CN104201645A - 一种防采样值异常大数的差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防采样值异常大数的差动保护方法，该方法为当被保护设备的采样值出现异常大数时，差电流突变量或差电流有效值启动；保护启动后，等待一个周波的数据，在一个周波采样值中，若异常大数采样值为连续或间断出现，采用全周波傅氏算法计算的数据满足动作判据，启动允许判据。该方法适用于各种差动保护，如变压器差动保护及其它速断类型动作的保护，能够避免保护装置安装处存在着电磁干扰或保护装置硬件出现异常时，保护装置数据采集系统出现采样值异常，致使保护装置误动的问题。

Description

一种防采样值异常大数的差动保护方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统继电保护技术领域的方法，具体讲涉及一种防采样值异常大数的差动保护方法。

背景技术

电流差动保护原理是最理想的一种继电保护原理。差动保护是将被保护设备视作一个节点，正常时流进和流出被保护设备的电流相等，其差动电流等于零；当被保护设备出现故障时，两电流不相等，差动电流大于零；当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护出口动作，被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直作为电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线等的主保护。差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制定的。目前，数字式差动保护是保护装置将采集的被保护的发电机、变压器两绕组(三绕组变压器)、输电线路的交流电流信号转换为数字量。在智能化变电站中，由合并单元采集电流信号并转化为数字量信号。保护装置接收合并单元发送的采样值。差动保护依据所获得的采样值进行计算及故障判断。

然而安装保护装置的现场存在着电磁干扰问题以及保护装置硬件往往会出现异常，导致数据采集系统出现采样值异常现象，当电流采样值连续或间断出现异常大数时，将导致差动保护误动，严重威胁电网安全。

因此，需要提供一种防采样值异常的办法解决现有技术中的不足。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种防采样值异常大数的差动保护方法。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种防采样值异常大数的差动保护方法，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤：

I、差动保护装置获取被保护设备两侧的电流值

II、运用全周波傅氏算法确定所述电流值的相量值；

III、所述差动保护装置采用比率制动和二次谐波制动判据判断差动保护是否需要动作，若不动作判断结束，若动作进入步骤IV；

IV、根据允许判据判断是否允许差动保护动作；

V、差动保护判断结束。

进一步的，所述步骤I中，所述差动保护装置采集所述被保护装置两侧的所述电流值，或接收合并单元发送的被保护设备两侧的所述电流值。

进一步的，所述步骤III中包括以下步骤：

S301、设每周波采样值为N点，N为偶数，差动保护用差电流突变量启动及差电流有效值启动；

S302、根据全周波傅氏算法结果确定差电流和制动电流的基波有效值；

S303、任一相所述差电流和所述制动电流的基波有效值是否满足动作判据，不满足则结束判断，满足则进入步骤S304；

S304、判断次数加一，返回步骤S303，重复n次，均满足则进入步骤IV，其中，3≤[(20*n)/N]≤5，每周波采样值为N点。

进一步的，所述步骤S302中，根据全周波傅氏算法确定两侧电流采样值的相量值分别为确定差电流及制动电流基波有效值；

所述差电流基波有效值为所述制动电流基波有效值为

进一步的，所述动作判据为：

I_d＝I_cl≥I_set(I_zd≤I_gd)&I_d＝[I_cl-k*(I_zd-I_gd)]≥I_set(I_zd≤I_gd)&I_cl2＜k₂I_cl；

式中，I_d为基波动作电流，I_cl为基波差电流，I_zd为制动电流，I_gd为制动电流拐点定值，k为比率制动特性斜率，I_set为差动定值，I_cl2为差流中二次谐波，k₂为二次谐波制动系数。

进一步的，所述步骤IV包括以下步骤：

S401、运用半周波傅氏算法确定采样值的有效值；

S402、将当前时刻已有的故障相差电流一周波采样值x₁，x₂，x₃…，x_N划分为所述前半周采样值x₁、x₂、x₃…、x_N/2和后半周采样值x_(N/2)+1、x_(N/2)+2…、x_N，每周波采样值为N点，N为偶数，x_N表示当前时刻的电流采样值；

S403、判断所述前半周采样值和后半周采样值是否满足允许判据，若满足则差动保护动作，若不满足则闭锁保护。

进一步的，所述允许判据为：所述前半周采样值和所述后半周采样值的有效值均大于或等于差动定值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的方法适用于各种差动保护及其它非差动类的速断类型动作的保护，能够避免保护装置安装处存在着电磁干扰或保护装置硬件出现异常时，数据采集系统出现采样值异常导致快速保护误动的问题。

2、本发明的方法可直接从被测设备直接采集数据或从合并单元获取数据，不受条件限制。

3、本发明的方法适用于半周波或一周波之内存在的间断或连续的异常数据，且可以检测被测设备一端或各端数据的异常情况。

4、本发明的方法中允许判据所用采样值是已有采样值，无需对采样值进行特殊处理，不影响保护的可靠性。

5、本发明的方法判据简单易用，能有效防止因采样值异常大数导致的差动保护或其它快速动作的保护误动情况发生，极大的提高保护动作的可靠性。

6、本发明的方法是在已有的一周波采样数据计算判断出保护动作的基础上，将已有的采样数据在划分为前后两个半周波采样数据，利用两个半周波数据分别只进行动作量计算，不进行制动判据和闭锁判据的判断，安全可靠，不影响保护的正确动作性能。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图1所示，图1为本发明方法的流程图，本发明提供的一种防采样值异常大数的差动保护方法。当采样值正常，发生故障后存有一个周波的故障采样值，若采用全周波傅氏算法计算的基波差电流有效值大于差动动作值时，采用半周波傅氏算法计算的前半周波、后半周波基波差电流有效值也大于差动动作值；判据不影响保护动作行为。当采样值出现异常大数时，差电流突变量或差电流有效值启动。保护启动后，等待一个周波的数据，在一个周波数据窗的采样值中，如果异常大数采样值是连续或间断出现，采用全周波傅氏算法计算的各值满足动作判据。

数据采集系统中的采样值，应符合被采集系统函数的离散采样值，当出现不符合采样时刻函数的采样数据，且该数据远大于符合函数采样值中的最大值的数据，该采样值为异常大数。

本发明的方法中，当被保护设备的采样值出现常大数时，差电流突变量或差电流有效值启动；保护启动后，等待一个周波的数据，在一个周波数据窗的采样值中，若异常大数采样值是连续或间断出现，采用全周波傅氏算法计算的各值满足动作判据，启动允许判据。

具体一种防采样值异常大数的差动保护方法包括以下步骤：

步骤一、差动保护装置直接采集被保护设备两侧的电流采样值或接收合并单元发送的被保护设备两侧的电流采样值

步骤二、运用全周波傅氏算法确定两侧电流采样值的相量值；

步骤三、所述差动保护装置采用比率制动和二次谐波制动判据判断差动保护是否需要动作，若不动作判断结束，若动作进入步骤IV；

步骤四、根据允许判据判断是否允许差动保护动作；

步骤五、差动保护判断结束。

步骤一中，确定电流正方向，获取差动保护装置直接采集或接收合并单元发送的被保护设备两侧的电流采样值的相量值。

以双绕组变压器差动保护为例，电流以母线流向变压器为电流的正方向，获取采样值。

步骤二中，运用全周波傅氏算法获确定两侧电流及各相差流的有效值；如下式(1)～(3)所示：

$a=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k\sin \left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)---\left(1\right)$

$b=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k\cos \left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)---\left(2\right)$

$I=\frac{\sqrt{2}}{2}\sqrt{a^2+b^2}---\left(3\right)$

其中，x_k为电流采样值或I为有效值；

确定被保护设备两侧的电流采样值的相量值

步骤三中，采用比率制动和二次谐波制动判据判断差动保护是否需要动作，具体包括以下步骤：

S301、设定每周波采样值为N点，N为偶数，差动保护采用差电流突变量启动及差电流有效值启动；

Δi_Φ≥I_qd   (4)

Δi_φ＝|i_φ(t)-2×i_φ(t-T)+i_φ(t-2T)|   (5)

I_Φ≥I_qd   (6)

其中，Δi_Φ、Iqd分别为差电流突变量及启动电流定值，I_Φ为差电流有效值，

为A，B，C三种相别，T为时间周期，本实施例中取20ms。

当任一相差电流突变量满足以上条件时，突变量启动元件启动。

当三相差电流中任一相差电流有效值大于启动定值时，相电流启动元件启动。

S302、确定差电流和制动电流采样值分别为

确定差电流基波有效值为制动电流基波有效值为

S303、判断任一相所述差电流和所述制动电流的基波有效值是否满足动作判据，不满足则结束判断，若某一相电流采样值出现连续或间断的异常大数时，则经全周波傅氏算法计算出的差电流、动作电流、制动电流将存在满足上述动作判据的情况，则进入步骤S304；

S304、判断次数加一，返回步骤S302，重复n次，全周波傅氏算法计算的任一相差电流及制动电流的基波有效值连续判断n次满足均满足动作判据则进入步骤IV；其中，3≤[(20*n)/N]≤5，每周波采样值为N点。

步骤S303中，动作判据如下式(7)～(9)所示：

I_d＝I_cl≥I_set(I_zd≤I_gd)   (7)

I_d＝[I_cl-k*(I_zd-I_gd)]≥I_set(I_zd≤I_gd)   (8)

I_cl2＜k₂I_cl   (9)

式中，I_d为基波动作电流，I_cl为基波差电流，I_zd为制动电流，I_gd为制动电流拐点定值，k为比率制动特性斜率，I_set为差动定值，I_cl2为差流中二次谐波，k₂为二次谐波制动系数。

步骤四中，根据允许判据判断是否允许差动保护动作，具体包括以下步骤：

S401、将当前时刻已有的故障相差电流一周波采样值x₁，x₂，x₃…，x_N划分为所述前半周采样值x₁、x₂、x₃…、x_N/2和后半周采样值x_(N/2)+1、x_(N/2)+2…、x_N，每周波采样值为N点，N为偶数，x_N表示当前时刻的电流采样值；

S402、对前半周采样值和后半周采样值分别采用半周波傅氏算法计算，得到前半周有效值I_d1，后半周有效值I_d2。

运用半周波傅氏算法确定采样值的有效值如下式(10)～(12)所示：

$A=\frac{4}{N}\underset{k=1}{\overset{\frac{N}{2}-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k\sin \left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)---\left(10\right)$

$B=\frac{4}{N}\underset{k=1}{\overset{\frac{N}{2}-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k\cos \left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)---\left(11\right)$

$I=\frac{\sqrt{2}}{2}\sqrt{A^2+B^2}---\left(12\right)$

其中，x_k为电流采样值，I为有效值。

S403、判断所述前半周采样值和后半周采样值是否满足允许判据，若满足则差动保护动作，若不满足则闭锁保护。

允许判据为所述前半周采样值和所述后半周采样值的有效值均大于或等于差动定值；如下式(13)、(14)所示：

I_d1≥I_set   (13)

I_d2≥I_set   (14)

其中，I_set为差动定值；当式(13)、(14)均满足时，允许保护立即动作；当式(13)、(14)任意一个判据不满足时，闭锁保护。

以三相双绕组变压器为例进一步说明，在三相双绕组变压器两侧设有传统电磁型电流互感器，将系统一次电流转化为二次电流接入数字式保护。

本实施例中，保护装置对接入装置的电流按每周波24点进行采样，获得两侧电流的采样值及三相差电流的采样值。判断次数设定为5。

进行三相差电流突变量及有效值计算，判断是否满足突变量或有效值启动。保护启动后，等待采集24点采样值。用全周波傅氏算法计算基波差流、基波制动电流、二次谐波差流。

判断各计算值是否满足动作判据，动作判据满足，则判断次数加1；判断次数满足大于等于5，启动允许判据计算，当前时刻采样值为x₂₄，前一采样间隔采样值为x₂₃，类推x₂₂…，x₂，x₁。

将采样值分为前半周采样值和后半周采样值，前半周波采样值为x₁，x₂，…，x₁₂，后半周波采样值为x₁₃，x₁₄，…，x₂₄。运用半周波傅氏算法计算，获得前半周有效值I_d1，后半周有效值I_d2。

满足判据I_d1≥I_set&I_d2≥I_set，I_set为差动定值；则差动保护出口动作；任一不满足，则闭锁差动保护出口。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防采样值异常大数的差动保护方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

I、差动保护装置获取被保护设备两侧的电流值

II、运用全周波傅氏算法确定所述电流值的相量值；

III、所述差动保护装置采用比率制动和二次谐波制动判据，判断差动保护是否需要动作，若不动作判断结束，若动作进入步骤IV；

IV、根据允许判据判断是否允许差动保护动作；

V、差动保护判断结束。

2.如权利要求1所述的差动保护方法，其特征在于：所述步骤I中，所述差动保护装置采集所述被保护装置两侧的所述电流值，或接收合并单元发送的被保护设备两侧的所述电流值。

3.如权利要求1所述的差动保护方法，其特征在于：所述步骤III中包括以下步骤：

S301、设每周波采样值为N点，N为偶数，差动保护用差电流突变量启动及差电流有效值启动；

S302、根据全周波傅氏算法结果确定差电流和制动电流的基波有效值；

S303、任一相所述差电流和所述制动电流的基波有效值是否满足动作判据，不满足则结束判断，满足则进入步骤S304；

S304、判断次数加一，返回步骤S303，重复n次，均满足则进入步骤IV，其中，3≤[(20*n)/N]≤5，每周波采样值为N点。

4.如权利要求3所述的差动保护方法，其特征在于：所述步骤S302中，根据全周波傅氏算法确定两侧电流采样值的相量值分别为确定差电流及制动电流基波有效值；

所述差电流基波有效值为所述制动电流基波有效值为

5.如权利要求3所述的差动保护方法，其特征在于：所述动作判据为：

I_d＝I_cl≥I_set(I_zd≤I_gd)&I_d＝[I_cl-k*(I_zd-I_gd)]≥I_set(I_zd≤I_gd)&I_cl2＜k₂I_cl；

式中，I_d为基波动作电流，I_cl为基波差电流，I_zd为制动电流，I_gd为制动电流拐点定值，k为比率制动特性斜率，I_set为差动定值，I_cl2为差流中二次谐波，k₂为二次谐波制动系数。

6.如权利要求1所述的差动保护方法，其特征在于：所述步骤IV包括以下步骤：

S401、运用半周波傅氏算法确定采样值的有效值；

S402、将当前时刻已有的故障相差电流一周波采样值x₁，x₂，x₃…，x_N划分为所述前半周采样值x₁、x₂、x₃…、x_N/2和后半周采样值x_(N/2)+1、x_(N/2)+2…、x_N，每周波采样值为N点，N为偶数，x_N表示当前时刻的电流采样值；

S403、判断所述前半周采样值和后半周采样值是否满足允许判据，若满足则差动保护动作，若不满足则闭锁保护。

7.如权利要求6所述的差动保护方法，其特征在于：所述允许判据为：所述前半周采样值和所述后半周采样值的有效值均大于或等于差动定值。