一种变时限距离保护方向元件装置及保护方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，并且更具体地，涉及一种变时限距离保护方向元件装置及保护方法。

背景技术：

变时限距离保护是针对传统定时限距离保护整定计算复杂，容易出现定值失配的情况，提出的一种距离保护动作定值自适应整定的方法。

变时限距离保护可以适应电网局部的变化，除新建或开断线路本身的定值外，相邻线路一般不需更改定值。且距离保护时限的自动配合，总是以故障点为中心，满足相邻线路距离保护之间的时间配合，所以不会出现不配合点。

变时限距离保护利用距离保护在线路故障动作时候的相关参数，例如测距，电压、电流等，加上相关的离线信息，例如距离i段、ii段、iii段阻抗定值，线路长度，设计出一套时间计算公式，根据这些计算公式计算出来的动作时限，满足整定计算规范的要求。

然而，现有的变时限距离保护容易在反向区外故障时出现保护误动作，因此，需要设置方向元件，以保证变时限距离保护的可靠性。

为保证变时限距离保护动作的可靠性，避免在反向区外故障时变时限距离保护误动作，设置方向元件，并在方向元件动作后开始计算变时限距离保护动作时间。

技术实现要素：

本发明提出一种变时限距离保护方向元件装置及保护方法，以解决如何保证变时限距离保护动作的可靠性，避免出现在反向区外故障时变时限距离保护误动作的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种变时限距离保护方向元件装置，其特征在于，所述装置包括：

数据获取单元，用于分别获取每个方向元件安装处的a、b和c三相的相电压正序分量和零序电流以及三相间的线电压正序分量和线电流；

单相接地故障判断单元，用于利用所述每个方向元件安装处的相电压正序分量和零序电流根据单相接地故障方向判断依据确定单相接地故障；

接地距离保护动作单元，用于动作与所述单相接地故障对应的方向元件并计算变时限接地距离保护的动作时间；

相间接地故障判断单元，用于利用所述每个方向元件安装处的相间的线电压正序分量和线电流根据相间接地故障方向判断依据确定相间接地故障；

相间距离保护动作单元，用于动作与所述相间接地故障对应的方向元件并计算变时限相间距离保护的动作时间。

优选地，其中所述单相接地故障方向判断依据为：

若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据；反之，不满足单相接地故障方向判断依据；其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

优选地，其中所述相间接地故障方向判断依据为：

若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据；反之，不满足单相接地故障方向判断依据；其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

优选地，其中所述装置还包括：

动作时间计算单元，用于当成立时，

若距离保护元件的相间距离保护i段、ii段和iii段均动作或距离保护元件的相间距离保护ii段和iii段动作，则计算变时限相间距离保护的动作时间；

若距离保护元件只有相间距离保护iii段动作，则不计算变时限相间距离保护的动作时间，相间距离保护iii段按预设的跳闸时间计时跳闸。

根据本发明的另一个方面，提供了一种使用如上所述的变时限距离保护方向元件装置进行保护的方法，其特征在于，所述方法包括：

分别获取每个方向元件安装处的a、b和c三相的相电压正序分量和零序电流以及三相间的线电压正序分量和线电流；

利用所述每个方向元件安装处的相电压正序分量和零序电流根据单相接地故障方向判断依据确定单相接地故障；

动作与所述单相接地故障对应的方向元件并计算变时限接地距离保护的动作时间；

利用所述每个方向元件安装处的相间的线电压正序分量和线电流根据相间接地故障方向判断依据确定相间接地故障；

动作与所述相间接地故障对应的方向元件并计算变时限相间距离保护的动作时间。

优选地，其中所述单相接地故障方向判断依据为：

若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据；反之，不满足单相接地故障方向判断依据；其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

优选地，其中所述相间接地故障方向判断依据为：

若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据；反之，不满足单相接地故障方向判断依据；其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

优选地，其中所述方法还包括：

当成立时，

若距离保护元件的相间距离保护i段、ii段和iii段均动作或距离保护元件的相间距离保护ii段和iii段动作，则计算变时限相间距离保护的动作时间；

若距离保护元件只有相间距离保护iii段动作，则不计算变时限相间距离保护的动作时间，相间距离保护iii段按预设的跳闸时间计时跳闸。

本发明提供了一种变时限距离保护方向元件装置及保护方法，为了保证变时限距离保护动作的可靠性，避免在反向区外故障时变时限距离保护误动作，设置了变时限距离保护方向元件，分别根据相电压正序分量和零序电流提出接地故障方向判据，根据线电压正序分量和线电流提出相间故障方向判据，并根据单相接地故障方向判断依据和相间接地故障方向判断依据确定单相接地故障和相间接地故障，动作相应的方向元件，并在方向元件动作后开始计算保护动作时间。本发明的变时限距离保护方向元件装置能可靠区分正向和反向故障，在反向故障时方向元件不误动，不进行保护动作时间的计算，提高了变时限距离保护的可靠性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的变时限距离保护方向元件装置100的结构示意图；

图2为根据本发明实施方式的变时限距离保护方向元件的验证模型图；

图3为a相接地故障时a相电压正序分量幅值的计算结果图；

图4为a相接地故障时方向元件的计算结果图；

图5为ab相间接地故障时a相电压正序分量幅值的计算结果图；

图6为ab相间故障时方向元件的计算结果图；以及

图7为根据本发明实施方式的变时限距离保护方向元件装置的保护方法700的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的变时限距离保护方向元件装置100的结构示意图。如图1所示，本发明的实施方式提供了一种变时限距离保护方向元件装置，为了保证变时限距离保护动作的可靠性，避免在反向区外故障时变时限距离保护误动作，设置了变时限距离保护方向元件，分别根据单相接地故障方向判断依据和相间接地故障方向判断依据确定单相接地故障和相间接地故障，动作相应的方向元件，并在方向元件动作后开始计算保护动作时间。本发明的实施方式提供的的变时限距离保护方向元件装置能可靠区分正向和反向故障，在反向故障时方向元件不误动，不进行保护动作时间的计算，提高了变时限距离保护的可靠性。本发明的实施方式提供的变时限距离保护方向元件装置100，包括：数据获取单元101、单相接地故障判断单元102、接地距离保护动作单元103、相间接地故障判断单元104和相间距离保护动作单元105。

优选地，在所述数据获取单元101，分别获取每个方向元件安装处的a、b和c三相的相电压正序分量和零序电流以及三相间的线电压正序分量和线电流。

优选地，在所述单相接地故障判断单元102，利用所述每个方向元件安装处的相电压正序分量和零序电流根据单相接地故障方向判断依据确定单相接地故障。

优选地，其中所述单相接地故障方向判断依据为：

若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据；反之，不满足单相接地故障方向判断依据；其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

优选地，在所述接地距离保护动作单元103，动作与所述单相接地故障对应的方向元件并计算变时限接地距离保护的动作时间。

在本发明的实施方式中，若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据。对于单相接地故障，当故障相满足单相接地故障方向判据时对应的接地故障方向元件动作，并开始计算变时限距离保护的动作时间。否则，接地故障方向元件不动作，且不进行变时限距离保护动作时间计算，其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

以图2为例，图2为根据本发明实施方式的变时限距离保护方向元件的验证模型图。系统m侧为送端，n侧为受端，其中在线路l3中点发生a相接地故障。确定接地故障以及动作时间的过程包括：

(1)计算每个方向元件安装处的a、b和c三相的相电压正序分量和零序电流。

a、b和c三相的相电压正序分量的计算公式为：

其中，α＝e^j120°，α²＝e^j240°，为保护安装处a、b、c三相电压的相量值。

零序电流的计算公式为：其中，和分别为保护元件安装处a、b和c三相电流的相量值。

(2)利用所述每个方向元件安装处的相电压正序分量和零序电流根据单相接地故障方向判断依据确定单相接地故障。

a相接地故障时a相电压正序分量幅值的计算结果如图3所示，包括保护5和保护4处的相电压正序分量幅值。保护4和保护5a相电压正序分量幅值均大于a相接地故障时方向元件的计算结果如图4所示，保护5处的a相接地故障方向元件计算结果为58°，满足接地故障方向判断依据，保护4处的a相接地故障方向元件计算结果为-122°，不满足接地故障方向判据。因此，可以确定线路l3中点发生a相接地故障。

(3)动作与所述单相接地故障对应的方向元件并计算变时限接地距离保护的动作时间。

保护5满足接地故障方向判断依据，保护5为正向区域故障，保护5处的方向元件动作，并开始计算接地距离保护的动作时间。保护4不动作，并且不计算距离保护的动作时间。

优选地，在所述相间接地故障判断单元104，利用所述每个方向元件安装处的相间的线电压正序分量和线电流根据相间接地故障方向判断依据确定相间接地故障。

优选地，其中所述相间接地故障方向判断依据为：

若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据；反之，不满足单相接地故障方向判断依据；其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

优选地，在所述相间距离保护动作单元105，动作与所述相间接地故障对应的方向元件并计算变时限相间距离保护的动作时间。

在本发明的实施方式中，若相电压正序分量满足并且成立，则满足相间接地故障方向判断依据。对于相间接地故障，当故障相满足相间接地故障方向判据时对应的接地故障方向元件动作，并开始计算变时限距离保护的动作时间。否则，接地故障方向元件不动作，且不进行变时限距离保护动作时间计算，其中，为线电压正序分量，为相的相电压额定值，为线电流，为ab或bc或ca。

依旧以图2为例，系统m侧为送端，n侧为受端，其中在线路l3中点发生ab相间接地故障。确定相间接地故障以及动作时间的过程包括：

(1)计算每个方向元件安装处的a、b和c的三相间的线电压正序分量和线电流。

a、b和c三相间的线电压正序分量的计算公式为：

线电流的计算公式为：

(2)利用所述每个方向元件安装处的相间的线电压正序分量和线电流根据相间接地故障方向判断依据确定相间接地故障。

ab相间接地故障时a相电压正序分量幅值的计算结果如图5所示，包括保护5和保护4处的a相电压正序分量幅值。护4和保护5a相电压正序分量幅值均大于ab相间故障时方向元件的计算结果如图6所示，保护5处的a相接地故障方向元件计算结果为105°，满足接地故障方向判断依据，保护4处的a相接地故障方向元件计算结果为-75°，不满足接地故障方向判据。因此，可以确定线路l3中点发生ab相间接地故障。

在本发明的实施方式中，针对每个故障都应进行单相接地故障判断和相间故障判断，如果满足单相接地故障判据，则按单相接地故障动作逻辑执行；如果满足相间故障判据，则按相间故障动作逻辑执行。

(3)动作与所述相间接地故障对应的方向元件并计算变时限相间距离保护的动作时间。

保护5满足接地故障方向判断依据，保护5为正向区域故障，保护5处的方向元件动作，并开始计算接地距离保护的动作时间。保护4不动作，并且不计算距离保护的动作时间。

优选地，其中所述装置还包括：动作时间计算单元，用于当成立时，若距离保护元件的相间距离保护i段、ii段和iii段均动作或距离保护元件的相间距离保护ii段和iii段动作，则计算变时限相间距离保护的动作时间；若距离保护元件只有相间距离保护iii段动作，则不计算变时限相间距离保护的动作时间，相间距离保护iii段按预设的跳闸时间计时跳闸。

在本发明的实施方式中，设置预设的跳闸时间为2.5s，则相间距离保护iii段按预设的跳闸时间2.5s计时跳闸，即tiii＝2.5s。

图7为根据本发明实施方式的变时限距离保护方向元件装置的保护方法700的结构示意图。如图7所示，本发明的实施方式提供的变时限距离保护方向元件的保护的方法700从步骤701处开始，在步骤701分别获取每个方向元件安装处的a、b和c三相的相电压正序分量和零序电流以及三相间的线电压正序分量和线电流。

优选地，在步骤702利用所述每个方向元件安装处的相电压正序分量和零序电流根据单相接地故障方向判断依据确定单相接地故障。

优选地，其中所述单相接地故障方向判断依据为：

若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据；反之，不满足单相接地故障方向判断依据；其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

优选地，在步骤703动作与所述单相接地故障对应的方向元件并计算变时限接地距离保护的动作时间。

优选地，在步骤704利用所述每个方向元件安装处的相间的线电压正序分量和线电流根据相间接地故障方向判断依据确定相间接地故障。

优选地，其中所述相间接地故障方向判断依据为：

若相电压正序分量满足并且成立，则满足单相接地故障方向判断依据；反之，不满足单相接地故障方向判断依据；其中，为相的相电压正序分量，为相的相电压额定值，为a或b或c。

优选地，在步骤705动作与所述相间接地故障对应的方向元件并计算变时限相间距离保护的动作时间。

优选地，其中所述方法还包括：当成立时，若距离保护元件的相间距离保护i段、ii段和iii段均动作或距离保护元件的相间距离保护ii段和iii段动作，则计算变时限相间距离保护的动作时间；若距离保护元件只有相间距离保护iii段动作，则不计算变时限相间距离保护的动作时间，相间距离保护iii段按预设的跳闸时间计时跳闸。

本发明的实施例的变时限距离保护方向元件装置的保护方法700与本发明的另一个实施例的变时限距离保护方向元件装置100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。