一种消除母联死区的继电保护方法与流程

1.本发明一种消除母联死区的继电保护方法涉及继电保护技术领域，具体为一种基于双母联接线方式的母线保护方法。


背景技术：

2.母线差动保护的原理主要是根据大差电流判断母线区内外故障，根据小差电流选择故障母线跳闸。对于母联间隔，通常母线保护只接入母联电流互感器电流，当母联断路器与母联电流互感器之间发生故障时，存在故障无法快速切除，母线保护先跳正常母线，然后通过死区保护或母联失灵保护再将故障切除的情况，导致切除故障范围扩大，并且故障切除时间慢，对系统安全稳定运行影响极大。大部分工程母联只设置单个开关，当故障发生在母联开关与ct之间，母线保护将两段母线同时切除，缺乏选择性及灵活性。而现有的母联死区问题解决办法主要是在母联断路器两侧都装设电流互感器，虽然可以实现母联死区故障的快速判别，但需要切除两条母线扩大停电范围，极大影响系统供电可靠性。所以有必要设计出一种新的方案来满足实际的用电需求。


技术实现要素：

3.为解决现阶段母联死区故障，需要延时跳开双母线，扩大停电范围的问题，本发明提出一种双母联接线方式并给出相应的继电保护动作方法。
4.本发明的目的在于提供一种消除母联死区的继电保护方法，应用于220kv双母线变电站，针对传统母线保护方法切除母联死区故障时，母线保护延时切除两条母线，扩大停电范围的问题。
5.一种消除母联死区的继电保护方法的接线结构为：以双母线接线为基础，两条母线通过两个母联断路器相连，母联电流互感器安装在两个母联断路器之间；l1为母联支路，l2至l5为线路支路，母联支路有母联断路器dlx和dly，母联电流互感器为ta1；支路2有断路器dl2，支路2电流互感器为ta2；支路3有断路器dl3，支路3电流互感器为ta3；支路4有断路器dl4，支路4电流互感器为ta4；支路5有断路器dl5，支路5电流互感器为ta5（下文中电流互感器都简称为ta）。
6.所述的母线保护装置为深瑞的bp-2ca/d-g型母线保护装置。
7.一种消除母联死区的继电保护方法，分别包括：（1）故障区域判定、（2）母线差动保护动作判定方法、（3）母联断路器失灵动作判定方法、（4）支路断路器失灵动作判定方法、（5）母线间充电时故障保护动作判定方法和（6）母线分列与并列运行状态的判定方法。
8.上述的具体方法分别为：（1）故障区域判定母线保护装置通过母线压变采集两条母线上的三相电压，通过辅助节点和开入回路采集母线上连接的所有支路的刀闸位置和两个母联断路器开关位置，通过母联电流互感器和各支路电流互感器采集所有支路的三相电流。将上述模拟量通过a/d转换成数字量后
输入保护装置的cpu模块进行运算。而后母线保护装置实时计算母线差流，后将计算得到的差流带入复式比率差动判据的动作方程。
9.id》idsetid》k(ir-id)idset为差动整定值，id为差动电流，ir为制动电流。
10.大差差动判定时，大差差流为除母联电流外各支路电流向量和的绝对值，大差制动电流为除母联电流外各支路电流向量绝对值之和。当大差差动电流和大差制动电流满足上述复式比率差动判据动作方程时，大差动作说明故障发生在母线区域内。反之则不在。
11.根据采集到的各支路刀闸位置，确定i母、ii母上的运行支路，将每条母线上支路电流做向量加和再取绝对值，以判断各母线上是否发生故障。bp-2ca/d-g型母线保护装置母联ta极性固定指向ii母，所以在计算i母小差差流时，是i母上各支路电流向量和先减去母联电流向量再求绝对值，ii母小差差流是ii母上各支路电流向量和先加上母联电流向量再求绝对值。i母或ii母制动电流都是各支路电流向量绝对值和母联电流向量绝对值之和。
12.当大差差动判定为区内故障且i母差动判定满足复式比率差动判据动作方程，则保护判定为i母内发生故障，i母差动保护动作。当大差差动判定为区内故障且ii母差动判定满足复式比率差动判据动作方程，则保护判定为ii母内发生故障，ii母差动保护动作。
13.（2）母线差动保护动作判定方法母差保护通过判别母线电压、母线大差和小差的差动判据满足动作要求后，母差保护动作切除故障。
14.因为母联断路器变为两个，所以每条母线有了对应的母联断路器，i母对应断路器为母联断路器dly，ii母对应断路器为母联断路器dlx。当i母差动动作时，保护跳开i母上所有支路断路器和母联断路器dly，母联断路器dlx不动作。当ii母差动动作时，保护跳开ii母上所有支路断路器和母联断路器dly，母联断路器dly不动作。
15.即当和电流突变量大于整定值或大差差流大于整定值，同时大差复式比率差动元件满足动作要求，母线大差动作，此时任意一条母线复合电压开放，差动保护跳对应母联断路器和对应母线上所有支路断路器。
16.当和电流突变量大于整定值或大差差流大于整定值，同时大差复式比率差动元件满足动作要求，母线大差动作，此时任意一条母线小差差动动作且母线复合电压开放，母线保护跳开对应母联断路器和对应母线上所有支路断路器。
17.本发明取4个具有代表性的故障点位置，逐一分析母差保护动作判定方法。
18.当a位置发生故障，即i母母线上任意位置包括i母上连接支路的ta至母线的一小段距离和母联断路器dlx至i母的联络线上，统称为区域a内发生故障。此时母线大差满足动作条件，i母小差满足动作条件，i母电压降低，电压闭锁开放，i母差动动作，跳开母联断路器dly和i母支路上所有开关。
19.当b位置发生故障，即i母母线上任意位置包括i母上连接支路的ta至母线一小段距离和母联断路器dly至i母的区域b内发生故障，统称为区域a内发生故障。此时母线大差满足动作条件，ii母小差满足动作条件，ii母电压降低，电压闭锁开放，ii母差动动作，跳开母联断路器dlx和ii母支路上所有开关。
20.当c位置发生故障，即母联断路器dlx与母联ta之间的区域c内发生故障，对于传统
双母线接线方式下，当此位置发生故障时，母线保护是先动作跳开一条母线，延时一段时间后，跳开另一条母线，而本发明对此处发生故障时，保护动作判定方法变为，母线大差满足动作条件，i母小差满足动作条件，i母电压降低，电压闭锁开放，i母差动动作，跳开母联断路器dly和i母支路上所有开关。
21.由于i母差动动作跳开的母联断路器dly不在i母差动保护范围内，即不在区域a和区域c内，所以当区域a和区域c内任意点发生故障，跳开母联断路器dly就可以断开故障点与ii母之间的联系，使差动保护不存在死区，消除了母联死区问题。
22.当d位置发生故障，即母联断路器dly与母联ta之间的区域d内发生故障，ii母动作判定方法类似，切除ii母上所有支路断路器和母联断路器dlx，同样也不存在死区问题。
23.由上述分析可知，当母线上任意位置发生故障，均可由母差保护切除故障，而i母和ii母的差动保护范围也延伸至母联死区位置，即i母母差保护范围有原来的区域a扩大为区域a与区域c之和，同理ii母母差保护范围有原来的区域b扩大为区域b与区域d之和，消除了母联死区问题。
24.（3）母联断路器失灵动作判定方法当母联断路器处于合位，保护收到启失灵信号，保护动作节点未返回，母联ta有流，母线保护启动母联失灵保护，保护根据母线电压开放情况，一时限跳两个母联断路器即使失灵的母联断路器也跳一次，二时限跳两条母线。
25.当区域a内任意一点发生故障，i母差动保护动作，保护跳开i母上所有支路断路器和母联断路器dly，此时母联断路器dly失灵未跳开，故障点仍然有电流流过，根据i母电压降低，母联ta有电流，保护动作节点未返回，启动母联失灵保护，保护延时动作，一时限跳母联断路器dlx，二时限跳ii母上所有支路断路器。当母联断路器dlx跳开后，ii母与故障点隔离，失灵保护动作返回，ii母保持正常运行。
26.当区域c内任意一点发生故障，母联失灵保护一时限跳开母联断路器dlx，此时故障仍未切除，失灵判据仍然满足，保护二时限跳开ii母上所有支路，故障点被隔离。
27.当故障点位于区域a或区域c内任意一点时，i母差动保护动作，母联断路器dly失灵未动作，一时限跳开母联断路器dlx，但母联断路器dlx也失灵为动作，失灵动作判据仍然都满足，二时限跳开ii母上所有支路断路器。
28.当故障点位于区域b或区域d中时，保护动作判定方法同理。
29.由上述分析可知，只有当故障点发生在区域a或区域b或两断路器都失灵不动作的情况下，才会跳开ii母上所有断路器。然而两母联断路器同时失灵的概率要比单个母联断路器失灵的概率小的多，所以当母线上发生故障且母联断路器失灵时，相比于传统方式，很大概率上只需要切除一条母线即可隔离故障，大大提高供电可靠性。
30.（4）支路断路器失灵动作判定方法支路断路器失灵，母线保护动过逻辑均相同，为跳开支路所在对应母线上所有断路器和对应的母联断路器，以支路3断路器失灵为例进行分析。
31.当i母支路3断路器dl3失灵，根据i母电压降低，母联ta有电流，保护动作节点未返回，延时跳开两个母联断路器和i母上其余支路断路器。其它支路断路器失灵，动作判定方法相同。ii母任意支路断路器失灵，动作判定方法相似，不再赘述。
32.（5）母线间充电时故障保护动作判定方法
当i母给ii母充电时，母联ta与ii母各支路构成的区域内发生故障，此时ii母差动动作跳开母联断路器dlx，切除故障，由于ii母是被充电母线，整条母线只有送电支路，所以ii母动作不影响运行间隔运行。
33.当i母给ii母充电时，母联ta与母联断路器dlx之间发生故障，母线保护根据：i母正常电压，母联断路器dlx分位，母联断路器dly合位，合上母联断路器给ii母充电，母联断路器dlx与母联ta之间发生故障，i母电压降低，i母小差动作，母联ta无电流，保护延时300ms动作切除母联断路器dlx。i母上支路断路器不变位。
34.当ii母给i母充电时，合母联断路器dly，母联断路器dlx一直处于合位，动作原理相同，保护动作反之。
35.可见，当运行母线给检修母线充电时，无论故障点发生在何位置，都不会影响运行母线上设备的正常运行。
36.（6）母线分列与并列运行状态的判定方法母联断路器dlx和母联断路器dly的跳闸位置分别为twj
x
和twjy，当twj=0时，断路器处于合位，当twj=1时，断路器处于分位。本发明的双母联接线方式存在两个母联断路器，当两个母联断路器均为合位时，判定双母线并列运行，当两个母联断路器有任意一个分位时，判定双母线分列运行。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1、消除了母联死区问题，不需要切除两条母线来切除母联死区故障，并且快速动作保证设备安全。
38.2、当单个母联断路器失灵时，有很大概率只需要切除一条母线，提高了供电可靠性。
39.3、虽然一次接线方式发生变动，但是保护的计算逻辑不需要特别调整，现有的母线保护装置均能满足需求，只需要对跳开的母联开关进行具体设置，且可以通过设置出口矩阵调节，灵活性高，可实现性强。
40.4、只增加一个母联开关，成本相对较低，但相比于传统方式少跳一条母线，整体经济性较高。
附图说明
41.图1为系统一次接线示意图；图2为一次系统不同故障点示意图；图3为一次系统故障区域示意图；图4为差动保护母线大差动作判定方法图；图5为差动保护母线小差动作判定方法图；图6为母联失灵保护动作判定方法图；图7为母线并列、分列运行判别逻辑图。
具体实施方式
42.下面结合附图1-7和实施例对本发明做进一步详细描述。本实施例中，一种消除母联死区的继电保护方法，母线保护装置以深瑞的bp-2ca/d-g型母线保护装置为例。
43.故障区域判定母线保护装置通过母线压变采集两条母线上的三相电压，通过辅助节点和开入回路采集母线上连接的所有支路的刀闸位置和两个母联断路器开关位置，通过母联电流互感器和各支路电流互感器采集所有支路的三相电流。将上述模拟量通过a/d转换成数字量后输入保护装置的cpu模块进行运算。而后母线保护装置实时计算母线差流，后将计算得到的差流带入复式比率差动判据的动作方程。
44.id》idsetid》k(ir-id)idset为差动整定值，id为差动电流，ir为制动电流。
45.大差差动判定时，大差差流为除母联电流外各支路电流向量和的绝对值，大差制动电流为除母联电流外各支路电流向量绝对值之和。当大差差动电流和大差制动电流满足上述复式比率差动判据动作方程时，大差动作说明故障发生在母线区域内。反之则不在。
46.根据采集到的各支路刀闸位置，确定i母、ii母上的运行支路，将每条母线上支路电流做向量加和再取绝对值，以判断各母线上是否发生故障。bp-2ca/d-g型母线保护装置母联ta极性固定指向ii母，所以在计算i母小差差流时，是i母上各支路电流向量和先减去母联电流向量再求绝对值，ii母小差差流是ii母上各支路电流向量和先加上母联电流向量再求绝对值。i母或ii母制动电流都是各支路电流向量绝对值和母联电流向量绝对值之和。
47.当大差差动判定为区内故障且i母差动判定满足复式比率差动判据动作方程，则保护判定为i母内发生故障，i母差动保护动作。当大差差动判定为区内故障且ii母差动判定满足复式比率差动判据动作方程，则保护判定为ii母内发生故障，ii母差动保护动作。
48.母线差动保护动作判定方法当和电流突变量大于整定值或大差差流大于整定值，同时大差复式比率差动元件满足动作要求，母线大差动作，此时任意一条母线复合电压开放，差动保护跳对应母联断路器和对应母线上所有支路断路器，原理图如图4所示。
49.当和电流突变量大于整定值或大差差流大于整定值，同时大差复式比率差动元件满足动作要求，母线大差动作，此时任意一条母线小差差动动作且母线复合电压开放，母线保护跳开对应母联断路器和对应母线上所有支路断路器，原理图如图5所示。
50.针对故障位置不同，选取4个故障点对母线差动保护动作判定方法进行详细分析。
51.当a位置即i母母线上任意位置包括i母上连接支路的ta至母线的一小段距离和母联断路器dlx至i母的联络线上，统称为区域a内发生a相接地故障。i母a相电压降低，此时支路3和支路5电流由线路流向母线，母联电流由ii母流向i母，记电流分别为ik3、ik5、ik1，ii母上支路2和支路4的电流由线路流向母线，记电流分别为ik2、ik4，其二者之和等于母联电流ik1，母线指向线路为正，母联电流由ii母流向i母为正，根据i母小差计算公式，此时i母差流id大小为ik3、ik5、ik1的绝对值加和，满足复式比率差动判据的动作方程。此时大差差流满足复式比率差动判据的动作方程，ii母小差差流为0，所有母线保护判定i母故障，i母差动动作跳开母联断路器dly和i母上所有支路断路器。
52.当c位置发生故障，即母联断路器dlx和母联ta之间发生故障，各支路电流情况不变，此时判定i母故障，i母差动动作，跳开母联断路器dly和i母上左右支路断路器，故障切除。
53.当b位置和d位置发生故障，由ii母差动动作切除故障。可以看出，无论母线上何处发生故障，都可以根据电流计算判定故障母线，然后由相应的差动保护切除故障，不存在传统方式下母联断路器与母联ta之间发生故障时，母线保护先要跳开一条母线，延时后跳开另一条母线的动作方式，减小了停电范围，大大提高供电可靠性，消除了母联死区问题。
54.母联断路器失灵动作判定方法当母联断路器处于合位，保护收到启失灵信号，保护动作节点未返回，母联ta有流，母线保护启动母联失灵保护，保护根据母线电压开放情况，一时限跳两个母联断路器即使失灵的母联断路器也跳一次，二时限跳两条母线，逻辑图如图6所示。
55.当a点发生故障，i母差动动作跳开母联断路器dly，由于机构故障母联断路器dly失灵未跳开，此时ii母通过母联断路器故障点供电，导致母联ta始终有电流流过。母线保护根据母差启动失灵动作节点未返回，母联ta上有电流流过判定母联断路器dly失灵，启动母联失灵保护，一时限跳开两个母联断路器，由于母联断路器dly失灵，此时母联断路器dlx跳开，将ii母与故障点隔离，切除故障。
56.如果故障点在c点，即母联断路器dlx与母联ta之间，母联断路器dlx的跳开无法隔离ii母与故障点，则此时母联ta判别仍然有故障电流，保护动作不返回，母联失灵保护二时限跳开两条母线上所有支路，故障切除。
57.可以看出只有当母联断路器失灵且故障发生在另一个母联断路器与母联ta之间或两个母联断路器同时失灵时，失灵保护才会切除两条母线，由于母联断路器与母联ta之间相隔较近且两个母联断路器同时失灵的概率很小，多数情况下，当单个母联断路器失灵时，只需要切除一条母线即可隔离故障，大大提高系统高点可靠性。
58.支路断路器失灵动作判定方法当母联断路器处于合位，保护收到启失灵信号，保护动作节点未返回，母联ta有流，母线保护启动母联失灵母线间充电时故障保护动作判定方法当i母给ii母充电时，ii母上运行间隔全都通过刀闸调整至i母运行，ii母上无电压，母联断路器dlx断开，母联断路器dly合上，将送电支路调整至ii母运行，送电时，手动合上母联断路器dlx，i母通过母联断路器向ii母即ii母上送电间隔充电，当b位置或者d位置发生故障时，ii母电压降低，大差差动动作，ii母小差差动动作，母联ta有电流，ii母差动动作断开母联断路器dlx和ii母上送电线路。
59.如果充电至死区，即当c点发生故障，母联ta无电流，大差差动动作，i母小差动作，母线保护延时300ms跳开母联电路其dlx，切除故障。
60.母线分列与并列运行状态的判定方法母线保护通过断路器位置辅助节点，采集两个母联断路器的开关位置，并通过跳闸位置标识，母联断路器dlx和母联断路器dly的跳闸位置分别为twj
x
和twjy，当twj=0时，断路器处于合位，当twj=1时，断路器处于分位。
61.开关位置采集至母线保护后由cpu进行逻辑运算，对两个开关位置进行或非运算，当两个母联断路器均为合位时，判定双母线并列运行，当两个母联断路器有任意一个分位时，判定双母线分列运行，其逻辑图如图7所示。