CN111711176B - 一种适应短路电流超标场景的站域保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应短路电流超标场景的站域保护方法。本发明的技术方案为：站域保护装置在故障后5ms内计算各支路以及母分断路器电流的幅值，若故障出线电流幅值大于断路器的遮断容量，则跳开母分断路器；在故障后30ms时，站域保护装置再次计算故障故障出线的电流幅值，若故障出线电流幅值已小于断路器的遮断容量，则跳开故障出线的断路器，反之进入下一步；站域保护装置根据电流幅值依次跳开电流最大的非故障支路断路器，直到故障出线电流小于断路器的遮断容量，再跳开该故障出线的断路器。本发明通过变电站内站域信息共享和保护动作逻辑的优化，实现了短路电流超标场景下故障电流的快速切除。

Description

一种适应短路电流超标场景的站域保护方法
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其是一种适应短路电流超标场景的站域保护方法。
背景技术
随着电力***规模不断扩大、网架结构日益加强，电力***中短路电流水平逐年攀升，220kV与500kV母线的短路电流超过50kA，甚至直逼63kA。若故障电流超过断路器的遮断容量，将会出现断路器失灵、保护切除范围扩大等灾难性的后果。短路电流超标已成为电力***规划、设计、运行面临的重大问题。
针对电网的发展，目前限制短路电流的方法主要包括调整***运行方式以及采用高阻抗短路电流限制设备两大类。调整***运行方式包括220kV双母线分列运行、500kV 3/2接线方式下出串运行、机组陪停、拉停线路等，这些方法在限制短路电流的同时，也降低了电网运行的灵活性与安全裕度。采用高阻抗短路电流限制设备的方法主要包括串联限流电抗器、增加变压器及发电机的阻抗等，这些方法在增加故障回路阻抗、限制短路电流的同时，也增加了***的无功损耗和电压损耗，需要配置额外的无功补偿设备。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适应短路电流超标场景的站域保护方法，其通过变电站内站域信息共享和保护动作逻辑的优化，以实现短路电流超标场景下故障电流的快速切除。
本发明采用的技术方案为：一种适应短路电流超标场景的站域保护方法，其在220kV双母线变电站母分处安装能够在20ms内切除故障的母分断路器，正常运行期间母分断路器合闸，双母线合环运行，配置站域保护装置采集变电站内各条支路以及母分断路器的电流；在故障发生后，站域保护装置的动作逻辑包括：
步骤1：在220kV变电站出线发生的短路故障时，站域保护装置在故障后5ms内计算各支路以及母分断路器电流的幅值；若故障出线电流幅值大于断路器的遮断容量，则首先跳开母分断路器，从而减少故障点处馈入的短路电流；若故障出线电流幅值小于断路器的遮断容量，则直接跳开该故障出线的断路器以实现故障的隔离；
步骤2：站域保护装置在故障后30ms时(等待母分断路器分闸)，再次计算故障故障出线的电流幅值，若故障出线电流幅值已小于断路器的遮断容量，则跳开故障出线的断路器，实现故障的隔离；若此时故障出线电流幅值仍大于断路器的遮断容量，则进入步骤3；
步骤3：站域保护装置再次计算各支路电流幅值，跳开电流最大的非故障支路断路器，延时50ms后(等待支路断路器分闸)，再判断故障出线电流是否大于断路器的遮断容量，若故障出线电流小于断路器的遮断容量，则站域保护装置跳开该故障出线的断路器以实现故障的彻底隔离；若故障出线电流仍大于断路器的遮断容量，则站域保护装置继续切除电流最大的非故障支路断路器，直到故障出线电流小于断路器的遮断容量为止。
进一步地，步骤1中，站域保护装置采集各支路以及母分断路器电流的幅值，通过最小二乘算法在5ms内提取电流的幅值。
进一步地，在步骤2中，站域保护装置利用故障后的25ms至30ms内的电流采样数据重新计算故障电流幅值，其算法采用最小二乘算法。
进一步地，通过最小二乘算法计算电流幅值的方程为：
Figure BDA0002520983630000031
式中：Ifm为待求解的电流幅值；Y(N)＝[if(1) if(2) ... if(N)]T，Y(N)为故障电流采样序列，if(1)、if(2)、…、if(i)、…、if(N)为故障5ms后得到的N个故障电流的采样值；X(N)＝[X1 X2 X3 X4]T，X1、X2、X3、X4为待辨识的参数，X(N)为待辨识的参数向量；H(N)＝[h(1)h(2) ... h(i) ... h(N)]，H(N)为输入输出矩阵，其中h(i)＝{1 iΔts sin[(ω)iΔts]cos[(ω)iΔts]}，Δts为数据的采样周期，i为采样顺序号，ω等于工频对应的角速度100πrad/s。
进一步地，在步骤3中，站域保护装置根据计算所得的各支路电流幅值，从大到小依次切除各非故障支路的断路器，直到故障出线的电流幅值小于断路器的遮断容量为止。
本发明具有的有益效果如下：本发明在不破坏***原有运行方式以及不增加限流电抗的前提下，通过变电站内站域信息共享和保护动作逻辑的优化，实现了短路电流超标场景下故障电流的快速切除。
附图说明
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明具体实施方式中220kV双母线变电站继电保护的配置图；
图2是本发明具体实施方式中出线故障后短路电流的分布图；
图3是本发明具体实施方式中故障后切除母分断路器的示意图；
图4是本发明具体实施方式中母分断路器断开后，若故障出线的电流幅值仍大于断路器的遮断容量，则再跳开电流幅值最大的非故障支路断路器(电源2支路断路器)的示意图；
图5是本发明具体实施方式中第二电源支路断路器断开后，故障出线的电流幅值小于断路器的遮断容量，跳开该故障出线的断路器的示意图；
图6是本发明具体实施方式中保护动作逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，在220kV双母线变电站正常运行期间母分断路器合闸，双母线合环运行。配置站域保护装置采集变电站内各条支路以及母分断路器的电流。
在第一出线故障发生后，故障电流的分布如图2所示。馈入第一出线侧的短路电流分别来自第一电源、第二电源和第三电源，其中第一电源馈入的短路电流流经母分断路器。
步骤1：在220kV变电站出线发生的短路故障时，站域保护装置在故障后5ms内计算各支路以及母分断路器电流的幅值。此时，故障出线电流幅值大于断路器的遮断容量，故首先跳开母分断路器，从而减少故障点处馈入的短路电流，如图3所示。
步骤2：站域保护装置在故障后30ms时(等待母分断路器分闸)，再次计算故障出线的电流幅值，此时由于母分断路器没有成功分闸，导致故障出线电流幅值仍大于断路器的遮断容量，故进入步骤3。
步骤3：站域保护装置再次计算各支路电流幅值，跳开电流最大的非故障支路断路器，即电源2支路所对应的断路器，以进一步减小故障出线馈入的短路电流，如图4所示。延时50ms后(等待支路断路器分闸)，判断该故障出线电流已经小于断路器的遮断容量，则跳开该故障出线的断路器以实现故障的彻底隔离，如图5所示。
站域保护装置的动作逻辑如附图6。
本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种适应短路电流超标场景的站域保护方法，其在220kV双母线变电站母分处安装能够在20ms内切除故障的母分断路器，正常运行期间母分断路器合闸，双母线合环运行，配置站域保护装置采集变电站内各条支路以及母分断路器的电流；其特征在于，在故障发生后，站域保护装置的动作逻辑包括：
步骤1：在220kV变电站出线发生的短路故障时，站域保护装置在故障后5ms内计算各支路以及母分断路器电流的幅值；若故障出线电流幅值大于断路器的遮断容量，则跳开母分断路器，从而减少故障点处馈入的短路电流；若故障出线电流幅值小于断路器的遮断容量，则直接跳开该故障出线的断路器，以实现故障的隔离；
步骤2：站域保护装置在故障后30ms时，再次计算故障出线的电流幅值，若故障出线电流幅值已小于断路器的遮断容量，则跳开故障出线的断路器，实现故障的隔离；若此时故障出线电流幅值仍大于断路器的遮断容量，则进入步骤3；
步骤3：站域保护装置再次计算各支路电流幅值，跳开电流最大的非故障支路断路器，延时50ms后，再判断故障出线电流是否大于断路器的遮断容量，若故障出线电流小于断路器的遮断容量，则站域保护装置跳开该故障出线的断路器以实现故障的彻底隔离；若故障出线电流仍大于断路器的遮断容量，则站域保护装置继续切除电流最大的非故障支路断路器，直到故障出线电流小于断路器的遮断容量为止。
2.根据权利要求1所述的一种适应短路电流超标场景的站域保护方法，其特征在于，步骤1中，站域保护装置采集各支路以及母分断路器电流的幅值，通过最小二乘算法在5ms内提取电流的幅值。
3.根据权利要求1所述的一种适应短路电流超标场景的站域保护方法，其特征在于，在步骤2中，站域保护装置利用故障后的25ms至30ms内的电流采样数据重新计算故障电流幅值，其算法采用最小二乘算法。
4.根据权利要求2或3所述的一种适应短路电流超标场景的站域保护方法，其特征在于，通过最小二乘算法计算电流幅值的方程为：
Figure FDA0003631159740000021
式中：Ifm为待求解的电流幅值；Y(N)＝[if(1) if(2)...if(N)]T，Y(N)为故障电流采样序列，if(1)、if(2)、…、if(i)、…、if(N)为故障后得到的N个故障电流的采样值；X(N)＝[X1X2 X3 X4]T，X(N)为待辨识的参数向量，X1、X2、X3、X4为待辨识的参数；H(N)＝[h(1) h(2)...h(i)...h(N)]，H(N)为输入输出矩阵，其中h(i)＝{1 iΔts sin[(ω)iΔts] cos[(ω)iΔts]}，Δts为数据的采样周期，i为采样顺序号，ω等于工频对应的角速度100πrad/s。
5.根据权利要求1所述的一种适应短路电流超标场景的站域保护方法，其特征在于，在步骤3中，站域保护装置根据计算所得的各支路电流幅值，从大到小依次切除各非故障支路的断路器，直到故障出线的电流幅值小于断路器的遮断容量为止。
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