突变量和差阻抗继电器△Z1和突变量和差阻抗继电器△Z2；所述突变量和差阻抗继电器△Z2与所述稳态量和差阻抗继电器Z1与门输出Zt；所述稳态量和差阻抗继电器Z1和所述突变量和差阻抗继电器△Z1与门输出Z；所述突变量和差阻抗继电器△Z1和所述稳态量和差阻抗继电器Z2与门输出Z0；所述输出Zt和相电流差动继电器与门输出DZ1；所述输出Z、相电流差动继电器和杂交电流差动继电器Dzj与门输出DZ2；所述输出DZ1和所述输出DZ2或门输出并按相跳合闸操作；所述或门输出的非门输出、输出Z0、零序电流差动继电器D01和选相元件S1与门输出并选跳合闸操作。

所述相电流差动继电器相电流差动继电器零序电流差动继电器D01和杂交电流差动继电器Dzj根据分相电流差动继电器削减负荷分量电流差动继电器Jfh、零序电流差动继电器J0和防大数差动继电器JD确定；所述分相电流差动继电器包括分相电流差动继电器分相电流差动继电器和分相电流差动继电器所述零序电流差动继电器J0包括带40ms延时的零序电流差动继电器J01和不带延时的零序电流差动继电器J02；所述防大数差动继电器JD包括防大数相差动继电器JD1、防大数相差动继电器JD2、防大数零序差动继电器JD01和防大数零序差动继电器JD02。

所述相电流差动继电器为所述分相电流差动继电器和所述防大数相差动继电器JD1与门输出；所述相电流差动继电器为所述分相电流差动继电器和防大数相差动继电器JD1所述与门输出；所述零序电流差动继电器D01为所述带40ms延时的零序电流差动继电器J01和防大数零序差动继电器JD01与门输出；所述杂交电流差动继电器Dzj为所述削减负荷分量电流差动继电器Jfh和防大数相差动继电器JD2与门输出与所述不带延时的零序电流差动继电器J02和防大数零序差动继电器JD02与门输出的与门输出。

所述稳态量和差阻抗继电器通过下式计算：

阻抗

式中，分别为线路两侧稳态量相电压和相电流；

所述稳态量和差阻抗继电器Z1的动作区通过下式在阻抗直角坐标系R-jX中围成的封闭区域确定：

Xset＝500+5ZL1Ω、-Rset＝500+5ZL1Ω、-XC＝250-0.1RΩ、-XC＝250+0.2RΩ和

所述稳态量和差阻抗继电器Z2的动作区通过下式在阻抗直角坐标系R-jX中围成的封闭区域确定：

-Rset＝500+5ZL1Ω、Xset＝500+5ZL1Ω、-XC＝250-0.1RΩ和-XC＝250+0.3RΩ；

其中，Rset为电阻定值；Xset为电感定值；XC为容抗定值；UΣ为ZL1为线路正序阻抗。

所述突变量和差阻抗继电器△Z1的动作判据为：

ΔIΣZset＞ΔUΣ

所述突变量和差阻抗继电器△Z2的动作判据为：

ΔIΣZset＞3ΔUΣ

启动所述突变量和差阻抗继电器后投入2周波后闭锁；其中Zset为整定阻抗。

对于多端差动，稳态量取最大和次大的稳态量电压和，突变量取最大和次大的突变量电压和；

当有电压互感器断线，断线电压互感器不参与比较；当只剩下一个电压时，将断线电压用0.9/0.5倍额定电压替代。

所述分相电流差动继电器的动作判据为：

其中，IΣ为分相电流，和线路的两侧电流，Imax≥Imin；

所述分相电流差动继电器投入2个周波，其动作判据为：

所述分相电流差动继电器的动作判据为：

所述削减负荷分量电流差动继电器Jfh动作判据为：

其中，IΣ为削减负荷分量电流，和线路的两侧电流，和Imax-1≥Imin-1，为对应的电流相量，为对应的电流相量，为线路两侧正序电流相量。所述零序电流差动继电器J0动作判据为

其中，I0为零序电流，为对应的电流相量，为对应的电流相量。

所述防大数相差动继电器JD1的动作判据为：

防大数相电流

所述防大数相差动继电器JD2的动作判据为：

防大数相电流

所述防大数零序差动继电器JD01的动作判据为：

防大数零序电流

所述防大数零序差动继电器JD02的动作判据为：

防大数零序电流

其中，B、C，为经大数处理后的线路两侧电流相量。

所述选相元件S1通过下式确定：

其中，为线路两侧正序电流相量和，为线路两侧负序电流相量和为线路两侧零序电流相量和。和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案差动继电器无需进行电流补偿，具有高灵敏度、快速性显著优于现有差动保护；

2、本发明技术方案改进的电流差动保护判据无需进行电流补偿，改进了制动量，同时具备防止异常大数的功能；

3、本发明技术方案当在区内故障时，电容电流实现准确补偿；

4、本发明技术方案严重故障情况下(出口三相短路)，5ms之内切除故障；

5、本发明技术方案切除高阻能力达800欧姆，远大于现有电流差动保护切除故障能力(600欧姆)；

6、本发明技术方案快速性对于系统稳定具有重要作用，灵敏性可以切除轻微故障，防止事故范围的扩大。

附图说明

图1为本发明实施例电流差动保护动作逻辑示意图；

图2为本发明实施例电流差动保护动作逻辑示意图；

图3为本发明实施例零序电流差动保护动作逻辑示意图；

图4为本发明实施例杂交电流差动保护动作逻辑示意图；

图5为本发明实施例和差阻抗继电器与电流差动继电器逻辑关系图；

图6为本发明实施例Zset1动作区示意图；

图7为本发明实施例Zset2动作区示意图；

图8为本发明实施例稳态量和差阻抗继电器及突变量和差阻抗继电器配合逻辑示意图；

图9为本发明实施例仿真模型示意图；

图10为本发明实施例M侧三相电流采样值示意图；

图11为本发明实施例A相稳态量和差阻抗动作轨迹示意图；

图12为本发明实施例变化量和差阻抗动作曲线示意图；

图13为本发明实施例和差阻抗动作曲线示意图；

图14为本发明实施例M侧三相电流采样值示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例：

本例的发明提供一种基于和差阻抗的电流差动继电器，分为两大部分：和差阻抗继电器和杂交电流差动继电器。

(1)和差阻抗继电器

和差阻抗继电器分为稳态量和差阻抗继电器(Z)和突变量和差阻抗继电器(△Z)。

1)稳态量和差阻抗继电器

稳态量和差阻抗继电器的计算公式为：

式中，分别为线路两侧稳态量相电压和相电流。

稳态量和差阻抗继电器1(Z1)，动作区如图6所示。

稳态量和差阻抗继电器2(Z2)，动作区如图7所示。

2)突变量和差阻抗继电器

突变量和差阻抗继电器1(△Z1)，动作判据为

ΔIΣZset＞ΔUΣ

突变量和差阻抗继电器2(△Z2)，动作判据为

ΔIΣZset＞3ΔUΣ

启动后投入2周波，此后闭锁。

Zset的定值及连续动作确认点数如下表：

对于多端差动，可能有多端电压。稳态量取最大和次大的稳态量电压和，突变量取最大和次大的突变量电压和。

当有PT断线，断线PT不参与比较。当只剩下一个电压时，将断线电压用0.9/0.5倍额定电压替代。稳态量突变量Ue为线电压的额定值，U为相电压幅值，为相电压相量值，为相电压突变量相量值。

稳态量和差阻抗继电器与突变量和差阻抗继电器配合逻辑如图8所示。

(2)电流差动继电器

1)分相电流差动继电器

分相电流差动继电器动作判据为

其中：和线路的两侧电流，Imax≥Imin。

分相电流差动继电器投入2个周波，动作判据为

分相电流差动继电器动作判据为

2)削减负荷分量电流差动继电器Jfh

削减负荷分量电流差动继电器Jfh动作判据为

其中：和线路的两侧电流，和Imax-1≥Imin-1。

3)零序电流差动继电器J0

零序电流差动继电器J0动作判据为

零序电流差动继电器分为两种，一种带40ms延时J0-T，另一种不带延时J0。

4)防大数差动继电器JD

防大数相差动继电器1(简称JD1)，动作判据为

防大数相差动继电器2(简称JD2)，动作判据为

防大数零序差动继电器1(简称JD01)，动作判据为

防大数零序差动继电器2(简称JD02)，动作判据为

其中，B、C，为经大数处理后的线路两侧电流相量。

选相元件S1：

电流差动保护动作逻辑为如图1-4；

(3)和差阻抗继电器与电流差动继电器逻辑关系

和差阻抗继电器与电流差动继电器逻辑关系如图5所示：

实施方案1：和差阻抗继电器

(1)采集线路两侧电压及电流利用傅氏变换计算相量

(2)计算线路两侧电压突变量及电流突变量利用傅氏变换计算相量

(3)计算

(4)当且时，按相输出Z。

(5)当且时，输出Z0。

(6)当且时，输出Zt

实施方案2：改进电流差动继电器

(1)采集线路两侧电流利用傅氏变换计算相量

(2)比较与令和

(3)计算与比较与令和

(4)进行大数处理，获得比较二者，令

(5)计算IDM0、IDN0，比较二者，令

(6)若动作，且JD1动作，输出

(7)若动作，且JD1动作，输出

(8)若J01动作，且JD01动作，输出D01；

(9)若Jfh、JD2、J02、JD02动作，输出Dzj；

实施方案3：和差阻抗继电器与改进电流差动继电器配合逻辑

(1)若输出Zt，且输出按相跳开断路器；

(2)若输出Z，且输出Dzj，按相跳开断路器；

(3)若输出Z0、D01、S1，且(1)或(2)条件不满足，选跳断路器。

仿真验证：

仿真模型如图9所示，

模型参数

性能分析

(1)速动性

故障类型：区内(F1)A相金属性故障；

动作情况：A相经4.2ms动作。

M侧三相电流采样值如图10所示，

A相稳态量和差阻抗动作轨迹(t＝1.67ms)如图11所示，

变化量和差阻抗动作曲线如图12所示，

和差阻抗动作曲线如图13所示，

(2)灵敏性

故障类型：线路带8000MW负荷，A相经800Ω过渡电阻接地。(特高压5000MW，高阻600Ω)；

动作情况：A相经51.7ms动作，如图14所示，

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。