CN101662143A - 一种防止在电流消失时误动的差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止在电流消失时误动的差动保护方法，根据保护装置启动60ms后差动保护动作，准备跳闸，此时投入波形相似法判据，计算出差动动作元件前推20ms短窗数据内计算出来的波形相似系数，如果在这个数据窗内的波形相似系数值均小于0.2，则立即跳闸，如果这个数据窗内波形相似系数值存在大于0.2的时刻，则延时差动保护20ms，故障没有消失则跳闸出口。本发明提出的方法基于最小二乘法滤波原理，根据波形相似系数来比较目标交流量是否为正常系统波形或者是畸变波形，不区分是故障起始时刻还是故障消失时刻。本方法可以可靠防止区外故障切除电流，由于电流畸变导致区内差动保护误动的情况。

Description

一种防止在电流消失时误动的差动保护方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及一种防止差动保护在电流消失时误动的新判据。

背景技术

在高压电网中，发生故障后，断路器切除故障电流时偶尔会出现电流畸变，拖尾的现象，出现这种异常后会对差动保护带来影响，严重时甚至会导致误动。

传统的方法其一则是直接加延时以防止这种情况误动发生；其二是判出饱和，通过饱和判据闭锁差动保护；其三、根据采样点计算一个周波内大于零和小于零的点数判断波形对称度。

方法一，判饱和判据算法比较多，但大多均基于同步法，同步法的基础在于区分差动电流和制动电流的起始时刻不同，但是当电流是由于断路器切除造成的时，同步法判饱和的判据并不能适用于这种情况。其他饱和判据在应用于切电流时存在误判的例子；方法二，波形对称基于波形识别原理，属于工程经验数据，而且需要受到零漂和非周期衰减的直流分量的影响。在对称性饱和情况下也无能为力。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种防止在电流消失时误动的差动保护方法，根据保护电流的实际采样值，实时计算差动保护动作时刻的保护电流波形和理想正弦波的相似程度，采用最小二乘法拟合出波形相似系数，用相似系数值来量化电流波形的好坏程度。同样的，根据计算出的波形相似系数值的大小来判断是否存在波形畸变，判断保护是否需要延时跳闸。

为解决上述问题，本发明是通过以下的技术方案来实现的，本发明公开了一种防止电流消失时波形畸变导致误跳闸的差动保护方法，其特征在于，所述方法根据保护电流的实际采样值，实时计算差动保护动作时刻的保护电流波形相似系数，根据计算出的波形相似系数值的大小来判断是否存在波形畸变，判断保护是否需要延时跳闸，具体包括以下步骤：

1、差动保护装置通过互感器对输电线路以恒定的采样频率进行电流电压采样；

2、利用全周傅氏算法计算上述电流电压采样值，得到输电线路电流电压值的相量形式；

3、基于电流突变量启动判据进行保护启动判别，当电流突变量大于设置电流突变量阈值时，保护启动；

4、保护启动后进行差动保护计算，当差动保护元件动作时，判断所述差动保护元件的动作是否发生在保护启动后60ms后，当差动保护元件的动作发生在保护启动后的60ms以内时，差动保护瞬时跳闸；

5、当差动保护元件的动作发生在保护启动后的60ms后时，计算差动保护元件动作前电流波形相似系数，当所述电流波形相似系数小于相似系数设定阈值时，差动保护瞬时跳闸；当所述电流波形相似系数大于所述设定阈值时，差动保护延时跳闸。

综合上述条件，对慢速差动保护跳闸时刻增加波形判别，在不影响保护可靠性的前提下保证灵敏度。

本发明的有益效果是：实时计算差动保护动作时前20ms内的波形相似系数，将计算值和门槛比较。大于门槛则判定电流波形存在畸变，保护需要延时跳闸，小于门槛电流没有畸变，保护可以瞬时跳闸。

附图说明

图1.a/b/c电流消失时波形畸变图；

图2波形相似系数；

图3差动保护元件特性图；

图4程序流程框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1.a为某次220kV电压等级T接线路典型区外故障切除时电流波形畸变图。ima_k、imb_k、imc_k分别表示为线路M侧互感器A相电流、B相电流、C相电流波形；图1.b中ina_k、inb_k、inc_k分别表示为线路N侧互感器A相电流、B相电流、C相电流波形；图1.c中ioa_k、iob_k、ioc_k分别表示为线路o侧互感器A相电流、B相电流、C相电流波形，从图示中能明显看出横坐标200～250之间，M侧a，b两相电流存在畸变，N侧三相电流均存在突变，由正弦波行变化成零，O侧a、b两侧电流存在突变，横坐标k表示采样点序列

如图2所示为电流切除时刻附近数据窗波形相似系数，以C相为例。|ε(imc，k)|为线路M侧C相电流相似系数值，根据后文公式(4)计算得到；|ε(inc，k)|为N侧C相电流相似系数值，同样根据后文公式(4)计算得到；|ε(ioc，k)|为O侧C相电流相似系数值，同样根据后文公式(4)计算得到。电流波形和正弦波行相比畸变越大，相似系数值越大；电流波形和正弦波行相比畸变越小，相似系数值越小。

如图3所示为差动保护元件特性图，从图3看，A、B、C三相电流差动判据在k＝247时刻，才不满足动作判据。而根据图2，在k＝226时，A相和B相波形系数值均大于0.2，C相的波形系数值小于0.2，而k＝247以后，A、B、C三相波形系数值均小于0.2。和理论上傅氏数据窗周期为20ms对应。因此完全可以根据判出的波形系数值大于0.2后，延时20ms，躲过由于畸变导致的差动保护误动。

基于以上分析，本发明公开了一种防止电流消失时波形畸变导致误跳闸的差动保护方法，所述方法根据保护电流的实际采样值，实时计算差动保护动作时刻的保护电流波形相似系数，根据计算出的波形相似系数值的大小来判断是否存在波形畸变，判断保护是否需要延时跳闸，具体包括以下步骤(如图4所示)：

1、差动保护装置通过互感器对输电线路以恒定的采样频率进行电流电压采样；

2、利用全周傅氏算法计算上述电流电压采样值，得到输电线路电流电压值的相量形式；

3、基于电流突变量启动判据进行保护启动判别，当电流突变量大于设置电流突变量阈值时，保护启动；

4、保护启动后进行差动保护计算，当差动保护元件动作时，判断所述差动保护元件的动作是否发生在保护启动后60ms后，当差动保护元件的动作发生在保护启动后的60ms以内时，差动保护瞬时跳闸；

5、当差动保护元件的动作发生在保护启动后的60ms后时，计算差动保护元件动作前电流波形相似系数，当所述电流波形相似系数小于相似系数设定阈值时，差动保护瞬时跳闸；当所述电流波形相似系数大于所述设定值时，差动保护延时跳闸。

在上述步骤5中，当确认启动后60ms差动保护才动作，则进行最小二乘法滤波，同时根据以下公式计算差动保护元件动作前电流波形相似系数，在本发明的优选实施例中，优选差动保护元件动作时刻前20ms起始的一周波数据窗的波形相似系数作为前述的差动保护元件动作前电流波形相似系数来进行判断。

$\mathrm{AX}(x,k):={(\underset{L=0}{\overset{\mathrm{LEN}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{L+k-\mathrm{LEN}}\·\cos (L\·\mathrm{\θ})-\underset{L=0}{\overset{\mathrm{LEN}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{L+k-\mathrm{LEN}}\·\sin (L\·\mathrm{\θ}))}^T---\left(1\right)$

$\mathrm{AA}:=\left(\begin{array}{cc}\underset{l=0}{\overset{\mathrm{LEN}}{\text{\Σ}}}\cos {(l\·\mathrm{\θ})}^2& -\underset{l=0}{\overset{\mathrm{LEN}}{\mathrm{\Σ}}}\cos (l\·\mathrm{\θ})\·\sin (l\·\mathrm{\θ})\\ -\underset{l=0}{\overset{\mathrm{LEN}}{\mathrm{\Σ}}}\cos (l\·\mathrm{\θ})\·\sin (l\·\mathrm{\θ})& \underset{l=0}{\overset{\mathrm{LEN}}{\mathrm{\Σ}}}\sin {(l\·\mathrm{\θ})}^2\end{array}\right)---\left(2\right)$

Y(x，y)∶=(AA)^-1·AX(x，k)     (3)

$\mathrm{II}(x,k):=\underset{L=0}{\overset{\mathrm{LEN}}{\mathrm{\Σ}}}{\left(x_{L+k-\mathrm{LEN}}\right)}^2---\left(4\right)$

$\mathrm{\ϵ}(x,k):=\sqrt{|1+(\frac{{\left(Y(x,k)\right)}^T\·\mathrm{AA}\·Y(x,k)-2\·Y{(x,k)}^T\·\mathrm{AX}(x,k)}{\mathrm{II}(x,k)}{)}_{\mathrm{0,0}}|}---\left(5\right)$

式(1)为最小二乘法计算中间过程值，x为采样值序列，k为采样点序列，LEN为最小二乘法滤波数据窗长度，数据窗长度，一般LEN取4，cos(l·θ)为积分实部因子，sin(l·θ)为积分虚部因子。

式(2)中为最小二乘法系数矩阵，LEN、cos(l·θ)、sin(l·θ)含义和式(1)相同。

式(3)为最小二乘法计算公式；

式(4)为相似系数计算中间值；

式(5)为波形相似系数计算结果。

ε(x，k)为波形相似系数。

在本发明的优选实施例中，优选0.2作为相似系数设定阈值，因此当一周波内的波形相似系数均小于0.2则保护瞬时跳闸，否则延时20ms保护跳闸。

综合上述情况，结合波形相似系数，根据差动保护计算的结果，动态调整保护跳闸的延时，可以确保保护快速可靠的动作。本方法可以可靠防止区外故障切除电流，由于电流畸变导致区内差动保护误动的情况。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1、一种防止电流消失时波形畸变导致误跳闸的差动保护方法，其特征在于，所述方法根据保护电流的实际采样值，实时计算差动保护动作时刻的保护电流波形相似系数，根据计算出的波形相似系数值的大小来判断是否存在波形畸变，判断保护是否需要延时跳闸，具体包括以下步骤：

(1)差动保护装置通过互感器对输电线路以恒定的采样频率进行电流电压采样；

(2)利用全周傅氏算法计算上述电流电压采样值，得到输电线路电流电压值的相量形式；

(3)基于电流突变量启动判据进行保护启动判别，当电流突变量大于设置电流突变量阈值时，保护启动；

(4)保护启动后进行差动保护计算，当差动保护元件动作时，判断所述差动保护元件的动作是否发生在保护启动后一设定时间后，当差动保护元件的动作发生在保护启动后的所述设定时间以内时，差动保护瞬时跳闸；

(5)当差动保护元件的动作发生在保护启动后的所述设定后时，计算差动保护元件动作前电流波形相似系数，当所述电流波形相似系数小于相似系数设定阈值时，差动保护瞬时跳闸；当所述电流波形相似系数大于所述设定值时，差动保护延时跳闸。

2、根据权利要求1所述的差动保护方法，其特征在于：所述设定时间为60ms。

3、根据权利要求1或2所述的差动保护方法，其特征在于：在上述步骤(5)中，优选差动保护元件动作前20ms起一周波内的电流波形相似系数进行计算，并且所述相似系数阈值优选为0.2。

4、根据权利要求3所述的差动保护方法，其特征在于：差动保护延时跳闸优选的延时时间为20ms。

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