CN104466903A

CN104466903A - 一种差动保护的电流互感器饱和识别方法

Info

Publication number: CN104466903A
Application number: CN201410689354.1A
Authority: CN
Inventors: 刘益青; 高伟聪; 王成友
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: CN104466903B

Abstract

本发明公开了一种基于差电流半周积分特征的电流互感器饱和识别方法，适用于主设备或输电线路的电流差动保护。差动电流采样值序列的滑动数据窗半周积分结果，在区内故障时呈现单调递增特性；而在区外故障电流互感器饱和时则出现明显的拐点，变化趋势为先增大后减小。根据这种特性，故障启动后，在每个基波周期内连续判断差动电流半周积分值的变化趋势，一旦发现半周积分值出现拐点，即判为由于电流互感器饱和导致的虚假差动电流；若未发现半周积分值出现明显拐点，则持续进行识别判断，直至判出饱和或者直至故障被切除保护装置整组复归。该识别方法逻辑简单、计算量小、无需复杂整定。

Description

一种差动保护的电流互感器饱和识别方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种适用于电流差动保护的电流互感器饱和识别方法。

背景技术

基于基尔霍夫电流定律的差动保护原理，简单可靠、可信赖度高，并具有绝对的选择性和不受振荡影响等优点，因此广泛应用于发电机、变压器、母线及输电线路的主保护。

在实际的继电保护系统中，需要通过电流互感器将一次系统的大电流变换为二次电流信号，然后对二次电流信号应用差动原理以实现保护功能。然而，电磁式电流互感器本身存在的暂态饱和现象会造成差动回路中产生巨大的不平衡电流，严重影响差动保护的性能，甚至造成差动保护的误动。因此，采取必要措施减小电流互感器暂态饱和对差动保护的影响，避免外部故障时的暂态不平衡电流引起差动保护的误动是差动保护亟待解决的关键问题之一。

通过理论分析和现场数据验证表明，电流互感器的暂态饱和存在以下显著特征：第一，要达到使铁芯饱和的磁链水平需要一定时间，因此故障发生后电流互感器不会立即饱和，进入饱和状态的时间与故障电流中的衰减直流分量、时间常数及剩磁大小有关；第二，稳态基波电流具有一定的去磁作用，因此在一个周期内，电流互感器会存在短时退出饱和的状态，在这个时间段内仍然可以保持线性传变。

利用以上特征，针对不同的保护对象或者不同的差动保护实现方法，现有的主要技术措施包括：

（1）采用采样值差动原理，通过合理选取判断点数，以区别故障差动电流与电流互感器暂态饱和引起的不平衡差动电流；

（2）谐波闭锁法，电流互感器暂态饱和后，其传变的二次电流中含有大量的二次、三次谐波成份，通过判别这些谐波含量百分比可以识别饱和状态；

（3）附加制动区法，采用相量差动原理时，除利用比率制动特性在一定程度上可以反应电流互感器的暂态饱和外，还可以通过在制动平面上增加附加制动区，延迟差动保护的动作，减少电流互感器暂态饱和的影响；

（4）导数法或差分法，利用导数值或差分值检测电流互感器暂态饱和的二次电流中存在的突变点，与故障电流近似正弦波形不存在突变点相区别；

（5）异步法或时差法，电流互感器暂态饱和时，差动电流与制动电流、相电流不会同时发生突变，而发生内部故障时会几乎同时发生突变。

然而，上述技术方案仍不能完全消除电流互感器暂态饱和对电流差动保护的影响，特别是存在以下问题：严重饱和时时差法判别困难；谐波含量百分比难以准确整定；导数或差分计算结果离散性大、抗干扰能力差；将转换性故障误判为暂态饱和后无法快速开放差动保护等。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种适用于电流差动保护的电流互感器饱和识别方法。该方法利用了电流互感器暂态饱和时产生的差动电流存在波形畸变和缺损的特点，利用差动电流的半周积分值的不同变化规律来判断电流互感器是否出现饱和现象。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种适用于电流差动保护的电流互感器饱和识别方法，包括如下步骤：

（1）保护装置在每个基波周期T内进行N次等间隔采样，在第k个采样中断时，接收到参与差动保护的各间隔电流采样值为i ₁(k)、i ₂(k)、…、i _m(k)，其中m为参与差动保护的间隔电流总数量。

（2）根据各间隔电流的采样值，计算差动电流的采样值i _d(k)，计算方法如式(1)所示，并规定流入被保护设备的电流为正：

i _d(k) = i ₁(k) + i ₂(k) + … + i _m(k) (1)

计算制动电流的采样值i _r(k)，计算方法如式(2)所示：

i _r(k) = |i ₁(k)| + |i ₂(k)| + … + |i _m(k)| (2)

将每个采样点计算得到的i _d(k)和i _r(k)依次保存，即随着采样点的增加，最终得到差动电流采样值序列i _d(n)和制动电流采样值序列i _r(n)，其中n = 0, 1, 2, …, k, k+1, …。

（3）依据序列i _d(n)和i _r(n)的值进行故障启动判断，判据如式(3)、式(4)所示，

||i _d(k) - i _d(k-N)| - | i _d(k-N) - i _d(k-2N)|| ≥ I _set1 (3)

||i _r(k) - i _r(k-N)| - | i _r(k-N) - i _r(k-2N)|| ≥ I _set2 (4)

其中，i _d(k-N)、i _d(k-2N)分别1个和2个基波周期前的差动电流采样值，i _r(k-N)、i _r(k-2N)分别1个和2个基波周期前的制动电流采样值，I _set1、I _set2为启动判据电流阈值。

若式(3)、式(4)条件均不满足，则持续按照步骤（1）至步骤（3）的顺序进行采样，计算差动电流、制动电流，进行故障启动判断，若式(3)、式(4)中任一条件满足，则判为故障启动，进入步骤（4）的电流互感器饱和识别流程，期间遇到采样中断时继续执行步骤（1）和步骤（2），但不再执行步骤（3）。

（4）对差动电流采样值序列i _d(n)进行半周积分运算，对于第k个采样中断对应的半周积分值I _d(k)，计算方法如式(5)所示，

(5)

形成差动电流半周积分值序列I _d(n)，

然后求出截止当前采样点k的序列I _d(n)的最大值I _d.max，即：

I _d.max= max{ I _d(n) | _{n=0,1,2,…,k}} (6)。

（5）在第k个采样中断服务程序中，连续判断式(7)是否成立，

I _d(n) < 0.9I _d.max 且 I _d.max > I _set3 (7)

其中，I _set3为电流阈值，防止I _d.max过小产生误判。

若取 n = k, k-1, k-2 的连续3个采样点，式(7)判据均成立，即序列I _d(n)取值符合先增大后减小的规律，则置电流互感器饱和标志，若上述条件不成立，则继续按步骤（4）至步骤（5）持续判断，直至判出电流互感器饱和，或者直至故障被切除，保护装置整组复归。

在步骤（5）中对序列I _d(n)取值变化规律进行判断的过程中，若采样点记录满一个基波周期，即累加的k>N时，则令k=0并将I _d(n)序列清空，重新开始新的一个基波周期的判断。

本发明的有益效果包括：

1、可以准确区分内部故障真实差动电流和外部故障电流互感器饱和导致的虚假差动电流，数据窗长为1/2基波周期，识别速度快，抗干扰能力强，转换性故障也可快速开放；

2、判据整定简单，完全自适应，避免了谐波闭锁法、导数法、时差法等方法阈值整定困难的问题；

3、原理和逻辑简单、计算量小，只利用电流信息，无需采集电压量，普遍适用于变压器差动保护、母线差动保护和传输采样值的线路差动保护。

附图说明

图1是电流互感器饱和识别方法流程图；

图2是区内故障的电流互感器二次电流及差动电流波形图；

图3是区外故障电流互感器饱和的二次电流及差动电流波形图；

图4是区内故障时差动电流的半周积分特征示意图；

图5是电流互感器饱和时虚假差动电流的半周积分特征示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细说明，但不作为对本发明保护范围的限制，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均在本发明的保护范围内。

依照本发明方法，在电流差动保护装置中，利用差动电流采样值的半周积分特征进行电流互感器的饱和识别流程如图1所示。图2、图3分别为区内故障和区外故障电流互感器饱和的二次电流、差动电流波形图，可以看出电流互感器饱和后差动电流波形存在明显的畸变和缺损；图4、图5分别对应区内故障、区外故障电流互感器饱和两种情况的差动电流半周积分结果，可以看出区内故障时半周积分结果呈现单调递增特性，在一个基波周期内基本稳定于固定数值，而电流互感器饱和时，半周积分结果变化趋势为先增大后减小。附图中为表述简洁，以CT代替电流互感器，CT为Current Transformer的英文缩写。

以具有3个间隔电流输入的差动保护为例，说明具体实现流程：

（1）保护装置在每个基波周期内进行24点等间隔采样，在第k个采样中断时，接收到参与差动保护的3个间隔电流采样值分别为i ₁(k)、i ₂(k)、i ₃(k)，这种情况可以是3绕组变压器保护、3个间隔的母线保护或T接的3端输电线路保护。

（2）根据采集到第k个采样点的3个间隔电流，计算差动电流的采样值i _d(k)，计算方法如式(8)所示：

i _d(k) = i ₁(k) + i ₂(k) + i ₃(k) (8)

计算制动电流的采样值i _r(k)，计算方法如式(9)所示：

i _r(k) = |i ₁(k)| + |i ₂(k)| + |i ₃(k)| (9)

（3）依据序列i _d(n)和i _r(n)的值进行故障启动判断，判据如式(10)、式(11)所示，

||i _d(k) - i _d(k-N)| - | i _d(k-N) - i _d(k-2N)|| ≥0.2I _N (10)

||i _r(k) - i _r(k-N)| - | i _r(k-N) - i _r(k-2N)|| ≥0.2I _N (11)

其中，i _d(k-N)、i _d(k-2N)分别1个和2个基波周期前的差动电流采样值，i _r(k-N)、i _r(k-2N)分别1个和2个基波周期前的制动电流采样值，I _N为电流互感器二次额定电流。

若式(10)、式(11)条件均不满足，则持续按照步骤（1）至步骤（3）的顺序进行采样，计算差动电流、制动电流，进行故障启动判断，若式(10)、式(11)中任一条件满足，则判为故障启动，进入步骤（4）的电流互感器饱和识别流程，期间遇到采样中断时继续执行步骤（1）和步骤（2），但不再执行步骤（3）。

（4）对差动电流采样值序列i _d(n)进行半周积分运算，对于第k个采样中断对应的半周积分值I _d(k)，计算方法如式(12)所示，

(12)

形成差动电流半周积分值序列I _d(n)，

然后求出截止当前采样点k的序列I _d(n)的最大值I _d.max，即：

I _d.max= max{ I _d(n) | _{n=0,1,2,…,k}} (13)。

（5）在第k个采样中断服务程序中，连续判断式(14)是否成立，

I _d(n) < 0.9I _d.max 且 I _d.max > 0.1I _N (14)

若取 n = k, k-1, k-2 的连续3个采样点，式(14)判据均成立，即I _d(n)取值符合先增大后减小的规律，则置电流互感器饱和标志，若上述条件不成立，继续按步骤（4）至步骤（5）持续判断，直至判出电流互感器饱和，或者直至故障被切除，保护装置整组复归。

在步骤（5）中对序列I _d(n)取值变化规律进行判断的过程中，若采样点记录满一个基波周期，即累加的k>24时，则令k=0并将I _d(n)序列清空，重新开始新的一个基波周期的判断。

Claims

1.一种差动保护的电流互感器饱和识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）保护装置在每个基波周期T内进行N次等间隔采样，在第k个采样中断时，接收到参与差动保护的各间隔电流采样值为i ₁(k)、i ₂(k)、…、i _m(k)，其中m为参与差动保护的间隔电流总数量；

（2）在第k个采样中断服务程序中，根据各间隔电流的采样值，计算差动电流的采样值i _d(k)和制动电流的采样值i _r(k)，将每个采样点计算得到的i _d(k)和i _r(k)依次保存，随着采样点的增加得到差动电流采样值序列i _d(n)和制动电流采样值序列i _r(n)，其中n = 0, 1, 2, …, k, k+1, …；

（3）依据序列i _d(n)和i _r(n)的值进行故障启动判断，若未检测到故障，则持续按照步骤（1）至步骤（3）的顺序进行采样，计算差动电流、制动电流，进行故障启动判断；若判为故障启动，则进入步骤（4）的电流互感器饱和识别流程，期间遇到采样中断时继续执行步骤（1）和步骤（2），但不再执行步骤（3）；

（4）对差动电流采样值序列i _d(n)进行半周积分运算，对于第k个采样中断对应的半周积分值I _d(k)，计算方法为，形成差动电流半周积分值序列I _d(n)，然后求出截止当前采样点k的序列I _d(n)的最大值I _d.max，即I _d.max= max{ I _d(n) | _{n=0,1,2,…,k}}；

（5）随着采样点数的增加，在采样中断服务程序中，监视序列I _d(n)的变化趋势，若序列I _d(n)取值符合先增大后减小的规律，则置电流互感器饱和标志，若序列I _d(n)取值持续增大并稳定于某一数值，则继续按步骤（4）至步骤（5）持续判断，直至判出电流互感器饱和，或者直至故障被切除，保护装置整组复归。

2.根据权利要求1所述的一种差动保护的电流互感器饱和识别方法，其特征在于，步骤（2）中差动电流的采样值i _d(k)按照公式i _d(k) = i ₁(k) + i ₂(k) + … + i _m(k)求得，并规定流入被保护设备的电流为正，制动电流的采样值i _r(k)按照公式i _r(k) = |i ₁(k)| + |i ₂(k)| + … + |i _m(k)|求得。

3.根据权利要求1所述的一种差动保护的电流互感器饱和识别方法，其特征在于，步骤（3）中进行故障启动判断的方法为差动电流或制动电流任一个发生突变，即下式任一个满足：

||i _d(k) - i _d(k-N)| - | i _d(k-N) - i _d(k-2N)|| ≥ I _set1

或 ||i _r(k) - i _r(k-N)| - | i _r(k-N) - i _r(k-2N)|| ≥ I _set2

4.根据权利要求1所述的一种差动保护的电流互感器饱和识别方法，其特征在于，步骤（5）中判别I _d(n)取值出现先增大后减小的方法为，对于第k个采样点，连续判断下式是否成立：I _d(n) < 0.9I _d.max 且 I _d.max > I _set3，其中I _set3为电流阈值，防止I _d.max过小产生误判，若取 n = k, k-1, k-2 的连续3个采样点，上述判据均成立，则认为I _d(n)取值满足先增大后减小的变化规律。

5.根据权利要求1所述的一种差动保护的电流互感器饱和识别方法，其特征在于，在步骤（5）中对序列I _d(n)取值变化规律进行判断的过程中，若采样点记录满一个基波周期，即累加的k>N时，则令k=0并将I _d(n)序列清空，重新开始新的一个基波周期的判断。