CN100573172C - 通过估计不平衡电流变化检测ct断线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法，包括：根据CT在负荷电流范围内的最大角差和比差特性曲线，得到CT在负荷电流范围内任意电流下的角差和比差值；计算支路参考时刻和当前时刻的支路CT二次电流误差相量及其变化量；累加各支路CT二次电流误差相量变化量，估算所有支路总的不平衡电流变化量；每隔一定时间建立一个参考时刻，比较现在时刻和参考时刻之间的CT不平衡电流变化量的估计值和实测的二次差电流变化值，检测CT是否断线。本发明不受系统运行方式变化的影响，系统潮流发生较大变化时，不误判；即使线路投运前发生CT断线，投运后负荷缓慢变化时，能灵敏检出CT断线。具有较高的灵敏度和较低的误判率，对电网运行方式有很强的自适应能力。

Description

通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统检测保护方法，具体讲是涉及一种通过估计不平衡电流变化来检测CT断线的方法，属于电力系统自动化控制技术领域。

背景技术

为了保证电力系统安全运行，必须配备必要的自动保护装置，如差动保护装置等。CT断线是差动保护误动的重大隐患，高灵敏度、低检出时间和低误判率是CT断线检测方法的最重要指标。既往所用的CT断线检测方法是：

1、CT断线的三相不对称检测方法：其判据为：3I₀＞max[k(I_A+I_B+I_C)，I_{0_th}]，式中3I₀为零序电流，k为制动系数，I_A、I_B、I_C分别为CT的A、B、C相二次电流，I_{0_th}为启动门槛。此种反映零序电流的CT断线的三相不对称检测方法更合理、更安全而且灵敏度更高，但须躲开电力系统中的接地故障和非全相运行。

2、CT断线的电流不平衡检测方法：基于电流不平衡的CT断线检测方法具有不受电力系统不对称的影响、适应对称或不对称断线的优点。常用电流不平衡的CT断线检测方法有两类，一是固定门槛的电流不平衡检测方法，其动作判据为：差电流＞固定电流不平衡门槛，其灵敏度较低；二是浮动门槛的电流不平衡检测方法，动作判据为：差电流＞固定电流不平衡门槛+浮动电流不平衡门槛，该检测方法灵敏度较高，但在投运前已发生CT断线情况下，可能检测不出断线，当系统因运行方式的变化，不平衡电流突然改变时，容易误判断线。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能提高CT断线检测的灵敏度、降低CT断线的误判率、提高可靠性、对系统运行方式有较强适应能力的通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法。

CT二次不平衡电流来源于各支路CT传变误差的差异。正常运行方式变化造成不平衡电流的变化是有限的，而发生CT断线后，不平衡电流变化将超出正常运行方式变化的可能范围。比较不平衡电流变化的估计值和实测值，判断CT是否断线，本方法适用于多支路CT的情况。

为解决上述问题，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、根据冷轧硅钢片磁化特性曲线和保护级CT二次额定电流下的比差和角差限值，取得CT在负荷电流范围内的最大角差和比差特性曲线，线性内插得到CT在负荷电流范围内任意电流下的角差和比差值；

(2)、取参考时刻CT一次电流值I₁、当前时刻CT一次电流值I₁’、参考时刻和当前时刻中二次电流幅值较大者的角差值δ及参考时刻的CT比差ε、当前时刻的CT比差ε’计算支路参考时刻和当前时刻的支路CT二次电流误差相量I_e和I_e’，计入支路负荷潮流相位变化；计算CT二次电流误差相量变化量ΔI_e；

(3)、根据判别式 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{I}_d>\max (k\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_m\mathrm{\Δ}{I}_{e\_m},\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{do}})\\ \mathrm{\Δ}{I}_d=I_d^{\′}-I_d\end{array}\right.$ 累加各支路CT二次电流误差相量变化量ΔI_e，估算所有支路总的不平衡电流变化量，式中k为可靠系数，ΔI_d0为启动门槛，R_m为第m条支路的CT变比归算系数，ΔI_{e_m}为第m条支路的二次电流误差相量变化量的幅值估计值，I_d为参考时刻的实测差电流，I_d’为当前时刻的实测差电流；

(4)、每隔一定时间建立一个参考时刻，比较现在时刻和参考时刻之间的CT不平衡电流变化量的估计值和实测的二次差电流变化值，检测CT是否断线。

前述的通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法，其特征在于所述的支路CT二次电流误差相量变化量ΔI_e的计算公式为： $\mathrm{\Δ}{I}_e=\sqrt{I_e^2+I_e^{\′2}-2I_e{I}_e^{\′}\cos ({\mathrm{\θ}}^{\′}-\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})};$ 式中I_e为参考时刻的CT二次电流误差相量，I_e’为当前时刻的CT二次电流误差相量，θ为参考时刻CT二次电流误差相量I_e和CT一次电流I₁的夹角，θ’为当前时刻CT二次电流误差相量I_e’和CT一次电流I₁’的夹角，β为一次电流变化的相位角。

前述的通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法，其特征在于在步骤(4)中参考时刻的各支路电流相量保存在一个缓冲区内，缓冲区循环使用，超过一天，旧参考时刻的数据被新数据覆盖。

本发明的有益效果是：本发明基于电力系统正常运行时CT二次不平衡电流变化有限，当发生CT断线后不平衡电流变化很大的特征，比较不平衡电流变化量的估计值和实测二次差电流变化值，检测CT是否断线。本发明不受系统运行方式变化的影响，系统潮流发生较大变化时，不误判。即使线路投运前发生CT断线，投运后负荷缓慢变化时，能灵敏检出CT断线。本发明具有较高的灵敏度，同时具有较低的误判率，对电网运行方式有很强的自适应能力。

附图说明

图1为CT二次电流误差相量图；

图2为CT二次电流误差相量I_e近似计算相量图。

具体实施方式

在CT负荷电流范围内，CT的比差和角差单调性和极性不随一次电流而改变，比差为负且单调增，角差为正且单调减。根据冷轧硅钢片磁化特性曲线和保护级CT二次额定电流下的比差和角差限值，取得CT在负荷电流范围内最大的比差和角差特性曲线，线性内插可得负荷电流范围内任意电流下的比差和角差值。CT二次电流误差向量主要由角差、比差、一次电流相位的变化量三方面的因素决定。CT二次电流误差相量I_e如图1所示，图1为CT二次电流误差相量图，图中I₁为参考时刻CT一次电流，I_e为参考时刻CT二次电流误差相量，θ为参考时刻CT二次电流误差相量I_e和CT一次电流I₁的夹角，I₁’为当前时刻CT一次电流，I_e’为当前时刻CT二次电流误差相量，θ’为参考时刻CT二次电流误差相量I_e’和CT一次电流I₁’的夹角，I₂为参考时刻CT二次电流，I₂’为当前时刻CT二次电流，β为一次电流变化的相位角。参考时刻是二次电流误差相量变化量ΔI_e计算的时间基准点，当前时刻是经过一段时间后的时间点。

单个支路CT二次电流误差相量变化量的估计公式的推导如下：

因为角差小，可近似认为I₁和I₂平行，其中I₁为CT一次电流，I₂为CT二次电流，边长BC除以I₁近似于相差的弧度δ，与电流误差相量AB、幅值差AC构成直角三角形，如图2所示，图中I₁为参考时刻CT一次电流，I₂为参考时刻CT二次电流，I_e为CT二次电流误差相量，θ为参考时刻CT二次电流误差相量I_e和CT一次电流I₁的夹角。由图可得参考时刻的二次电流误差相量I_e幅值：

I₁≈I₂

$I_e=\sqrt{{\left(\mathrm{\ϵ}{I}_1\right)}^2+{\left(\mathrm{\δ}{I}_1\right)}^2}=I_1\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}^2+{\mathrm{\δ}}^2}$

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\δ}{I}_1}{\mathrm{\ϵ}{I}_1}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\δ}}{\mathrm{\ϵ}}$

上式中，ε为参考时刻的CT比差，δ为参考时刻和当前时刻中一次电流幅值较大者的CT角差，取此CT角差得出的二次电流误差相量变化量ΔI_e是保守和偏大的估计。

忽略角差变化的影响，可得当前时刻的二次电流误差相量I_e’幅值：

I′₁≈I′₂

$I_e^{\′}=I_1^{\′}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}^{\′2}+{\mathrm{\δ}}^2}$

${\mathrm{\θ}}^{\′}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}^{\′}}$

上式中，ε’为当前时刻的CT比差。

考虑一次电流变化的相位角β的影响，可得二次电流误差相量变化量的幅值估计值为：

$\mathrm{\Δ}{I}_e=\sqrt{I_e^2+I_e^{\′2}-2I_e{I}_e^{\′}\cos ({\mathrm{\θ}}^{,}-\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})}$

根据单个支路CT二次电流误差相量变化量，累加幅值估计总的不平衡电流变化量是最保守的估计。可得如下判别式：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{I}_d>\max (k\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_m\mathrm{\Δ}{I}_{e\_m},\mathrm{\Δ}{I}_{d0})\\ \mathrm{\Δ}{I}_d=I_d^{\′}-I_d\end{array}\right.$

上式中，k为可靠系数，可取为2；ΔI_d0为启动门槛，防止电流误差变化量的估计值过小时误判，可设定为0.02I_n，其中I_n为支路CT二次电流额定值，R_m为第m条支路的CT变比归算系数；ΔI_{e_m}为第m条支路的电流误差相量变化量的幅值估计值。I_d为参考时刻的实测差电流，I_d’为当前时刻的实测差电流。

随着时间推移和运行情况的变化，每隔一定时间建立一个参考时刻。参考时刻的各支路电流相量保存在一个缓冲区内，缓冲区循环使用，超过一天，旧参考时刻的数据被新数据覆盖。根据判别式计算当前时刻相对于缓冲区内的各参考时刻的不平衡电流变化量，任何一个计算结果判别为CT断线则告警或闭锁。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1、通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、根据冷轧硅钢片磁化特性曲线和保护级CT二次额定电流下的比差和角差限值，取得CT在负荷电流范围内的最大角差和比差特性曲线，线性内插得到CT在负荷电流范围内任意电流下的角差和比差值；

(2)、取参考时刻CT一次电流值I₁、当前时刻CT一次电流值I₁’、参考时刻和当前时刻中二次电流幅值较大者的角差值δ及参考时刻的CT比差ε、当前时刻的CT比差ε’，计算支路参考时刻和当前时刻的支路CT二次电流误差相量I_e和I_e’；计入支路负荷潮流相位变化，计算CT二次电流误差相量变化量ΔI_e；

(3)、根据判别式 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔI}}_d>\max (k\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_m{\mathrm{\ΔI}}_{e\_m},{\mathrm{\ΔI}}_{d0})\\ {\mathrm{\ΔI}}_d=I_d^{,}-I_d\end{array}\right.$ 累加各支路CT二次电流误差相量变化量ΔI_e，估算所有支路总的不平衡电流变化量，式中k为可靠系数，ΔI_d0为启动门槛，R_m为第m条支路的CT变比归算系数；ΔI_{e_m}为第m条支路的二次电流误差相量变化量的幅值估计值，I_d为参考时刻的实测差电流，I_d’为当前时刻的实测差电流；

(4)、每隔一定时间建立一个参考时刻，比较现在时刻和参考时刻之间的CT不平衡电流变化量的估计值和实测的二次差电流变化值，检测CT是否断线。

2、根据权利要求1所述的通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法，其特征在于所述的支路CT二次电流误差相量变化量ΔI_e的计算公式为： ${\mathrm{\ΔI}}_e=\sqrt{I_e^2+I_e^{,2}-{2I}_e{I}_e^{,}\cos ({\mathrm{\θ}}^{,}-\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})};$ 式中I_e为参考时刻的支路CT二次电流误差相量，I_e’为当前时刻的支路CT二次电流误差相量，θ为参考时刻CT二次电流误差相量I_e和CT一次电流I₁的夹角，θ’为当前时刻CT二次电流误差相量I_e’和CT一次电流I₁’的夹角，β为一次电流变化的相位角。

3、根据权利要求1所述的通过估计不平衡电流变化检测CT断线的方法，其特征在于在步骤(4)中参考时刻的各支路电流相量保存在一个缓冲区内，缓冲区循环使用，超过一天，旧参考时刻的数据被新数据覆盖。

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