[发明专利]基于电流差动原理的站域后备保护方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种适用于智能变电站的基于电流差动原理的站域后备保护方法。

背景技术

电力系统继电保护技术的应用目的在于电网发生故障时自动、快速的切除故障设备，将故障影响范围限制在最小的区域内，以保证电网无故障部分的正常运行，隔离故障的基本原则包括快速性、选择性、灵敏性及可靠性等。按照保护范围和动作特性不同，电力系统继电保护可分为主保护和后备保护两类：主保护能反应被保护设备的各种故障并以尽可能短的时限（瞬时）切除故障；当主保护拒动或者断路器失灵时，由后备保护以较短的时限（例如0.5秒）和较小的停电范围隔离故障设备。

目前电力系统中运行的后备保护几乎全部遵循阶梯时限原则整定，为保证选择性不得不牺牲快速性和灵敏性，在复杂电网中往往不能起到预期的保护效果。现有的后备保护仅反应保护安装处的电气量信息，多台后备保护之间的配合关系复杂，定值整定的难度越来越大。近年来世界范围内的多次电网崩溃事故也被证明与后备保护这些固有缺陷有关。因此，改善后备保护性能对保证复杂电网的安全运行具有重要意义。

近年来，以后备保护为主要对象的非传统继电保护原理和方法得到了广泛研究，例如广域保护、集合保护，系统保护，集成保护等。上述新原理均存在以下问题影响工程实用化：1）广域信息的获取依赖于相量测量单元（PMU）和广域同步相量测量系统（WAMS），在中低压电网实施经济代价太大；2）无论采用集中式结构还是分布式结构，都存在保护区域如何确定的问题；3）为将故障影响范围限制到最小，需要从理论上进一步研究区域电网故障时的最优跳闸策略；4）准确获取用于继电保护的广域同步信息对通信网络的带宽和可靠性要求极高。上述这些因素限制了非传统继电保护的实用化。

基于基尔霍夫电流定律的差动保护原理自提出以来，以其完全选择性、优良选相能力和不受振荡影响等优点一直作为主保护使用到今天。遗憾的是，一直以来差动原理只作为主保护使用，在后备保护领域一直没有获得实际应用。

智能变电站中采用了电子式互感器和智能一次设备，引入了符合IEC61850国际标准的信息建模技术，实现了信息采集的数字化和信息传输的网络化，提高了信息的共享程度。信息共享为研究继电保护新原理、新方法提供了更加丰富的技术手段，然而这一特点还未被继电保护充分利用，可以预见基于智能变电站内部共享信息实现的站域保护将是提高后备保护性能的重要发展方向。而且相比其他非传统继电保护方法，站域保护在实现技术上更具可行性。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种适用于智能变电站的站域后备保护方法。该方法将电流差动原理应用到后备保护中，简化了后备保护的配置和整定，改变了后备保护依靠故障电气量值和时限阶梯配合实现选择性的应用现状，在主保护拒动时可准确、快速地定位故障设备，缩短了后备保护的动作时限。

站域保护基于智能变电站内高速通信网络和站间数据通道，在获取模拟量、开关量和非电量等共享信息的基础上，对变电站内部以及引出线路上发生的所有故障进行快速、可靠、精确的定位，并依据优化的跳闸策略实现故障设备的切除。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于电流差动原理的站域后备保护方法，包括如下步骤：

（1）、站域后备保护通过变电站内过程层网络和站间数据通道获取所需位置的电流采样值。对于本变电站内的电流采样值通过站内的过程层网络由合并单元获得，对于变电站出线对端的电流采样值通过站间数据通道由对侧变电站内的合并单元获得。

（2）、根据电流差动原理应用的范围不同将整个后备保护区域分为边界差动区、站内差动区、元件差动区和扩展差动区，站域后备保护根据接收到的电流采样值信息，进行故障启动判断。故障启动判断以边界差动区为主要对象，可获知电力系统是处于正常运行状态还是故障状态，如果处于正常状态则继续执行故障启动判断流程；如果处于故障状态则转入步骤（3）进行故障处理程序。其中，边界差动区保护范围包含变电站的所有出线和变电站内的元件，站内差动区的保护范围仅包含变电站内的元件，元件差动区仅包含一个元件，与元件主保护范围一致，扩展差动区是由若干相邻的元件差动区合并构成。边界差动区主要用于故障启动的判断，站内差动区用于区分故障在变电站内还是出线，通过扩展差动区的变化和搜索可以准确确定故障元件。