面向同杆双回线内部的零序反时限过流保护相继动作方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护领域，尤其涉及一种面向同杆双回线内部的输电网零序反时限过流保护的相继动作加速方法。

背景技术：

零序反时限过流保护具有反时限的独特优势，即流过保护安装处的电流与保护动作时间成反比，因此其做后备保护时可以获得较高的灵敏度，在高压电网中的应用也日益广泛。电力系统发生接地故障时，零序等效电源位于故障点处，距故障点距离越远，流过的零序电流越小，因此一般情况下零序反时限过流保护可以根据零序电流的自然分布特性保持动作的选择性。这也是当前在实际应用中全网使用同一条反时限特性曲线的原因。

近年来，为了降低建设成本、减少土地占用面积及增大输电容量，同杆双回线输电系统得到了越来越广泛的应用。然而，同杆双回线结构将对接地故障时零序电流的分布特性产生重大影响。当系统线路参数及故障位置满足特定条件时，双回线内部故障线路两端保护的灵敏度配合也会存在问题，出现远故障侧保护先于近故障侧保护动作的情况，不满足继电保护关于选择性的要求。

现有技术中公开了通过广域测量系统得到故障发生时各端点处零序电压值及各端点零序电压的最小值，由此计算电压加速因子的数值，并在反时限特性表达式中引入电压加速因子来改变各保护的动作时间，从而使各保护满足选择性要求的方法。上述方案虽然可以根据实际情况调整保护的动作时间；但是，此法需要采用广域信息，实现难度较大，成本较高，难以在实际现场中推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种面向同杆双回线内部的零序反时限过流保护相继动作方法，该方法基于双回线内部各保护测得的零序功率方向，用于解决双回线内部故障时故障线路两端保护由于流过零序电流大小差别较大而导致的灵敏度配合问题。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

面向同杆双回线内部的零序反时限过流保护相继动作方法，包括：

设定由母线指向被保护线路为零序功率正方向；双回线中每条线路两端均装有零序反时限过流保护装置；各零序反时限过流保护安装处均装有零序功率方向元件；

双回线内部零序反时限过流保护的相继动作行为由附加的加速模块产生；所述加速模块作为一个附加模块独立于零序反时限过流保护之外，在加速模块因为各种原因不能工作时，零序反时限过流保护本身仍然能够正常工作；

所述加速模块动作的条件为：当双回线路中一条线路发生故障且故障线路对端断路器跳闸后，如果本端两条线路上保护检测到的零序功率方向相反，即故障线路上的零序功率方向元件判为正方向，非故障线路上的零序功率方向元件判为反方向，则判定为区内故障，并使故障线路本端保护迅速跳闸，即故障线路两端保护以相继动作的方式实现保护加速，从而缩短过流保护处零序电流较小时保护的动作时间。

进一步地，

发生区内故障时，故障线路本端和对端保护的零序功率方向元件均判为正方向；

如果非故障线路本端保护的零序功率方向也为正方向，则故障线路与非故障线路本端保护的加速模块相互闭锁不会启动；

对于故障线路与非故障线路的零序反时限过流保护而言，由于非故障线路上流过的故障电流较小，因此非故障线路本端保护不启动，故障线路本端保护启动并计算延时；

此时，非故障线路对端保护处的零序功率方向为反方向，其加速模块和零序反时限过流保护均不启动；而故障线路对端保护满足加速模块动作条件，因此，故障线路对端保护经延时t₁加速动作跳开相应断路器；

故障线路对端保护跳闸后，流过非故障线路本端保护的零序电流反向；因此，非故障线路本端保护的零序功率方向变为反方向，从而使故障线路本端保护满足加速模块动作条件；因此，故障线路本端保护会在故障线路对端保护跳闸后相继动作从而迅速隔离故障。

进一步地，

发生区内故障时，故障线路本端和对端保护的零序功率方向元件均判为正方向；

如果非故障线路本端保护的零序功率方向为反方向，则故障线路本端保护立即满足加速模块动作条件；此时通过设置合理的动作延时t₁，使得故障线路本端的保护元件动作，则故障线路对端的保护元件会在故障线路本端的保护元件动作后相继动作从而隔离故障。

进一步地，

所述加速模块动作与双回线路内部零序反时限过流保护元件动作相互独立，加速模块无法正常启动时，零序反时限过流保护元件仍能按照自身的工作原理切除故障。

进一步地，

所述动作延时t₁应在综合考虑主保护的动作时间与零序反时限元件流过启动电流时所对应的最大动作时间的基础上确定；

所述动作延时t₁应满足在双回线内部任意位置故障时，双回线路零序反时限过流保护的动作时间不大于t₁。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述相继动作方案原理清晰，实现方便。可以有效避免双回线路内故障线路两侧保护灵敏性的配合问题，且无需增加广域测量设备，成本低；

(2)采用本发明所述双回线内部故障线路两端零序反时限过流保护的相继动作方案，可以实现无论双回线内部何处故障，均能保证以相继动作的形式予以迅速可靠的切除；

(3)本发明所述相继动作方案不影响反时限保护的原有性能，在加速方案因各种原因无法正常工作时，零序反时限过流保护本身仍能正常动作，保证了故障切除的可靠性。

附图说明

图1是双回线结构及故障位置示意图；

图2是双回线路内部保护相继动作方案逻辑结构图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

1.一种基于零序功率方向的双回线路保护相继动作方案

本发明公开了一种面向同杆双回线结构针对双回线路内部的零序反时限过流保护相继动作方法，包括：

设定由母线指向被保护线路为零序功率正方向；双回线中每条线路两端均装有零序反时限过流保护装置；各零序反时限过流保护安装处均装有零序功率方向元件；

双回线内部零序反时限过流保护的相继动作行为由附加的加速模块产生；该模块作为一个附加模块独立于零序反时限过流保护之外，在加速模块因为各种原因不能工作时，零序反时限过流保护本身仍然可以正常工作。

所述加速模块动作的条件为：当双回线路中一条线路发生故障且故障线路对端断路器跳闸后，如果本端两条线路上保护检测到的零序功率方向相反，即故障线路上的零序功率方向元件判为正方向，非故障线路上的零序功率方向元件判为反方向，则判定为区内故障，并使故障线路本端保护迅速跳闸，即故障线路两端保护以相继动作的方式实现保护加速，从而缩短过流保护处零序电流较小时保护的动作时间。

基于零序功率方向的双回线路保护相继动作方案的逻辑结构如图2所示，其中，延时t₂的目的是对本端另一保护零序功率方向的判断结果进行保持。图1是双回线结构及故障位置示意图，以下结合图1对该方案性能进行分析。

发生反方向区外故障(K₁点故障)时，保护3与保护5处方向元件均判为反方向，保护3与5均不会动作；发生正方向区外故障(K₃点故障)时，保护3与保护5处方向元件均判为正方向，均不满足加速模块的动作条件；此外，保护7处的零序电流为流过保护3与保护5处的零序电流之和，根据反时限特性，保护7将获得较小的动作时间，因此保护3与5不会误动。可见，在双回线外部发生故障时，加速模块不会误动，同时零序反时限保护的选择性可以保证。

发生区内故障时(K₂点故障)时，保护5处方向元件判为正方向，但保护3处零序电流方向受故障位置及系统参数的影响无法确定。若平行线路1零序电流方向与I_B10相同，则保护3、5与6处零序功率方向为正方向，保护4处为反方向，此为情况A；若平行线路1零序电流方向与I_C10相同，则保护4、5与6处零序功率方向为正方向，保护3处为反方向，此为情况B。

对于情况A，由于保护3与保护5所判方向均为正方向，因此其加速模块相互闭锁不会启动。对于零序反时限保护自身而言，由于非故障线路上流过的故障电流一般较小，因此保护3不会启动，但保护5的零序反时限保护将会启动并开始计算延时；

对于对端保护来说，保护4所判方向为反方向，所以不会动作；但保护6此时已满足加速动作条件，因此保护6将会经延时t₁后出口跳开相应断路器。此时保护3会因断路器6跳闸、零序电流反向而判为反向故障，从而使得保护5的加速判据得以满足，因此保护5会在保护6动作后相继加速动作切除故障。

对于情况B，故障发生时保护5的加速条件立即得到满足。此时只需设置合理的动作延时t₁即可保证保护5动作的选择性和快速性。保护6也会在保护5动作后相继动作隔离故障。综上，无论接地故障位于何处，双回线路保护均可根据相继动作方案可靠识别故障位置并快速切除故障。

由以上分析可以看出，动作延时t₁的选定十分重要。由于零序反时限过流保护作后备保护，因此t₁须避开主保护的动作时间；另一方面，在流过保护的零序电流较小时，零序反时限保护自身的动作延时将会很大，甚至可能发生由于达不到零序反时限元件的启动电流从而导致保护拒动的情况。因此，t₁应在综合考虑主保护的动作时间与零序反时限元件流过启动电流时所对应的最大动作时间的基础上确定，使得在双回线内部任意位置故障时，改进后零序反时限过流保护的动作时间不大于t₁。

需要说明的是，本发明图2中各保护的加速模块是附加在零序反时限过流保护的基础上的，即零序反时限过流保护元件与加速模块独立工作，加速模块如果因为各种原因没有动作，各零序反时限过流保护仍能按照自身的工作原理切除故障。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。