小水电自适应方向电流保护定值切换方法、装置及设备与流程

本发明涉及电力系统继电保护领域，特别涉及一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法。

背景技术：

小水电资源主要分布在远离大电网的山区和一些偏远地区，处于电力系统线路末端，并网方式基本采用通过一台并网开关就近t接于10kv配电线路。目前小水电并网开关保护的整定值，主要是按系统侧发生故障时小水电提供的故障电流来整定，最多配置3段过流保护和零序保护，方向保护元件指向系统侧或者不投入方向保护元件。如图1所示，如果f1处发生短路故障，f1位于并网开关的系统侧，现有保护可以按整定条件顺利切除故障。但当f2处发生短路故障时，f2位于并网开关的小水电侧，此时分为两种情况，如果保护方向元件投入，并网开关将因方向元件闭锁而无法动作，如果没有投入方向保护元件，并网开关将因过流整定值不匹配而不动作或经较长延时动作，以上两种情况均有可能造成系统侧上级开关k2越级跳闸，进而扩大了故障范围。产生上述问题的原因在于，并网开关保护没能根据故障发生位置灵活地切换保护定值。

当小水电内侧发生故障时，并网开关检测到的故障电流由系统侧提供，由于小水电位于系统线路末端，故障电流较小，故障可能达不到已有电流定值、或者达到已有电流定值但过流时限过长跳闸出口缓慢、或者投入的方向保护指向系统侧不能反应内部故障，这将扩大故障的影响，使故障恶化，或者造成系统侧上级保护跳闸从而扩大了故障范围。这种情况下需要根据故障发生位置(系统侧或者小水电侧)实时切换不同的保护定值来保证保护的可靠性和灵敏性，现有小水电并网开关继电保护不具备上述动作特性。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明提出一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法，解决了传统小水电并网开关保护不能及时处理小水电内部故障，导致系统侧开关越级跳闸进而扩大故障范围、影响供电可靠性的技术问题。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案来实现。

一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法，步骤s1，在系统侧(并网开关外侧)保护定值a的基础上，新增一组小水电侧(并网开关内侧)保护定值b，系统侧和小水电侧均设置多段式相间过流保护和零序过流保护，系统侧(并网开关外侧)保护定值a包括电流定值ai和时限定值ti，i＝1，2…n，n为系统侧保护定值a的分段数；为小水电侧(并网开关内侧)保护定值b包括电流定值bj和时限定值sj，j＝1，2…m，m为小水电侧保护定值b的分段数；

小水电侧(并网开关内侧)保护定值b与系统侧配电线路上级线路开关保护定值c相匹配；

步骤s2：安装在并网开关处的终端设备采集流经并网开关的电流值，记录采样电流值i；

步骤s3：将步骤s2中的采样电流值i分别与系统侧的电流定值ai、小水电侧的电流定值bj相比较，如果采样电流值i大于任一系统侧的电流定值ai或者小水电侧的电流定值bj，执行步骤s4，否则执行步骤s2；

步骤s4：根据保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，计算故障方向；

步骤s5：判断所述故障方向是否指向系统侧，如果是指向系统侧，执行步骤s6，否则执行步骤s7；

步骤s6：将并网开关处的采样电流值与系统侧的电流定值比较，如果采样电流值i大于系统侧的任一电流定值ai，则按系统侧的时限定值ti计时跳闸，否则执行步骤s2；

步骤s7：将所述采样电流值i与小水电侧的电流定值bj比较，如果采样电流值i大于小水电侧的任一电流定值bj流定值，则按小水电侧的时限定值sj计时跳闸。

故障方向计算包括相间过流保护故障方向计算和大电流接地系统的零序过流保护故障方向计算；

(1)相间过流保护故障方向计算，具体包括以下步骤：

(101)采样保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，采用傅里叶算法计算提取周期内线电压uab、ubc、uca和相电流ia、ib、ic的基波相量；

(102)以电流流向系统侧为正方向，计算发生过流相的相电流与对应线电压的基波相量夹角arg(u/i)，u/i对应关系为uab/ic、ubc/ia、uca/ib；

(103)如果－135°<arg(u/i)<45°，判断故障方向指向系统侧，否则故障方向指向小水电侧；

(2)大电流接地系统的零序过流保护故障方向计算，具体包括以下步骤：

(201)采样保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，采用傅里叶算法计算提取周期内零序电压(u0)、零序电流(i0)的基波相量；

(202)以零序电流流向系统侧为正方向；

(203)计算零序电流与零序电压的基波相量夹角arg(u0/i0)；

(204)如果15°<arg(u0/i0)<195°，判断故障方向指向系统侧，否则故障方向指向小水电侧。

小水电侧(并网开关内侧)保护定值b与系统侧配电线路上级线路开关保护定值c相匹配，匹配原则为，当小水电侧发生故障时，小水电侧保护先于系统侧配电线路上级线路开关保护动作。

一种小水电自适应方向电流保护定值切换装置，包括保护定值设置单元、电流采集单元、电流比较单元、故障方向计算单元、计时跳闸单元；

保护定值设置单元在系统侧(并网开关外侧)保护定值a的基础上，新增一组小水电侧(并网开关内侧)保护定值b，系统侧和小水电侧均设置多段式相间过流保护和零序过流保护，系统侧(并网开关外侧)保护定值a包括电流定值ai和时限定值ti，i＝1，2…n，n为系统侧保护定值a的分段数；为小水电侧(并网开关内侧)保护定值b包括电流定值bj和时限定值sj，j＝1，2…m，m为小水电侧保护定值b的分段数；小水电侧(并网开关内侧)保护定值b与系统侧配电线路上级线路开关保护定值c相匹配；

电流采集单元用于采集流经并网开关的电流值，记录采样电流值i；

电流比较单元采样电流值i分别与系统侧的电流定值ai、小水电侧的电流定值bj相比较，如果采样电流值i大于任一系统侧的电流定值ai或者小水电侧的电流定值bj，根据保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，故障方向计算单元计算故障方向；判断所述故障方向是否指向系统侧，如果是指向系统侧，电流比较单元将并网开关处的采样电流值i与系统侧的电流定值ai比较，如果采样电流值i大于系统侧某段的电流定值ai，计时跳闸单元按系统侧时限定值ti计时跳闸；

判断所述故障方向是否指向系统侧，如果是指向小水电侧，电流比较单元将所述采样电流值i与小水电侧的过流定值bj比较，如果采样电流值i大于小水电侧某段过流定值bj，计时跳闸单元则按小水电侧时限定值sj限计时跳闸。

故障方向计算单元包括相间过流保护故障方向计算模块和大电流接地系统的零序过流保护故障方向计算模块；

(1)相间过流保护故障方向计算模块进行故障方向计算，具体包括以下步骤：

(101)采样保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，采用傅里叶算法计算提取周期内线电压uab、ubc、uca和相电流ia、ib、ic的基波相量；

(102)以电流流向系统侧为正方向，计算发生过流相的相电流与对应线电压的基波相量夹角arg(u/i)，u/i对应关系为uab/ic、ubc/ia、uca/ib；

(103)如果－135°<arg(u/i)<45°，判断故障方向指向系统侧，否则故障方向指向小水电侧；

(2)大电流接地系统的零序过流保护故障方向计算模块进行故障方向计算，具体包括以下步骤：

(201)采样保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，采用傅里叶算法计算提取周期内零序电压(u0)、零序电流(i0)的基波相量；

(202)以零序电流流向系统侧为正方向；

(203)计算零序电流与零序电压的基波相量夹角arg(u0/i0)；

(204)如果15°<arg(u0/i0)<195°，判断故障方向指向系统侧，否则故障方向指向小水电侧。

一种计算设备，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法的指令。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法。

本发明有益效果包括：

能够根据小水电并网开关处监测到的电压、电流值计算故障方向，根据故障方向将保护定值自动切换至系统侧保护定值或小水电侧保护定值，避免小水电内部故障时，因保护定值不匹配导致的系统侧开关越级跳闸进而扩大故障范围、影响供电可靠性的问题。

并网开关外侧(系统侧)发生故障时，本发明根据并网开关处测得的电流和电压，实时计算出故障方向指向并网开关外侧(系统侧)，自动将保护定值切换至并网开关外侧(系统侧)保护定值，并根据故障电流类型和大小选择相应保护动作时限计时跳闸。

并网开关内侧(小水电侧)发生故障时，本发明可以根据并网开关处测得的电流和电压，实时计算出故障方向指向并网开关内侧(小水电侧)，自动将保护定值切换至并网开关内侧(小水电侧)保护定值，并根据故障电流类型和大小选择相应保护动作时限计时跳闸。

附图说明

图1小水电并网系统示意图；

图2为一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图2所示，一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法，包括以下步骤：

步骤s1，在系统侧(并网开关外侧)保护定值a的基础上，新增一组小水电侧(并网开关内侧)保护定值b，系统侧和小水电侧均设置多段式相间过流保护和零序过流保护，系统侧(并网开关外侧)保护定值a包括电流定值ai和时限定值ti，i＝1，2…n，n为系统侧保护定值a的分段数；为小水电侧(并网开关内侧)保护定值b包括电流定值bj和时限定值sj，j＝1，2…m，m为小水电侧保护定值b的分段数；小水电侧(并网开关内侧)保护定值b与系统侧配电线路上级线路开关保护定值c相匹配；系统侧(并网开关外侧)保护定值按照小水电向系统侧提供的额定电流来计算，本实施例：i段电流定值设成4倍的额定电流，时限定值设为0秒，ii段电流定值设成1.5倍额定电流，时限定值设为0.15秒。

步骤s2：安装在并网开关处的终端设备采集流经并网开关的电流值，记录采样电流值i；

步骤s3：将步骤s2中的采样电流值i分别与系统侧的电流定值ai、小水电侧的电流定值bj相比较，如果采样电流值i大于任一系统侧的电流定值ai或者小水电侧的电流定值bj，执行步骤s4，否则执行步骤s2；

步骤s4：根据保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，计算故障方向；

步骤s5：判断所述故障方向是否指向系统侧，如果是指向系统侧，执行步骤s6，否则执行步骤s7；

步骤s6：将并网开关处的采样电流值与系统侧的电流定值比较，如果采样电流值i大于系统侧的任一电流定值ai，则按系统侧的时限定值ti计时跳闸，否则执行步骤s2；

步骤s7：将所述采样电流值i与小水电侧的电流定值bj比较，如果采样电流值i大于小水电侧的任一电流定值bj流定值，则按小水电侧的时限定值sj计时跳闸。

故障方向计算包括相间过流保护故障方向计算和大电流接地系统的零序过流保护故障方向计算；

(1)相间过流保护故障方向计算，具体包括以下步骤：

(101)采样保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，采用傅里叶算法计算提取周期内线电压uab、ubc、uca和相电流ia、ib、ic的基波相量；

(102)以电流流向系统侧为正方向，计算发生过流相的相电流与对应线电压的基波相量夹角arg(u/i)，u/i对应关系为uab/ic、ubc/ia、uca/ib；

(103)如果－135°<arg(u/i)<45°，判断故障方向指向系统侧，否则故障方向指向小水电侧；

(2)大电流接地系统的零序过流保护故障方向计算，具体包括以下步骤：

(201)采样保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，采用傅里叶算法计算提取周期内零序电压(u0)、零序电流(i0)的基波相量；

(202)以零序电流流向系统侧为正方向；

(203)计算零序电流与零序电压的基波相量夹角arg(u0/i0)；

(204)如果15°<arg(u0/i0)<195°，判断故障方向指向系统侧，否则故障方向指向小水电侧。

小水电侧保护定值b与系统侧配电线路上级线路开关保护定值c相匹配，匹配原则为，当小水电侧发生故障时，小水电侧保护先于系统侧配电线路上级线路开关保护动作。

一种小水电自适应方向电流保护定值切换装置，包括保护定值设置单元、电流采集单元、电流比较单元、故障方向计算单元、计时跳闸单元；

保护定值设置单元在系统侧(并网开关外侧)保护定值a的基础上，新增一组小水电侧(并网开关内侧)保护定值b，系统侧和小水电侧均设置多段式相间过流保护和零序过流保护，系统侧(并网开关外侧)保护定值a包括电流定值ai和时限定值ti，i＝1，2…n，n为系统侧保护定值a的分段数；为小水电侧(并网开关内侧)保护定值b包括电流定值bj和时限定值sj，j＝1，2…m，m为小水电侧保护定值b的分段数；；小水电侧(并网开关内侧)保护定值b与系统侧(并网开关外侧)保护定值a相匹配；

电流采集单元用于采集流经并网开关的电流值，记录采样电流值i；

电流比较单元采样电流值i分别与系统侧的电流定值ai、小水电侧的电流定值bj相比较，如果采样电流值i大于任一系统侧的电流定值ai或者小水电侧的电流定值bj，根据保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，故障方向计算单元计算故障方向；判断所述故障方向是否指向系统侧，如果是指向系统侧，电流比较单元将并网开关处的采样电流值i与系统侧的电流定值ai比较，如果采样电流值i大于系统侧某段的电流定值ai，计时跳闸单元按系统侧时限定值ti计时跳闸；

判断所述故障方向是否指向系统侧，如果是指向小水电侧，电流比较单元将所述采样电流值i与小水电侧的过流定值bj比较，如果采样电流值i大于小水电侧某段过流定值bj，计时跳闸单元则按小水电侧时限定值sj限计时跳闸。

故障方向计算单元包括相间过流保护故障方向计算模块和大电流接地系统的零序过流保护故障方向计算模块；

(1)相间过流保护故障方向计算模块进行故障方向计算，具体包括以下步骤：

(101)采样保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，采用傅里叶算法计算提取周期内线电压uab、ubc、uca和相电流ia、ib、ic的基波相量；

(102)以电流流向系统侧为正方向，计算发生过流相的相电流与对应线电压的基波相量夹角arg(u/i)，u/i对应关系为uab/ic、ubc/ia、uca/ib；

(103)如果－135°<arg(u/i)<45°，判断故障方向指向系统侧，否则故障方向指向小水电侧；

(2)大电流接地系统的零序过流保护故障方向计算模块进行故障方向计算，具体包括以下步骤：

(201)采样保护启动时刻起一个周期的电压采样数据和电流采样数据，采用傅里叶算法计算提取周期内零序电压(u0)、零序电流(i0)的基波相量；

(202)以零序电流流向系统侧为正方向；

(203)计算零序电流与零序电压的基波相量夹角arg(u0/i0)；

(204)如果15°<arg(u0/i0)<195°，判断故障方向指向系统侧，否则故障方向指向小水电侧。

一种计算设备，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法的指令。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行一种小水电自适应方向电流保护定值切换方法。

本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。