用于智能变电站的同杆双回线路继电保护配置方法

摘要

本发明公开了一种用于智能变电站的同杆双回线路继电保护配置方法，智能变电站双回线路中，每回线路中均配置一套继电保护装置，每套继电保护装置均只跳、合各自所在的对应的线路；每回线路通过光纤或组网模式采集本线路电流、电压及电气量信息，同时采集相邻线路的电流、电压和电气量信息，并通过站内GOOSE网络共享保护动作信息。本发明的保护配置方法既保证了双回线路保护的独立性，又增强了两回线路信息的共享，同时兼顾了保护的灵敏性和安全性，且优化了保护算法，提高了继电保护设备整体性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于智能变电站的同杆双回线路继电保护配置方法，属 于电力系统自动化技术领域。

背景技术

目前，变电站中现有双回输电线路均是按单回线路配置线路保护，每回线 路仅采集本线路电气量信息及开关量信息，两套保护之间也无信息传递和配合， 与线路相连的一些设备如并联电抗器、串补电容器等也无任何信息共享。这种 配置方式主要是鉴于传统变电站简化二次回路，尽量避免寄生回路造成保护不 正确动作的目的出发的，应该说在以前的条件下发挥了很好的作用。

但两回线路不共享信息给双回线路发生类似跨线这样的复杂故障的选相、 保护和测距等等带来了很大困难，保护的性能难以保证。尤其是纵联保护(纵 联距离及纵联方向)、距离保护等还受双回线路零序互感的影响，保护的安全性 和灵敏性难以两全，给继电保护整定等工作也带来很大的不利。

随着智能变电站的发展，许多新的继电保护原理和技术就能得到应用，为 继电保护性能的进一步提升提供了有利条件。智能变电站最大的特点就是站内 信息通过网络共享，对于特定的保护均可通过站内数据网络方便地获得其所需 要的模拟量及开关量信息，因此，有必要提供一种适用于智能变电站的同杆双 回线路继电保护配置方法，实现两回线路信息共享，提高继电保护整体性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于智能变电站的同杆双回线路继电保护配置方 法，实现两回线路信息共享，并进一步优化现有的保护算法，提高继电保护整 体性能。

本发明的技术方案是：

一种用于智能变电站的同杆双回线路继电保护配置方法，其特征是，智能 变电站双回线路(线路I和线路II)中，每回线路中均配置一套继电保护装置， 每套继电保护装置均只跳、合各自所在的对应的线路，不跳、合邻线开关；每 回线路通过光纤或组网模式采集本线路电流、电压及电气量信息，同时采集相 邻线路的电流、电压和电气量信息，并通过站内GOOSE网络共享保护动作信息。

两套继电保护装置通过站内GOOSE网络共享两回线路的电气量信息及与线 路相连的设备的电气量信息。

所述电气量信息包含模拟量信息和开关量信息。

所述与线路相连的设备包含并联电抗器和/或串补电容。

采集的数据同步后发送给保护CPU，由保护CPU实现保护算法，还包含对保 护算法进行优化的步骤。

差动保护电容电流补偿算法优化步骤包含

采集得到本侧线路电流i_a、i_b及i_c，并联电抗器电流i′_a、i′_b及i′_c，而该电流量 在常规保护中都是根据线路电压采用迭代算法计算所得，

在获得i_a、i_b、i_c及i′_a、i′_b、i′_c后由公式(1)运算获得本侧实际流入线路的三 相电流，$\left(\begin{array}{c}{i}_a^x=i_a-i_a^{\prime }\\ i_b^x=i_b-i_b^{\prime }\\ i_c^x=i_c-i_c^{\prime }\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中及分别为经过线路并联电抗后实际从本侧流入线路的三相电流， 得到该三相电流后就可按常规方法实现电容电流的时域补偿，或者采用行波差 动方法解决电容电流对差动保护的影响。

距离保护算法优化步骤包含

采集两回线的六相开关位置信息及两回线路的接地刀闸位置信息，保护装 置根据这些信息实时判别相邻线路的运行工况，运行工况为挂地运行、空挂运 行及正常运行三种状态之一。

距离I段阻抗定值按常规线路整定，令双回线路零序互感值为Zzd1，距离 保护在此基础上结合实时判别的邻线运行状态，动态调整实际的动作范围，

a.邻线正常运行或者空挂运行

本线路距离I段动作范围不需调整，按零序互感值Zzd1运行；

b.邻线挂地运行

零序互感值自适应调整为k×Zzd1，k＜1。按经验k设为0.9。

故障测距优化算法步骤包含

若本线以A相跨邻线B相故障，可选择A相或者B相反序网建立测距方程 如下

$p=\frac{I_{\mathrm{NIB}}-I_{\mathrm{NIIB}}}{I_{\mathrm{NIB}}-I_{\mathrm{NIIB}}+I_{\mathrm{MIB}}-I_{\mathrm{MIIB}}}$或者$p=\frac{I_{\mathrm{NIA}}-I_{\mathrm{NIIA}}}{I_{\mathrm{NIA}}-I_{\mathrm{NIIA}}+I_{\mathrm{MIA}}-I_{\mathrm{MIIA}}}$

其中：I_MIB、I_MIIB、I_NIB、I_NIIB分别为本侧即M侧和对侧即N侧的I线、II线 的B相电流值；p为本侧到故障点之间的距离占线路全长的百分数。

本发明的配置方法概括为：

1)保护配置及数据交换方案

①双回线路的继电保护独立配置，各自跳、合各自线路开关；

②I回线路通过点对点光纤或者组网模式采集本线路电流、电压及开关量信 息，同时采集相邻线路的电流、电压和开关量信息；

③若线路近处有并联高抗或者串补电容等装置，线路保护也可通过点对点 光纤或者数据网络采集其相关电气量信息；

④在需要实现自适应重合闸功能时，每回线路的保护之间也可以通过站内 GOOSE网络共享保护动作信息或者一些相关的中间计算结果，有利于故障性质的 判别及按相顺序重合闸功能的实现。

2)双回线路保护的优化方案

双回线路保护共享信息的前提下，包括距离保护、差动保护、纵联保护、 零序保护甚至线路重合闸等元件的保护算法都能得到优化，以下仅以少量举例 说明。

①距离保护自适应功能

保护根据系统实际运行方式实现距离I段阻抗定值的自适应，兼顾保护 的灵敏性和安全性；

②差动保护电容电流补偿算法优化

电容电流补偿算法都需要考虑并联电抗器的影响，现有算法(除稳态方法) 多为迭代算法，累计误差影响大，且计算量大。本发明通过智能站数据网络采 集线路对应的电抗器电流，用于差动电容电流补偿算法，既准确又简单；

③基于双回线路信息的故障测距算法

利用两回线路电流、电压量，通过反序网络电气特征建立测距方程，可实 现双回线路跨线故障、单线故障各种情况下的准确测距。

本发明所达到的有益效果：

1)新的保护配置方案充分利用智能变电站现有条件和优势，在站内数据组 网的方式下无需增加任何投入，也不会复杂二次回路，既保证了双回线路保护 的独立性，又增强了两回线路信息的共享，为继电保护新技术、新原理的应用 提供了坚实的基础，有利于继电保护设备整体性能的提高；

2)两回线路信息共享使得双回线路保护能充分掌握两回线的运行状况，从 而实现距离I段定值和阻抗继电器的自适应，既减轻了保护工作者的整定压力， 同时也兼顾了保护的灵敏性和安全性；

3)通过采样网络引入并联电抗器电流信息为线路保护的电容电流补偿算法 提供了更为准确且十分简单的方案，进一步提高了差动保护的安全性和灵敏性， 且简化了保护算法；

4)双回线信息共享后可采用基于反序网络的故障测距方法，该方法测距精 度高，且不受故障类型，过度电阻等因素的影响。

附图说明

图1为500kY智能变电站双回线路保护配置示意图；

图2为带并联电抗的输电线路模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

智能变电站电压、电流数据采集目前有采用点对点光纤互联和组网两种方 式，开关量信息可以通过站内GOOSE网络共享。如图1所示，以500kY系统、 光纤点对点数据采集方式为例说明智能变电站中双回线路保护的配置方法及信 息采集过程。

本发明的智能变电站中双回线路保护共享两回线的电气量信息及与线路相 连的并联电抗、串补电容等设备的电气量信息。

点对点的数据采集方案，保护装置需要提供更多的光纤接口用于收集相邻 线及其他相关设备的故障电压、电流采样数据。保护装置可配置专门的通讯插 件，分别负责SV(采样值)通讯功能和GOOSE通讯功能。SV通讯插件负责与双 回线中线路本线路的两台电流合并单元、电压合并单元以及并联电抗器电流合 并单元通讯(图1中共显示了3台电流合并单元，其中包含了一台并联电抗器 电流合并单元)，同时负责与相邻线路的两台电流合并单元、电压合并单元以及 并联电抗器电流合并单元通讯，将各路数据同步后发送给保护CPU，由保护CPU 实现保护算法。开关量信息可以通过GOOSE网络获取。

对于采样值组网传输的模式，保护设备实现起来就更为简单和方便，数据 的同步也由网络来保证，保护只需提供相应接口与交换机通讯，不再详述。

对双回线路继电保护算法进行优化：

①距离保护自适应功能

同时采集两回线的六相开关位置信息及两回线路的接地刀闸位置信息。保 护设备根据这些信息实时判别相邻线路的运行工况，主要分为挂地运行，空挂 运行及正常运行三种状态。

距离I段阻抗定值按常规线路整定，无需考虑双回线路零序互感影响，令 该定值为Zz d1，距离保护在此基础上结合实时判别的邻线运行状态，动态调整 实际的动作范围。

a.邻线正常运行或者空挂运行

以上两种运行方式下零序互感对距离保护基本没有影响，本线路距离I段 动作范围不需要作调整，按Zzd1运行，可保证区内故障时保护的灵敏度；

b.邻线挂地运行

相邻线路挂地运行时，零序互感的影响可能造成本线路末端故障时候距离 保护超越动作，必须适当缩小距离保护范围，保护内部将定值自适应为k× Zzd1，k＜1，按经验k设为0.9左右即可。

②差动保护电容电流补偿算法优化

图2中i_a、i_b及i_c均可通过线路合并单元采样得到，i′_a、i′_b及i′_c为并联电抗器 电流，如前所述利用线路保护设备、利用智能变电站中的数据网络同样可以采 集得到，而该电流量在常规保护中都是根据线路电压采用迭代算法计算所得。

保护设备在获得i_a、i_b、i_c及i′_a、i′_b、i′_c后就能通过很简单的运算获得本侧(M 侧)实际流入线路的三相电流，如式(1)所示。

$\left(\begin{array}{c}{i}_a^x=i_a-i_a^{\prime }\\ i_b^x=i_b-i_b^{\prime }\\ i_c^x=i_c-i_c^{\prime }\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中及分别为经过线路并联电抗后实际从本侧(M侧)流入线路的 三相电流，得到该三相电流后就可按常规方法实现电容电流的时域补偿，或者 采用行波差动方法等解决电容电流对差动保护的影响。

③基于双回线路信息的故障测距算法

利用反序网络中母线电压为零的特点，从线路两侧往故障点计算沿线电压， 利用由两侧计算所得故障点电压必须相等的特点建立测距方程。本线以A相跨 邻线B相故障为例，可选择A相或者B相反序网建立测距方程如下

$p=\frac{I_{\mathrm{NIB}}-I_{\mathrm{NIIB}}}{I_{\mathrm{NIB}}-I_{\mathrm{NIIB}}+I_{\mathrm{MIB}}-I_{\mathrm{MIIB}}}$或者$p=\frac{I_{\mathrm{NIA}}-I_{\mathrm{NIIA}}}{I_{\mathrm{NIA}}-I_{\mathrm{NIIA}}+I_{\mathrm{MIA}}-I_{\mathrm{MIIA}}}---\left(2\right)$

其中：I_MIB、I_MIIB、I_NIB、I_NIIB分别为本侧(即M侧)和对侧(即N侧)的I 线、II线的B相电流值。p为M端到故障点之间的距离占线路全长的百分数。 对侧的电流数据可通过差动保护光纤通道传到本侧。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等 同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内容。