用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法

摘要

本发明一种用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，其特征在于，包括以下内容：1)计算被保护线路的距离Ⅲ段保护的阻抗整定值和时间整定值并对参数进行设定；2)采集本站和相邻变电站距离保护的阻抗元件信息；3)当故障发生在本站某一出线的距离Ⅲ段所整定的保护范围内时，该距离Ⅲ段阻抗元件启动，则启动本站的区域式后备保护；4)得到区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN；5)如果满足区域式后备保护延时判据，对tN进行修正；6)如果满足区域式后备保护加速判据，则对tN进行修正；7)如果满足区域式后备保护反向出口故障判据，则对tN进行修正；8)根据步骤4)～7)得到的区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN决定区域式后备保护动作，切除故障。

权利要求

1.一种用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照简化整定方法计算被保护线路的距离Ⅲ段保护的阻抗整定值 和时间整定值并根据计算得到的阻抗整定值 和时间整定值 对区域内的距离Ⅲ段保护装置的参数进行设定；

2)收集本站和相邻变电站距离保护的阻抗元件信息，作为构建区域式后备保护的判据，其中，阻抗元件信息包括本侧保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 本侧保护距离Ⅲ段阻抗元件信息 下级保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 下级保护距离Ⅲ段阻抗元件信息上级保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 对侧保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 以及背侧保护距离Ⅱ段阻抗元件信息

3)当故障发生在本站某一出线的距离Ⅲ段所整定的保护范围内时，该距离Ⅲ段阻抗元件启动，则启动本站的区域式后备保护；

4)根据步骤2)中的阻抗元件信息计算区域式后备保护动作时间，得到区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN；

5)如果步骤2)中的阻抗元件信息满足区域式后备保护延时判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；

6)如果步骤2)中的阻抗元件信息满足区域式后备保护加速判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；

7)如果步骤2)中的阻抗元件信息满足区域式后备保护反向出口故障判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；

8)根据步骤4)～7)得到的区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN决定区域式后备保护动作，计算最终动作延时(tN+2)Δt，经过该延时后，向步骤3)中启动的距离Ⅲ段保护的出线所对应的断路器发送跳闸命令，切除故障，其中，Δt表示阶段式保护的时间阶梯。

2.如权利要求1所述的一种用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，其特征在于，阻抗整定值 和时间整定值 的计算公式为：式中，Krel为可靠性系数，ZL.min为本线路最大事故过负荷时对应的最小负荷阻抗，tS为某个固定的延时。

3.如权利要求1所述的一种用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，其特征在于，区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN的判据为：式中，j、k分别为本侧保护i所对应的上级、下级保护编号，该判据的执行过程是由上而下，即上一条判据满足就输出结果，不再执行下一条；若不满足则继续下一条判据。

4.如权利要求3所述的一种用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，其特征在于，区域式后备保护延时判据为：若 则tN＝tN+2。

5.如权利要求3或4所述的一种用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，其特征在于，区域式后备保护加速判据为：若 则tN＝0。

说明书

用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法

技术领域

[0001] 本发明特别是关于一种用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，属于电力系统技术领域。

背景技术

[0002] 具有优越性能的距离保护广泛应用于输电线路的继电保护中。距离保护通常采用阶梯延时配合的三段式配置方式，Ⅰ、Ⅱ段为主保护，Ⅲ段为后备保护，包括对本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备和相邻下一级线路保护的远后备。距离Ⅲ段定值应按可靠躲过本线路最大事故过负荷电流对应的最小阻抗整定，并与相邻线路距离Ⅱ段配合。距离Ⅲ段还应对相邻线路末端故障有一定的灵敏度。

[0003] 为保证选择性，实现相邻线路故障时由相邻线路优先切除故障，距离Ⅲ段保护的动作时间要带时延，时延的大小与其延伸的保护范围有关。通常希望距离Ⅲ段定值的保护范围不伸出相邻线路距离Ⅱ段的保护范围，此时动作时间在相邻线路距离Ⅱ段的动作时间上增加一个时间阶梯。当选择性与灵敏性要求无法同时满足时，为保证灵敏性，让距离Ⅲ段改为与相邻元件的距离Ⅲ段配合，从而动作时间也要与相邻元件的距离Ⅲ段动作时间配合。若与相邻线路的距离Ⅲ段仍无法配合，则改为不完全配合方式，忽略按选择性整定的要求。此时保护范围不配合，仅动作时间配合，通过增加时间阶梯来确保选择性。当电网结构复杂时，如长短线路配合多、环网密集等，选择性与灵敏性无法同时满足的情况会增加，改为与相邻元件的距离Ⅲ段配合或者采用不完全配合方式则会大大延长距离Ⅲ段动作时间，某些情况下将无法满足速动性要求。另一方面，为满足选择性和灵敏性要求，与相邻线路配合时需要计算最大和最小分支系数，该计算过程非常复杂，不仅需要考虑各种“N-1”情况，还需要对不同运行方式和故障位置进行分析和选择，然后通过短路电流计算进行比较，才能找出最大、最小分支系数。因而传统方法的整定计算工作量大，并且需要有整定经验的工作人员参与。

[0004] 随着继电保护装置性能的提升和配置的强化，例如纵联保护的广泛应用和主保护配置的双重化，后备保护动作的机会越来越少，但是距离Ⅲ段保护只使用本地信息，不依赖通信，可靠性高，且其远后备作用必不可少，因此仍有配置的必要。按照传统方法进行距离Ⅲ段保护整定，是非常复杂和困难的，并随着电网规模扩大和电网结构复杂化，定值在选择性、灵敏性和速动性方面愈加难以协调，有时反而会制约电网运行方式的应用。因此研究既简单又满足电网安全运行要求的距离Ⅲ段保护整定方法是必要的。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种既简单又满足电网安全运行要求的用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法。

[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按照简化整定方法计算被保护线路的距离Ⅲ段保护的阻抗整定值 和时间整定值 并根据计算得到的阻抗整定值 和时间整定值 对区域内的距离Ⅲ段保护装置的参数进行设定；2)收集本站和相邻变电站距离保护的阻抗元件信息，作为构建区域式后备保护的判据，其中，阻抗元件信息包括本侧保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 本侧保护距离Ⅲ段阻抗元件信息 下级保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 下级保护距离Ⅲ段阻抗元件信息 上级保护距离Ⅱ段阻抗元件信息对侧保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 以及背侧保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 3)当故障发生在本站某一出线的距离Ⅲ段所整定的保护范围内时，该距离Ⅲ段阻抗元件启动，则启动本站的区域式后备保护；4)根据步骤2)中的阻抗元件信息计算区域式后备保护动作时间，得到区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN；5)如果步骤2)中的阻抗元件信息满足区域式后备保护延时判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；6)如果步骤2)中的阻抗元件信息满足区域式后备保护加速判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；7)如果步骤2)中的阻抗元件信息满足区域式后备保护反向出口故障判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；8)根据步骤4)～7)得到的区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN决定区域式后备保护动作，计算最终动作延时(tN+2)Δt，经过该延时后，向步骤3)中启动的距离Ⅲ段保护的出线所对应的断路器发送跳闸命令，切除故障，其中，Δt表示阶段式保护的时间阶梯。

[0007] 进一步地，阻抗整定值 和时间整定值 的计算公式为：

[0008]

[0009]

[0010] 式中，Krel为可靠性系数，ZL.min为本线路最大事故过负荷时对应的最小负荷阻抗，tS为某个固定的延时。

[0011] 进一步地，区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN的判据为：

[0012]

[0013] 式中，j、k分别为本侧保护i所对应的上级、下级保护编号，该判据的执行过程是由上而下，即上一条判据满足就输出结果，不再执行下一条；若不满足则继续下一条判据。

[0014] 进一步地，区域式后备保护延时判据为：

[0015] 若 则tN＝tN+2。

[0016] 进一步地，区域式后备保护加速判据为：

[0017] 若 则tN＝0。

[0018] 进一步地，区域式后备保护反向出口故障判据为：

[0019] 若 则tN＝3，i表示保护的编号。

[0020] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明利用本站和相邻变电站距离保护的阻抗元件信息，构建区域式后备保护判据，以此来配合距离Ⅲ段保护的选择性和速动性，最终实现后备保护选择性、灵敏性、速动性要求的和谐统一；另外，利用本发明的距离Ⅲ段整定方法以及与之配合的区域式后备保护判据，可构成后备距离保护方案，具体是：根据简化整定计算公式进行距离Ⅲ段保护的整定，故障发生时区域式后备保护利用收集的就地距离后备保护启动信息进行判据计算，实现有选择性地命令离故障近的断路器跳闸切除故障，因此本发明可以大大简化距离Ⅲ段保护的整定工作，使得各线路的距离Ⅲ段整定相对独立，避免了分支系数计算，以及选择性与灵敏性间矛盾的发生。2、本发明的区域式后备保护通过有限区域内的开关量信息构建判据，能有效地与简化整定后的阶段式后备保护相配合，具有很好的容错能力。3、本发明计算被保护线路的距离Ⅲ段保护的阻抗整定值 和时间整定值 采用简化整定方法，与现有技术采用国网中相关规程的传统方法相比，根据简化整定计算公式进行距离Ⅲ段保护的整定，计算量大幅减小，计算过程更为简明。4、本发明由于距离Ⅲ段仅按躲本线路最大事故过负荷电流对应的最小阻抗整定，并且时间定值固定，保证了躲负荷要求，能满足灵敏性要求。本发明可以广泛应用于电网的区域后备保护中。

附图说明

[0021] 图1是本发明的方法流程示意图；

[0022] 图2是本发明实施例IEEE RTS-96的单区域24节点系统示意图。

具体实施方式

[0023] 以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

[0024] 如图1所示，本发明提供的用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法，包括以下步骤：

[0025] 1、按照简化整定方法计算被保护线路的距离Ⅲ段保护的阻抗整定值 和时间整定值 并根据计算得到的阻抗整定值 和时间整定值 对区域内的距离Ⅲ段保护装置的参数进行设定，其中，阻抗整定值 和时间整定值 的计算公式为：

[0026]

[0027]

[0028] 式中，Krel为可靠性系数，可以根据实际需要进行选取，本发明实施例中可以取为0.7，ZL.min为本线路最大事故过负荷时对应的最小负荷阻抗，tS为某个固定的延时，可以根据实际需要进行设定，本发明实施例中设定为2.8s。

[0029] 2、收集本站和相邻变电站距离保护的阻抗元件信息，作为构建区域式后备保护的判据，其中，阻抗元件信息包括本侧保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 本侧保护距离Ⅲ段阻抗元件信息 直接相邻的下级保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 直接相邻的下级保护距离Ⅲ段阻抗元件信息 直接相邻的上级保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 对侧(本侧所在线路的对端)保护距离Ⅱ段阻抗元件信息 以及背侧(本侧所在线路的相连母线的其他出线)保护距离Ⅱ段阻抗元件信息

[0030] 3、当故障发生在本站某一出线的距离Ⅲ段所整定的保护范围内时，该距离Ⅲ段阻抗元件启动，则启动本站的区域式后备保护；

[0031] 判断是否需要启动区域式后备保护的判据为：若 则DQY＝1，其中，i表示保护的编号，1表示元件启动；DQY为区域式后备保护启动元件，DQY＝1表示区域式后备保护。

[0032] 4、根据步骤2中的阻抗元件信息计算区域式后备保护动作时间，得到区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN，其中，决定区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN的具体判据为：

[0033]

[0034] 式中，j、k分别为本侧保护i所对应的上级、下级保护编号，该判据的执行过程是由上而下，即上一条判据满足就输出结果，不再执行下一条；若不满足则继续下一条判据。

[0035] 5、如果步骤2中的阻抗元件信息满足区域式后备保护延时判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；其中，区域式后备保护延时判据为：

[0036] 若 则tN＝tN+2。

[0037] 6、如果步骤2中的阻抗元件信息满足区域式后备保护加速判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；其中，区域式后备保护加速判据为：

[0038] 若 则tN＝0。

[0039] 7、如果步骤2中的阻抗元件信息满足区域式后备保护反向出口故障判据，则对区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN进行修正，如果不满足则不进行修正；其中，区域式后备保护反向出口故障判据为：

[0040] 若 则tN＝3。

[0041] 8、根据步骤4～7得到的区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN，决定区域式后备保护动作，切除故障，具体为：根据步骤4～7得到的区域式后备保护的动作时间阶梯数值tN，计算出最终动作延时(tN+2)Δt，经过该延时后，向步骤3中启动的距离Ⅲ段保护的出线所对应的断路器发送跳闸命令，其中，Δt表示阶段式保护的时间阶梯，本发明实施例中设定为0.4s。

[0042] 为了验证本发明的用于距离Ⅲ段保护整定简化的区域式后备保护方法的正确性，采用如图2所示IEEE RTS-96的单区域24节点系统为例进行仿真验证，其中各线路的阻抗标幺值已在图中示出。下面选取其中母线17、18、21、22及其相互之间的线路25、26、27、28、33所构成的局部区域为分析对象进行说明。

[0043] 采用本发明中的距离Ⅲ段保护简化整定方法对线路25、26、27、28、33的距离Ⅲ段进行整定计算，结果如表1所示，距离Ⅲ段的动作延时统一整定为2.8s。

[0044] 表1距离后备保护简化计算定值

[0045]

[0046]

[0047] 采用传统方法对线路25、26、27、28、33距离Ⅲ段保护进行整定计算，结果如表2和表3所示。其中，时间级差取0.4s，躲振荡周期的最低延时取2.0s。表2按照跟相邻线路Ⅱ段配合的方法进行计算，表2中所有保护的选择性定值都比灵敏性定值小，即选择性与灵敏性间存在矛盾，因此改用跟相邻线路Ⅲ段配合的方法重新计算选择性定值，最终的整定计算结果如表3所示。其中，线路33母线21侧保护的不完全配合指阻抗定值不配合，时间配合，即为满足灵敏性要求，忽略选择性要求，采用增加时间间隔的方式来与下级进行配合。

[0048] 表2距离Ⅲ段传统整定方法的计算结果

[0049]

[0050] 表3距离Ⅲ段传统整定方法的最终整定结果

[0051]

[0052]

[0053] 对比表1、表2和表3可见，传统整定方法计算复杂，整定工作量非常大，造成该区域整定困难的原因是双回线和大助增电源的存在，使得最大分支系数和最小分支系数的差异大，从而选择性和灵敏性难以兼顾。此外，长-短线配合时，长线保证选择性会困难，而短-长线配合时，短线保证灵敏性会困难。而本发明的距离Ⅲ段保护简化整定方法的计算量较小，计算过程更为简明。

[0054] 以线路25靠近母线17侧20％位置的故障为例，分析本发明所提的区域式后备保护方案动作性能，并与传统距离Ⅲ段保护相比较，区域式保护配合方案在保证选择性的同时还能提高速动性。传统整定方式下和简化整定方式下的保护动作情况，以及区域保护的动作情况如表4所示。其中，“1”表示该保护启动，“0”表示该保护未启动；“N/A”表示保护未启动，因而无动作时间；“区域保护判据”一栏中，带括号的数字表示该数字序号对应的上述步骤中的判据，字母表示判据中具体的某一条。距离Ⅱ段的定值按照本线路阻抗乘以灵敏性系数整定，灵敏性系数取1.2。

[0055] 传统整定方法下，若故障需要由距离Ⅲ保护切除，由故障线路两侧的距离Ⅲ段保护分别以2.4s和2.8s的延时动作；若故障线路两侧距离Ⅲ段保护失效，则将由线路27/28母线21侧和线路26母线22侧的距离Ⅲ段分别以2.8s和3.2s的延时提供远后备保护。在简化整定方法及区域保护配合下，将由线路25两侧的区域保护以0.8s切除故障，若动作失效，将由线路27/28母线21侧和线路26母线22侧的区域保护分别以2.4s和2.0s提供远后备，因此区域式后备保护方案能在保证选择性的同时提高速动性。

[0056] 假设线路26母线22侧的距离Ⅱ段信息缺失，则对线路25母线17侧和线路26母线22侧的区域保护会产生影响，变化后的区域保护动作情况如表4中的相关元素所示，其余保护动作情况不变。发生保护信息缺失后，线路25母线17侧保护动作时间仍然比线路26母线22侧短，能够确保选择性。再假设线路25母线17侧的距离Ⅱ段信息失效，则相关保护动作情况如表4中相关元素所示，依然能够确保选择性。因此，区域式后备保护方案有很好的容错性。

[0057] 表4线路故障时的保护动作情况

[0058]

[0059]

[0060] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。