本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護領域，更具體地涉及基于母線差動電流和邊斷路器流電流的斷路器死區(qū)故障選串定位的判別方法。

背景技術：

我國一次能源和電力負荷的逆向分布特征，使得發(fā)展遠距離、大容量的超特高壓交直流輸電技術成為基本國情，我國已初步行成交、直流相互耦合的互聯大電網。隨著電源結構向常規(guī)能源與風電、光伏等新能源結合方式過渡。交直流配網、微網接入增多，電網復雜程度不斷增強。交、直流混聯電網中，受端交流短路故障時，系統(tǒng)電壓下降，可能引發(fā)直流換相失敗，在對受端造成巨大有功、無功沖擊的同時，會將能量沖擊傳遞到送端，嚴重情況下甚至可能造成送端系統(tǒng)穩(wěn)定破壞?？焖俦Ｗo屬于電網安全穩(wěn)定的第一道防線，在當前特高壓交直流混聯電網中，由于直流換相失敗現象的存在，快速保護可靠地切除故障，意義尤其重大。比如：華東電網的交流短路故障，如不能快速切除，可能引發(fā)7回直流同時發(fā)生連續(xù)換相失敗，產生的暫態(tài)能量沖擊最大可達3200萬千瓦，對送端華北、華中、西南電網交流斷面造成巨大沖擊，導致發(fā)電機群間暫態(tài)功角失穩(wěn)，存在電網穩(wěn)定破壞風險。

電網發(fā)生故障斷路器拒動或死區(qū)故障時，需要依靠斷路器失靈保護動作和死區(qū)保護切除故障。目前，按照《220kV～750kV電網繼電保護裝置運行整定規(guī)程》(DL/T559—2007)行業(yè)標準要求，電力系統(tǒng)的斷路器失靈保護動作時間一般整定為250ms，相應地失靈和死區(qū)故障切除時間需要按照0.45s考慮。穩(wěn)定計算校核結果表明，如縮短斷路器失靈和死區(qū)故障的切除時間，將有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，研究變電站死區(qū)故障的故障定位，通過綜合協調改進措施，壓縮斷路器死區(qū)故障的故障切除時間，對提高系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的通過死區(qū)故障時母線差動電流和斷路器三相電流的特征，找到一個半主接線(即3/2主接線)變電站死區(qū)故障選串定位的判別方法，從而壓縮斷路器死區(qū)故障的故障切除時間。

本發(fā)明具體采用以下技術方案。

一個半主接線變電站死區(qū)故障選串的判別方法，其特征在于：

利用母線差動電流選擇故障母線區(qū)域，利用斷路器電流進行故障串定位；根據斷路器電流特征定位死區(qū)故障。

一個半主接線變電站死區(qū)故障選串的判別方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟：

步驟1：實時采集整個變電站中每個斷路器的三相電流，并將采集數據存儲在站域保護裝置中；

步驟2：站域保護裝置計算各斷路器的三相電流、變電站每段母線的差動電流，然后進入步驟3；

步驟3：當差動電流大于母線保護差動電流整定值時，則認為發(fā)生母線差動故障，利用母線差動電流選擇故障母線區(qū)域，然后進入步驟4；否則進入步驟5；

步驟4：對于兩母線之間的每一個斷路器串，判斷靠近故障母線的所有邊斷路器的電流值，找出電流值最大的邊斷路器，然后判斷該邊斷路器電流是否大于預設邊斷路器電流定值且延時達到預設的時間定值，如果邊斷路器電流大于預設邊斷路器電流定值且延時達到預設的時間定值，則判斷該邊斷路器存在死區(qū)故障，否則判斷不存在死區(qū)故障；

步驟5：判斷是否有斷路器串出線發(fā)生故障保護跳閘，如果有，則進入步驟6，否則返回繼續(xù)執(zhí)行步驟3；

步驟6：判斷該斷路器串的中斷路器電流是否大于預設中斷路器電流定值且持續(xù)達預設的時間定值，如果該中斷路器電流大于預設中斷路器電流定值且持續(xù)達預設的時間定值，則判斷該斷路器串中的中斷路器存在死區(qū)故障，否則判斷該次斷路器串出線故障不存在死區(qū)故障。

本發(fā)明進一步包括以下優(yōu)選方案：

在步驟2中，所述的母線差動電流按母線形成，按照ABC三相電流分相計算：

所述的差動電流根據以下公式進行計算：

id_MXA＝iA_MX1+iA_MX2+…+iA_MXn (1)

id_MXB＝iB_MX1+iB_MX2+…+iB_MXn (2)

id_MXc＝iC_MX1+iC_MX2+…+iC_MXn (3)

其中：id_NXA、id_MXB、id_MXc分別為母線MX的ABC相差動電流，iA_MXn iB_MXn、iC_MXn分別為連接在該母線上的第n支路ABC相電流，MX表示一個半主接線變電站I母線或II母線。

在步驟3中，所述母線保護差動電流整定值由用戶整定，取值范圍為0.2～5In，In為連接在母線上的支路CT二次額定電流。

在步驟4中，所述預設邊斷路器電流定值取值范圍為0.04In～2In，In為邊斷路器CT二次額定電流值，所述時間定值范圍為0.1S～2S。在步驟4中的時間定值一般整定為0.2S。

在步驟6中，所述預設中斷路器電流定值取值范圍為0.04In～2In，In為中斷路器CT二次額定電流值，所述時間定值范圍為0.1S～2S。在步驟6中，時間定值一般整定為0.2S。

本發(fā)明具有以下有益的技術效果：本發(fā)明可靠性高，定位準確，結果可以應用到站域斷路器死區(qū)保護判別中，縮短斷路器死區(qū)保護的故障切除時間，提高大電網電力系統(tǒng)的安全性。

附圖說明

圖1是典型的變電站一個半主接線示意圖；圖2是本發(fā)明公開的一個半主接線變電站死區(qū)故障選串的判別方法流程示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步詳細介紹。

圖1是500kV一個半變電站典型設計，共4串斷路器單元，斷路器5011、5012、5013為第一串，5021、5022、5023為第二串，5031、5032、5033為第三串，5041、5042、5043為第四串。每串斷路器單元含三組電流互感器(CT)，按照6-7-6配置，即兩個邊斷路器電流互感器6個二次繞組，中斷路器7個二次繞組。二次繞組根據功能需要分別接入線路保護、斷路器保護、變壓器保護和母線保護，保護的動作范圍以接入電流互感器的二次繞組為邊界。斷路器和電流互感器之間的區(qū)域為保護故障死區(qū)，該區(qū)域發(fā)生故障時，即使斷路器跳開，也無法切除故障，需要聯跳周圍所有相關斷路器才能切除故障。，圖中選取第5041、5042和5043組成的第四串作為典型串列出了對外聯系部分。

5011、5021、5031、5041為I母邊斷路器，5013、5023、5033、5043為II母邊斷路器，F1故障點為I母母線上，F2故障點為5041斷路器死區(qū)，F3故障點為5043斷路器死區(qū)，F4和F5故障點5024中斷路器死區(qū)。

按照現有的保護運行《220kV～750kV電網繼電保護裝置運行整定規(guī)程》(DL/T559—2007)行業(yè)標準要求，電網發(fā)生故障斷路器拒動或死區(qū)故障時，需要依靠斷路器失靈保護動作和死區(qū)保護切除故障，典型的故障切除時間大于400ms，威脅電力系統(tǒng)穩(wěn)定甚至可能造成大電網崩潰。

故障選串定位的目的是當故障點在F1、F2、F3、F4的不同故障位置時，能正確的選出故障斷路器及其所在的主接線單元(串)，為站域保護死區(qū)判斷邏輯提供依據，縮短死區(qū)保護的切除時間小于等于200ms。

附圖2所示為本發(fā)明公開的一個半主接線變電站死區(qū)故障選串的判別方法流程示意圖，所述一個半主接線變電站死區(qū)故障選串的判別方法包括以下步驟：

步驟1：實時采集整個變電站中每個斷路器的三相電流，并將采集數據存儲在站域保護裝置中；圖1中的5011、5021、5031、5041、5012、5022、5032、5042、5013、5023、5033、5043每個斷路器的電流互感器三相電流都要采集。

步驟2：站域保護裝置計算各斷路器的三相電流、變電站每段母線的差動電流，然后進入步驟3；

圖1中500kVI母和II母的母線差動電流，按照ABC三相電流分相計算：

I母差動電流根據以下公式進行計算：

id_IA＝iA_I1+iA_I2+iA_I3+iA_I4 (1)

id_IB＝iB_I1+iB_I2+iB_I3+iB_I4 (2)

id_Ic＝iC_I1+iC_I2+iC_I3+iC_I4 (3)

其中：id_IA、id_IB、id_Ic分別為母線I母的ABC相差動電流，iA_In、iB_In、iC_In分別為連接在該母線上的第1～4支路ABC相電流。

II母差動電流根據以下公式進行計算：

id_IIA＝iA_II1+iA_II2+iA_II3+iA_II4 (4)

id_IIB＝iB_II1+iB_II2+iB_II3+iB_II4 (5)

id_IIc＝iC_II1+iC_II2+iC_II3+iC_II4 (6)

其中：id_IIA、id_IIB、id_IIc分別為母線II母的ABC相差動電流，iA_IIn、iB_IIn、iC_IIn分別為連接在該母線上的第1～4支路ABC相電流。

步驟3：當差動電流大于母線保護差動電流整定值時，則認為發(fā)生母線差動故障，利用母線差動電流選擇故障母線區(qū)域，然后進入步驟4；否則進入步驟5；圖1中，首先利用母線差動電流選擇故障區(qū)域，邊斷路器死區(qū)F2和F3或母線F1發(fā)生故障時，母線差動電流大于母線保護差動電流定值，進入步驟4，，當中斷路器死區(qū)F4和F5發(fā)生故障時，I母或II母差動電流小于母線保護差動電流定值，進入步驟5。

在步驟3中，所述母線保護差動電流整定值由用戶整定，取值范圍為0.2～5In，In為二次額定電流。

步驟4：對于兩母線之間的每一個斷路器串，判斷靠近故障母線的所有邊斷路器的電流值，找出電流值最大的邊斷路器，然后判斷該邊斷路器電流是否大于預設邊斷路器電流定值且延時達到預設的時間定值，如果邊斷路器電流大于預設邊斷路器電流定值且延時達到預設的時間定值，則判斷該邊斷路器存在死區(qū)故障，否則判斷不存在死區(qū)故障。

圖1中，F1點發(fā)生故障時，I母差動電流大于定值(用戶整定，和母線系統(tǒng)運行方式有關，一般范圍為0.2～5In，In為二次額定電流)，I母母線保護的差動保護動作，斷路器5011、5021、5031、5041跳開，故障切除。斷路器跳開后，5011、5021、5031、5041的電流消失接近于零，I母差動電流接近于零，不存在死區(qū)故障。F2點發(fā)生故障時，I母差動電流大于定值，I母差動保護動作，斷路器5011、5021、5031、5041跳開。斷路器跳開后，故障沒有切除，5011、5021、5031的電流消失接近于零，邊斷路器5041電流和I母差動電流卻一直存在，5041邊斷路器為最大電流，并且會大于預先整定的電流定值，當時間定值滿足要求時，利用死區(qū)保護跳開中斷路器5042及其線路對端的5012。

同理，F3點故障時，根據相同的原理可以選出故障死區(qū)在II母的5043斷路器。

其中，所述預設邊斷路器電流定值取值范圍為0.04In～2In，In為二次額定電流，所述時間定值范圍為0.1S～2S，一般整定為0.2S。

步驟5：判斷是否有斷路器串出線發(fā)生故障保護跳閘，如果有，則進入步驟6，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟3；

圖1中，對于中斷路器，F5死區(qū)故障點發(fā)生故障時，對應的L1線路保護動作，發(fā)出跳閘命令，雖然故障沒有切除，但跳閘后會啟動站域保護。

步驟6：判斷該斷路器串的中斷路器電流是否大于預設中斷路器電流定值且持續(xù)達預設的時間定值，如果該中斷路器電流大于預設中斷路器電流定值且持續(xù)達預設的時間定值，則判斷該斷路器串中的中斷路器存在死區(qū)故障，否則判斷該次斷路器串出線故障不存在死區(qū)故障。

圖1中，站域保護收到線路L1跳閘的命令后，通過定義的線路保護動作信息可以區(qū)分故障點所在串，啟動中斷斷路器5042的電流判別，由于F5故障點一直存在，中斷路器電流一直大于定值(用戶整定，一般大于0.04In，In為二次額定電流)，通過死區(qū)保護跳開相鄰斷路器5043、2201和3501切除故障。

其中，所述預設中斷路器電流定值取值范圍為0.04In～2In，In為二次額定電流，，所述時間定值為0.1S～2S，一般整定為0.2S。

所以，無論變電站的故障點發(fā)生在任何位置，該方法都可以區(qū)分故障串和故障邊斷路器。

以上描述僅僅借助于實施例提供本發(fā)明的實現方法。對于本領域的技術人員是顯而易見的，本發(fā)明不限于上面提供的實施細節(jié)，可以在不脫離本發(fā)明特征的情況下以另外的實施例實現。因此，提供的實施例應當被認為是說明性的，而不是限制性的。因此，實現和使用本發(fā)明的可能性是由所附的權利要求限定。因而，由權利要求確定的實現本發(fā)明的各種選擇包括等效實施例也屬于本發(fā)明的范圍。