CN105353271A - 一种电流差动保护饱和判别方法 - Google Patents

Abstract

一种电流差动保护抗饱和的判别方法，包括：(1)采用短数据窗快速算法计算差流变化量、制动电流变化量及电压变化量；(2)采用半波积分算法计算差动电流变化量、制动电流变化量及电压变化量；(3)采用原始采样值计算本侧电流与对侧电流的关系；(4)采用傅氏稳态量计算本侧电流与对侧电流的向量关系。本发明的方法可在电网中采用故障时刻不同算法算出的故障特征，快速识别区内还是区外故障，为差动保护采用各种特性的CT应用提供一种理论依据。

Description

一种电流差动保护饱和判别方法

技术领域

本发明涉及一种电流差动保护的区外故障饱和判别方法。

背景技术

电流互感器的饱和一般分为两类：一类是稳态饱和，即大容量短路稳态对称电流引起的饱和；另一类是暂态饱和，即短路电流中含有非周期分量和铁心存在剩磁而引起的饱和。在电力系统中，由于电流互感器选择不当，或者由于系统容量不断增加，使得故障时电流互感器承载远超原设计的故障短路电流，造成电流互感器严重饱和。电流差动保护是目前广泛应用于电力系统继电保护的一种功能元件，区外故障是否误动取决于两侧互感器饱和特性的差异以及差动保护抗饱和特性。目前数字化电流差动保护装置一般都具有电流互感器饱和判别功能，饱和判别一般基于傅里叶算法或者半波积分算法，通过判别电流互感器在线性传变区内差动电流与制动电流的关系，判别故障位于区外还是区内，若为区外故障，则闭锁差动保护。

基于傅里叶算法或者半波积分算法的数据窗较长，区外严重故障电流互感器饱和时容易受电流互感器非线性传感区数据影响，无法准确获取线性传感区故障特征信息，从而影响饱和判别准确度；另外，随着配网保护的发展，测量CT应用于保护的需求也进一步加强，要求更高性能的饱和判据也日益急迫。

为了不增加成本，但又不降低差动保护动作性能，保证区外故障差动保护的可靠性，提高差动保护抗饱和能力成为目前亟需解决的难题，本发明基于此提出相应的解决措施。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种电流差动保护抗饱和的方法，用于解决区外故障电流互感器严重饱和时差动保护可能误动的问题。区内故障时，本侧电流与对侧电流基本同相位，差动电流与制动电流以及电压同时变化；区外故障时，本侧电流与对侧电流基本反相位，在电流互感器线性传变内无差流，但有制动电流变化量以及电压变化量，电流互感器饱和时，才开始出现差流。

本发明的技术方案是：

(1)采用短数据窗快速算法计算差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量：变化量是通过故障后的模拟量减去故障前的模拟量，得到故障分量，采用不大于三点的短数据窗算法，快速获取故障期间差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量，判断故障期间差动电流变化量与制动电流变化量、电压变化量先后出现的顺序，若故障时制动电流变化量或者电压变化量先于差动电流变化量出现，则基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，测量结果大于动作门槛则判为区外故障；

(2)采用半波积分算法计算差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量：变化量是通过故障后的模拟量减去故障前的模拟量，得到故障分量，通过半波积分算法，获取故障期间差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量，判断故障期间差动电流变化量与制动电流变化量、电压变化量先后出现的顺序，若故障时制动电流变化量或者电压变化量先于差动电流变化量出现，则基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，测量结果大于动作门槛则判为区外故障；

(3)基于各侧电流原始采样值比值关系判别区外故障：正常负荷以及区外故障时，本侧电流与对侧电流采样值大小相等但方向相反，比值位于单位圆的180°点处，其比值结果接近为-1，区外严重故障时，忽略负荷电流，在电流互感器的线性传变区内，两侧电流采样值完全反向且采样值接近相等，比值位于单位圆的180°点处，当发生区内故障时，两侧电流采样值基本同相，比值结果位于单位圆0°附近，区外故障饱和时，该点则从单位圆180°处向原点移动，基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，累加和大于动作门槛则判为区外故障；

(4)采用傅氏稳态量计算的差动电流与制动电流的向量关系判别区外故障：正常负荷以及区外故障无饱和时，两侧电流基本反向且幅值相等，计算点位于单位圆的180°点处，当发生区内故障时，本侧电流与对侧电流基本同相，相位关系位于0°处，区外故障饱和时，该点则从180°处向原点处移动，基于此完成区外故障的判别；

(5)将短数据窗快速算法计算的区外故障判别结果、半波积分计算的区外故障判别结果、原始采样值计算的区外故障判别结果、傅氏稳态量计算的差动电流与制动电流的向量关系计算结果结合在一起，任一条件动作则判为区外故障。见图3所示。

本发明的优点是，综合运用短数据窗、原始采样值及稳态数据窗方案，基于指数型加权法，综合判断故障性质，最大可能在在获取电流互感器线性传变区内的故障性质特征，实现区外故障准确快速识别，本发明解决了当前方案由于判别算法的数据窗较长而降低了判别可靠性的问题，为电流差动保护采用各种特性的CT应用提供一种理论依据。

附图说明

图1是指数型加权曲线示意图；

图2是单位圆示意图；

图3是本发明逻辑示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

见图1，图2，一种电流差动保护抗饱和的方法，本发明特征在于,分别采用如下不同方法进行综合判别区外故障，实现电流互感器区外故障饱和的判别：

(1)采用短数据窗快速算法计算差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量：变化量是通过故障后的模拟量减去故障前的模拟量，得到故障分量，采用不大于三点的短数据窗算法，快速获取故障期间差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量，判断故障期间差动电流变化量与制动电流变化量、电压变化量先后出现的顺序，若故障时制动电流变化量或者电压变化量先于差动电流变化量出现，则基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，测量结果大于动作门槛则判为区外故障；

(2)采用半波积分算法计算差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量：变化量是通过故障后的模拟量减去故障前的模拟量，得到故障分量，通过半波积分算法，获取故障期间差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量，判断故障期间差动电流变化量与制动电流变化量、电压变化量先后出现的顺序，若故障时制动电流变化量或者电压变化量先于差动电流变化量出现，则基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，测量结果大于动作门槛则判为区外故障；

(3)基于各侧电流原始采样值比值关系判别区外故障：正常负荷以及区外故障时，本侧电流与对侧电流采样值大小相等但方向相反，比值位于单位圆的180°点处，其比值结果接近为-1，区外严重故障时，忽略负荷电流，在电流互感器的线性传变区内，两侧电流采样值完全反向且采样值接近相等，比值位于单位圆的180°点处，当发生区内故障时，两侧电流采样值基本同相，比值结果位于单位圆0°附近，区外故障饱和时，该点则从单位圆180°处向原点移动，基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，累加和大于动作门槛则判为区外故障；

(4)采用傅氏稳态量计算的差动电流与制动电流的向量关系判别区外故障：正常负荷以及区外故障无饱和时，两侧电流基本反向且幅值相等，计算点位于单位圆的180°点处，当发生区内故障时，本侧电流与对侧电流基本同相，相位关系位于0°处，区外故障饱和时，该点则从180°处向原点处移动，基于此完成区外故障的判别；

(5)将短数据窗快速算法计算的区外故障判别结果、半波积分计算的区外故障判别结果、原始采样值计算的区外故障判别结果、傅氏稳态量计算的差动电流与制动电流的向量关系计算结果结合在一起，任一条件动作则判为区外故障。见图3。

本发明当电网内发生故障时，综合运用短数据窗快速算法、原始采样值比较及稳态数据窗，基于指数型加权法，能最大可能在在故障瞬态获取电流互感器线性传变区内的故障性质特征，从而快速准确地识别出区外故障。饱和判据包括如下几个方面：

1)指数型加权系数

当故障发生初始瞬间，在电流互感器线性传变区内，区外故障特征最为明显，此时计算结果最为准确可靠，因此赋予权重最大，随着电流互感器的饱和，计算结果可靠性越来越低，此时赋予的权重也越来越低。

权重值w(k)满足指数型曲线规则，如图1所示。

2)短数据窗快速算法计算差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量

采用不大于三点的三点乘积算法可尽快反映电流互感器线性传变区内真实的故障状态，防止计算结果受到饱和区采样值的影响，实现了故障性质的准确快速判断。

本发明结合了电压变化量判据，主要考虑针对弱馈系统，对于弱馈系统，电压变化量更为明显，灵敏度更高。

3)瞬时值比较

瞬时值比较采用本侧电流采样瞬时值i_loc(k)与其它侧电流采样瞬时值的和(i_rmt(k))，简称为对侧电流)进行比较，区外故障时两值应相等但方向相反。

比较公式如下：

$WA=\underset{K=1}{\overset{N/2}{\Σ}}c\left(k\right)\×w\left(k\right)>W\_Set$

若上式子成立，则判为区外故障，其中，N为每周波采样点数，k为第k个采样点，c(k)＝-i_min(k)/i_max(k)，i_max(k)＝max(i_loc(k),i_rmt(k))，i_min(k)＝min(i_loc(k),i_rmt(k))，W_Set为预设门槛。

4)傅氏稳态量相量比较

傅氏稳态量相量比较采用本侧电流相量与其它侧电流相量的和简称为对侧电流)进行比较，正常情况下及区外故障两者应相等但方向相反，比较结果位于单位圆180°处(见图2所示)，处于第二、三象限。当一侧电流饱和时，幅值降低，相位有变化，但是仍然处于第二、三象限。发生区内故障时，两侧电流相量比较位于第一、四象限，具有足够的灵敏度。

$\stackrel{\·}{C}\left(k\right)={\stackrel{\·}{I}}_{\min }\left(k\right)/{\stackrel{\·}{I}}_{\max }\left(k\right)$

其中，k为第k个采样点，I_max(k)＝max(I_loc(k),I_rmt(k))，I_min(k)＝min(I_loc(k),I_rmt(k))。

区外故障判别动作特性见图2阴影部分，阴影部分向第一、四象限延伸一部分区域，主要是为了保证有足够裕度。对于弱馈系统，区内故障时可能由于一侧电流接近于0而导致比较结果接近原点，因此单位圆的圆心有一部分属于区内故障判别区域。

Claims (1)

1.一种电流差动保护抗饱和的方法，其特征在于,分别采用如下不同方法进行综合判别区外故障，实现电流互感器区外故障饱和的判别：

(1)采用短数据窗快速算法计算差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量：变化量是通过故障后的模拟量减去故障前的模拟量，得到故障分量，采用不大于三点的短数据窗算法，快速获取故障期间差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量，判断故障期间差动电流变化量与制动电流变化量、电压变化量先后出现的顺序，若故障时制动电流变化量或者电压变化量先于差动电流变化量出现，则基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，测量结果大于动作门槛则判为区外故障；

(2)采用半波积分算法计算差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量：变化量是通过故障后的模拟量减去故障前的模拟量，得到故障分量，通过半波积分算法，获取故障期间差流变化量、制动电流变化量以及电压变化量，判断故障期间差动电流变化量与制动电流变化量、电压变化量先后出现的顺序，若故障时制动电流变化量或者电压变化量先于差动电流变化量出现，则基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，测量结果大于动作门槛则判为区外故障；

(3)基于各侧电流原始采样值比值关系判别区外故障：正常负荷以及区外故障时，本侧电流与对侧电流采样值大小相等但方向相反，比值位于单位圆的180°点处，其比值结果接近为-1，区外严重故障时，忽略负荷电流，在电流互感器的线性传变区内，两侧电流采样值完全反向且采样值接近相等，比值位于单位圆的180°点处，当发生区内故障时，两侧电流采样值基本同相，比值结果位于单位圆0°附近，区外故障饱和时，该点则从单位圆180°处向原点移动，基于指数型加权法，赋予各测量点测量结果对应权重，累加和大于动作门槛则判为区外故障；

(4)采用傅氏稳态量计算的差动电流与制动电流的向量关系判别区外故障：正常负荷以及区外故障无饱和时，两侧电流基本反向且幅值相等，计算点位于单位圆的180°点处，当发生区内故障时，本侧电流与对侧电流基本同相，相位关系位于0°处，区外故障饱和时，该点则从180°处向原点处移动，基于此完成区外故障的判别；

(5)将短数据窗快速算法计算的区外故障判别结果、半波积分计算的区外故障判别结果、原始采样值计算的区外故障判别结果、傅氏稳态量计算的差动电流与制动电流的向量关系计算结果结合在一起，任一条件动作则判为区外故障。