防止拒动的主变后备保护复压闭锁系统及方法与流程

本发明涉及一种系统及方法，尤其是一种防止拒动的主变后备保护复压闭锁系统及方法，属于电力系统继电保护的技术领域。

背景技术：

电力系统出现故障时常伴随的现象是电流的增大和电压的降低，过流保护就是通过系统故障时电流的急剧增大来实现的。但是由于大型设备、机械的起动也会造成电流的瞬间增大，有可能造成开关的误动，为了防止其误动，在保护中增加低电压元件，将PT电压引入保护装置中，构成低电压闭锁过流，只有在“电流的增大和电压的降低”这两个条件同时满足时才出口跳闸。在将过流保护用于变压器的后备保护用时，再增加一个负序电压元件，作为一个闭锁条件，这样就构成了复合电压闭锁过流，简称复压过流。

复压过流保护主要用在变压器的后备保护或者变压器的进线保护中。变压器过载时，电压会降低，电流自然会升高，有可能达到过流定值，而过载的情况只会发生很短的时间，如果没有低电压闭锁条件，会引起变压器解列，所以为了保证供电的可靠性，加了低电压闭锁条件。

在采用复合电压过流保护的供电系统中，当主变压器的中压侧母线、低压侧母线及相邻设备发生三相短路故障时，则只能经低电压元件开放。若短路阻抗较大，主变压器的故障侧母线电压高于低电压元件动作电压，则主变压器的故障侧的后备保护将拒动。由于主变压器阻抗的存在，主变压器的高压侧母线电压二次值将高于故障侧母线电压，因此，主变压器的高压侧母线电压高于低电压元件动作电压，最终造成主变压器故障侧及高压侧后备保护均发生拒动，故障无法切除，严重影响电网及设备安全。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种防止拒动的主变后备保护复压闭锁系统及方法，其结构紧凑，既能躲开涌流造成的电压暂降，又可以提高低电压保护的动作电压，提高三相故障下低电压元件的灵敏度，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述防止拒动的主变后备保护复压闭锁系统，包括主变压器，所述主变压器通过高压侧开关与高压侧母线连接，主变压器通过中压侧开关与中压侧母线连接，主变压器通过低压侧开关与低压侧母线连接；还包括配置于高压侧母线侧的高后备保护装置、配置于中压侧母线侧的中后备保护装置以及配置于低压侧母线侧的低后备保护装置，所述高后备保护装置上连接用于获取高压侧开关电流的高压侧开关电流互感器以及用于获取高压侧母线电压的高压母线电压互感器，中后备保护装置上连接用于获取中压侧开关电流的中压侧开关电流互感器以及用于获取中压侧母线电压的中压母线电压互感器，低压侧后备保护装置上连接用于获取低压侧开关电流的低压侧开关电流互感器以及用于获取低压侧母线电压的低压母线电压互感器；

所述高后备保护装置、中后备保护装置以及低后备保护装置间相互连接，高后备保护装置根据高压侧开关电流以及高压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制高压侧开关的开关状态的高压复压过流保护控制信号，且利用高压反时限低电压保护方式产生用于控制高压侧开关的开关状态的高压反时限保护控制信号，高后备保护装置根据高压复压过流保护控制信号或高压反时限保护控制信号控制高压侧开关的开关；

中后备保护装置根据中压侧开关电流以及中压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制中压侧开关的开关状态的中压复压过流保护控制信号，且利用中压反时限低电压保护方式产生用于控制中压侧开关的开关状态的中压反时限保护控制信号，中后备保护装置根据中压复压过流保护控制信号或中压反时限保护控制信号控制中压侧开关的开关；

低后备保护装置根据低压侧开关电流以及低压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制低压侧开关的开关状态的低压复压过流保护控制信号，且利用低压反时限低电压保护方式产生用于控制低压侧开关的开关状态的低压反时限保护控制信号，低后备保护装置根据低压复压过流保护控制信号或低压反时限保护控制信号控制低压侧开关的开关。

所述高后备保护装置通过高压反时限低电压保护装置产生高压反时限保护控制信号，所述高压反时限低电压保护装置包括用于接收高压侧母线电压与高压负序电压判据比较结果以及与高压反时限低电压判据比较结果的第三或门，所述第三或门的输出端与第八与门的输入端连接，第八与门还接收高压侧复压过流保护投入状态信号，第八与门的输出端与第四或门的输入端连接，第四或门的输入端还接收中压侧复压过流保护动作状态信号、低压侧复压过流保护动作状态信号，第四或门的输出端与第十与门的一输入端连接，第十与门的另一输入端还与第九与门的输出端连接，第九与门的输入端分别用于接收故障电流方向状态信号以及高压侧开关电流与III段整定电流值比较结果。

所述高压反时限低电压判据中，高压反时限低电压为

其中，U_FXzd为高压反时限预设电压，U_min为最低运行电压，K_FX为可靠系数，t_FX1为反时限保护起始动作时间，t_FX2为反时限保护的最长动作时间。

一种防止拒动的主变后备保护复压闭锁方法，包括主变压器，所述主变压器通过高压侧开关与高压侧母线连接，主变压器通过中压侧开关与中压侧母线连接，主变压器通过低压侧开关与低压侧母线连接；还包括配置于高压侧母线侧的高后备保护装置、配置于中压侧母线侧的中后备保护装置以及配置于低压侧母线侧的低后备保护装置，所述高后备保护装置上连接用于获取高压侧开关电流的高压侧开关电流互感器以及用于获取高压侧母线电压的高压母线电压互感器，中后备保护装置上连接用于获取中压侧开关电流的中压侧开关电流互感器以及用于获取中压侧母线电压的中压母线电压互感器，低压侧后备保护装置上连接用于获取低压侧开关电流的低压侧开关电流互感器以及用于获取低压侧母线电压的低压母线电压互感器；

所述高后备保护装置、中后备保护装置以及低后备保护装置间相互连接，高后备保护装置根据高压侧开关电流以及高压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制高压侧开关的开关状态的高压复压过流保护控制信号，且利用高压反时限低电压保护方式产生用于控制高压侧开关的开关状态的高压反时限保护控制信号，高后备保护装置根据高压复压过流保护控制信号或高压反时限保护控制信号控制高压侧开关的开关；

中后备保护装置根据中压侧开关电流以及中压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制中压侧开关的开关状态的中压复压过流保护控制信号，且利用中压反时限低电压保护方式产生用于控制中压侧开关的开关状态的中压反时限保护控制信号，中后备保护装置根据中压复压过流保护控制信号或中压反时限保护控制信号控制中压侧开关的开关；

低后备保护装置根据低压侧开关电流以及低压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制低压侧开关的开关状态的低压复压过流保护控制信号，且利用低压反时限低电压保护方式产生用于控制低压侧开关的开关状态的低压反时限保护控制信号，低后备保护装置根据低压复压过流保护控制信号或低压反时限保护控制信号控制低压侧开关的开关。

所述高后备保护装置通过高压反时限低电压保护装置产生高压反时限保护控制信号，所述高压反时限低电压保护装置包括用于接收高压侧母线电压与高压负序电压判据比较结果以及与高压反时限低电压判据比较结果的第三或门，所述第三或门的输出端与第八与门的输入端连接，第八与门还接收高压侧复压过流保护投入状态信号，第八与门的输出端与第四或门的输入端连接，第四或门的输入端还接收中压侧复压过流保护动作状态信号、低压侧复压过流保护动作状态信号，第四或门的输出端与第十与门的一输入端连接，第十与门的另一输入端还与第九与门的输出端连接，第九与门的输入端分别用于接收故障电流方向状态信号以及高压侧开关电流与III段整定电流值比较结果。

所述高压反时限低电压判据中，高压反时限低电压为

其中，U_FXzd为高压反时限预设电压，U_min为最低运行电压，K_FX为可靠系数，t_FX1为反时限保护起始动作时间，t_FX2为反时限保护的最长动作时间。

本发明的优点：高后备保护装置利用高压反时限低电压保护方式产生用于控制高压侧开关的开关状态的高压反时限保护控制信号，高后备保护装置根据高压复压过流保护控制信号或高压反时限保护控制信号控制高压侧开关的开关；中后备保护装置利用中压反时限低电压保护方式产生用于控制中压侧开关的开关状态的中压反时限保护控制信号，中后备保护装置根据中压复压过流保护控制信号或中压反时限保护控制信号控制中压侧开关的开关；利用低压反时限低电压保护方式产生用于控制低压侧开关的开关状态的低压反时限保护控制信号，低后备保护装置根据低压复压过流保护控制信号或低压反时限保护控制信号控制低压侧开关的开关，既能躲开涌流造成的电压暂降，又可以提高低电压保护的动作电压，提高三相故障下低电压元件的灵敏度，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明反时限低压保护的示意图。

图3为本发明复合电压过流保护的电路原理图。

图4为本发明反时限低压保护的电路原理图。

附图标记说明：1-主变压器、2-差动保护装置、3-非电量保护装置、4-高后备保护装置、5-中后备保护装置、6-低后备保护装置、7-高压侧开关电流互感器、8-高压侧开关、9-高压母线电压互感器、10-中压侧开关、11-中压侧开关电流互感器、12-中压母线电压互感器、13-低压侧开关、14-低压侧开关电流互感器、15-低压母线电压互感器、16-第一或门、17-第一与门、18-第二或门、19-第五与门、20-第一计时器、21-第六与门、22-第二计时器、23-第七与门、24-第三计时器、25-第二与门、26-第三与门、27-第四与门、28-第三或门、29-第八与门、30-第四或门、31-第九与门以及32-第十与门。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能躲开涌流造成的电压暂降，又可以提高低电压的动作电压，提高三相故障下低电压元件的灵敏度，本发明包括主变压器1，所述主变压器1通过高压侧开关8与高压侧母线连接，主变压器1通过中压侧开关10与中压侧母线连接，主变压器1通过低压侧开关13与低压侧母线连接；还包括配置于高压侧母线侧的高后备保护装置4、配置于中压侧母线侧的中后备保护装置5以及配置于低压侧母线侧的低后备保护装置6，所述高后备保护装置4上连接用于获取高压侧开关电流的高压侧开关电流互感器7以及用于获取高压侧母线电压的高压母线电压互感器9，中后备保护装置5上连接用于获取中压侧开关电流的中压侧开关电流互感器11以及用于获取中压侧母线电压的中压母线电压互感器12，低压侧后备保护装置6上连接用于获取低压侧开关电流的低压侧开关电流互感器14以及用于获取低压侧母线电压的低压母线电压互感器15；

所述高后备保护装置4、中后备保护装置5以及低后备保护装置6间相互连接，高后备保护装置4根据高压侧开关电流以及高压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制高压侧开关8的开关状态的高压复压过流保护控制信号，且利用高压反时限低电压保护方式产生用于控制高压侧开关8的开关状态的高压反时限保护控制信号，高后备保护装置4根据高压复压过流保护控制信号或高压反时限保护控制信号控制高压侧开关8的开关；

中后备保护装置5根据中压侧开关电流以及中压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制中压侧开关10的开关状态的中压复压过流保护控制信号，且利用中压反时限低电压保护方式产生用于控制中压侧开关10的开关状态的中压反时限保护控制信号，中后备保护装置5根据中压复压过流保护控制信号或中压反时限保护控制信号控制中压侧开关10的开关；

低后备保护装置6根据低压侧开关电流以及低压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制低压侧开关13的开关状态的低压复压过流保护控制信号，且利用低压反时限低电压保护方式产生用于控制低压侧开关13的开关状态的低压反时限保护控制信号，低后备保护装置6根据低压复压过流保护控制信号或低压反时限保护控制信号控制低压侧开关13的开关。

具体地，主变压器1通常还配置有差动保护装置2以及非电量保护装置3，配置的差动保护装置2以及非电量保护3作为主变压器1的主保护，所述主保护用于快速切除主变压器1内部以及引出线发生的各类故障。差动保护装置2以及非电量保护装置3的具体工作过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当主保护拒动时，高后备保护装置4经过所需的延时后切除故障，保证主变压器1的安全；中后备保护装置5、低后备保护装置6可以作为中压侧母线、低压侧母线以及相邻设备短路故障的后备保护。

高后备保护装置4、中后备保护装置5以及低后备保护装置6间相互连接，高后备保护装置4能向中后备保护装置5以及低后备保护装置6传输高压侧复压过流保护投入状态信号，中后备保护装置5能向高后备保护装置4以及低后备保护装置6传输中压侧复压过流保护投入状态信号，低后备保护装置6能向高后备保护装置4以及中后备保护装置5传输低压侧复压过流保护状态投入信号。

高后备保护装置4内具有高压复合电压过电流保护装置，中后备保护装置5内具有中压复合电压过电流保护装置，低后备保护装置6内具有低压复合电压过电流保护装置；其中，高后备保护装置4根据高压侧开关电流以及高压侧母线电压利用高压复合电压过电流保护装置可以采用本技术领域常用的技术手段进行复合电压过电流保护，即得到高压复压过流保护控制信号的具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。同理，中后备保护装置5根据中压侧开关电流以及中压侧母线电压利用中压复合电压过电流保护装置得到中压复压过流保护控制信号、低后备保护装置6根据低压侧开关电流以及低压侧母线电压利用低压复合电压过电流保护装置得到低压复压过流保护控制信号的具体过程均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

具体实施时，高后备保护装置4利用高压反时限低电压保护方式产生用于控制高压侧开关8的开关状态的高压反时限保护控制信号，高后备保护装置4根据高压复压过流保护控制信号或高压反时限保护控制信号控制高压侧开关8的开关；中后备保护装置5利用中压反时限低电压保护方式产生用于控制中压侧开关10的开关状态的中压反时限保护控制信号，中后备保护装置5根据中压复压过流保护控制信号或中压反时限保护控制信号控制中压侧开关10的开关；利用低压反时限低电压保护方式产生用于控制低压侧开关13的开关状态的低压反时限保护控制信号，低后备保护装置6根据低压复压过流保护控制信号或低压反时限保护控制信号控制低压侧开关13的开关。

本发明实施例中，高后备保护装置4利用高压反时限低电压保护方式产生高压反时限保护控制信号，高压侧开关8的开关状态受高压复压过流保护控制信号或高压反时限保护控制信号进行控制，从而在供电网络故障状态下，能实现对高压侧开关8的有效断开，确保供电网络以及用电设备等的安全。所述高压反时限低电压保护是根据故障持续时间得到所需的高压低保护电压，利用高压侧母线电压与高压低保户电压之间的关系，从而产生高压反时限保护控制信号，从而可以躲开各类涌流造成的电压暂降，又可以提高低电压保护的动作电压，提高三相故障下低电压元件的灵敏度；所述低电压保护的动作电压是指低于所述低电压保护的动作电压时，能够产生低压反时限保护控制信号。中后备保护装置5利用中压反时限低电压保护方式产生中压反时限保护控制信号、低后备保护装置6利用低压反时限低电压保护方式产生低压反时限保护控制信号的具体过程均与高后备保护装置4产生高压反时限保护控制信号的过程类似，此处不再赘述。

如图3所示，为复合电压过电流保护装置的原理图，包括第一或门16以及与第一或门16输出端连接的第一与门17，第一与门17的输出端与第一或门18连接，第一或门18的输出端分别与第五与门19的一输入端、第六与门21的一输入端以及第七与门23的一输入端连接，第五与门19的另一输入端与第二与门25的输出端连接，第六与门21的另一输入端与第三与门26的输出端连接，第七与门23的另一输入端与第四与门27的输出端连接，第五与门19的输出端与第一计时器20的输入端连接，第六与门21的输出端与第二计时器22的输入端连接，第七与门23的输出端与第三计时器24的输入端连接。

以高压复合电压过电流保护装置为例进行说明，具体地，第一或门16的一输入端接收高压母线侧电压与高压负序电压判据比较结果，第一或门16的另一输入端接收高压母线侧电压与高压低电压判据的比较结果，第一或门16根据上述比较结果输出相应的逻辑电平，其中，高压负序电压判据、高压低电压判据的具体大小可以根据需要进行设定，具体设定的过程为本技术领域人员所熟知。第一与门17的输入端还接收高压侧复压过流动作状态信号，当高压侧复压过流保护动作状态信号为真(或高电平)时，表示高压后备保护装置4进行复压闭锁功能，否则，只进行过流保护功能；第二或门18的输入端还接收中压侧复压过流保护动作状态信号以及低压侧复压过流保护动作状态信号，中压侧复压过流保护动作状态信号、低压侧复压过流保护动作状态信号可以参考高压侧复压过流保护动作状态信号的说明。

第二与门25的一输入端接收故障电流方向状态信号，且第二与门25的另一输入端用于接收高压侧开关电流与I段整定电流值比较结果，故障电流方向状态信号为整定正方向时，则第二与门25的输入端接收高电平或有效电平信号；当为整定正方向表面故障在保护选取的方向上，此时可以进行切断高压侧开关8。第三与门26的以输入端接收故障电流方向状态信号，且第三与门26的另一输入端用于接收高压侧开关电流与II段整定电流值比较结果；第四与门27的一输入端接收故障电流方向状态信号，且第四与门27的另一输入端用于接收go压侧开关电流与III段整定电流值比较结果，I段整定电流值、II段整定电流值以及III段整定电流值的具体选取可以根据实际供电场合等情况进行确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。第一计时器20、第二计时器22、第三计时器24内分别设置复压过流保护I段时间整定值、复压过流保护II段时间值整定值、复压过流保护III段时间整定值，对应时间整定值的大小可以根据实际供电场合等情况进行确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

具体实施时，高压复合电压过电流保护装置的具体结构与中压复合电压过电流保护装置、低压复合电压过电流保护装置对应的具体结构相同，根据供电场合对中压负序电压判据、中压低电压判据、低压负序电压判据以及低压低电压判据等保护参数进行修改即可，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图4所示，所述高后备保护装置4通过高压反时限低电压保护装置产生高压反时限保护控制信号，所述高压反时限低电压保护装置包括用于接收高压侧母线电压与高压负序电压判据比较结果以及与高压反时限低电压判据比较结果的第三或门28，所述第三或门28的输出端与第八与门29的输入端连接，第八与门29还接收高压侧复压过流保护投入状态信号，第八与门29的输出端与第四或门30的输入端连接，第四或门30的输入端还接收中压侧复压过流保护动作状态信号、低压侧复压过流保护动作状态信号，第四或门30的输出端与第十与门32的一输入端连接，第十与门32的另一输入端还与第九与门31的输出端连接，第九与门31的输入端分别用于接收故障电流方向状态信号以及高压侧开关电流与III段整定电流值比较结果。

本发明实施例中，高压负序电压判据可以采用与上述高压复合电压过电流保护装置相同的值。所述高压反时限低电压判据中，高压反时限低电压为

其中，U_FXzd为高压反时限预设电压，U_min为最低运行电压，K_FX为可靠系数，t_FX1为反时限保护起始动作时间，t_FX2为反时限保护的最长动作时间。

高压反时限低电压的特性如图2所示，由图可知，高压反时限低电压判据的最大动作电压随着时间变化逐渐升高，呈现反时限特性。t_FX1为反时限复压过流保护起始动作时间，其整定值应躲开各类涌流造成的电压暂降，可与高压后备保护装置4内复压闭锁过流最末端保护动作时间相一致；U_FXzd为t_FX1时刻的最大动作电压，低于此电压即允许产生高压反时限保护控制信号。时间定值t_FX2为反时限复压过流保护最长动作时间，可以按照一次设备最大故障耐受时间取值，此时刻的最大动作电压U_FX为：

U_FX＝K_FXU_min

式中K_FX为可靠系数，可以根据现场实际取0.9～0.95，U_min为系统最低运行电压。

具体实施时，中后备保护装置5内的中压反时限低电压保护装置、低后备保护装置6内的低压反时限低电压保护装置的逻辑结构与高压反时限低电压保护装置完全相同，仅根据实际供电场合以及保护要求修改上述对应的设置参数即可，具体不再赘述。

综上，得到本发明防止拒动的主变后备保护复压闭锁方法，具体为：包括主变压器1，所述主变压器1通过高压侧开关8与高压侧母线连接，主变压器1通过中压侧开关10与中压侧母线连接，主变压器1通过低压侧开关13与低压侧母线连接；还包括配置于高压侧母线侧的高后备保护装置4、配置于中压侧母线侧的中后备保护装置5以及配置于低压侧母线侧的低后备保护装置6，所述高后备保护装置4上连接用于获取高压侧开关电流的高压侧开关电流互感器7以及用于获取高压侧母线电压的高压母线电压互感器9，中后备保护装置5上连接用于获取中压侧开关电流的中压侧开关电流互感器11以及用于获取中压侧母线电压的中压母线电压互感器12，低压侧后备保护装置6上连接用于获取低压侧开关电流的低压侧开关电流互感器14以及用于获取低压侧母线电压的低压母线电压互感器15；

所述高后备保护装置4、中后备保护装置5以及低后备保护装置6间相互连接，高后备保护装置4根据高压侧开关电流以及高压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制高压侧开关8的开关状态的高压复压过流保护控制信号，且利用高压反时限低电压保护方式产生用于控制高压侧开关8的开关状态的高压反时限保护控制信号，高后备保护装置4根据高压复压过流保护控制信号或高压反时限保护控制信号控制高压侧开关8的开关；

中后备保护装置5根据中压侧开关电流以及中压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制中压侧开关10的开关状态的中压复压过流保护控制信号，且利用中压反时限低电压保护方式产生用于控制中压侧开关10的开关状态的中压反时限保护控制信号，中后备保护装置5根据中压复压过流保护控制信号或中压反时限保护控制信号控制中压侧开关10的开关；

低后备保护装置6根据低压侧开关电流以及低压侧母线电压利用复合电压过电流保护方式产生用于控制低压侧开关13的开关状态的低压复压过流保护控制信号，且利用低压反时限低电压保护方式产生用于控制低压侧开关13的开关状态的低压反时限保护控制信号，低后备保护装置6根据低压复压过流保护控制信号或低压反时限保护控制信号控制低压侧开关13的开关。

本发明高后备保护装置4利用高压反时限低电压保护方式产生用于控制高压侧开关8的开关状态的高压反时限保护控制信号，高后备保护装置4根据高压复压过流保护控制信号或高压反时限保护控制信号控制高压侧开关8的开关；中后备保护装置5利用中压反时限低电压保护方式产生用于控制中压侧开关10的开关状态的中压反时限保护控制信号，中后备保护装置5根据中压复压过流保护控制信号或中压反时限保护控制信号控制中压侧开关10的开关；利用低压反时限低电压保护方式产生用于控制低压侧开关13的开关状态的低压反时限保护控制信号，低后备保护装置6根据低压复压过流保护控制信号或低压反时限保护控制信号控制低压侧开关13的开关，既能躲开涌流造成的电压暂降，又可以提高低电压保护的动作电压，提高三相故障下低电压元件的灵敏度，适应范围广，安全可靠。