本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護領域，具體涉及基于現(xiàn)場已有保護(母線保護、線路保護、變壓器保護)跳閘信號劃分故障區(qū)域，利用與故障區(qū)域相關聯(lián)的斷路器的電流特征、電壓特征和阻抗特征進行綜合判別的斷路器死區(qū)故障判別方法。

背景技術(shù)：

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(shù)成為基本國情，我國已初步行成交、直流相互耦合的互聯(lián)大電網(wǎng)。隨著電源結(jié)構(gòu)向常規(guī)能源與風電、光伏等新能源結(jié)合方式過渡。交直流配網(wǎng)、微網(wǎng)接入增多，電網(wǎng)復雜程度不斷增強。交、直流混聯(lián)電網(wǎng)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(wǎng)安全穩(wěn)定的第一道防線，在當前特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)中，由于直流換相失敗現(xiàn)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(wǎng)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(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)穩(wěn)定破壞風險。

電網(wǎng)發(fā)生故障，而斷路器拒動或死區(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(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》(DL/T 559—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(jié)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(xié)調(diào)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(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：通過死區(qū)故障時，現(xiàn)有保護(母線保護、線路保護、變壓器保護)跳閘，利用跳閘后與故障區(qū)域關聯(lián)的斷路器電流的特征、電壓的特征、測量阻抗的特征，找到一種一個半主接線(即3/2主接線)變電站死區(qū)故障具體位置的判別方法，從而壓縮斷路器死區(qū)故障的故障切除時間。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請采用以下技術(shù)方案。

一種一個半主接線變電站死區(qū)故障的綜合判別方法，三臺斷路器串聯(lián)形成一個半主接線的一個串；其特征在于，所述綜合判別方法包括以下步驟：

步驟1：實時采集整個變電站每個斷路器的三相電流、每個串上的三相電壓；

步驟2：對整個變電站內(nèi)母線保護、線路保護、變壓器保護的跳閘信號進行采樣；

步驟3：計算斷路器的三相電流、每個串上的三相電壓和零序電壓、斷路器的相間測量阻抗；

步驟4：利用步驟2所采樣的保護跳閘信號判斷故障區(qū)域；

步驟5：利用保護跳閘后斷路器電流大小和波形特征、電壓和相間測量阻抗的大小判斷當前故障區(qū)域是否存在死區(qū)故障并進行死區(qū)故障定位；

步驟6：根據(jù)死區(qū)故障定位結(jié)果，跳開相應斷路器，將死區(qū)故障徹底隔離。

本發(fā)明進一步包括以下優(yōu)選方案：

在步驟3中，所述斷路器的三相電流按照IA、IB、IC三個相電流和IAB、IBC、ICA三個相間電流分別計算判別，所述每個串上的三相電壓按照UAB、UBC、UCA三個相間電壓分別計算，斷路器相間測量阻抗按照ZAB、ZBC、ZCA三個相間阻抗分別計算。

在步驟4中，所述的故障區(qū)域按保護跳閘信號進行劃分，若I母保護動作跳閘則故障區(qū)域位于I母區(qū)域，若II母保護動作跳閘則故障區(qū)域位于II母區(qū)域，若線路或變壓器保護動作跳閘則故障區(qū)域位于該線路或變壓器所在的串上。

在步驟5中，當根據(jù)步驟4判斷故障區(qū)域位于母線區(qū)域時：

判斷母線保護動作跳閘后與該母線相連的各邊斷路器電流值最大的邊斷路器；當滿足以下邏輯條件時，經(jīng)第一死區(qū)時間定值延時確認后，則判斷故障區(qū)域存在死區(qū)故障且死區(qū)故障位于該邊斷路器，否則判斷當前故障區(qū)域不存在死區(qū)故障：

①該邊斷路器的任意一個相電流大于預設的第一電流死區(qū)門檻值，且電流波形符合交變電流特征；

②該邊斷路器所在串上的任意一個相間電壓小于預設的第一預設死區(qū)相間電壓門檻值并且該邊斷路器對應的相間測量阻抗也小于預設的第一死區(qū)測量阻抗門檻值，或者該邊斷路器所在串上的零序電壓大于預設的第一死區(qū)零序電壓門檻值。

其中，所述第一電流死區(qū)門檻值的取值范圍為0.1In～2In，In為CT二次額定電流值；所述第一預設死區(qū)相間電壓門檻值取值范圍為50V～80V；第一死區(qū)測量阻抗門檻值的取值范圍為(10V～30V)/I_|10|,其中I_|10|為第一相間記憶電流，即收到母線保護跳閘信號時刻的故障電流，根據(jù)故障電流的大小自動調(diào)整門檻值；第一死區(qū)零序電壓門檻值的取值范圍為1V～10V；第一死區(qū)時間定值由用戶整定，整定范圍為0.1s～2s；所述交變電流特征是指一個工頻周期內(nèi)至少有兩個過零點。

在步驟5中，當根據(jù)步驟4判斷故障區(qū)域位于該線路或變壓器所在的串上時，則判斷該串的中斷路器是否滿足以下邏輯條件，當滿足時，經(jīng)第二死區(qū)時間定值延時確認后，則判斷中斷路器存在死區(qū)故障，否則判斷當前故障區(qū)域不存在死區(qū)故障：

①該中斷路器的任意一個電流大于預設的第二電流死區(qū)門檻值，且電流波形符合交變電流特征；

②該中斷路器所在串上的任意一個相間電壓小于預設的第二預設死區(qū)相間電壓門檻值并且該中斷路器對應的相間測量阻抗也小于預設的第二死區(qū)測量阻抗門檻值，或者該中斷路器所在串上的零序電壓大于預設的第二死區(qū)零序電壓門檻值。

其中，所述第二電流死區(qū)門檻值的取值范圍為0.1In～2In，In為CT二次額定電流值；所述第二預設死區(qū)相間電壓門檻值取值范圍為50V～80V；第二死區(qū)測量阻抗門檻值的取值范圍為(10V～30V)/I_|20|,其中I_|20|為第二相間記憶電流，即收到線路保護或變壓器保護跳閘信號時刻的故障電流，根據(jù)故障電流的大小自動調(diào)整門檻值；第二死區(qū)零序電壓門檻值的取值范圍為1V～10V；第二死區(qū)時間定值由用戶整定，整定范圍為0.1s～2s。

在步驟(6)中，當判出邊斷路器死區(qū)故障時，則跳開該邊斷路器所在串的中斷路器、與該邊斷路器相鄰的線路對側(cè)斷路器或變壓器的中壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器；

當判出中斷路器死區(qū)故障時，則跳開該中斷路器所在串的邊斷路器、與該中斷路器相鄰的線路對側(cè)斷路器或變壓器的中壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器。

本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明利用變電站全站信息的綜合判別方法選出了變電站發(fā)生死區(qū)故障的斷路器單元，安全性高，動作速度快，可有效防止斷路器斷開后由于CT二次電流拖尾引起的保護誤動。目前，現(xiàn)有的常規(guī)保護切除死區(qū)故障的時間約為450ms，使用本發(fā)明所述的死區(qū)故障判別技術(shù)方案后，死區(qū)故障的全部切除時間小于200ms，能夠有效防止因交流系統(tǒng)故障持續(xù)時間過長引發(fā)直流換流站的換相失敗，從而造成直流單極閉鎖或雙極閉鎖，可大大提高電力系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定裕度。

附圖說明

圖1是一個半主接線變電站示意圖；

圖2是一個半主接線變電站死區(qū)故障的綜合判別方法流程示意圖；

圖3是邊斷路器死區(qū)故障綜合判別邏輯示意圖；圖4是中斷路器死區(qū)故障綜合判別邏輯示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細介紹。

圖1是500kV一個半主接線變電站典型設計，在兩組母線之間，每三個斷路器形成一串。每串連接兩個元件(輸電線路或變壓器)。相當于每一個半斷路器帶一個元件，故稱之為一個半斷路器接線，也稱為3/2接線。一個半接線方式中2條母線之間3個斷路器串聯(lián)，形成一串。在一串中從相鄰的2個斷路器之間引出一個元件，即3個斷路器供兩個元件，中間斷路器作為共用，相當于每個元件用1.5個斷路器。在一個半接線的一串中，接于母線的2臺斷路器稱之為邊斷路器，中間的斷路器稱之為中斷路器或聯(lián)絡斷路器。同一個串中，如果兩個元件都是輸電線路，稱為線線串；如果一個元件為輸電線路、另一個元件為變壓器，稱為線變串。

圖1所示主接線為斷路器單側(cè)配置CT，本申請選取第5041、5042和5043組成的第四串作為典型串列出了對外聯(lián)系部分。

5011、5021、5031、5041為I母邊斷路器，對應的CT(即電流互感器)分別為CT11、CT21、CT31、CT41；5012、5022、5032、5042為中斷路器，對應的CT分別為CT12、CT22、CT32、CT42；5013、5023、5033、5043為II母邊斷路器，對應的CT分別為CT13、CT23、CT33、CT43。每個CT的二次側(cè)有多個繞組，分別連接到母線保護、線路保護和變壓器保護，以第四串為例，CT41的兩個二次繞組分別給I母母線保護和L41線路保護使用，CT42的兩個二次繞組分別給L41線路保護和T42變壓器保護使用，CT43的兩個二次繞組分別給T42變壓器保護和II母母線保護使用，同一個CT的二次側(cè)不同繞組的電流大小完全相同，本申請可任取一個二次繞組電流進行采樣和計算判據(jù)，不影響結(jié)果的正確性。第四串上的PT(即電壓互感器)有兩個，分別為PT41和PT42，對5041邊斷路器進行故障判別時，電流采用CT41的二次電流，電壓采用PT41的二次電壓；對5042中斷路器進行故障判別時，電流采用CT42的二次電流，電壓采用PT42的二次電壓；對5043邊斷路器進行故障判別時，電流采用CT43的二次電流，電壓采用PT42的二次電壓。

F1故障點為I母母線上，F(xiàn)2故障點為5041斷路器死區(qū)，F(xiàn)3故障點為5043斷路器死區(qū)，F(xiàn)4故障點為5024中斷路器死區(qū)，F(xiàn)5故障點為線路L41上，F(xiàn)6故障點為變壓器T42上。死區(qū)故障判別的目的是當故障點在F1、F2、F3、F4、F5、F6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，為切除死區(qū)故障提供依據(jù)，縮短死區(qū)故障的整組切除時間。

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)故障的綜合判別方法流程示意圖，以附圖1所示的一個半主接線變電站作為實施例，所述一個半主接線變電站死區(qū)故障的綜合判別方法包括以下步驟：

步驟1：實時采集整個變電站每個斷路器的三相電流、每個串上的三相電壓；

分別對I母邊CT(CT11、CT21、CT31、CT41)、中CT(CT12、CT22、CT32、CT42)、II母邊CT(CT13、CT23、CT33、CT43)的三相電流進行采樣，分別對第一串PT(PT11、PT12)、第二串PT(PT21、PT22)、第三串PT(PT31、PT32)、第四串PT(PT41、PT42)的三相電壓進行采樣，以第四串為示例，圖1中僅畫出了PT41和PT42。

步驟2：對整個變電站內(nèi)母線保護、線路保護、變壓器保護的跳閘信號進行采樣；

分別對I母母線保護、II母母線保護，第一串的兩個元件(線路線路或線路變壓器)保護、第二串的兩個元件(線路線路或線路變壓器)保護、第三串的兩個元件(線路線路或線路變壓器)保護、第四串的兩個元件(L41線路和T42變壓器)保護的跳閘信號進行采樣。

步驟3：計算斷路器的三相電流、每個串上的三相電壓和零序電壓、斷路器的相間測量阻抗；

所述斷路器的三相電流按照IA、IB、IC三個相電流和IAB、IBC、ICA三個相間電流分別計算判別，所述每個串上的三相電壓按照UAB、UBC、UCA三個相間電壓分別計算，斷路器相間測量阻抗按照ZAB、ZBC、ZCA三個相間阻抗分別計算。

以圖1的第四串為例，分別計算CT41的三相電流(IA、IB、IC、IAB、IBC、ICA)、CT42的三相電流(IA、IB、IC、IAB、IBC、ICA)、CT43的三相電流(IA、IB、IC、IAB、IBC、ICA)、PT41的三相電壓(UAB、UBC、UCA)和零序電壓、PT42的三相電壓(UAB、UBC、UCA)和零序電壓。

分別計算5041斷路器的三個相間測量阻抗(ZAB、ZBC、ZCA)，電壓采用PT41的二次電壓，電流采用CT41的二次電流；5042斷路器的三個相間測量阻抗(ZAB、ZBC、ZCA)，電壓采用PT42的二次電壓，電流采用CT42的二次電流；5043斷路器的三個相間測量阻抗(ZAB、ZBC、ZCA)，電壓采用PT42的二次電壓，電流采用CT43的二次電流。測量阻抗按照下式計算：

步驟4：利用步驟2所采樣的保護跳閘信號判斷故障區(qū)域；

所述的故障區(qū)域按保護跳閘信號進行劃分，若I母保護動作跳閘則故障區(qū)域位于I母區(qū)域，若II母保護動作跳閘則故障區(qū)域位于II母區(qū)域，若線路或變壓器保護動作跳閘則故障區(qū)域位于該線路或變壓器所在的串上。

圖1中，當F1或F2點發(fā)生故障時，I母的母線保護會動作，發(fā)出跳閘命令，將I母上的所有邊斷路器5011、5021、5031、5041跳開，本發(fā)明首先利用I母母線保護的跳閘信號進行故障區(qū)域的限定，故障區(qū)域限定在I母故障區(qū)，與之關聯(lián)的邊斷路器為5011、5021、5031、5041。

步驟5：利用保護跳閘后斷路器電流大小和波形特征、電壓和相間測量阻抗的大小判斷是否存在死區(qū)故障并進行死區(qū)故障定位；

當根據(jù)步驟4判斷故障區(qū)域位于母線區(qū)域時，死區(qū)故障判別邏輯如附圖3所示：

判斷母線保護動作跳閘后與該母線相連的各邊斷路器電流值最大的邊斷路器；當滿足以下邏輯條件時，經(jīng)第一死區(qū)時間定值Tsq1延時確認后，則判斷故障區(qū)域存在死區(qū)故障且死區(qū)故障位于該邊斷路器，否則判斷當前故障區(qū)域不存在死區(qū)故障：

①該邊斷路器的任意一個相電流(IA、IB、IC)大于預設的第一電流死區(qū)門檻值，且電流波形符合交變電流特征；

②該邊斷路器所在串上的任意一個相間電壓(UAB、UBC、UCA)小于預設的第一預設死區(qū)相間電壓門檻值并且該邊斷路器對應的相間測量阻抗(ZAB、ZBC、ZCA)也小于預設的第一死區(qū)測量阻抗門檻值，或者該邊斷路器所在串上的零序電壓大于預設的第一死區(qū)零序電壓門檻值；

其中，所述第一電流死區(qū)門檻值的取值范圍為0.1In～2In，優(yōu)選值為0.5In，In為CT二次額定電流值；所述第一預設死區(qū)相間電壓門檻值取值范圍為50V～80V，優(yōu)選值為60V；第一死區(qū)測量阻抗門檻值的取值范圍為(10V～30V)/I_|10|,優(yōu)選值為15V/I_|10|，其中I_|10|為第一相間記憶電流，即收到母線保護跳閘信號時刻的故障電流，根據(jù)故障電流的大小自動調(diào)整門檻值；第一死區(qū)零序電壓門檻值的取值范圍為1V～10V，優(yōu)選值為1.5V；第一死區(qū)時間定值Tsq1由用戶整定，整定范圍為0.1s～2s，優(yōu)選值為0.12s。

以附圖1為例：如果是F1點故障，邊斷路器5011、5021、5031、5041跳開后，故障被成功隔離，邊斷路器5011、5021、5031、5041的電流為0，電壓恢復為額定電壓，測量阻抗為無窮大，電流、電壓、阻抗元件全部返回，死區(qū)判別邏輯返回，不會誤動作。即使某個邊斷路器的電流有暫態(tài)過程，CT二次有拖尾電流，該拖尾電流可能大于第一電流死區(qū)門檻值，但拖尾電流是一個按指數(shù)衰減的非周期分量，該電流波形不符合交變電流特征(在一個工頻周期內(nèi)沒有過零點點或者最多只有一個過零點)，但是電壓元件和阻抗元件已經(jīng)返回，死區(qū)判別邏輯同樣會正確返回。

如果是F2點故障，邊斷路器5011、5021、5031、5041跳開后，故障沒有被隔離，仍然由中斷路器5042和線路L41對F2點提供短路電流，邊斷路器5041的電流最大，且持續(xù)大于第一電流死區(qū)門檻值，且該電流波形符合交變電流特征(一個工頻周期內(nèi)至少有兩個過零點)，電壓元件和測量阻抗元件不返回，死區(qū)判別邏輯能夠正確判斷出5041為死區(qū)故障，發(fā)跳閘命令，跳開本站中斷路器5042、線路L41對側(cè)的斷路器(對側(cè)乙站的5011和5012)，將死區(qū)故障徹底隔離。

在步驟5中，當根據(jù)步驟4判斷故障區(qū)域位于該線路或變壓器所在的串上時，死區(qū)故障判斷邏輯如附圖4所示。

判斷該串的中斷路器是否滿足以下邏輯條件，當滿足時，經(jīng)第二死區(qū)時間定值Tsq2延時確認后，則判斷中斷路器存在死區(qū)故障，否則判斷當前故障區(qū)域不存在死區(qū)故障：

①該中斷路器的任意一個相電流(IA、IB、IC)大于預設的第二電流死區(qū)門檻值，且電流波形符合交變電流特征；

②該中斷路器所在串上的任意一個相間電壓(UAB、UBC、UCA)小于預設的第二預設死區(qū)相間電壓門檻值并且該中斷路器對應的相間測量阻抗(ZAB、ZBC、ZCA)也小于預設的第二死區(qū)測量阻抗門檻值，或者該中斷路器所在串上的零序電壓大于預設的第二死區(qū)零序電壓門檻值。

其中，所述第二電流死區(qū)門檻值的取值范圍為0.1In～2In，優(yōu)選值為0.5In，In為CT二次額定電流值；所述第二預設死區(qū)相間電壓門檻值取值范圍為50V～80V，優(yōu)選值為60V；第二死區(qū)測量阻抗門檻值的取值范圍為(10V～30V)/I_|20|，優(yōu)選值為15V/I_|20|，其中I_|20|為第二相間記憶電流，即收到線路保護或變壓器保護跳閘信號時刻的故障電流，根據(jù)故障電流的大小自動調(diào)整門檻值；第二死區(qū)零序電壓門檻值的取值范圍為1V～10V，優(yōu)選值為1.5V；第二死區(qū)時間定值Tsq2由用戶整定，整定范圍為0.1s～2s，優(yōu)選值為0.12s。同樣以附圖1為例：

當F4或F5點發(fā)生故障時，L41線路的線路保護會動作，發(fā)出跳閘命令，將本側(cè)甲站的斷路器5041、5042跳開，同時跳開對側(cè)乙站的斷路器5011、5022。死區(qū)判別邏輯首先利用L41線路保護的跳閘信號進行故障區(qū)域的限定，故障區(qū)域限定在第四串上，故障判別流程如圖2所示，故障判別邏輯如圖4所示，下面分兩種情況：

第一種情況，如果是F5點故障，斷路器5041、5042跳開后，故障被隔離，邊斷路器5041和中斷路器5042的電流為0，電壓恢復為額定電壓，測量阻抗為無窮大，電流、電壓、阻抗元件全部返回，死區(qū)判別邏輯返回，不會誤動作。即使5041或5042斷路器的電流有暫態(tài)過程，CT二次存在拖尾電流，該拖尾電流可能大于第二電流死區(qū)門檻值，但拖尾電流是一個按指數(shù)衰減的非周期分量，該電流波形不符合交變電流特征(在一個工頻周期內(nèi)沒有過零點點或者最多只有一個過零點)。由于電壓元件和阻抗元件已經(jīng)返回，死區(qū)判別邏輯同樣會正確返回。

第二種情況，如果是F4點故障，斷路器5041、5042跳開后，故障沒有被隔離，仍然由邊斷路器5043和變壓器T42對F4點提供短路電流，中斷路器5042的電流持續(xù)大于第二電流死區(qū)門檻值，且該電流波形符合交變電流特征(一個工頻周期內(nèi)至少有兩個過零點)，電壓元件和測量阻抗元件也不返回，死區(qū)判別邏輯正確判斷出5042為死區(qū)故障，發(fā)跳閘命令，跳開本站邊斷路器5043、變壓器T42的中壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器，將死區(qū)故障徹底隔離。

圖1中，F(xiàn)3故障點發(fā)生故障時，對應的II母母線保護動作跳閘，分析過程同F(xiàn)2點，只是故障區(qū)域限定在II母故障區(qū)，與之關聯(lián)的邊斷路器為5013、5023、5033、5043。F6故障點發(fā)生故障時，變壓器T42的變壓器保護動作跳閘，將故障隔離，死區(qū)判別邏輯會正確返回，分析過程同F(xiàn)5點。

所以，無論變電站的故障點發(fā)生在任何位置，該方法都可以判別出故障邊斷路器或故障中斷路器。

步驟6：根據(jù)死區(qū)故障定位結(jié)果，跳開相應斷路器，將死區(qū)故障徹底隔離。

當判出邊斷路器死區(qū)故障時，則跳開該邊斷路器所在串的中斷路器、與該邊斷路器相鄰的線路對側(cè)斷路器或變壓器的中壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器；

當判出中斷路器死區(qū)故障時，則跳開該中斷路器所在串的邊斷路器、與該中斷路器相鄰的線路對側(cè)斷路器或變壓器的中壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器。

以上描述僅僅借助于實施細節(jié)提供本發(fā)明的實現(xiàn)方法。對于本領域的技術(shù)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細節(jié)實現(xiàn)。因此，提供的實施細節(jié)應當被認為是說明性的，而不是限制性的。因此，實現(xiàn)和使用本發(fā)明的可能性是由所附的權(quán)利要求限定。因而，由權(quán)利要求確定的實現(xiàn)本發(fā)明的各種選擇包括等效實施細節(jié)也屬于本發(fā)明的范圍。