专利名称：确保距离保护后备段不受过负荷影响的方法
技术领域：
本发明涉及电力系统安全稳定运行的一种继电保护技术，尤其涉及一一高压输电 线路有关距离保护不反应过负荷的继电保护方法。
背景技术：
在世界历次大停电事故中，高压线路距离保护中的后备段，即距离保护的第ni段， 因避不开过负荷而误跳闸，是扩大事故甚至是引发事故的重要原因。这个问题现在正逐渐引起各方广泛关注和重视(见1999年中国电力出版社《电网继电保护应用》和 2007年中国电力出版社《高压电网继电保护运行与设计》论述)。分别得出的结论是希望距离保护第ni段需要避开的最大负荷应按导线热稳定考虑，或者增加低电压闭 锁，但都未能彻底解决问题。而且加低电压闭锁后，将极大地降低其灵敏度，使m段 保护不能对下一级线路的故障起后备保护作用。由于一直没有好办法，甚至有人主张， 放弃距离保护第m段。距离m段若不能对下一级线路故障起后备作用，是十分危险的。但对距离m段的 后备作用也存在误区。本线路故障若距离i段拒动，则上一级线路的距离n段也可能 动作跳闸，同样会扩大停电范围。本线路距离n段动作已无法限制停电范围，动作延 时长得多的距离in段更不能够起后备保护作用了。何况微机距离保护中各段均由同一 cpu的软件实现，距离i、 n段拒动时m段也一定要拒动，起不了后备保护作用。由 此可见，实际上距离m段只应负责对下一级线路故障起远后备保护的作用。要求距离in段对下一级线路故障能灵敏地起后备保护的作用，与应当避开最小负 荷阻抗(最大负荷电流)的矛盾是众所周知的，成为长期讨论的一个议题，却又始终 未能很好的解决。通常只是在长距离重负荷线路的距离保护中增设负荷限制继电器，将可预见的最小负荷阻抗Zn排斥在距离III段的动作区外，见附图i。但这仅对可以预见的过负荷有效，当出现不可预见的异常过负荷(尤其在负荷转移)时测量阻抗减小 为z^仍难免要误动。线路保护的任务是在发生短路故障时动作跳闸，切除故障。过负荷不是故障，理当不受影响。线路过负荷允许的时间较长， 一般可达30min(文献 3，防御大停电的广域保护和紧急控制2007中国电力出版社)，所以距离III段应研究 解决从根本上区分过负荷与短路的方法。关键的问题是设计出能避开过负荷，却能反 应三相故障的距离继电器，以解决距离保护过负荷误动的问题。发明内容为了彻底解决距离保护后备段过负荷误动的问题，本发明的发明内容如下 在距离保护的后备段保护中，包括三个反应单相故障的接地距离继电器(即 ZA、 ZB、 ZC)、三个反应相间短路故障的相间距离继电器Z* * (即ZAB、 ZBC、 ZCA)和 一个反应三相故障的距离继电器Z3(K;同时不间断地监测线路电压、电流和零序电压 (U。)、零序电流(1。)、负序电压(U2)、负序电流(1》。当线路发生单相接地故障时，三个反应单相故障的接地距离继电器ZA、 ZB、 ZC 由零序电流继电器1。和零序电压继电器U。启动。即将三个反应单相故障的接地距离 继电器ZA、 ZB、 ZC组成"或"门后，其输出与零序电流继电器1。和零序电压继电器 U。一起组成"与"门出口；当线路发生相间短路故障时，三个反应相间短路故障的相间距离继电器ZAB、ZBC、 ZCA由负序电流继电器12和负序电压继电器132启动。即将三个反应相间短路故障的相 间距离继电器ZAB、 ZBC、 ZCA组成"或"门后，其输出再与负序电流继电器和负序电 压继电器的输出一起组成"与"门出口；当线路发生三相短路故障时，反应三相故障的距离继电器Z3*由正向偏移的姆欧 继电器M和Ucos4)电压继电器组成"与"门输出来启动反应三相故障的距离继电器 Z3*。所述姆欧继电器M和Ucos4)电压继电器可取任意一个相间电压和电流构成，当采用线路B、 C相线间电压V^:和线路B、 C相线间电流lBC时，正向偏移的姆欧继电器M记为Mbc,其动作特性圆的最近端由线路对侧母线开始，最远端与相间距离III段相 同，其动作判据为<formula>formula see original document page 5</formula>°式中ZZ —一本线路的正序阻抗；ZY3 —一相间距离m段的整定阻抗； t/^COSp继电器在下式成立时启动 <formula>formula see original document page 5</formula>/秋,械w 启动后在下式不成立时返回<formula>formula see original document page 5</formula>式中M——正常运行时的^Zbc;p——/亂.落后〃亂，的相角； &一一线路正序阻抗角/7 bccos(p+9o° -^)不会超过相间短路电弧电阻上的压降。距离m段动作延时 长，电弧被风吹长后，电弧压降会增加，因此将(/^cosv动作后的返回电压提高到负荷转移时线路中必然有很大的有功负荷，^C0Sp的数值必然大于0.25LV:M^ ，Z3 4>确保不会误动。本发明还提出增加对线路对侧变压器低压侧故障起后备保护作用的第IV段。当对 侧母线上联接的Y,d接线降压变压器低压侧发生两相短路故障时，釆用负序距离继电器Z2来保护；当对侧母线上联接的Y, d接线降压变压器低压侧发生三相短路故障时，使用一个正向偏移的姆欧继电器Miv来保护。Z2的动作判据如下式中C/,、 "2 —一分别为正序电压与负序电压； II、 12——分别为正序电流与负序电流； ZY4 —一为负序距离继电器4的整定阻抗。 负序距离继电器是不反应负荷的(正常运行状态系统不会产生负序电压和负序电 流)，其整定阻抗ZY4可以整定得很大，以保证足够的灵敏度。 MlV的动作判据如下270 〉arg gc 、 z-^^〉90式中ZL —一本线路正序阻抗； ZT —一变压器阻抗；ZY4 —一与负序距离继电器Z2的整定阻抗相同。 由于此继电器釆用正向偏移特性，上式中正向偏移量(ZL+0.8 ZT)很大，足以 避开最小负荷阻抗，确保不受过负荷影响。
图i、为现在广泛应用的距离保护i 、 n、 m段的动作特性(图中以圆特性为例示出，四边形特性与此类似)；图2、为本发明距离保护第III段反应三相故障的距离继电器Z3*的动作特性；图3、由零序电压和零序电流启动接地距离III段的逻辑图；图4、由负序电压和负序电流启动反应两相故障的距离继电器的逻辑图；图5、由一正向偏移姆欧继电器M和t/casp电压继电器启动的反应三相故障的距离继电器的逻辑图。
具体实施方式
本发明距离保护第ni段共用7个继电器(7个判据)，另外根据需要补充反应线路对端降压变压器低压侧故障的距离继电器1、 三个反应单相故障的距离继电器ZA、 ZB、 ZC，本发明强调必须增加分别反应 零序电流/。和零序电压t/。的继电器，组成"与"门出口，逻辑图如图3所示。2、 三个反应两相故障的距离继电器ZAB、 ZBC、 ZCA，本发明强调必须增加分别反 应负序电流/2和负序电压"2的继电器，组成"与"门出口。逻辑关系如图四所示。3、 一个反应三相故障的全新的距离继电器Z3*。其动作特性由一正向偏移姆欧 继电器M和t/COSp电压继电器组成"与"门出口，其逻辑关系如图5所示。其中正向偏移姆欧继电器M的动作判据为270。〉arg^c_Z/"c〉％°式中Z,. —一线路正序阻抗；ZY3——距离III段整定阻抗。 f/COS伊电压继电器的启动判据为一 0.03t/8CM)W < t/scCOS( ^ + 90 — ) < 0.08l/BCMW L/COSp电压继电器的启动后，保持动作的判据为 - 0. lf/謂M < t/ + 90 - ^) < 0.25^c薩 式中^t,MW——正常运行中的UB" p——/^落后^c的相角； &——线路正序阻抗角。4、 如果需要对线路对侧变压器低压侧故障起后备保护作用，可再增加一段，称 为第IV段。參后备IV段对变压器低压侧两相短路的保护用负序距离继电器Z2，其动作判据为<formula>formula see original document page 8</formula>
式中U1,U2--分别为正序及负序电压； I1,I2--分别为正序及负序电流；Zy4 --整定阻抗，对变压器低压侧母线故障有足够的灵敏度。 负序距离继电器是不反应负荷的，所以Zm可以整定得很大。 參后备iv段对变压器低压侧三相短路的保护用姆欧继电器， 继电器当然应当是一个正向偏移的姆欧继电器MlV。 其动作判据为<formula>formula see original document page 8</formula>式中ZL --本线路正序阻抗ZT--变压器阻抗zy4--与负序距离继电器Z2的整定阻抗相同。 此继电器采用正向偏移，由于正向偏移量(ZL+0.8 Zt)很大，足以避开最小负 荷阻抗。其特性圆的最近端深入到变压器内部(不要超过变压器的阻抗)，最远端与负序 距离继电器的整定阻抗Zy的末端相同。变压器高压引线上的三相短路可以由距离ii段起后备作用。变压器绕组不可能发 生三相短路。所以此正向偏移姆欧继电器的近端可以深入到变压器内，其动作特性圆 只要包围变压器低压母线即可。此继电器的特性圆上抛得很远，可以完全不受过负荷 影响。图2为本发明距离保护第ni段反应三相故障的距离继电器Z3*的动作特性。 如图所示，由正向偏移特性圆(上抛型姆欧继电器动作区)和反应电弧电阻上压降的限制线共同组成一个很狭窄的类似倒梯形区域(图中用阴影标出)就是Z3》的动作区。图中还示出了距离i、 ii、 ni段动作特性的配合关系。梯形的两条边由f/COSp电压继电器启动判据决定。启动后梯形两边拓宽(图中未示出)，由返回判据决定。
权利要求
1、一种确保距离保护后备段不受过负荷影响的方法，在距离保护后备段中，包括三个反应单相故障的接地距离继电器Zφ(ZA、ZB、ZC)、三个反应相间短路故障的相间距离继电器Zφφ(ZAB、ZBC、ZCA)和一个反应三相故障的距离继电器Z3φ；其特征是当线路发生单相接地故障时，三个反应单相故障的接地距离继电器Zφ(ZA、ZB、ZC)必须由零序电流(I0)和零序电压(U0)启动，这三个反应单相故障的接地距离继电器Zφ(ZA、ZB、ZC)组成“或”门后，其输出与零序电流(I0)和零序电压(U0)一起组成“与”门出口；当线路发生相间短路故障时，三个反应相间短路故障的相间距离继电器Zφ(ZA、ZB、ZC)必须由负序电流(I2)和负序电压(U2)启动，这三个反应相间短路故障的相间距离继电器Zφ(ZA、ZB、ZC)组成“或”门后，其输出与负序电流继电器和负序电压继电器的输出一起组成“与”门出口；当线路发生三相短路故障时，反应三相故障的距离继电器Z3φ由正向偏移的姆欧继电器(M)和Ucosφ电压继电器组成“与”门输出来启动反应三相故障的距离继电器Z3φ。
2、 由权利要求l所述的方法，所述姆欧继电器(M)和Ucosd)电压继电器可取 任意一个相间电压和电流构成，当采用线路B、 C相线间电压(7sc和线路B、 C相线间 电流Ibc时，正向偏移的姆欧继电器(M)记为Mbc,其动作特性圆的最近端由线路对 侧母线开始，最远端与相间距离III段相同，其动作判据为<formula>formula see original document page 2</formula>式中Zi —一本线路的正序阻抗zyj —一相间距离m段的整定阻抗 t/^casv)继电器在下式成立时启动启动后在下式不成立时返回<formula>formula see original document page 2</formula> 式中^^rw一一正常运行时的p——/^落后C/^的相角； &——线路正序阻抗角
3、 由权利要求l或2所述的方法，其特征为增加一段后备保护即第IV段保护， 以对线路对侧变压器低压侧故障起后备保护作用，当对侧母线上联接的Y,d接线降压 变压器低压侧发生两相短路故障时，采用负序距离继电器(Z2)来保护；当对侧母线 上联接的Y,d接线降压变压器低压侧发生三相短路故障时，使用正向偏移的姆欧继电 器(M1V)。
4、 由权利要求3所述的方法，所述负序距离继电器(Z2)的动作判据如下-式中^、 t/2 —一分别为正序电压与负序电压；/,、 /2 —一分别为正序电流与负序电流；z,4 —一为负序距离继电器^的整定阻抗。 负序距离继电器是不反应负荷的，其整定阻抗；4可以整定得很大，以保证足够 的灵敏度。
5、由权利要求3所述的方法，所述正向偏移的姆欧继电器(M1V)，其特性圆的最 近端可深入到变压器内部但不要超过变压器的阻抗，最远端与负序距离继电器(z2) 的整定阻抗的末端相同，其动作判据如下-"0、rA-(^观》S90。式中ZL——本线路正序阻抗； ZT _—变压器阻抗；ZY4 — —与负序距离继电器Z2的整定阻抗相同， 由于此继电器采用正向偏移特性，式中正向偏移量(ZL+0.8 ZT)很大，足以避开最 小负荷阻抗，确保不受过负荷影响。
全文摘要
本发明公开了一种不反应过负荷的距离保护后备段的方法。高压线路距离保护中的后备段即距离保护的III段，因避不开过负荷而误跳闸，是扩大事故甚至是引发事故的重要原因。要求距离III段对下一级线路故障能灵敏地起后备保护的作用，与应当避开最小负荷阻抗的矛盾，成为长期讨论的一个议题，却又始终未能很好的解决。本发明公开的不反应过负荷的距离保护后备段的方法，根据不同的故障类型，通过相应的辅助判据继电器启动距离保护后备段中的距离继电器，来达到使距离保护后备段不反应线路的过负荷的目的，同时增加后备保护即第IV段对对侧变压器低压侧故障起后备保护作用。本发明很好的解决距离保护过负荷误动的问题，对于电力系统的稳定运行具有重要意义。
文档编号H02H7/26GK101227085SQ20081005590
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月2日 优先权日2008年1月2日
发明者朱声石, 朱庆翔, 马师模 申请人:朱声石;马师模;朱庆翔