适用于含DG配电网的有通道快速电流保护方法

摘要

本发明涉及一种适用于含DG配电网的有通道快速电流保护方法，采用方向性电流保护，只有在正向故障时保护才动作，可以通过整定控制字设定实现传统的三段式方向性电流保护和有通道快速电流保护功能的切换。当选择不投入通道时，工作模式为传统的三段式方向性电流保护，即I段为瞬时电流速断保护，II、III段为定时限速断保护；当选择投入通道时，工作模式为有通道快速电流保护，即I、II段用来启动快速电流保护，II、III段仍为定时限速断保护。本发明支持命令直接跳闸功能，可以接收其他保护装置发出的远跳信号实现直接跳闸。本发明配置了灵活的三相一次自动重合闸功能用来切除瞬时性故障，可以实现直接快速重合闸、检线路无压重合闸或检同期重合闸。该保护配置灵活，能够很好的适应含DG的配电网。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统配电线路继电保护领域，尤其是一种适用于含DG配电网的有通道快速电流保护方法。

背景技术

目前，由于常规能源的紧张和日益严峻的环境问题，可再生能源的开发和利用受到前所未有的重视，与之相适应的分布式发电技术因此得到快速发展。为方便并网，分布式电源(DG)往往选择就地接入配电网。我国的中低压配电网主要是中性点不接地(或经消弧线圈接地)、单侧电源、辐射型供电网络，一般配置传统的三段式电流保护，即：瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过流保护。虽然简单经济，但却无法满足大量DG并网对保护的要求，出现了许多新的问题，主要包括：(1)DG下游的保护感受到的故障电流比引入DG前增大，导致保护的灵敏度提高，严重时将导致保护误动作，失去选择性；(2)传统三段式电流保护不带方向性，DG上游故障时，DG提供的反向故障电流可能导致保护误动；(3)导致重合闸不成功。

纵联保护虽然能解决DG接入带来的问题，但需要对配电网的结构和设备进行大量的改进和更新，不满足经济性的要求。

文中的DG是英文Distributed Generator的简写，中文意思是分布式电源。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于传统的三段式电流保护和纵联保护的有通道快速电流保护方法，配合灵活的方法步骤，解决了DG接入配电网后给保护带来的问题。本申请的保护采用了通信通道，且动作快速，所以叫做有通道快速电流保护。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

适用于含DG配电网的有通道快速电流保护方法，包括以下步骤：

1).开始，进入正常运行步骤，通过保护装置判断是否投入了远跳功能步骤，如果是并收到远跳信号则进行发跳闸命令步骤；

2).再判断是否投入了重合闸步骤，如果投入了重合闸步骤则进行重合闸步骤，重合闸步骤后返回正常运行步骤，如果没有投入重合闸步骤则返回正常运行步骤；

3).如果步骤1)中没有投入远跳功能步骤或没有收到远跳信号则进入总启动元件是否动作判断步骤，如果总启动元件不动作则进入返回正常运行步骤；如果总启动元件动作，则进入故障计算步骤；

4).进入故障计算步骤后，通过保护装置的控制字选择通道是否投入步骤、是否投入远跳功能步骤，以及是否投入重合闸功能步骤；

若没有投入通道时，保护装置实现的是传统的三段式方向性电流保护；

若投入了通道时，保护装置的保护方式即为有通道快速电流保护。

所述步骤4)中的进入故障计算步骤后，首先由I段方向电流元件判断故障是否位于I段范围内，即I段方向电流元件是否动作；

如果I段方向电流元件动作，则位于I段范围内，然后进入II段延时步骤和III段延时步骤，同时进入判断通道是否投入步骤，如果通道投入使用，进入有通道快速电流保护，启动通信模块A的发信机，连续发150ms闭锁信号，闭锁上游保护；

然后经8ms延时后检测通信模块A的收信机是否收到下游保护的闭锁信号，如果连续8ms收到闭锁信号，则判断为故障发生在下游其他线路上，经保护闭锁步骤后返回正常运行步骤；

如果通信模块A的收信机连续8ms没有收到闭锁信号或者通道没有投入，则判断为故障发生在本线路上，于是发跳闸命令，跳开本保护处的断路器；

再进入是否投入了远跳功能判断步骤，如果选择投入远跳功能步骤，则启动通信模块B的发信机，连续发150ms远跳信号，命令下游保护直接跳开另一侧的断路器；

跳闸命令步骤后如果没有投入远跳功能步骤，以及启动通信模块B的发信机发远跳信号后均进入是否投入了重合闸判断步骤，如果投入了重合闸，则启动重合闸步骤，然后返回正常运行步骤；如果没有投入重合闸，则返回正常运行步骤；

II段延时步骤和III段延时步骤在保护切除故障后立即结束。

如果I段方向电流元件不动作，则由II段方向电流元件判断故障是否位于II段范围内，即判断II段方向电流元件是否动作，如果II段方向电流元件动作，则位于II段范围内，进入通道是否投入步骤，如果通道没有投入，进入II段延时步骤和III段延时步骤；

如果通道投入使用，则同时启动通信模块A的发信机和进入II段延时步骤、III段延时步骤，由通信模块A的发信机连续发150ms闭锁信号，闭锁上游保护；

然后经8ms延时后检测通信模块A的收信机是否收到下游保护的闭锁信号，如果连续8ms收到闭锁信号，则判断为故障发生在下游其他线路上，经保护闭锁步骤后返回正常运行步骤；

如果通信模块A的收信机没有连续收到8ms闭锁信号或者通道没有投入，判断为故障发生在本线路上，则发跳闸命令，跳开本保护处的断路器；

同时进入是否投入了远跳功能判断步骤，如果选择投入远跳功能步骤，则启动通信模块B的发信机，通信模块B的发信机连续发150ms远跳信号，命令下游保护直接跳开另一侧的断路器；

跳闸命令步骤后如果没有投入远跳功能步骤，以及启动通信模块B的发信机发远跳信号后均进入是否投入了重合闸判断步骤，如果投入了重合闸，则启动重合闸步骤，然后返回正常运行步骤；如果没有投入重合闸，则返回正常运行步骤；

II段延时步骤和III段延时步骤在保护切除故障后立即结束。

如果II段方向电流元件不动作，则由III段方向电流元件判断故障是否位于III段范围内，即判断III段方向电流元件是否动作，如果III段方向电流元件动作，则位于III段范围内，然后进入III段延时步骤，作为下游线路保护的后备保护；

若故障由下游保护切除，则III段延时步骤立即结束运行而不发跳闸信号，然后返回正常运行步骤重新开始；

如果III段方向电流元件没有动作，则返回正常运行步骤重新开始。

其中，DG是英文Distributed Generator的简写，中文意思是分布式电源。

正常运行步骤：在未发现故障时循环运行。其功能包括：检查开关位置状态、线路电压是否断线、交流电流是否断线及电流回路零点漂移调整。

II段延时步骤：按整定时间进行延时，延时过程中不断检测远跳信号，若收到远跳信号则直接发跳闸命令，结束延时程序；不断检测总启动元件和II段方向电流元件的状态，只要有一个元件复归，则立即结束程序，不发跳闸命令；如果延时结束，检测II段方向电流元件满足动作条件，则发跳闸命令。

III段延时步骤：按整定时间进行延时，延时过程中不断检测远跳信号，若收到远跳信号则直接发跳闸命令，结束延时程序；不断检测总启动元件和III段方向电流元件的状态，只要有一个元件复归，则立即结束程序，不发跳闸命令；如果延时结束，检测III段方向电流元件满足动作条件，则发跳闸命令。

保护闭锁步骤：将保护闭锁160ms，闭锁期间不断检测远跳信号，若收到远跳信号则开放保护发跳闸命令，结束闭锁程序。

重合闸步骤：重合闸为三相一次重合闸；可根据故障的严重程度引入闭锁重合闸的方式。重合闸的启动方式可以由保护动作起动或开关位置不对应起动。三相重合时，可采用检线路无压或检同期，也可采用快速直接重合方式。检无压时，检查线路电压或母线电压小于30V；检同期时，检查线路电压和母线电压大于40V，且线路和母线电压间的相位差在整定范围内。合闸于故障线路时，零序电流大于加速定值时经100ms延时加速三相跳闸。

本发明的有通道的快速电流保护方法是基于已被证实的方向性电流保护技术和纵联保护技术。保护可以通过整定控制字设定，工作于传统的三段式方向性电流保护或有通道快速电流保护模式。

本发明采用方向性电流保护，只有在正向故障时保护才动作。保护设置灵活，可以通过整定控制字设定实现传统的三段式方向性电流保护和有通道快速电流保护功能的切换。当选择不投入通道时，工作模式为传统的三段式方向性电流保护，即I段为瞬时电流速断保护，II、III段为定时限速断保护；当选择投入通道时，工作模式为有通道快速电流保护，即I、II段用来启动快速电流保护，II、III段仍为定时限速断保护。

本发明支持命令直接跳闸功能，可以接收其他装置发出的远跳信号实现直接跳闸。通过该功能可以实现线路一侧断路器跳闸后给另一侧保护发远跳信号，远跳线路另一侧断路器，实现线路的隔离。

本发明配置了灵活的三相一次自动重合闸功能用来切除瞬时性故障，通过整定控制字设定可以实现直接快速重合闸、检线路无压重合闸或检同期重合闸。

有通道快速电流保护装置由算法单元、通信单元和通信通道组成。通信单元又包括通信模块A(接收和发出闭锁信号)和通信模块B(接收和发出远跳信号)。通信单元可以根据具体实际需要，选择配置一个或两个通信模块，也可不配置。通讯方式多样，可以采用电力载波、无线通信和光纤通信等现有的通讯方式。保护装置为现有硬件设备，在此不再赘述。

本发明能够快速切除全线故障，保证线路故障情况下DG继续并网发电，充分考虑到了分布式电源运行商的利益，也提高了配电网的供电可靠性，具有明显的优点。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明的功能框图；

图3是本发明的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1中，适用于含DG配电网的有通道快速电流保护方法，包括以下步骤：

1).开始，进入正常运行步骤，通过保护装置判断是否投入了远跳功能步骤，如果是并收到远跳信号则进行发跳闸命令步骤；

2).再判断是否投入了重合闸步骤，如果投入了重合闸步骤则进行重合闸步骤，重合闸步骤后返回正常运行步骤，如果没有投入重合闸步骤则返回正常运行步骤；

3).如果步骤1)中没有投入远跳功能步骤或没有收到远跳信号则进入总启动元件是否动作判断步骤，如果总启动元件不动作则进入返回正常运行步骤；如果总启动元件动作，则进入故障计算步骤；

4).进入故障计算步骤后，通过保护装置的控制字选择通道是否投入步骤、是否投入远跳功能步骤，以及是否投入重合闸功能步骤；

若没有投入通道时，保护装置实现的是传统的三段式方向性电流保护；

若投入了通道时，保护装置的保护方式即为有通道快速电流保护。

所述步骤4)中的进入故障计算步骤后，首先由I段方向电流元件判断故障是否位于I段范围内，即I段方向电流元件是否动作；

如果I段方向电流元件动作，则位于I段范围内，然后进入II段延时步骤和III段延时步骤，同时进入判断通道是否投入步骤，如果通道投入使用，进入有通道快速电流保护，启动通信模块A的发信机，连续发150ms闭锁信号，闭锁上游保护；

然后经8ms延时后检测通信模块A的收信机是否收到下游保护的闭锁信号，如果连续8ms收到闭锁信号，则判断为故障发生在下游其他线路上，经保护闭锁步骤后返回正常运行步骤；

如果通信模块A的收信机连续8ms没有收到闭锁信号或者通道没有投入，则判断为故障发生在本线路上，于是发跳闸命令，跳开本保护处的断路器；

再进入是否投入了远跳功能判断步骤，如果选择投入远跳功能步骤，则启动通信模块B的发信机，连续发150ms远跳信号，命令下游保护直接跳开另一侧的断路器；

跳闸命令步骤后如果没有投入远跳功能步骤，以及启动通信模块B的发信机发远跳信号后均进入是否投入了重合闸判断步骤，如果投入了重合闸，则启动重合闸步骤，然后返回正常运行步骤；如果没有投入重合闸，则返回正常运行步骤；

II段延时步骤和III段延时步骤在保护切除故障后立即结束。

如果I段方向电流元件不动作，则由II段方向电流元件判断故障是否位于II段范围内，即判断II段方向电流元件是否动作，如果II段方向电流元件动作，则位于II段范围内，进入通道是否投入步骤，如果通道没有投入，进入II段延时步骤和III段延时步骤；

如果通道投入使用，则同时启动通信模块A的发信机和进入II段延时步骤、III段延时步骤，由通信模块A的发信机连续发150ms闭锁信号，闭锁上游保护；

然后经8ms延时后检测通信模块A的收信机是否收到下游保护的闭锁信号，如果连续8ms收到闭锁信号，则判断为故障发生在下游其他线路上，经保护闭锁步骤后返回正常运行步骤；

如果通信模块A的收信机没有连续收到8ms闭锁信号或者通道没有投入，判断为故障发生在本线路上，则发跳闸命令，跳开本保护处的断路器；

同时进入是否投入了远跳功能判断步骤，如果选择投入远跳功能步骤，则启动通信模块B的发信机，通信模块B的发信机连续发150ms远跳信号，命令下游保护直接跳开另一侧的断路器；

跳闸命令步骤后如果没有投入远跳功能步骤，以及启动通信模块B的发信机发远跳信号后均进入是否投入了重合闸判断步骤，如果投入了重合闸，则启动重合闸步骤，然后返回正常运行步骤；如果没有投入重合闸，则返回正常运行步骤；

II段延时步骤和III段延时步骤在保护切除故障后立即结束。

如果II段方向电流元件不动作，则由III段方向电流元件判断故障是否位于III段范围内，即判断III段方向电流元件是否动作，如果III段方向电流元件动作，则位于III段范围内，然后进入III段延时步骤，作为下游线路保护的后备保护；

若故障由下游保护切除，则III段延时步骤立即结束运行而不发跳闸信号，然后返回正常运行步骤重新开始；

如果III段方向电流元件没有动作，则返回正常运行步骤重新开始。

其中，正常运行步骤：在未发现故障时循环运行。其功能包括：检查开关位置状态、线路电压是否断线、交流电流是否断线及电流回路零点漂移调整。

II段延时步骤：按整定时间进行延时，延时过程中不断检测远跳信号，若收到远跳信号则直接发跳闸命令，结束延时程序；不断检测总启动元件和II段方向电流元件的状态，只要有一个元件复归，则立即结束程序，不发跳闸命令；如果延时结束，检测II段方向电流元件满足动作条件，则发跳闸命令。

III段延时步骤：按整定时间进行延时，延时过程中不断检测远跳信号，若收到远跳信号则直接发跳闸命令，结束延时程序；不断检测总启动元件和III段方向电流元件的状态，只要有一个元件复归，则立即结束程序，不发跳闸命令；如果延时结束，检测III段方向电流元件满足动作条件，则发跳闸命令。

保护闭锁步骤：将保护闭锁160ms，闭锁期间不断检测远跳信号，若收到远跳信号则开放保护发跳闸命令，结束闭锁程序。

重合闸步骤：重合闸为三相一次重合闸；可根据故障的严重程度引入闭锁重合闸的方式。重合闸的启动方式可以由保护动作起动或开关位置不对应起动。三相重合时，可采用检线路无压或检同期，也可采用快速直接重合方式。检无压时，检查线路电压或母线电压小于30V；检同期时，检查线路电压和母线电压大于40V，且线路和母线电压间的相位差在整定范围内。合闸于故障线路时，零序电流大于加速定值时经100ms延时加速三相跳闸。

本发明的保护方法支持命令直接跳闸，而且可以通过远跳控制字选择是否投入。保护的总启动元件是一个灵敏度很高的电流突变量启动元件。如果总启动元件动作，说明很可能发生故障，进入故障计算程序。通过控制字选择是否投入通道，是否投入远跳功能，是否投入重合闸功能。不投入通道时，保护工作于传统的三段式方向性电流保护模式，这里不再对其工作流程进行说明。投入通道时，保护即为有通道快速电流保护，流程简述如下：

首先由I段方向电流元件判断故障是否位于I段范围内。如果位于I段范围内，则在进入II段延时步骤和III段延时步骤的同时，进入快速段程序，启动通信模块A的发信机，连续发150ms闭锁信号，闭锁上游保护。然后经8ms延时后检测通信模块A的收信机是否收到下游保护的闭锁信号，如果连续收到8ms闭锁信号，说明故障发生在下游其他线路上，然后程序重新开始；如果没有收到闭锁信号，说明故障发生在本线路上，则发跳闸命令，跳开本侧断路器。如果选择投入远跳功能，则启动通信模块B的发信机，连续发150ms远跳信号，命令下游保护直接跳开另一侧的断路器。然后进入重合闸程序或重新开始循环。II段延时步骤和III段延时步骤在保护快速段切除故障后立即结束运行。

如果I段方向电流元件不动作，则由II段方向电流元件判断故障是否位于II段范围内。因为I I段保护范围包括本线路全长和下级线路的一部分，所以II段元件启动有本线路还是相邻线路故障的区别。如果是相邻线路故障，则快速段因收到下级保护的闭锁信号而进入闭锁保护程序；II段、III段延时步骤在下级保护切除故障后结束运行。如果是本线路故障，则由快速段切除故障，过程同I段。

如果II段方向电流元件不动作，则由III段方向电流元件判断故障是否位于III段范围内。如果位于III段范围内，则仅进入III段延时步骤，作为下游线路保护的后备保护。若故障由下游保护切除，则III段延时步骤立即结束运行而不发跳闸信号，然后程序重新开始。

图2所示为本发明有通道快速电流保护的功能框图，它包括算法单元和通信单元两大模块，算法单元执行保护算法；通信单元包括通信模块A(接收和发出闭锁信号)、通信模块B(接收和发出远跳信号)，实现与远方保护的通信。

图3所示为有通道快速电流保护在含DG配电网中应用的方案示意图。这个方案中采用光纤通信方式。DG上游线路保护装置A、保护装置B、保护装置C和保护装置F投通道和远跳功能，自动重合闸设为检无压和检同期；DG下游线路保护装置D、保护装置E投通道而不投远跳功能，自动重合闸设为快速直接重合闸。保护动作过程简述如下：

当DG上游线路故障时，例如线路BC发生短路，保护装置B的I段或II段发现故障并启动通信模块A的发信机给保护装置A发闭锁信号，保护装置B的通信模块A的收信机未收到保护装置C的闭锁信号，于是保护装置B经过大约16ms发出跳闸命令，断路器B跳闸。同时保护装置B启动通信模块B的发信机向保护装置C发远跳信号后执行重合闸程序。保护装置C连续收到8ms远跳信号而发出跳闸命令，断路器C跳闸，从而实现了故障线路从两端隔离。然后保护装置C执行重合闸程序。保护装置B的自动重合闸经整定的延时后先动作，断路器B重合。保护装置C的自动重合闸也经整定的延时后动作，断路器C重合。若发生的是瞬时性故障，则断路器B和断路器C都重合成功，系统恢复正常。若发生的是永久性故障，则断路器B、断路器C重合于故障后各自保护加速跳闸，将故障线路从两端彻底切除。整个过程中DG可以始终保持并网运行，继续给下游负荷供电。DG上游其它线路发生故障时的动作过程类似。

当DG下游线路故障时，例如线路DE发生短路，保护装置D的I段或II段发现故障并启动通信模块A的发信机给保护装置C发闭锁信号，保护装置D未收到保护装置E的闭锁信号，于是保护装置D快速发出跳闸命令，断路器D跳闸，然后执行自动重合闸程序。若线路EF发生短路，保护装置E的I段或II段发现故障并启动发信机给保护装置D发闭锁信号，保护装置D的I段或II段的启动元件虽然会因DG的存在而可能启动，但保护装置D已被闭锁，所以不会动作。保护装置E未收到闭锁信号，保护装置E会快速发出跳闸命令，断路器E跳闸，然后执行自动重合闸程序。整个过程中，DG可以始终保持并网发电。

本发明在不投入通道时，保护装置工作于传统的三段式方向性电流保护模式，其动作时间同传统的三段式电流保护，即I段无延时，II段、III段为延时段。投入通道时，快速段动作时间大约为16ms，远跳实现跳闸的动作时间大约为24ms。可见，本发明能够快速切除全线故障，保证线路故障情况下DG继续并网发电，充分考虑到了分布式电源运行商的利益，也提高了配电网的供电可靠性，具有明显的优点。

为了举例说明本发明的实现，描述了上述具体实例。本发明的其他变化和修改对本领域技术人员是显而易见的，本发明并不局限于所描述的具体实施方式。因此，在本发明所公开内容的真正实质和基本原则范围内的任何修改、变化或等效变化，都属于本发明的权利要求保护范围。