一種用于反時限零序電流保護的整定方法及其系統與流程

本發明涉及繼電保護技術領域，具體涉及一種用于計算機輔助計算反時限零序電流保護的整定方法及其系統。

背景技術：

電力系統出現短路狀況是不可避免的，而短路必然伴隨著電流的增大，因此為了保護發電機等設備免受短路電流的破壞，采取了過電流保護措施。

過電流保護由于具有可靠性高、整定方法和接線簡單、價格低廉、動作迅捷等特點而獲得廣泛應用。

我國110kV及以上電壓等級電網采用中性點直接接地方式，而在中性點接地的大電流接地系統中，70％以上的故障是單相接地故障，特別是在220～500kV的高壓輸電線路中，單相接地短路在90％以上。利用不對稱接地故障時出現的零序電流構成的接地短路保護，能有效應對此種類型故障。因此，零序電流保護在電網中得到廣泛應用，由于正常運行時幾乎沒有零序電流，因此零序電流保護具有更高的靈敏度，且方向性零序保護不會出現電壓死區的問題。

雖然零序電流保護相較于一般電流保護具有很大優越性，但是仍存在著一些缺點，如定時限零序電流保護受系統運行方式影響較大，短線路的定時限零序電流保護之間配合困難。有一類動作時間隨輸入電流變化而變化的電流保護，當輸入電流超過保護的動作值時，保護被啟動，輸入電流越大，保護的動作時間越短，這種保護就是反時限電流保護。

目前，反時限電流保護所采用的時間—電流特性曲線為非線性函數，保護動作時間隨輸入電流增加而縮短，當故障電流接近最小短路電流時，保護動作時間有可能較長，與定時限電流保護相比，存在著反時限零序電流保護與其他保護配合困難且有可能影響到相鄰保護的速動性等缺點。

目前，各電力生產單位普遍利用軟件開展整定計算工作，但是反時限零序電流保護整定由于涉及配合元件多且受運行方式影響等原因，一直沒能實現自動整定。

因此，需要一種反時限零序電流保護的自動整定計算方法，實現整定計算軟件的自動計算，保證繼電保護的速動性和選擇性，以提高工作效率。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種用于反時限零序電流保護的

整定方法及其系統，其整定方法包括步驟：選定需要配合計算的線路及故障點；故障點在線路的母線上；確定故障母線短路時的支路零序電流；基于支路零序電流，計算各級線路的反時限零序電流保護動作的時間；根據反時限零序電流保護動作的時間差，確定零序電流反時限配合策略。

選定需要配合計算的線路及故障點，包括：選定需要配合計算的線路L_i,L_i∈L＝{L₁,L₂,...,L_m}，m為線路總數；根據預先建立的故障量計算策略，在線路L_i所在母線B_i上選取故障點,B_i∈B＝{B₁,B₂,...,B_n}，n為母線總數。

確定故障母線短路時的支路零序電流，包括：在第i條母線單相故障時，對應的支路零序電流集合在第i條母線兩相故障時，對應的支路零序電流集合其中，n為母線總數。

基于支路零序電流，計算各級線路的反時限零序電流保護動作的時間，具體為按照下式計算：

其中，故障零序電流3I₀為在第i條母線單相故障時對應的支路零序電流集合或在第i條母線兩相故障時對應的支路零序電流集合I_P為電流基準值或零序反時限電流值，T_P為零序反時限時間定值，p為指數常數，T_ph為零序反時限配合時間，T₀為零序反時限的最小動作時間。

I_P的可調整范圍：0.05I_N-0.5I_N，I_N為電流額定值；T_P的可調范圍：0.1s-10s；p的可調值：0.02、1或2；T_ph的可調范圍：0.1s-10s；T₀的可調范圍：0s-10s。

根據反時限零序電流保護動作的時間差，確定零序電流反時限配合策略，包括：若第i級線路和第i-1級線路的反時限零序電流保護動作時間差Δt_i-(i-1)滿足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，則輸出反時限零序電流保護動作時間和保護動作時間差；若Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T，則調整零序反時限最小動作時間T₀或零序反時限配合時間T_ph，直至Δt_i-(i-1)≥T；其中，T為預先設定的時間配合要求。

其整定系統包括：選定模塊，用于選定需要配合計算的線路及故障點，故障點在線路的母線上；第一確定模塊，用于確定故障母線短路時的支路零序電流；計算模塊，基于支路零序電流，計算各級線路的反時限零序電流保護動作的時間；第二確定模塊，根據反時限零序電流保護動作的時間差，確定零序電流反時限配合策略。

進一步地，選定模塊具體用于：

選定需要配合計算的線路L_i,L_i∈L＝{L₁,L₂,...,L_m}，m為線路總數；

根據預先建立的故障量計算策略，在線路L_i所在母線B_i上選取故障點,B_i∈B＝{B₁,B₂,...,B_n}，n為母線總數。

進一步地，第一確定模塊具體用于：確定在第i條母線單相故障時，對應的支路零序電流集合確定在第i條母線兩相故障時，對應的支路零序電流集合其中，n為母線總數。

進一步地，計算模塊具體用于按照下式計算各級線路的反時限零序電流保護動作的時間：

其中，故障零序電流3I₀為在第i條母線單相故障時對應的支路零序電流集合或在第i條母線兩相故障時對應的支路零序電流集合I_P為電流基準值或零序反時限電流值，T_P為零序反時限時間定值，p為指數常數，T_ph為零序反時限配合時間，T₀為零序反時限的最小動作時間。

進一步地，I_P的可調整范圍：0.05I_N-0.5I_N，I_N為電流額定值；T_P的可調范圍：0.1s-10s；p的可調值：0.02、1或2；T_ph的可調范圍：0.1s-10s；T₀的可調范圍：0s-10s。

進一步地，第二確定模塊具體用于：若第i級線路和第i-1級線路的反時限零序電流保護動作時間差Δt_i-(i-1)滿足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，則輸出反時限零序電流保護動作時間和保護動作時間差；若Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T，則調整零序反時限最小動作時間T₀或零序反時限配合時間T_ph，直至Δt_i-(i-1)≥T；其中，T為預先設定的時間配合要求。

與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有以下有益效果：

1、本發明提供彌補了反時限零序電流保護計算機輔助計算的模型缺乏問題，可用于220kV及以上電網的整定計算；

2、本發明考慮了大電網多級線路級之間反時限零序電流保護的配合關系，體現了電網遠區或近端接地故障時各級線路零序電流保護的速動性和選擇性；

3、本發明計算得到各級線路之間的零序電流配合方案，具有較高的實用性，能夠滿足220kV及以上復雜環形電網的反時限零序電流的整定計算等工程需求。

附圖說明

圖1為本發明整定計算方法的計算流程圖；

圖2為本發明反時限零序電流保護參數的設置圖；

圖3為本發明反時限零序電流保護配合的策略示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明的技術方案做進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明提供的一種用于計算機輔助計算的零序電流反時限保護整定計算方法，包括如下步驟：

1)如圖2所示，根據反時限零序電流保護模型，即各配合線路的反時限零序電流保護動作時間，設置可調整的變量參數3I₀、I_P、T_P、p、T_ph和T₀。其中，I_P可調整范圍為(0.05～0.5)I_N(I_N為保護裝置電流額定值)，默認取0.2I_N；T_P可調范圍為0.1～10s，默認取0.4s；p可調范圍為0.02、1、2，默認取0.02；T_ph可調范圍為0.1～10s，默認取0.1s；T₀可調范圍為0～10s，默認取0s。

然后，啟動的反時限零序電流保護整定界面，在設定公式(1)中的參數I_P、T_P、p、T_ph和T₀為同一值。

2)建立故障量計算策略：選定需要配合計算的線路L＝{L₁，L₂，…L_m}，其中m為線路總數，在線路所在母線B＝{B₁，B₂，…B_n}選取故障點，其中n為母線總數。

故障類型分為單相接地故障和兩相接地故障，分別默認為A相單相金屬性接地故障和BC兩相金屬性接地故障。

在母線B上設置故障點，每次故障只選取其中一條母線B_i∈{B₁，B₂…B_n}，其中i≤n，每條母線在單相接地故障和兩相接地故障時，需要配合的線路分別對應兩組故障電流計算結果，分別為I_i＝{I₁，I₂，…I_m}，I_j＝{I₁，I₂，…I_m}(i≤m，j≤m，m>0，m為自然數)。

3)調用故障計算策略，計算故障母線B_i單相接地短路時支路零序電流的輸出結果和故障母線B_i兩相接地短路時的支路零序電流的輸出結果其中i≤n，B_i與和形成如下映射的關系：

其中，和分別為第i條母線單相故障和兩相接地故障時分別對應的支路零序電流集合。

4)計算各配合線路的反時限零序電流保護動作的時間，其公式如下式所示：

其中，3I₀為故障時零序電流即或I_P為電流基準值或零序反時限電流定值，T_P為時間常數或零序反時限時間定值，p為指數常數，T_ph為零序反時限配合時間，T₀為零序反時限最小時間。

5)計算配合線路反時限零序電流保護之間的時間差，具體計算公式如下所示：

其中，_ti(3I0)和_ti-1(3I0)分別為上下級線路的反時限零序電流保護動作時間。

計算配合線路之間時間差計算值Δt∈{Δt_2-1，Δt_3-2…Δt_i-(i-1)}，具有配合關系的反時限零序電流保護之間的時間差應滿足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T,其中，Δt_i-(i-1)為上下級線路的反時限零序電流保護動作時間差，T為預先設定的時間配合要求(T>0)。

6)建立零序電流反時限配合策略：

具有配合關系的上下級線路之間的反時限動作時間應滿足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，若滿足，則輸出反時限動作時間和時間差結果，若部分線路之間配合時間不滿足計算結果，即Δt_i-(i-1)<T，則進行人工干預計算結果，直至滿足配合要求。

7)人工干預計算結果，直至滿足配合要求：

如果出現計算結果Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T的情況，則需要調整零序反時限最小動作時間T₀或零序反時限配合時間T_ph，然后再進行計算并根據計算結果調整T₀或T_ph，直到全部線路之間的反時限零序電流保護滿足Δt_i-(i-1)＝Δ(t_i-t_i-1)≥T。

基于同一發明構思，本發明還提供了一種用于反時限零序電流保護的整定系統，下面進行說明。

本發明提供的整定系統可以包括：

選定模塊，用于選定需要配合計算的線路及故障點，故障點在線路的母線上；

第一確定模塊，用于確定故障母線短路時的支路零序電流；

計算模塊，基于支路零序電流，計算各級線路的反時限零序電流保護動作的時間；

第二確定模塊，根據反時限零序電流保護動作的時間差，確定零序電流反時限配合策略。

實施中，選定模塊具體可以用于：

選定需要配合計算的線路L_i,L_i∈L＝{L₁,L₂,...,L_m}，m為線路總數；

根據預先建立的故障量計算策略，在線路L_i所在母線B_i上選取故障點,B_i∈B＝{B₁,B₂,...,B_n}，n為母線總數。

實施中，第一確定模塊具體可以用于：確定在第i條母線單相故障時，對應的支路零序電流集合確定在第i條母線兩相故障時，對應的支路零序電流集合其中，n為母線總數。

實施中，計算模塊具體可以用于按照下式計算各級線路的反時限零序電流保護動作的時間：

其中，故障零序電流3I₀為在第i條母線單相故障時對應的支路零序電流集合或在第i條母線兩相故障時對應的支路零序電流集合I_P為電流基準值或零序反時限電流值，T_P為零序反時限時間定值，p為指數常數，T_ph為零序反時限配合時間，T₀為零序反時限的最小動作時間。

實施中，I_P的可調整范圍可以為：0.05I_N-0.5I_N，I_N為電流額定值；T_P的可調范圍可以為：0.1s-10s；p的可調值可以為：0.02、1或2；T_ph的可調范圍可以為：0.1s-10s；T₀的可調范圍可以為：0s-10s。

實施中，第二確定模塊具體可以用于：

若第i級線路和第i-1級線路的反時限零序電流保護動作時間差Δt_i-(i-1)滿足Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)≥T，則輸出反時限零序電流保護動作時間和保護動作時間差；

若Δt_i-(i-1)＝Δt_i-Δt_(i-1)＜T，則調整零序反時限最小動作時間T₀或零序反時限配合時間T_ph，直至Δt_i-(i-1)≥T；其中，T為預先設定的時間配合要求。

本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本申請是參照根據本申請實施例的方法、設備(系統)、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員參照上述實施例依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護范圍之內。