本發(fā)明涉及高壓繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體的說，是一種高壓輸電線路成套保護(hù)裝置及其保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代社會電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大容量發(fā)電機(jī)組和超高壓輸電系統(tǒng)的相繼投入運行，電力系統(tǒng)出現(xiàn)了許多新的情況，如輸電距離增大、負(fù)荷加重、故障暫態(tài)過程中的暫態(tài)分量大大增加等，系統(tǒng)的運行方式和故障狀態(tài)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)運行需要更高的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。減小輸電線路繼電保護(hù)的動作時間是增大輸電線傳輸容量和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的簡單有效措施之一。超高壓電力系統(tǒng)中，在保證系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性時，要求無論什么故障情況系統(tǒng)都不能振蕩失步，高壓線路保護(hù)的動作時間應(yīng)為20～40ms。

因此，探索新的快速可靠的保護(hù)原理，提高輸電線路保護(hù)的速動性和可靠性，是繼電保護(hù)領(lǐng)域一個新的課題，直接影響著電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運行。

繼電保護(hù)按照保護(hù)原理不同，可分為電流保護(hù)、距離保護(hù)及縱聯(lián)保護(hù)等。

電流保護(hù)通常由多段組成，一般是四段式，并可根據(jù)運行需要增減段數(shù)，其主要優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠，在35kv及以下電壓等級電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。保護(hù)缺點是其保護(hù)范圍與靈敏度直接受電網(wǎng)接線以及系統(tǒng)運行方式變化影響，例如整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式來選擇，而靈敏性則必須按系統(tǒng)最小方式來校驗，這就使它往往不能滿足靈敏系數(shù)和保護(hù)范圍要求，因此難以滿足更高電壓等級復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)要求。

距離保護(hù)主要優(yōu)點，能滿足多電源復(fù)雜電網(wǎng)對保護(hù)動作選擇性要求。阻抗繼電器是同時反應(yīng)電壓降低和電流增大而動作的，因此距離保護(hù)較電流保護(hù)有較高靈敏性。其中ⅰ段距離保護(hù)基本不受運行方式影響，ⅱ、ⅲ段受系統(tǒng)運行變化影響也較電流保護(hù)要小，保護(hù)區(qū)域比較穩(wěn)定。主要缺點，一是不能實現(xiàn)全線瞬動，對雙側(cè)電網(wǎng)線路，將有全線30％-40％的第ⅱ段時限跳閘，這對穩(wěn)定有較高要求超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)來說是不能接受的；二是阻抗繼電器本身較長復(fù)雜，還增設(shè)了震蕩閉鎖裝置，電壓斷線閉鎖裝置，保護(hù)裝置調(diào)試比較麻煩，可靠性也相對低些。

電流保護(hù)、距離保護(hù)僅利用被保護(hù)原件(如線路)一側(cè)的電氣量構(gòu)成保護(hù)判據(jù)，保護(hù)不可能快速區(qū)分本線路末端和對側(cè)母線(或相鄰線路始端)故障，因而只能采用階段式的配合關(guān)系實現(xiàn)故障元件的選擇性切除，導(dǎo)致線路末端故障需要ⅱ段延時切除，難以滿足高電壓等級電力系統(tǒng)中穩(wěn)定性對快速切除故障的要求。

縱聯(lián)保護(hù)利用線路兩側(cè)的電氣量進(jìn)行判斷，可以快速、可靠地區(qū)分本線路內(nèi)部任何一點短路與外部短路，達(dá)到有選擇、快速地切除全線路任何一點短路的目的。其中輸電線路電流差動保護(hù)，不受系統(tǒng)振蕩及非全相運行影響，同時也不受線路串補(bǔ)電容影響，本身具有選相能力，易于實現(xiàn)重合閘。缺點是需要通道，增加成本，而且不具備保護(hù)相鄰線路功能。

在電力系統(tǒng)高壓輸電線路保護(hù)配置過程中，要結(jié)合實際電網(wǎng)接線方式和運行方式，綜合考慮不同保護(hù)類型間的配合，制定和優(yōu)化保護(hù)配置方案，充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行中的作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高壓輸電線路成套保護(hù)裝置及其保護(hù)方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對電力系統(tǒng)中110kv電壓等級輸電線路中出現(xiàn)的各種繼電保護(hù)問題，包括以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護(hù)，由三段相間和接地距離保護(hù)、四段零序方向過流保護(hù)、pt斷線相過流和零序過流保護(hù)構(gòu)成的全套后備保護(hù)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種高壓輸電線路成套保護(hù)裝置，其特征在于包括：中央處理器cpu、與中央處理器cpu相連的lcd顯示器、led報警燈、鍵盤、以太網(wǎng)、時鐘同步器、rj45接口和打印接口、中央處理器cpu還與起動數(shù)字信號處理器dsp連接，起動數(shù)字信號處理器dsp與保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp連接，外部開入分別與起動數(shù)字信號處理器dsp與保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp連接，起動數(shù)字信號處理器dsp與保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp分別與出口繼電器連接，出口繼電器與起動繼電器連接，保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp與起動數(shù)字信號處理器dsp分別與電子式互感器ecvt連接，常規(guī)電流/電壓互感器分別通過一個a/d轉(zhuǎn)換器連接保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp與起動數(shù)字信號處理器dsp。

一種高壓輸電線路成套保護(hù)方法，其特征在于，所述高壓輸電線路成套保護(hù)方法是以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護(hù)的方法，包括：以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護(hù)；

由三段相間和接地距離保護(hù)、四段零序方向過流保護(hù)、pt斷線相過流和零序過流保護(hù)構(gòu)成的全套后備保護(hù)；

配有三相一次重合閘功能、過負(fù)荷告警功能；

包含跳合閘操作回路以及交流電壓切換回路；

光纖電流差動保護(hù)包括相電流差動保護(hù)元件和零序電流差動保護(hù)元件。主要保護(hù)區(qū)內(nèi)的相間故障和單相接地故障。相電流差動保護(hù)為主保護(hù)元件，零序電流差動保護(hù)元件為后備保護(hù)元件。差動動作要求兩側(cè)裝置差動保護(hù)元件均動作后，兩側(cè)裝置差動保護(hù)元件動作標(biāo)志均判定后才出口。

所述三段相間和接地距離保護(hù)包括：距離保護(hù)設(shè)有za、zb、zc三個接地距離保護(hù)和zab、zbc、zca三個相間距離保護(hù)。

所述四段零序方向過流保護(hù)包括：零序保護(hù)設(shè)有四段和加速段，零序ⅰ段、ⅱ段、ⅲ段和零序加速段可由控制字選擇是否帶方向元件。設(shè)有零序ⅰ段、零序ⅱ段、零序ⅲ段和零序ⅳ段投退控制字，零序加速段固定投入。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果：

本發(fā)明通過高壓輸電線路成套保護(hù)裝置及其保護(hù)方法提出了一種高壓輸電線路主、后備保護(hù)一體化的裝置。該裝置采用模塊化設(shè)計原則，保護(hù)功能實現(xiàn)可靈活配置，滿足不同用戶要求；配置4個以太網(wǎng)，支持iec61850-mms通信規(guī)約與監(jiān)控系統(tǒng)通訊；對時方式支持sntp對時，b碼對時，gps脈沖對時；采用封閉機(jī)箱，強(qiáng)弱電嚴(yán)格分開，抗干擾能力強(qiáng)，硬件回路全面自檢。

本發(fā)明的裝置對保護(hù)原理采用最大化的配置，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場運行的具體要求，通過軟壓板或硬壓板來進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的投退控制，滿足不同工況下的實際需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖2為插件配置背視圖。

圖3為操作回路插件原理及接點輸出圖。

圖4為比例差動示意圖。

圖5為阻抗ⅰ、ⅱ段動作特性圖。

圖6為阻抗ⅲ段動作特性圖。

圖7是本發(fā)明的振蕩閉鎖保護(hù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

下面結(jié)合圖片對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

一種高壓輸電線路成套保護(hù)裝置，其特征在于包括：中央處理器cpu、與中央處理器cpu相連的lcd顯示器、led報警燈、鍵盤、以太網(wǎng)、時鐘同步器、rj45接口和打印接口、中央處理器cpu還與起動數(shù)字信號處理器dsp連接，起動數(shù)字信號處理器dsp與保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp連接，外部開入分別與起動數(shù)字信號處理器dsp與保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp連接，起動數(shù)字信號處理器dsp與保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp分別與出口繼電器連接，出口繼電器與起動繼電器連接，保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp與起動數(shù)字信號處理器dsp分別與電子式互感器ecvt連接，常規(guī)電流/電壓互感器分別通過一個a/d轉(zhuǎn)換器連接保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp與起動數(shù)字信號處理器dsp。

一種高壓輸電線路成套保護(hù)方法，其特征在于，所述高壓輸電線路成套保護(hù)方法是以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護(hù)的方法，包括：以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護(hù)；

由三段相間和接地距離保護(hù)、四段零序方向過流保護(hù)、pt斷線相過流和零序過流保護(hù)構(gòu)成的全套后備保護(hù)；

配有三相一次重合閘功能、過負(fù)荷告警功能；

包含跳合閘操作回路以及交流電壓切換回路；

光纖電流差動保護(hù)包括相電流差動保護(hù)元件和零序電流差動保護(hù)元件。主要保護(hù)區(qū)內(nèi)的相間故障和單相接地故障。相電流差動保護(hù)為主保護(hù)元件，零序電流差動保護(hù)元件為后備保護(hù)元件。差動動作要求兩側(cè)裝置差動保護(hù)元件均動作后，兩側(cè)裝置差動保護(hù)元件動作標(biāo)志均判定后才出口。

所述三段相間和接地距離保護(hù)包括：距離保護(hù)設(shè)有za、zb、zc三個接地距離保護(hù)和zab、zbc、zca三個相間距離保護(hù)。

所述四段零序方向過流保護(hù)包括：零序保護(hù)設(shè)有四段和加速段，零序ⅰ段、ⅱ段、ⅲ段和零序加速段可由控制字選擇是否帶方向元件。設(shè)有零序ⅰ段、零序ⅱ段、零序ⅲ段和零序ⅳ段投退控制字，零序加速段固定投入。

結(jié)合附圖1至圖7所示，本發(fā)明所述的高壓輸電線路成套保護(hù)裝置采用32位高性能微處理器作為故障檢測和功能管理的核心,采用高速數(shù)字信號處理器用于保護(hù)計算。硬件的集成度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，可維護(hù)性好。采用高性能的內(nèi)部通訊總線，確保了板卡插件間數(shù)據(jù)通信的可靠性，支持分布計算、系統(tǒng)均衡負(fù)載，使系統(tǒng)性能易于擴(kuò)展。雙重化的采樣通道和冗余的數(shù)字信號處理器dsp處理器，實現(xiàn)每個采樣間隔對采樣數(shù)據(jù)的并行處理和實時計算，保證了裝置的可靠性和安全性。

來自于傳統(tǒng)ct/v(pt)的電流電壓被轉(zhuǎn)換為小電壓信號，濾波后被送到保護(hù)計算數(shù)字信號處理器dsp插件，經(jīng)ad采樣后分別送到保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp和起動數(shù)字信號處理器dsp用于保護(hù)計算和故障檢測。(來自于電子式互感器ecvt的電流電壓信號不需要經(jīng)小信號轉(zhuǎn)換和ad采樣)。

起動數(shù)字信號處理器dsp負(fù)責(zé)故障檢測，當(dāng)檢測到故障時開放出口繼電器正電源。保護(hù)數(shù)字信號處理器dsp負(fù)責(zé)保護(hù)邏輯計算，當(dāng)達(dá)到動作條件時，驅(qū)動出口繼電器動作。cpu插件負(fù)責(zé)順序事件記錄(soe)、錄波、打印、對時、人機(jī)接口及與監(jiān)控系統(tǒng)通訊。裝置配置取決于采樣方式(傳統(tǒng)ct/vt(pt)或ect/evt)，出口方式(傳統(tǒng)開出或goose開出)。

如圖2所示，裝置采用內(nèi)部高速總線和智能i/o，因此智能插件的插槽位置可以靈活配置。為了使不同型號裝置的插件排列具備統(tǒng)一的風(fēng)格，方便擴(kuò)展與維護(hù)，固定cpu板、電源pwr等必配插件及常用可選插件的插槽位置，其他可選插件可根據(jù)裝置的剩余插槽位置進(jìn)行靈活配置。裝置的插件為豎板結(jié)構(gòu)，4u標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱中共有16個插槽位置，從左到右依次為p01～p16。

圖3為操作回路插件原理及接點輸出圖。保護(hù)開入部分直接由操作回路引入跳閘位置twj、合閘位置hwj、合后位置hhj、合閘壓力hyj、跳閘壓力tyj和永跳tjr信號。圖中hhj繼電器為磁保持繼電器，合閘時該繼電器動作并磁保持，同時重動hhj繼電器，僅手跳時hhj繼電器才復(fù)歸，保護(hù)動作或開關(guān)偷跳hhj繼電器不復(fù)歸。hhj繼電器輸出接點延時動作瞬時返回，為合后kk位置接點。

斷路器操作回路中跳合閘電流保持回路的動作電流為1a至4a自適應(yīng)。上圖中s11和s21默認(rèn)短接，應(yīng)用中若斷路器合閘電流小于0.8a，應(yīng)將s11去掉，若斷路器跳閘電流小于0.8a，應(yīng)將s21去掉；應(yīng)用中若斷路器合閘電流大于4a，應(yīng)將s12、s13短接，若斷路器跳閘電流大于4a，應(yīng)將s22、s23短接。

本發(fā)明所述的高壓輸電線路成套保護(hù)裝置用作110kv電壓等級輸電線路的主保護(hù)及后備保護(hù)，對其中保護(hù)原理進(jìn)行介紹。

(1)啟動元件

1)保護(hù)啟動元件用于開放保護(hù)跳閘出口繼電器的電源及啟動該保護(hù)故障處理程序。啟動元件包括相電流突變量啟動元件、零序電流輔助啟動元件，任一啟動元件動作則保護(hù)啟動。

相電流突變量啟動元件的判據(jù)為：

iφ>iset+1.25△it

其中：φ為a,b,c三種相別，t為20ms，iset為突變量啟動電流定值。

iφ＝|iφ(t)-2*iφ(t-t)+iφ(t-2t)|，為相電流突變量。

△it＝max(|iφ(t－t)-2*iφ(t-2t)+iφ(t-3t)]|)，為相電流不平衡量。

當(dāng)任一相電流突變量連續(xù)三次大于啟動門坎時，保護(hù)啟動。

2)零序電流輔助啟動元件是為了防止遠(yuǎn)距離故障或經(jīng)大電阻故障時相電流突變量啟動元件靈敏度不夠而設(shè)置的輔助啟動元件。該元件在零序電流大于啟動門坎并持續(xù)30ms后動作。零序電流啟動門坎在零序保護(hù)中為零序過流ⅳ段定值，在距離和差動保護(hù)中為零序啟動電流定值。

3)低電壓啟動元件

用于弱饋負(fù)荷側(cè)的輔助啟動元件，該元件在對側(cè)啟動而本側(cè)不啟動的情況下投入，相電壓<52v或相間電壓<90v或零序電壓>1v時，本側(cè)啟動。

4)利用twj的輔助啟動元件

手合于故障時，一側(cè)啟動另一側(cè)不啟動時，未合側(cè)保護(hù)裝置利用twj位置來啟動。

(2)差動保護(hù)

光纖電流差動保護(hù)包括相電流差動保護(hù)元件和零序電流差動保護(hù)元件。主要保護(hù)區(qū)內(nèi)的相間故障和單相接地故障。相電流差動保護(hù)為主保護(hù)元件，零序電流差動保護(hù)元件為后備保護(hù)元件。差動動作要求：兩側(cè)裝置差動保護(hù)元件均動作后，兩側(cè)裝置差動保護(hù)元件動作標(biāo)志均判定后才出口。

相電流差動保護(hù)元件動作方程：

如圖4所示為比例差動示意圖，m和n表示線路的兩側(cè)。

k1＝0.5，k2＝0.7為比率制動系數(shù)，icd差動動作電流門坎，需要用戶整定。iint為拐點電流，值為4倍的額定電流.

零序電流差動保護(hù)元件動作方程和相電流差動保護(hù)類似，比率制動系數(shù)為0.8，無拐點電流。零序電流差動動作后延時60ms出口。

(3)距離保護(hù)

接地距離由偏移阻抗元件zpyφ、零序電抗元件x0φ和正序方向元件fxφ組成(φ＝a,b,c)。

阻抗元件采用經(jīng)傅氏積分的微分方程算法。接地阻抗算法為：

uφ＝lφ[d(iφ+3i0)/dt]+rφ(iφ+3i0)，φ＝a,b,c

其中：kx＝(x0-x1)/3x1，kr＝(r0-r1)/3r1

接地距離偏移阻抗元件ⅰ、ⅱ段動作特性如圖5的黑實線所示，偏移阻抗ⅲ段動作特性如圖6的黑實線所示。其中，阻抗定值zzd按段分別整定，而電阻分量定值rzd和靈敏角φzd三段公用一個定值。偏移門坎根據(jù)rzd和zzd自動調(diào)整。

r分量的偏移門坎取:

r'＝min(0.5rzd,0.5zzd)即取0.5rzd，0.5zzd的較小值。

x分量的偏移門坎取:

x'＝min(0.5ω,0.5zzd)即取0.5ω，0.5zzd的較小值。

為了使各段的電阻分量便于配合，本特性電阻側(cè)的邊界線的傾角與線路靈敏角φzd相同，這樣，在保護(hù)各段范圍內(nèi)，具有相同的耐故障電阻能力。

由于zpy不能判別故障方向。因此還設(shè)有正序方向元件fxφ。該元件采用正序電壓和回路電流進(jìn)行比相。以a相正序方向元件fxa為例，令u1＝1/3(ua+a*ub+a²*uc)，正序方向元件fxa的動作判據(jù)為：

動作特性如圖5和圖6中的雙點劃線所示。

正序方向元件的特點是引入了健全相的電壓，因此在線路出口處發(fā)生不對稱故障時能保證正確的方向性，但發(fā)生三相出口故障時，正序電壓為零，不能正確反應(yīng)故障方向。為此當(dāng)三相電壓都低時采用記憶電壓進(jìn)行比相，電壓恢復(fù)后重新用正序電壓進(jìn)行比相。

為防止超越，接地距離還設(shè)有零序電抗元件x0，x0的動作方程為(以a相零序電抗繼電器x0a為例)：

零序電抗元件只用于接地距離ⅰ、ⅱ段。

本發(fā)明的裝置對保護(hù)原理采用最大化的配置，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場運行的具體要求，通過軟壓板或硬壓板來進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的投退控制，滿足不同工況下的實際需要。

絕大多數(shù)情況下，故障前后都不會發(fā)生振蕩，保護(hù)采用自適應(yīng)振蕩閉鎖元件，來保證系統(tǒng)無振蕩和相繼故障時，線路保護(hù)能夠快速可靠動作，而在系統(tǒng)振蕩過程中不誤動。自適應(yīng)振蕩閉鎖元件對線路進(jìn)行實時檢測判別，當(dāng)判斷線路有失步的可能時，置系統(tǒng)振蕩標(biāo)志。在系統(tǒng)振蕩中發(fā)生的所有故障，均由開放元件來開放保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)未置振蕩標(biāo)志，由突變量啟動元件啟動保護(hù)時，各段距離保護(hù)開放160ms。啟動160ms后，如果自適應(yīng)振蕩閉鎖元件置系統(tǒng)振蕩標(biāo)志，對距離ⅰ、ⅱ段保護(hù)進(jìn)行振蕩閉鎖邏輯處理，由開放元件來開放隨后發(fā)生的故障。如果自適應(yīng)振蕩閉鎖元件未置系統(tǒng)振蕩標(biāo)志，開放距離ⅰ、ⅱ段保護(hù)。距離ⅲ段保護(hù)一直投入，不受自適應(yīng)振蕩閉鎖元件影響。振蕩閉鎖功能可由控制字選擇退出。

自適應(yīng)振蕩閉鎖元件的設(shè)置，可以保證系統(tǒng)在沒有發(fā)生振蕩時具有速動保護(hù)，發(fā)生振蕩時也能較快地切除區(qū)內(nèi)各種故障。

1)對稱故障開放元件

u1為正序電壓，φ為正序電壓和電流之間的夾角。若發(fā)生對稱故障，該電壓小于5％un，開放判據(jù)為：-0.03un<u1cosφ<0.08un，持續(xù)150ms；

或：-0.10un<u1cosφ<0.25un，持續(xù)500ms；

2)不對稱故障開放元件

不對稱故障的開放元件動作判據(jù)為i0+i2>m·i1

該方法能有效的防止振蕩時發(fā)生區(qū)外故障時距離保護(hù)的誤動，而對于區(qū)內(nèi)的不對稱故障能夠開放。為了防止振蕩系統(tǒng)切除時零序和負(fù)序電流不平衡輸出引起保護(hù)的誤動，保護(hù)延時30ms動作。

3)振蕩閉鎖邏輯

振蕩閉鎖邏輯如圖7所示。bz1ena＝true時開放距離i段；bz2ena＝true時開放阻抗ⅱ段。振蕩閉鎖退出時，bz1ena、bz2ena始終為true。當(dāng)系統(tǒng)未置振蕩標(biāo)志，由突變量啟動元件啟動保護(hù)時，距離ⅰ、ⅱ段保護(hù)開放160ms。由于距離ⅱ段延時要大于短時開放時間，因此bz2ena還有一個固定邏輯，短時開放期間若阻抗ⅱ段動作，通過或門和與門將bz2ena固定。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。