CN101694936A - 基于变化量带量方向的母线保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力自动化领域内，涉及电力系统继电保护。本发明提出一种新的基于变化量带量方向的母线保护方法及整套技术方案。利用对母线各连接单元的原始电流采样值的变化量进行积分来计算相对方向；对相对方向与预设门槛比较形成带量正方向，带量负方向，无方向等三种变化量方向。通过方向的比较，区分区内外故障，同时计算方向系数，对区内方向进行定量判别。提高动作的准确性及快速性。

Description

基于变化量带量方向的母线保护方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及电力系统继电保护。

背景技术

目前用于继电保护的方向原理有两种，一种为功率方向，另外一种为电流间的相对方向，以上判据各有优缺点。方法一，由于采用了电压，易受PT断线的影响，存在电压死区。采用行波功率方向原理的，存在单相电压过零发生同相故障保护不启动的问题。同时功率方向计算量较大，动作速度慢。方法二，利用电流间相对方向，不受电压影响，但受流出电流影响，极端情况下保护拒动。以上两种原理均不能很好的适用于母线保护。

发明内容

本发明提出了一种适用于母线保护的方向保护新判据，称之为电流变化量带量方向保护。母线上连接的各单元(母联，线路，变压器等)电流变化量带量方向为各单元的电流变化量多点积分值，此积分值为标量，除了有正，负号外还带有一定的数值大小。根据数值的正负号及大小值与预设门槛比较可分为带量正方向，带量负方向，无方向三种。三种方向均为电流相对方向，数值为方向所带量。根据所有单元的带量方向进行方向系数的计算。通过判断每个单元的方向是否一致进行故障定性判断，通过方向系数进行故障定量计算，使得保护动作行为正确而且快速。

本发明是通过以下的技术方案来实现的，包括以下步骤：

步骤1、数据采集：

对母线上各连接单元(母联，线路，变压器等)的A，B，C三相电流以恒定的采样频率进行电流采样。

步骤2、计算各单元变化量带量方向：

分别计算母线上各连接单元(母联，线路，变压器等)的A，B，C三相电流变化量，然后通过电流变化量的多点积分分别计算各单元的A，B，C三相电流变化量带量方向，

$\mathrm{\Δ}{X}_{\mathrm{n\Φ}}=\underset{j=k}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{-m}{\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{n\Φj}}}$

其中，k为当前采样点，m为向前追忆点，Φ分别为A，B，C三相，n表示母线上的第n个连接单元，ΔI_nΦj表示在当前采样点j的电流与上一个周波对应采样点的电流之差；

当ΔX_nΦ＞max(Iset，0.3In)，为正方向，

当ΔX_nΦ＜-max(Iset，0.3In)，则为负方向，

当|ΔX_nΦ|＜max(Iset，0.3In)为无方向；

其中Iset为用户整定值，In为额定二次电流值；

步骤3、计算变化量差流及变化量方向系数：

通过各单元的电流变化量计算母线变化量差流，其中变化量差流计算方法为已知技术。通过各单元电流变化量带量方向计算变化量方向系数，其中母线变化量差流等于各连接单元电流变化量和的绝对值，变化量方向系数采用如下公式计算：

ΔK_JGΦ＝|∑ΔX_nΦ|/∑|ΔX_nΦ|，单元变化量方向系数

ΔK_MLΦ＝|∑ΔX_nΦ|/∑|ΔX_nΦ|，母联变化量方向系数

单元变化量方向系数中的ΔX_nΦ为各连接单元(不包括母联)同一采样时刻点的变化量方向值。单元变化量方向系数为所有连接单元(不包括母联)的变化量方向和的绝对值与绝对值之和的比值。

母联变化量方向系数中的ΔX_nΦ为各连接单元(包括母联)同一采样时刻点的变化量方向值。母联变化量方向系数为所有连接单元(包括母联)的变化量方向和的绝对值与绝对值之和的比值。

母线区内故障时若无故障电流从区内流向区外(即流出电流)，则单元变化量方向系数与母联变化量方向系数相等且均近似为1，远远大于设定阈值。由于流出电流一般通过母联流出，考虑一定的流出电流，则母联变化量系数能够反映出流出电流在总故障电流中的比例。

步骤4、保护启动及逻辑判断：

若变化量差流启动满足条件，则为快速启动，根据变化量带量方向进行定性判断，根据变化量方向系数进行定量判断，在复合电压开放(低电压，零序电压，负序电压任一动作)，差流满足定值条件满足情况下，允许出口；若快速启动，变化量带量方向，变化量方向系数，电压闭锁，差动门槛任一不满足，则保护返回。变化量带量方向判据如下：

若同名相所有单元电流变化量带量方向相同或者部分无方向，且母联或分段(用于双母线时只含母联，用于双母线带分段时，其中包括母联及分段)至少有一方向相同，则为区内故障，否则为区外故障；

若判断为区内故障，再进行电流变化量带量方向系数判断，判据如下：

变化量方向系数满足ΔK_JGΦ＞E，ΔK_MLΦ＞F，其中E，F为预设值，E，F取值0～1之间，且在一定数据窗内满足条件的点数足够多，所述足够多是指根据波形情况，24点中有16点，或者12点有8点满足。在变化量方向系数符合上述条件之后，保护出口动作。

本发明的有益效果是：区内故障，若无流出电流，变化量方向系数满足ΔK_JGΦ≈1，ΔK_MLΦ≈1，则保护能够快速出口。若有电流流出，考虑一定的分流系数，取恰当的门槛，保护仍然能够快速动作。

由于采用采样值短窗数据积分算法来计算方向，能够保证快速性；采用电流间相对方向，不受PT断线影响，无电压死区，不存在电压过零时常规功率方向不能启动的问题；采用方向系数来解决流出电流对方向保护的影响。因此变化量带量方向保护具有很好的实用性。

附图说明

图1母线系统图；

图2区内故障CT不饱和时变化量带量方向及方向系数图；

图3区外故障CT饱和时变化量带量方向及方向系数图；

图4本发明的保护方法流程框图。

具体实施方式

根据说明书附图对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明公开了一种变化量带量方向保护方法，包括以下步骤(如图4所示)：

步骤1、数据采集：

对母线上各连接单元(母联，线路，变压器等)的A，B，C三相电流以恒定的采样频率进行电流采样。母线上所有连接单元见附图1所示：以双母线为例，连接单元为母联Im，I母上连接单元为I1，II母上连接单元为I2，其中I1，I2可定义为主变，线路等。

步骤2、计算各单元变化量带量方向：

分别计算母线上各连接单元(母联，线路，变压器等)的A，B，C三相电流变化量，然后通过电流变化量的多点积分分别计算各单元的A，B，C三相电流变化量带量方向，本领域技术人员清楚电流变化量带量方向的近似算法都多种，而在本发明中优选但并不局限于以下计算方法：

$\mathrm{\Δ}{X}_{\mathrm{n\Φ}}=\underset{j=k}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{-m}{\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{n\Φj}}}$ k为当前采样点，m为向前追忆点(m取值2～4)，Φ为A，B，C。ΔI_nΦ为单元n电流变化量。如图1所示连接单元，各单元突变量带量方向为以I1 A相为例：

ΔI_1aj＝I_1aj-I_1aj-24，其中I_1aj为当前计算点A相电流，I_1aj-24为上一周波对应采样点，I1的B，C相，I2，Im的A，B，C相计算类似。

求出的ΔX_1a，ΔX_1b，ΔX_1c，ΔX_2a，ΔX_2b，ΔX_2c，ΔX_ma，ΔX_mb，ΔX_mc为标量，分别代表单元1，单元2及母联的A，B，C相变化量方向。经过如下处理后，形成正方向，负方向，无方向等三种方向属性及方向大小值。具体比较如下(以ΔX_1a为例)：

ΔX_1a＞max(Iset，0.3In)，其中Iset为用户整定值，In为额定二次电流值。则为正方向，ΔX_1a＜-max(Iset，0.3In)，则为负方向，|ΔX_1a|＜max(Iset，0.3In)为无方向。经过比较后，标量值既有了方向属性，同时具备数值。

步骤3、计算变化量差流及变化量方向系数：

变化量差流采用如下公式计算：

Δid＝|∑Δi|其中Δi中为每一单元同相别同一采样时刻的电流变化量，变化量差流为同一采样时刻每一单元电流变化量和的绝对值。

变化量方向系数采用如下公式计算：

ΔK_JGΦ＝|∑ΔX_nΦ|/∑|ΔX_nΦ|，单元变化量方向系数

ΔK_MLΦ＝|∑ΔX_nΦ|/∑|ΔX_nΦ|，母联变化量方向系数

单元变化量方向系数中的ΔX_nΦ为各连接单元(不包括母联)同一采样时刻点的变化量方向值。单元变化量方向系数为所有连接单元(不包括母联)的变化量方向和的绝对值与绝对值之和的比值。

母联变化量方向系数中的ΔX_nΦ为各连接单元(包括母联)同一采样时刻点的变化量方向值。母联变化量方向系数为所有连接单元(包括母联)的变化量方向和的绝对值与绝对值之和的比值。

如图1所示ΔK_MLa＝|ΔX_1a+ΔX_2a+ΔX_ma |/(|ΔX_1a|+|ΔX_2a|+|ΔX_ma|)

ΔK_JGa＝|ΔX_1a+ΔX_2a|/(|ΔX_1a|+|ΔX_2a|)

步骤4、保护启动及逻辑判断

若变化量差流启动满足条件，则为快速启动，根据电流变化量带量方向进行定性判断，根据变化量方向系数进行定量判断：当电流变化量带量方向以及变化量方向系数满足动作条件，保护出口，否则保护返回。快速启动后，根据A，B，C三相分别进行如下判断：

(a)A相快速启动，若所有单元的A相变化量带量方向相同或者部分无方向，且母联或分段至少有一方向相同，则为区内故障，否则为区外故障。B，C相相同处理方法

(b)判断为区内故障后，变化量方向系数满足ΔK_JGΦ＞E，ΔK_MLΦ＞F，其中E，F为预设值(E，F取值0～1之间)，且在一定数据窗内满足条件的点数足够多(根据波形情况一般24点中有16点或者12点有8点满足)，则在复合电压开放(低电压，零序电压，负序电压任一动作)，差流满足定值条件满足情况下，允许出口。

(c)若为区内故障，变化量方向系数不满足或者区外故障，则快速启动返回后，电流变化量带量方向退出。

如2所示为区内故障CT不饱和时录波示意图，图示中为母线区内A相故障，Ia2，Ia3变化量方向在差流变化量启动时方向相同，变化量系数＝1，满足动作条件，保护快速出口。

如3所示为区外故障CT饱和时录波示意图，图中所示单元2C相CT饱和，Ic2，Ic3变化量方向在差流变化量启动时方向不同，变化量系数不满足动作条件，保护可靠不动。

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 (2)

1.基于变化量带量方向的母线保护方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

1)数据采集：

对母线上各连接单元的A，B，C三相电流以恒定的采样频率进行电流采样，所述连接单元包括母联断路器，线路，变压器；

2)计算各单元变化量带量方向：

分别计算母线上各连接单元的A，B，C三相电流变化量，然后通过电流变化量的多点积分分别计算各单元的A，B，C三相电流变化量带量方向ΔX_nΦ，

当ΔX_nΦ＞max(Iset，0.3In)，为正方向，

当ΔX_nΦ＜-max(Iset，0.3In)，则为负方向，

当|ΔX_nΦ|＜max(Iset，0.3In)为无方向；

其中Iset为用户整定值，In为额定二次电流值；

3)计算单元量变化量方向系数ΔK_JGΦ及母联变化量方向系数ΔK_MLΦ：

ΔK_JGΦ＝|∑ΔX_nΦ|/∑|ΔX_nΦ|，单元变化量方向系数，

ΔK_MLΦ＝|∑ΔX_nΦ|/∑|ΔX_nΦ|，母联变化量方向系数，

上式中ΔX_nΦ为各连接单元同一采样时刻点的变化量方向值，其中在所述单元变化量方向系数的计算中所述各连接单元不包括母联断路器，在所述母联变化量方向系数的计算中所述各连接单元包括母联断路器；

4)保护启动及逻辑判断，若变化量差流启动满足条件，则为快速启动，根据电流变化量带量方向进行定性判断，根据变化量方向系数进行定量判断：当电流变化量带量方向以及变化量方向系数满足动作条件，保护出口，否则保护返回。

2.根据权利要求1所述的基于变化量带量方向的母线保护方法，其特征在于，在所述步骤4)中，当同名相所有单元电流变化量带量方向相同或者部分无方向，且母联断路器或分段断路器中的单元电流变化量带量方向至少有一方向相同，则为区内故障，否则为区外故障；

若判断为区内故障，再进行电流变化量带量方向系数判断，电流变化量带量方向系数满足以下条件，允许出口：

变化量方向系数满足ΔK_JGΦ＞E，ΔK_MLΦ＞F，其中E，F为预设值，E，F取值0～1之间，且在一定数据窗内满足条件的点数足够多，所述足够多是指根据波形情况，24点中有16点，或者12点有8点满足。

Images