一种母线保护装置断路器双重失灵故障隔离方法及系统与流程

本发明涉及一种母线保护装置断路器双重失灵故障隔离方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术：

目前电网结构比较密集，当出线或者主设备出现故障点时，只要继电保护能够快速跳开断路器隔离故障点，对整个系统的稳定运行不会带来太大的影响。但是当出现母线故障时母联断路器失灵后出现主变高压侧断路器再失灵或者线路故障时线路断路器失灵后出现主变高压侧断路器再失灵的双重失灵情况，如果主变其他侧电源较强，因无快速保护动作隔离故障，将会对系统，尤其是对变压器造成很大的损害，可能导致较为严重的后果，特别是当主变高压侧断路器与CT之间发生死区故障时，因高压侧主变所在故障母线失去电压，高压侧零序方向保护失去作用，高压侧复压方向过流可能失去作用(电压取本侧时)，此时，只能依靠延时较长的不带方向后备保护来切除故障，因此对系统的稳定运行将产生很大影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种母线保护装置断路器双重失灵故障隔离方法及系统，以解决当出现断路器双重失灵时因近后备拒动导致误启动远后备保护的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种母线保护装置断路器双重失灵故障隔离方法，该隔离方法包括以下步骤：

1)判断母线保护装置是否动作跳主变支路；

2)如果是，则计算该主变支路电流和所在母线电压，判断是否满足主变支路断路器失灵的条件；

3)当主变支路某一相电流满足失灵判别条件且持续时间大于整定延时，该主变断路器失灵保护动作联跳主变三侧。

步骤2)中主变支路断路器失灵的判断过程如下：

A.采用全周傅氏算法计算主变支路三相电流和母线电压，当三相电流中任一相电流大于断路器失灵保护相电流整定值、零负电流满足动作条件或者满足低功率因数判别条件，且母线电压满足复合电压判别逻辑时，初步确定该主变支路断路器失灵；

B.采用余弦差分算法计算满足步骤A中设定条件的相电流，判断该相电流是否大于设定的电流定值，若是，则判定该主变支路断路器失灵。

当主变支路所在母线电压无PT断线、三相电压均低于设定值且三相均有流的条件下，直接开放低功率因数判别，即默认满足低功率因数判别条件；当主变支路所在母线某相电压大于等于设定值且该相有流时，启动该相低功率因数判别，若该相满足低功率因数判别条件，且母线电压满足复合电压判别逻辑时，则初步确定该主变支路断路器失灵。

所述的低功率因数判别条件为：

|cosΦ|＜cosΦ_ZD

其中Φ为相电压与电流的相角差测量值，Φ_ZD为装置低功率因数角动作门槛。

步骤A中母线电压满足复合电压判别逻辑指的是母线电压低电压小于低电压定值或者零负电压大于零负电压定值时。

所述步骤B中设定的电流定值I_set为0.05I_n，I_n为二次电流额定值。

步骤1)母线保护动作跳主变支路指的是当母线故障母线差动保护动作或接收到外部启失灵开入母联失灵保护动作或者其他断路器失灵保护动作跳主变支路时。

本发明还提供了一种母线保护装置断路器双重失灵故障隔离系统，该隔离系统包括跳主变支路判断模块、主变支路断路器失灵判断模块和执行模块，

所述的跳主变支路判断模块用于判断母线保护装置是否动作跳主变支路；

所述的主变支路断路器失灵判断模块用于计算主变支路电流和所在母线电压，并根据计算结果判断是否满足主变支路断路器失灵的条件；

所述执行模块用于在主变支路断路器失灵判断模块判断主变支路某一相电流满足失灵判别条件且持续时间大于整定延时，该主变断路器失灵保护动作联跳主变三侧。

所述的主变支路断路器失灵判断模块包括初步判定单元和最终确定单元，

所述初步判定单元采用全周傅氏算法计算主变支路三相电流和母线电压，当三相电流中任一相电流大于断路器失灵保护相电流整定值、零负电流满足动作条件或者满足低功率因数判别条件，且母线电压满足复合电压判别逻辑时，初步确定该主变支路断路器失灵；

所述最终确定单元采用余弦差分算法计算满足初步判定单元中设定条件的相电流，判断该相电流是否大于设定的电流定值，若是，则判定该主变支路断路器失灵。

所述的跳主变支路判断模块、主变支路断路器失灵判断模块和执行模块放置在母线保护装置中，在断路器失灵保护功能投入时运行。

本发明的有益效果是:本发明首先判断母线保护装置是否动作跳主变支路；如果是，则计算该主变支路电流和所在母线电压，判断是否满足主变支路断路器失灵的条件；当主变支路某一相电流满足失灵判别条件且持续时间大于整定延时，该主变断路器失灵保护动作联跳主变三侧。解决了出现断路器双重失灵时因近后备拒动导致误启动远后备保护的问题，从而减少了故障对电气设备的损害并有效确保整个电网的安全稳定运行。

其中主变支路断路器失灵的判别采用全周傅氏算法和余弦差分算法相结合的方式，通过全周傅氏算法计算得到的主变支路三相电流和母线电压，初步确定该主变支路断路器是否失灵；通过余弦差分算法计算满足步骤A中设定条件的相电流，判断该相电流是否大于设定的电流定值，若是，则判定该主变支路断路器失灵。本发明利用常规傅氏算法和余弦差分算法“与”逻辑，有效抑制了故障切除时CT电流拖尾对断路器失灵保护的影响，提高了保护动作可靠性。

附图说明

图1是双母线接线方式示意图；

图2是断路器双重失灵母线保护装置快速切除故障方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

母线故障时母联断路器失灵后出现主变断路器再失灵或者线路故障时线路断路器失灵后出现主变断路器再失灵的双重失灵特殊情况，当发生母线区内故障或接收到外部启失灵开入时，母线相关保护动作跳主变支路后，启动主变支路断路器失灵判别逻辑；随着电压等级的提高和断路器动作性能的优化二次系统时间常数越来越大而失灵整定延时却在缩短，失灵保护误启动甚至误动作的风险在增加，鉴于此本发明提供一种母线保护装置断路器双重失灵故障隔离方法，该方法首先判断母线保护装置是否动作跳主变支路；如果是，则计算该主变支路电流和所在母线电压，判断是否满足主变支路断路器失灵的条件；当主变支路某一相电流满足失灵判别条件且持续时间大于整定延时，该主变断路器失灵保护动作联跳主变三侧，以减少故障对电气设备的损害并有效确保整个电网的安全稳定运行。

下面以双母线主接线方式为例进行说明，双母线接线方式示意图如图1所示，假设3#支路和4#支路在Ⅰ母上运行，2#支路和5#支路在Ⅱ母上运行。在以下工况下，如果母线保护配置未考虑断路器双重失灵的情况，而由远后备保护切除故障时，对系统的稳定运行将产生很大影响。

工况1：发生K1点故障，2#支路线路保护动作跳与母线相连的断路器(2DL)，如果2DL由于操作机构故障等原因导致拒绝跳闸，则2#支路断路器失灵保护会动作跳Ⅱ母上所有支路，若此时5#变压器支路断路器(5DL)也失灵，如果母线保护配置时未考虑这种双重失灵，通过母线保护装置故障无法切除。工况2：发生K2点故障，Ⅰ母差动保护动作跳Ⅰ母上所有支路，即跳1#支路、3#支路、4#支路，如果1#母联支路断路器(1DL)由于操作机构故障等原因导致拒绝跳闸，则母联失灵保护会动作跳全站，若此时5#变压器支路断路器(5DL)也失灵，如果母线保护配置时未考虑这种双重失灵，通过母线保护装置故障无法切除。基于此，本发明在母线保护装置配置断路器失灵保护时考虑断路器双重失灵的情况，设计母线保护装置快速切除故障的实施方案如图2所示，该方法的具体步骤如下：

1.母线相关保护动作跳主变支路，启动主变支路断路器失灵。

母线相关保护动作跳主变支路指的是当母线故障母线差动保护动作或接收到外部启失灵开入母联失灵保护动作或者其他断路器失灵保护动作跳主变支路时。

2.判断主变支路断路器是否失灵。

A.计算电流电压，初步确定主变支路断路器是否失灵。

利用常规全周傅式算法计算主变支路A、B、C三相电流和母线电压，当A、B、C三相电流任一相电流大于断路器失灵保护相电流定值、零负电流大于断路器失灵保护零负序电流定值或者满足低功率因数判别条件，且母线电压低电压小于低电压定值或者零负电压大于零负电压定值时，初步确定该主变支路断路器已失灵。

考虑在支路三相故障且三相失灵时，零序电流、负序电流可能存在灵敏度不足的问题。为防止三相失灵时保护因电流判据造成拒动，保护设计了低功率因数元件，该元件采用比相器算法。当主变支路所在母线某相电压大于等于设定值且该相有流时，启动该相低功率因数判别，其判别条件为：

|cosΦ|＜cosΦ_ZD

式中：Φ为一相电压与电流的相角差测量值，Φ_ZD为装置低功率因数角动作门槛，固定为70°，即低功率因数元件动作范围是：

70°＜Φ＜110°，250°＜Φ＜290°

任一相电压低于10V或该相无流时，退出该相低功率因数判断。

为了解决门口三相故障断路器三相失灵的灵敏度问题，当主变支路所在母线电压无PT断线、三相电压均低于设定值(本实施例中为10V)且三相均有流的条件下，直接开放低功率因数判别，即默认满足低功率因数判别条件，只需判别母线电压是否满足复合电压判别逻辑。

B.对电流进行采样处理，抑制故障切除时CT电流拖尾的影响：当电流和复合电压均满足断路器失灵动作条件时，利用余弦差分算法计算该主变支路满足步骤A电流条件的相电流，当该相电流大于设定的电流定值I_set时，确定该主变支路断路器失灵，本实施例中I_set为0.05I_n，I_n为二次电流额定值。

3.经整定延时后联跳主变三侧。

当主变支路某一相电流满足失灵判别条件且持续时间大于整定延时，主变断路器失灵保护动作联跳主变三侧。

本发明的母线保护装置断路器双重失灵故障隔离方法可作为一个独立的功能模块放置在母线保护装置中。为此，本发明还提供了一种母线保护装置断路器双重失灵故障隔离系统，包括跳主变支路判断模块、主变支路断路器失灵判断模块和执行模块，跳主变支路判断模块用于判断母线保护装置是否动作跳主变支路；主变支路断路器失灵判断模块用于计算主变支路电流和所在母线电压，并根据计算结果判断是否满足主变支路断路器失灵的条件；执行模块用于在主变支路断路器失灵判断模块判断主变支路某一相电流满足失灵判别条件且持续时间大于整定延时，该主变断路器失灵保护动作联跳主变三侧。各模块的具体实现手段已在方法的实例中进行了详细说明，这里不再赘述。

该系统在断路器失灵保护功能投入时运行，利用常规傅氏算法和余弦差分算法“与”逻辑滤波，有效抑制了故障切除时CT电流拖尾对失灵保护的影响，提高了失灵保护的动作可靠性。且在发生断路器双重失灵时，母线断路器保护作为近后备快速跳开相邻断路器隔离故障，保证了系统的安全稳定运行。

以上实施方案仅用于帮之理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者同等替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。