CN104267344A - 基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法，包括：收集母线相连各支路的电流测量数据；根据预测基准状态电流信息和支路电流的值，判断该断路器所在支路是否满足启动判据；对偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象进行辨识，确定偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象。本发明有益效果：该方法具有断路器偷跳判别准确、能将断路器偷跳与正常负荷状态、故障状态正确区分；可用于电力系统继电保护装置当中，能够有效地解决断路器偷跳后需人工判断的难题。

Description

基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法。

背景技术

断路器偷跳是指断路器在没有操作、没有继电保护及安全自动装置动作的情况下的跳闸。造成断路器偷跳的原因有很多，比如分布电容的存在、强电磁干扰、直流接地、寄生回路、交流串入直流、误碰以及小动物等原因。

断路器偷跳往往带来意想不到的严重后果，会引起非全相运行、断路器误动、稳定等问题。因此从继电保护的角度出发，研究检测断路器偷跳的方法，对于电力系统安全运行来说有很重要的作用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法，该方法能够检测母线上任一支路断路器是否发生了偷跳现象，不受电流互感器安装位置的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法，包括以下步骤：

(1)收集母线相连各支路的电流测量数据；假设k时刻测得的电流值为则k+1时刻的预测基准状态电流信息

(2)当断路器在k+1时刻偷跳时，其所在支路电流根据预测基准状态电流信息和支路电流的值，判断该断路器所在支路是否满足启动判据，如果是，则该断路器所在支路为偷跳可疑支路，保持预测基准状态电流信息不变，转至步骤(3)；否则，返回步骤(1)，更新预测基准状态电流信息值；

(3)对偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象进行辨识，确定偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象，如果是，则发出断路器偷跳信号；否则，返回步骤(1)，更新预测基准状态电流信息值。

所述步骤(2)中的启动判据具体为：

$\left\{\begin{array}{c}|{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{1(k+1)}-{\tilde{I}}_{1(k+1)}|>\mathrm{\&Delta;}{I}_{\mathrm{set}}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{1(k+1)}-{\tilde{I}}_{1(k+1)}<0\end{array}\right.$

其中，ΔI_set为启动条件定值，为预测基准状态电流信息，为断路器所在支路的支路电流。

所述步骤(3)中判断偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象的条件为：

若与可疑支路所在母线相连的其他支路的电流预测突变信息之和与偷跳可疑支路上的电流预报基准值相等，则该偷跳可疑支路的断路器发生偷跳现象；若不相等，则该偷跳可疑支路的断路器没有发生偷跳现象。

所述判断偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象的具体过程为：

设L为与偷跳可疑支路所在母线j相连的其他各支路的集合，因预测突变状态中的突变信息满足基尔霍夫电流定律，则：

$\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{ji}}=-\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{jk}}$

其中，为与母线j相连支路j-i的电流预测突变信息，为偷跳可疑支路j-k的电流预测突变信息；为与可疑支路所在母线相连的其他支路的电流预测突变信息之和；

假设k时刻断路器闭合，偷跳可疑支路j-k上的电流预报值为k+1时刻断路器断开，其电流测量值为0；

电流预测突变信息为k+1时刻的电流测量值与k时刻所作的电流预报基准值之差，则偷跳可疑支路j-k上的预测突变信息为其电流预报基准值的负值，即：

$\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{jk}}=0-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}=-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}$

由以上两式可知，

$\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{ji}}=-\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{jk}}={\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}$

其中为断路器偷跳后母线j所连偷跳可疑支路j-k的电流预报基准值，为母线j所连支路j-i的电流预测突变信息，为偷跳可疑支路j-k上的预测突变信息。

考虑到测量误差以及不平衡电流的存在，所述步骤(3)中判断偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象的条件还允许为：

设定启动定值I_qd和比率制动斜率K，断路器偷跳的判断公式如下所示：

$\left\{\begin{array}{c}|\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{ji}}-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}|<I_{\mathrm{qd}},(0<I_r\&le;I_{r1})\\ |\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{ji}}-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}|<I_{\mathrm{qd}}+K(I_r-I_{r1}),(I_r>I_{r1})\end{array}\right.$

式中，制动电流I_r1为制定电流拐点，通过定值整定设置其大小；为与母线j相连支路j-i的电流预测突变信息之和。

当上式满足时，则可疑支路的断路器发生偷跳现象；若不满足，则该断路器没有发生偷跳。

本发明的有益效果是：

1)基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法可通过启动元件将与母线相连的任意支路确定为可疑支路并启动辨识程序进行辨识、判断是否发生了断路器偷跳现象，因此本检测方法的保护范围为所在母线上的所有支路，包括母联断路器支路。本检测方法不受电流互感器安装位置的影响，且能够可靠辨识出断路器偷跳现象的发生。

2)该方法具有断路器偷跳判别准确、能将断路器偷跳与正常负荷状态、故障状态正确区分；可用于电力系统继电保护装置当中，能够有效地解决断路器偷跳后需人工判断的难题。

附图说明

图1为本发明断路器偷跳检测方法流程图；

图2为本发明预测基准状态(正常负荷状态)示意图；

图3为本发明断路器偷跳状态示意图；

图4为本发明预测突变状态示意图；

图5为本发明断路器偷跳辨识程序的逻辑图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如附图1所示的基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法流程图，首先，收集母线相连各支路的电流测量数据，根据各支路预设的启动条件定值进行判断该支路是否满足启动判据，若不满足启动判据，则利用电流测量数据更新预测基准状态数据；若满足启动判据，则进入逻辑辨识程序，判断为断路器偷跳后动作发信。本发明可用在母线保护装置或新一代智能变电站中的广域保护装置当中，并设置单独的启动元件，不与其他保护共用。

1.预测基准状态

正常负荷运行状态如附图2所示，在断路器正常的情况下，收集来自电流互感器的电流测量数据，在k时刻，断路器是闭合的，并不知道断路器是否会突然断开，故根据其闭合状态对k+1时刻进行预报，设k时刻测得的电流为k+1时刻的预测基准信息取k时刻测得的电流，如下式所示。

${\tilde{I}}_{k+1}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_k$

一旦断路器偷跳启动，则预测基准状态数据保持不变，直至逻辑判断程序结束后再更新数据。

2.启动条件

当断路器QF1在k+1时刻偷跳时，其回路状态如附图3所示，其所在支路上出现断口电势源其所在支路电流而k+1时刻的预测基准电流因而利用二者之差作为启动判据，如下式所示。

$\left\{\begin{array}{c}|{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{1(k+1)}-{\tilde{I}}_{1(k+1)}|>\mathrm{\&Delta;}{I}_{\mathrm{set}}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{1(k+1)}-{\tilde{I}}_{1(k+1)}<0\end{array}\right.$

其中ΔI_set为启动条件定值。

若上式条件满足，则满足上式的支路为断路器偷跳可疑支路，本发明的启动元件动作，进入断路器偷跳辨识程序，并记录断路器偷跳可疑支路信息。

3.预测突变状态

预测基准状态和断路器突变状态分别如附图2、附图3所示，根据叠加定理，断路器突变状态等于在预测基准状态基础上叠加上一个预测突变状态，该状态如附图4所示。各支路预测突变状态参数值等于该支路的断路器突变状态参数值减去预测基准状态参数值。

4.断路器偷跳辨识程序

断路器偷跳辨识程序的逻辑图如附图5所示，断路器偷跳指没有操作和保护动作的情况下断路器跳闸，因此在断路器偷跳辨识程序中加入了保护动作和手跳接点开入两个闭锁条件，同时增加辨识程序对应的硬压板、软压板和控制字，在硬压、软压板和控制字均投入的情况下，辨识原理判断发生了断路器偷跳情况时，断路器偷跳检测方法动作发信。

5.断路器偷跳辨识原理

在得到如附图4所示断路器偷跳的预测突变形式后，可得到辨识断路器偷跳的判断条件。

设L为与可疑支路所在母线j相连的支路(除可疑支路之外)集合。因预测突变状态中的突变信息满足基尔霍夫电流定律，所以有下式成立。

$\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{ji}}=-\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{jk}}$

为母线j相连支路j-i的电流预测突变信息，为可疑支路j-k的电流预测突变信息。

k时刻断路器闭合，可疑支路上的电流预报值为k+1时刻断路器断开，其电流测量值为0。预测突变信息为k+1时刻的测量值与k时刻所作的预报值之差，所以可知附图4中可疑支路j-k上的预测突变信息为其预报值的负值，即有下式成立。

$\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{jk}}=0-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}=-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}$

由以上两式可知，

$\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{ji}}=-\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{jk}}={\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}$

其中为断路器偷跳后母线j所连可疑支路j-k的电流预报基准值，为母线j所连支路j-i所在支路的电流预测突变值。由预测基准状态可以计算出断路器偷跳的电流预报基准值，并由上式得到辨识断路器偷跳的判断条件：若与可疑支路所在母线相连的支路(除可疑支路之外)的预测突变值之和与可疑支路上的电流预报基准值相等，则该可疑支路的断路器发生偷跳现象；若不相等，则该断路器没有发生偷跳。这样即可以识别断路器是否发生偷跳。

考虑到测量误差以及不平衡电流的存在，设定启动定值I_qd和比率制动斜率K，断路器偷跳的判断公式如下式所示。

$\left\{\begin{array}{c}|\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{ji}}-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}|<I_{\mathrm{qd}},(0<I_r\&le;I_{r1})\\ |\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{ji}}-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}|<I_{\mathrm{qd}}+K(I_r-I_{r1}),(I_r>I_{r1})\end{array}\right.$

式中制动电流I_r1为制定电流拐点，可通过定值整定设置其大小。I_qd和K值的大小均可通过定值整定设置其大小。

当上式满足时，则可疑支路的断路器发生偷跳现象；若不满足，则该断路器没有发生偷跳。

6.保护范围

基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法可通过启动元件将与母线相连的任意支路确定为可疑支路并启动辨识程序进行辨识、判断是否发生了断路器偷跳现象，因此本检测方法的保护范围为所在母线上的所有支路，包括母联断路器支路。本检测方法不受电流互感器安装位置的影响，且能够可靠辨识出断路器偷跳现象的发生。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)收集母线相连各支路的电流测量数据；假设k时刻测得的电流值为则k+1时刻的预测基准状态电流信息

(2)当断路器在k+1时刻偷跳时，其所在支路电流根据预测基准状态电流信息和支路电流的值，判断该断路器所在支路是否满足启动判据，如果是，则该断路器所在支路为偷跳可疑支路，保持预测基准状态电流信息不变，转至步骤(3)；否则，返回步骤(1)，更新预测基准状态电流信息值；

(3)对偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象进行辨识，确定偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象，如果是，则发出断路器偷跳信号；否则，返回步骤(1)，更新预测基准状态电流信息值。

2.如权利要求1所述的一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法，其特征是，所述步骤(2)中的启动判据具体为：

$\left\{\begin{array}{c}|{\stackrel{.}{I}}_{1(k+1)}-{\tilde{I}}_{1(k+1)}|>\mathrm{\&Delta;}{I}_{\mathrm{set}}\\ {\stackrel{.}{I}}_{1(k+1)}-{\tilde{I}}_{1(k+1)}<0\end{array}\right.$

其中，ΔI_set为启动条件定值，为预测基准状态电流信息，为断路器所在支路的支路电流。

3.如权利要求1所述的一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法，其特征是，所述步骤(3)中判断偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象的条件为：

若与可疑支路所在母线相连的其他支路的电流预测突变信息之和与偷跳可疑支路上的电流预报基准值相等，则该偷跳可疑支路的断路器发生偷跳现象；若不相等，则该偷跳可疑支路的断路器没有发生偷跳现象。

4.如权利要求3所述的一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法，其特征是，所述判断偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象的具体过程为：

设L为与偷跳可疑支路所在母线j相连的其他各支路的集合，因预测突变状态中的突变信息满足基尔霍夫电流定律，则：

$\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{ji}}=-\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{jk}}$

其中，为与母线j相连支路j-i的电流预测突变信息，为偷跳可疑支路j-k的电流预测突变信息；为与可疑支路所在母线相连的其他支路的电流预测突变信息之和；

假设k时刻断路器闭合，偷跳可疑支路j-k上的电流预报值为k+1时刻断路器断开，其电流测量值为0；

电流预测突变信息为k+1时刻的电流测量值与k时刻所作的电流预报基准值之差，则偷跳可疑支路j-k上的预测突变信息为其电流预报基准值的负值，即：

$\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{jk}}=0-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}=-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}$

由以上两式可知，

$\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{ji}}=-\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{jk}}={\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}$

其中为断路器偷跳后母线j所连偷跳可疑支路j-k的电流预报基准值，为母线j所连支路j-i的电流预测突变信息，为偷跳可疑支路j-k上的预测突变信息。

5.如权利要求1所述的一种基于预测突变信息的断路器偷跳检测方法，其特征是，考虑到测量误差以及不平衡电流的存在，所述步骤(3)中判断偷跳可疑支路的断路器是否发生偷跳现象的条件还允许为：

设定启动定值I_qd和比率制动斜率K，断路器偷跳的判断公式如下所示：

$\left\{\begin{array}{c}|\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{ji}}-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}|<I_{\mathrm{qd}},(0<I_r\&le;I_{r1})\\ |\underset{i\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{ji}}-{\tilde{I}}_{\mathrm{jk}(k+1)}|<I_{\mathrm{qd}}+K(I_r-I_{r1}),(I_r>I_{r1})\end{array}\right.$

式中，制动电流I_r1为制定电流拐点，通过定值整定设置其大小；为与母线j相连支路j-i的电流预测突变信息之和；

当上式满足时，则可疑支路的断路器发生偷跳现象；若不满足，则该断路器没有发生偷跳。