一种可防止大面积停电的继电保护方法

摘要

一种可防止大面积停电的继电保护方法，所述方法在后备保护装置启动并切除故障线路后，首先计算网络中任一线路的电流，然后根据计算电流与线路中实测电流及测量电压的大小和相位关系，利用电流判据和电压判据共同识别线路中是否存在潮流转移或故障，若判断线路中发生了潮流转移，则闭锁后备保护，避免发生连锁跳闸事故；若判断线路中存在故障，则继续开放后备保护，直到故障被切除。本发明利用电流判据和电压判据判别潮流转移是否发生，并以此来决定是否闭锁后备保护。该方法可在不影响后备保护装置原有的延时跳闸功能的前提下，有效防止后备保护装置因潮流转移而误动，避免出现连锁跳闸事故，保证电力系统安全稳定运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够有效防止电网发生大面积、长时间停电事故 的继电保护方法，属于输配电技术领域。

背景技术

近年来，我国各电网之间的功率交换日益频繁，输电线路的负担 越来越重。作为电力系统普遍建设的“第一道防线”，继电保护系统 在确保电网安全方面起着决定性作用。电力系统出现故障时，若保护 装置不能正确、快速、可靠动作，将可能加速系统崩溃过程，导致大 面积、长时间停电。对近几年国内外多次发生的大停电事故的调查表 明，大停电事故往往引发于故障线路切除后的潮流转移以及后备保护 装置的误动作。如果能够快速、准确识别输电线路潮流转移，就可以 及时闭锁后备保护，防止大停电事故的发生。然而这类问题的处理方 法鲜有报道，线路的运行仍存在重大安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种能够防止大面 积停电的继电保护方法，以避免故障线路被切除后引发连锁跳闸，保 证电力系统安全稳定运行。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种可防止大面积停电的继电保护方法，所述方法在后备保护装 置启动并切除故障线路后，首先计算网络中任一线路的电流，然后根 据计算电流与线路中实测电流及测量电压的大小和相位关系，利用电 流判据和电压判据共同识别线路中是否存在潮流转移或故障，若判断 线路中发生了潮流转移，则闭锁后备保护，避免发生连锁跳闸事故； 若判断线路中存在故障，则继续开放后备保护，直到故障被切除。

上述可防止大面积停电的继电保护方法，所述方法包括以下步 骤：

a.后备保护启动，故障线路k被切除后，利用下式计算电力网络 中任一线路l上的电流

${\stackrel{·}{I}}_{l,C}^{\prime }={\stackrel{·}{I}}_l+\Delta {\stackrel{·}{I}}_l$

其中，为故障线路k切除前线路l的稳态电流，为线路l上 的电流增量，计算公式为：

$\Delta {\stackrel{·}{I}}_l={\tau }_{lk}{\stackrel{·}{I}}_k,{\tau }_{lk}=y_{ij}(Y_{in}^{\prime }-Y_{im}^{\prime }-Y_{jn}^{\prime }+Y_{jm}^{\prime })$

式中τ_lk为线路k对线路l的潮流转移因子，i和j对应待求线路l 的节点号，m和n对应被切除线路k的节点号，y_ij为待求线路l的导 纳，Y′_in、Y′_im、Y′_jn、Y′_jm分别为节点导纳矩阵的逆矩阵中的对应元素；

b.若计算电流与实测电流满足如下的电流判据：

$\left|{\stackrel{·}{I}}_{l,M}^{\prime }-{\stackrel{·}{I}}_{l,C}^{\prime }\right|<ϵ\left|{\stackrel{·}{I}}_{l,C}^{\prime }\right|$

式中ε为考虑误差因素后电流判据的阈值，则进入步骤c，否则 判断为线路l中存在故障；

c.若线路l上保护处满足如下的电压判据：

式中，U为线路l上保护处测量的正序电压的标幺值，的计 算公式为其中为保护处测量的正序电流，为线路 l的正序阻抗角，ζ为电压判据的阈值，则判断线路l中发生潮流转移， 否则判断为线路l中发生故障；

d.若判断为线路l中发生故障，则继续开放后备保护；若判断为 线路l中发生潮流转移，则闭锁后备保护，避免连锁跳闸的发生。

上述可防止大面积停电的继电保护方法，所述考虑误差因素后电 流判据的阈值ε设为0.15，电压判据的阈值ξ设为0.7。

本发明利用电流判据和电压判据判别潮流转移是否发生，并以此 来决定是否闭锁后备保护。该方法可在不影响后备保护装置原有的延 时跳闸功能的前提下，有效防止后备保护装置因潮流转移而误动，避 免出现连锁跳闸事故，保证电力系统安全稳定运行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为用于识别潮流转移的两个判据逻辑图；

图2为识别输电线路潮流转移方法的实施流程图，其中(a)为调度 中心流程图；(b)为各地装置流程图。

图1中不等式条件满足时输出1，否则输出0。

文中各符号清单为：为故障线路k被切除后线路l上电流的计 算值，为故障线路k切除前线路l的稳态电流，为线路l上的电 流增量，τ_lk为线路k对线路l的潮流转移因子，i和j为待求线路l的 节点号，m和n为被切除线路k的节点号，y_ij为待求线路l的导纳， Y′_in、Y′_im、Y′_jn、Y′_jm分别为节点导纳矩阵的逆矩阵中的对应元素，为 故障线路k被切除后线路l上的实测电流，ε为考虑误差因素后电流 判据的阈值，U为线路l上保护处测量的正序电压的标幺值，的 计算公式为其中为保护处测量的正序电流，为线 路l的正序阻抗角，ξ为电压判据的阈值。

具体实施方式

本发明是在线路发生故障并被切除后，及时识别出潮流转移线路 并将其上的继电保护装置闭锁，从而避免其误动引发连锁跳闸，危害 电力系统安全稳定运行。本发明包括下列步骤：

(1)后备保护启动，故障线路k被切除后进入潮流转移识别流 程，计算网络中任一线路l的电流

(2)若计算电流与实测电流的大小满足电流判据，则判断 为可能发生潮流转移，进入步骤(3)，否则判断为线路l发生故障， 进入步骤(4)；

(3)若线路l上保护处的满足电压判据，则判断为发生潮 流转移，否则判断为发生故障；

(4)根据步骤(2)～(3)判断的结果，对后备保护采取对应的 措施，若判断结果为线路l发生故障，则继续开放后备保护；若判断 结果为线路l发生潮流转移，则闭锁后备保护装置，避免其误动作引 发连锁跳闸。

若有其他线路发生故障并被切除，则进入新一轮的潮流转移识别 流程。

故障线路k被切除后网络中任一线路l的计算电流为：

${\stackrel{·}{I}}_{l,C}^{\prime }={\stackrel{·}{I}}_l+\Delta {\stackrel{·}{I}}_l---\left(1\right)$

式(1)中，为故障线路k切除前线路l的稳态电流，可以经测 量获得；为线路l上的电流增量，可以由线路k切除前的电流以 及线路k对线路l的潮流转移因子τ_lk计算得到，计算公式为

$\Delta {\stackrel{·}{I}}_l={\tau }_{lk}{\stackrel{·}{I}}_k---\left(2\right)$

式(2)中，线路k切除前的电流可以在故障前测得，线路k 对线路l的潮流转移因子τ_lk仅与网络参数和拓扑结构有关，不随线路 电流的变化而改变，故可以在故障前通过计算得到，计算公式为

τ_lk＝y_ij(Y′_in-Y′_im-Y′_jn+Y′_jm) (3)

式(3)中，i和j对应待求线路l的节点号，m和n对应被切除 线路k的节点号，y_ij为待求线路l的导纳，Y′_in、Y′_im、Y′_jn、Y′_jm分别为节 点导纳矩阵的逆矩阵中的对应元素。

本发明所采用的电流判据为：

$\left|{\stackrel{·}{I}}_{l,M}^{\prime }-{\stackrel{·}{I}}_{l,C}^{\prime }\right|<ϵ\left|{\stackrel{·}{I}}_{l,C}^{\prime }\right|---\left(4\right)$

式(4)中，ε为考虑误差后的阈值，可设为0.15。式(4)满足 则进入电压判别流程，否则认为线路l发生故障。

本发明所采用的电压判据为：

式(5)中U为线路l上保护处测量的正序电压的标幺值，的 计算公式为其中为保护处测量的正序电流，为线 路l的正序阻抗角。ξ为电压判据的阈值，设为0.7。设置这个判据的 依据是无故障发生时处于(0.707，1)范围内，发生除经高阻 单相接地外的故障时小于0.7，而对于经高阻单相接地的情况，不一定小于0.7，但由于电流判据不成立，不会判断为发生潮流转移， 保护将不会被闭锁。

用于识别潮流转移的电压判据和电流判据之间的逻辑关系如图1 所示，后备保护启动，故障线路被切除后进入潮流转移识别流程，如 果式(4)或(5)不满足，则判断为线路发生故障，继续开放保护直 到故障被切除；如果两个判据同时满足则判断为线路发生潮流转移， 此时闭锁后备保护装置并发送潮流转移告警信号。

图2给出了实现本发明的流程图。本发明采用调度中心和各地保 护装置互相配合的方式。图2(a)为调度中心流程图，图2(b)为各地装 置流程图。调度中心通过采集的电网数据对网络拓扑实时跟踪，结合 网络参数通过式(3)形成全网的潮流转移因子矩阵，将线路相关潮 流转移因子发送到各地保护处。调度中心在收到某地保护范围内有断 路器跳闸的信号后，将跳闸线路的编号和跳闸前的线路电流发送到其 他线路保护处，各装置经过测量和计算后，根据两个判据判断出潮流 转移是否发生并决定是否继续开放保护，将闭锁信号和分析报告送回 调度中心。调度中心依据当前网络拓扑和参数计算出新的潮流转移因 子，对当前系统运行状况进行分析判断，并制定相应的控制措施。由 于后备保护动作延时一般在0.5～1s以上，因此有足够的时间实施本 发明的流程；保护的原有功能(到规定时限发跳闸信号)保持不变。 经过判断之后，如果此时有其他故障发生，并且故障线路被相关保护 装置正确动作跳开，则新的潮流转移因子可以再次对其他受影响的线 路应用以判别是否发生潮流转移。