CN103529321B

CN103529321B - 电流互感器饱和检测方法

Info

Publication number: CN103529321B
Application number: CN201310469563.0A
Authority: CN
Inventors: 刘宏君; 俞伟国; 宁涛; 高小全; 赵亮; 周阳
Original assignee: CYG Sunri Co Ltd
Current assignee: CYG Sunri Co Ltd
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: CN103529321A

Abstract

本发明公开了一种电流互感器饱和检测方法，要解决的技术问题是提高电流互感器CT饱和检测的准确性，本发明的电流互感器饱和检测方法，包括以下步骤：继电保护装置计算I_m、I_2m、I_3m、I_5m、I_n、I_2n、I_3n和I_5n的幅值，计算I_d=I_m+I_n，I_2d=I_2m+I_2n，I_3d=I_3m+I_3n，I_5d=I_5m+I_5n，计算i_d=i_mp+i_np，i_r=i_mp-i_np，d_ir=|(i_mp-i_m(p-N))|+|(i_np-i_n(p-N))|，满足：1）d_ir>0.8i_n，2）i_r>0.8i_n的采样数小于N，3）i_d>0.8i_n的采样数小于3，条件2）与条件3）的采样数之差大于3，不满足I_2d+I_3d+I_5d<0.15I_d，判断电流互感器饱和。本发明与现有技术相比，结合CT饱和时的谐波特性，通过判断差动电流、制动电流的时间差和差流谐波特性，不仅保证了保证区外严重故障CT饱和时差动保护不误动作，还能提高区内故障CT饱和时差动保护的灵敏度。

Description

电流互感器饱和检测方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统的继电保护方法，特别是一种检测电流互感器饱和的方法。

背景技术

电流差动保护原理简单可靠，已广泛应用于电力系统的母线、发电机、变压器等元件的主保护中。随着光纤通信技术的发展，高压、超高压以及特高压输电线路越来越多的采用光纤电流差动保护来当做线路的主保护。

电流互感器CT是各种继电保护装置的重要器件，它在电力系统暂态过程中能否真实传变一次电流，对继电保护装置的正确动作起着决定性的作用。

高压、超高压以及特高压输电线路由于线路阻抗存在，区外故障一般不容易导致CT饱和，但在特殊情况下，如大系统短线路发生区外故障时可能引起CT饱和。由于CT饱和引起的电流波形畸变会产生很大的差流，使电流差动保护误动作。通过检测区外故障时CT饱和的程度，从而进行相应的处理：如抬高差动门槛，提高比率系数或短时间闭锁差动保护，这样虽然可以有效的防止差动误动作，但是会降低区内（内部）故障时保护的灵敏度。

现有技术的检测CT饱和的方法有：饱和开始差动电流和制动电流不同时出现的时差法；通过计算谐波比确定CT饱和；利用小波变换判断CT饱和。

虽然上述方法能够判出CT饱和，但是在区外故障严重饱和时，无法准确检测出差动电流和制动电流的时间差；对谐波比方法，区外故障严重饱和时差流在极饱和时谐波比较小，无法准确判断，区内故障短路电流很大时，也会产生较大的高次谐波，误将保护闭锁，造成拒动；而小波变换法，对波形比较敏感，受线路谐波含量和直流分量的影响较大。以上的CT饱和检测方法均不能准确检测出CT饱和的情况，既不能有效保证区外故障时差动保护不误动作，也会降低内部故障时差动保护的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种电流互感器饱和检测方法，要解决的技术问题是提高CT饱和检测的准确性，保证区外故障时差动保护不误动作，提高内部故障时差动保护的灵敏度。

本发明采用以下技术方案：一种电流互感器饱和检测方法，包括以下步骤：

一、继电保护装置采集输电线路首段的本侧各相电流、输电线路末端的对侧各相电流，计算本侧各相电流的基波I_m、二次谐波I_2m、三次谐波I_3m和五次谐波I_5m的幅值,对侧各相电流的基波I_n、二次谐波I_2n、三次谐波I_3n和五次谐波I_5n的幅值；计算电流基波差流幅值I_d=I_m+I_n，二次谐波差流幅值I_2d=I_2m+I_2n，三次谐波差流幅值I_3d=I_3m+I_3n和五次谐波差流幅值I_5d=I_5m+I_5n；

二、继电保护装置采集输电线路两侧的二次电流，模数转换后得到电流i_mp，i_np，计算采样值差动电流i_d=i_mp+i_np，采样值制动电流i_r=i_mp-i_np，突变量制动电流d_ir=|(i_mp-i_m(p-N))|+|(i_np-i_n(p-N))|；p=0，1，2，…，N-1，N为一个周期的采集数，m为输电线路本侧，n为输电线路对侧，p为采样点；

三、初步判断电流互感器饱和，同时满足以下条件：1）d_ir>0.8i_n，2）i_r>0.8i_n的采样数小于N，3）i_d>0.8i_n的采样数小于3，条件2）与条件3）的采样数之差大于3；i_n为电流互感器二次额定电流值；

四、判断差流谐波含量，不满足I_2d+I_3d+I_5d<0.15I_d，判断电流互感器饱和。

本发明的继电保护装置安装在输电线路首端的本侧。

本发明步骤一继电保护装置采集输电线路首段的本侧电流、输电线路末端的对侧电流，每周波采集24点。

本发明步骤一计算本侧各相电流的基波I_m、二次谐波I_2m、三次谐波I_3m和五次谐波I_5m的幅值,对侧各相电流的基波I_n、二次谐波I_2n、三次谐波I_3n和五次谐波I_5n的幅值，采用全周傅式算法。

本发明步骤二继电保护装置采集输电线路两侧的二次电流，一个周期的采集数为24。

本发明步骤三初步判断电流互感器饱和，不同时满足以下条件：1）d_ir>0.8i_n，2）i_r>0.8i_n的采样数小于N，3）i_d>0.8i_n的采样数小于3，条件2）与条件3）的采样数之差大于3；电流互感器不处于饱和状态。

本发明步骤四判断差流谐波含量，满足I_2d+I_3d+I_5d<0.15I_d，判断电流互感器处于不饱和状态。

本发明步骤四判断电流互感器饱和，继电保护装置闭锁差动保护。

本发明的电流互感器处于不饱和状态，继电保护装置开放差动保护。

本发明与现有技术相比，结合CT饱和时的谐波特性，通过判断差动电流、制动电流的时间差和差流谐波特性，不仅保证了保证区外严重故障CT饱和时差动保护不误动作，还能提高区内故障CT饱和时差动保护的灵敏度。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明的电流互感器饱和检测方法，包括以下步骤：

一、计算保护装置安装处的电流基波差流幅值I_d、二次谐波差流幅值I_2d、三次谐波差流幅值I_3d和五次谐波差流幅值I_5d。

安装在输电线路首端的本侧的继电保护装置（保护装置），按每周波采集24点，采集输电线路首段的本侧各相电流、输电线路末端的对侧各相电流，采用全周傅式算法计算出本侧各相电流的基波I_m、二次谐波I_2m、三次谐波I_3m和五次谐波I_5m的幅值,对侧各相电流的基波I_n、二次谐波I_2n、三次谐波I_3n和五次谐波I_5n的幅值：

全周傅式算法公式如下：

首先计算n次谐波的实部a_n、虚部b_n如下：

a_{n} = \frac{2}{N} Σ_{k = 1}^{N} f_{k} \sin (nk \frac{2 π}{N}),

b_{n} = \frac{2}{N} Σ_{k = 1}^{N} f_{k} \cos (nk \frac{2 π}{N}),

在计算a_n和b_n的式中，n为谐波次数，1为基波，2为2次谐波，依次类推；N为一个周期中的采样数，本实施例采样数为24；f_k为第k个采样点的电流；

再计算n次谐波的幅值如下：

I_{n} = \sqrt{{a_{n}}^{2} + {b_{n}}^{2}}

按照以上述计算n次谐波幅值的公式，可以计算出I_m、I_2m、I_3m、I_5m、I_n、I_2n、I_3n、I_5n。

保护装置根据计算出的本侧各相电流的I_m、I_2m、I_3m、I_5m，对侧各相电流的I_n、I_2n、I_3n、I_5n，按以下公式计算电流基波差流幅值I_d、电流二次谐波差流幅值I_2d、电流三次谐波差流幅值I_3d和电流五次谐波差流幅值I_5d：

I_d=I_m+I_n，

I_2d=I_2m+I_2n，

I_3d=I_3m+I_3n，

I_5d=I_5m+I_5n

二、计算采样值差动电流i_d、采样值制动电流i_r、突变量制动电流d_ir。

保护装置采集输电线路本侧和对侧两侧的电流互感器二次电流，进行模数AD转换后得到各采样点的电流i_mp，i_np（P=0，1，2，…..N-1）。按下式计算采样值差动电流i_d、采样值制动电流（制动电流的时间差）i_r、突变量制动电流d_ir：

i_d=i_mp+i_np，

i_r=i_mp-i_np，

d_ir=|(i_mp-i_m(p-N))|+|(i_np-i_n(p-N))|，

式中：i表示电流，m表示输电线路本侧，n表示输电线路对侧，p表示当前采样点，N为一个周期的采集数，为24，p-N表示一周波前的点(也可以表示为：p+2N）。

三、将计算所得的i_d，i_r，d_ir按以下不等式初步判断CT是否处于饱和状态，i_n为CT二次额定电流值，初步判断CT处于饱和状态的条件为：

1）d_ir>0.8i_n，

2）i_r>0.8i_n的采样数小于N，

3）i_d>0.8i_n的采样数小于3，条件2）与条件3）的采样数之差大于3。

若上述条件1）、2）、3）同时满足，则可以初步判出CT处于饱和状态，此时继续通过步骤四的谐波原理验证CT是否处于真的饱和状态。

若不同时满足上述条件，则CT不处于饱和状态，继电保护装置开放差动保护功能。

由于CT线性传变区的存在，在故障刚发生的很短时间内，CT是未饱和的，因此对于区外严重故障，差动电流出现时刻和制动电流出现时刻之间存在较明显的时间差，而对区内故障，二者基本是同时的，所以可以用此方法初步判断CT饱和。

四、保护装置将计算所得的电流基波差流幅值I_d、二次谐波差流幅值I_2d、三次谐波差流幅值I_3d和五次谐波差流幅值I_5d，按如下条件判断差流谐波含量：

I_2d+I_3d+I_5d<0.15I_d，

若满足该条件，则说明差流中的谐波含量较小，CT处于不饱和状态，步骤三中判断出的饱和状态是误判，此时继电保护装置应开放差动保护功能。

若不满足该条件，说明差流中的谐波含量大，CT处于真正的饱和状态，此时继电保护装置应闭锁差动保护功能。

为了考虑到CT饱和之后区外故障可能发展到区内的情况，采用此判断条件I_2d+I_3d+I_5d<0.15I_d，能快速开放保护，以便区外转区内的故障情况能够正确动作，提高区内故障CT饱和时差动保护的灵敏度。

实施例，保护装置采用德州仪器TI公司的微处理器DSP（TMS320C33），使用TI公司的ComposerV4.10编译工具，用于淮南-上海特高压交流输电工程的输电线路保护。

计算电流基波差流幅值I_d、二次谐波差流幅值I_2d、三次谐波差流幅值I_3d和五次谐波差流幅值I_5d的指令：

计算采样值差动电流i_d、采样值制动电流i_r、突变量制动电流d_ir的指令：

初步判断CT饱和的指令：

利用谐波原理校验是否处于饱和的指令：

通过以上判据，可以使保护装置在区外严重故障CT饱和时差动保护不误动作，同时区内故障CT饱和时差动保护可靠迅速动作。利用本发明的CT饱和检测方法，既能保证区外严重故障CT饱和时差动保护不误动作，还能提高区内故障CT饱和时差动保护的灵敏度。

Claims

1.一种电流互感器饱和检测方法，包括以下步骤：

一、继电保护装置采集输电线路首端的本侧各相电流、输电线路末端的对侧各相电流，计算本侧各相电流的基波I_m、二次谐波I_2m、三次谐波I_3m和五次谐波I_5m的幅值,对侧各相电流的基波I_n、二次谐波I_2n、三次谐波I_3n和五次谐波I_5n的幅值；计算电流基波差流幅值I_d＝I_m+I_n，二次谐波差流幅值I_2d＝I_2m+I_2n，三次谐波差流幅值I_3d＝I_3m+I_3n和五次谐波差流幅值I_5d＝I_5m+I_5n；

二、继电保护装置采集输电线路两侧的二次电流，模数转换后得到电流i_mp，i_np，计算采样值差动电流i_d＝i_mp+i_np，采样值制动电流i_r＝i_mp-i_np，突变量制动电流d_ir＝|(i_mp-i_m(p-N))|+|(i_np-i_n(p-N))|；p＝0，1，2，…，N-1，N为一个周期的采集数，m为输电线路本侧，n为输电线路对侧，p为采样点；

三、初步判断电流互感器饱和，同时满足以下条件：1)d_ir＞0.8i_n，2)i_r＞0.8i_n的采样数小于N，3)i_d＞0.8i_n的采样数小于3，条件2)与条件3)的采样数之差大于3；i_n为电流互感器二次额定电流值，当上述条件1)、2)、3)同时满足，则可以初步判出CT处于饱和状态，此时继续通过步骤四的谐波原理验证CT是否处于真的饱和状态；

四、判断差流谐波含量，不满足I_2d+I_3d+I_5d＜0.15I_d，判断电流互感器饱和。

2.根据权利要求1所述的电流互感器饱和检测方法，其特征在于：所述继电保护装置安装在输电线路首端的本侧。

3.根据权利要求1所述的电流互感器饱和检测方法，其特征在于：所述步骤一继电保护装置采集输电线路首端的本侧电流、输电线路末端的对侧电流，每周波采集24点。

4.根据权利要求1所述的电流互感器饱和检测方法，其特征在于：所述步骤一计算本侧各相电流的基波I_m、二次谐波I_2m、三次谐波I_3m和五次谐波I_5m的幅值,对侧各相电流的基波I_n、二次谐波I_2n、三次谐波I_3n和五次谐波I_5n的幅值，采用全周傅式算法。

5.根据权利要求1所述的电流互感器饱和检测方法，其特征在于：所述步骤二继电保护装置采集输电线路两侧的二次电流，一个周期的采集数为24。

6.根据权利要求1所述的电流互感器饱和检测方法，其特征在于：所述步骤三初步判断电流互感器饱和，不同时满足以下条件：1)d_ir＞0.8i_n，2)i_r＞0.8i_n的采样数小于N，3)i_d＞0.8i_n的采样数小于3，条件2)与条件3)的采样数之差大于3；电流互感器不处于饱和状态。

7.根据权利要求1所述的电流互感器饱和检测方法，其特征在于：所述步骤四判断差流谐波含量，满足I_2d+I_3d+I_5d＜0.15I_d，判断电流互感器处于不饱和状态。

8.根据权利要求1所述的电流互感器饱和检测方法，其特征在于：所述步骤四判断电流互感器饱和，继电保护装置闭锁差动保护。

9.根据权利要求6或7所述的电流互感器饱和检测方法，其特征在于：所述电流互感器处于不饱和状态，继电保护装置开放差动保护。