CN105356429A - 一种光学电流互感器应用于多端差动保护的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于继电保护领域，是将光学电流互感器应用于多端差动保护的一种新的方法。解决了新型光学电流互感器应用于多端差动保护中如何进行差动保护计算的问题。利用法拉第磁光效应原理的光学电流互感器可以完全保真的反应一次测电流的全波形，从而可以进行全波性电流多端差动保护计算。通过这种新型差动保护计算可以提高差动保护的速动性和可靠性。

Description

一种光学电流互感器应用于多端差动保护的方法

技术领域

本发明属于继电保护技术领域，特别涉及一种光学电流互感器应用于多端差动保护的方法。

背景技术

目前在电力系统中广泛应用的电流互感器仍为电磁式电流互感器。而随着电磁式电流互感器的大范围应用，其弊端也逐渐显露。常规电磁式互感器在原理上不能准确地传递直流分量，电力系统故障瞬间产生的非周期分量使互感器处于饱和状态，从而导致其暂态测量性能大幅下降。并且，常规电磁式互感器的暂态测量能力较差，为了保证继电保护动作的正确性，目前使用的所有保护都是从故障波形中提取工频分量作为特征量，并以之构成保护判据。这就导致了电磁式电流互感器在测量时间上有一定的延迟，不能满足继电保护的速动性问题。为了协调继电保护中电流互感器的可靠性和速动性问题，解决常规电磁式电流互感器速动性差的问题，新型的光学电流互感器应运而生。然而不能仅仅只是电流互感器的替换，必须要有新型的保护方法相匹配。

发明内容

发明目的：

为了解决继电保护的可靠性和速动性等问题，本发明提出了一种光学电流互感器应用于多端差动保护的方法。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种光学电流互感器应用于多端差动保护的方法，通过光学电流互感器测量多端差动中一次侧电流值，将所测得电流值进行多端差动保护计算，从而获得多端差动保护判据，判定保护系统是否启动，其特征在于：该方法步骤如下：

S1.在多端差动保护线路中安装光学电流互感器替代传统电磁式电流互感器测量一次侧电流值，由光学电流互感器特性可知，测得的多端电流值为全波形电流

S2.将所测得的多端电流值进行相加和模值相加分别作为差动保护的动作电流和制动电流，将所得到的多端差动保护动作电流和制动电流在时间T内做积分；

步骤S2中所得到积分式分别为：

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)={\∫}_0^T({\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_3+...+{\stackrel{\·}{I}}_n)dt;$

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\right|{\stackrel{\·}{I}}_i\left|\right)={\∫}_0^T\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_1|+|{\stackrel{\·}{I}}_2|+|{\stackrel{\·}{I}}_3|+...+|{\stackrel{\·}{I}}_n\left|\right)dt;$

其中为多端电流值，T为积分时长；

S3.所得到的两个积分式用作多端差动保护判据，当满足多端差动保护判据时启动多端差动保护，若不满足其中任一式子，保护不动作。

步骤S1中通过光学电流互感器直接得到的偏转角θ与被测电流成比例，并且能够完全直接的反应被测电流的全波形，故而直接用偏转角θ进行多端差动保护的计算。

步骤S2中获得的全波形电流无需滤波，直接进行多端差动保护动作电流和制动电流的计算；得到的动作电流和制动电流需要在不大于动作电流波形及制动电流波形的1/2工频周期波形T内进行积分运算，满足多端差动保护的速动性。

步骤S3中的多端差动保护判据为：

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)\≥I;$

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)\≥K{\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\right|{\stackrel{\·}{I}}_i\left|\right).$

优点和效果：

本发明所述的光学电流互感器应用于多端差动保护的方法具有如下优点：

本发明将光学电流互感器应用于多端差动保护中，光学电流互感器具有良好的暂态特性，可以通过偏转角θ直接准确得到瞬时值电流值从而进行瞬时值差动保护计算。并且这种瞬时值差动保护算法比较于常规电磁式电流互感器需要提取工频信号进行计算的方法，可以更加快速的测量计算差动保护判据，从而达到快速检测保护内部是否存在故障的目的。提高了差动保护的速动性和准确性。

附图说明

图1是光学电流互感器安装在多端差动保护示意图。

具体实施方式

本发明提出一种光学电流互感器应用于多端差动保护新方法，将光学电流互感器应用于多端差动保护中，替代常规电磁式电流互感器。不同于常规电磁式电流互感器提取工频分量作为特征量，光学电流互感器能够完全保真地反映一次侧电流的全波形，基于磁光效应原理的光学电流互感器通过测得的偏转角θ来获得多端电流瞬时值，将测得的电流值直接进行差动保护计算，所得计算结果作为差动保护判据，判断保护区域内线路原件是否故障。

该方法步骤如下：

光学电流互感器测量电流实现方法为：根据磁光效应原理，线偏振光在与其平行的外界磁场的作用下通过磁光介质时，其偏振面将发生偏转，偏转角θ可以表示为：

$\mathrm{\θ}=u_0\·V\·{\∫}_L\stackrel{\·}{H}\·\stackrel{\·}{l}---\left(1\right);$

其中，u₀为法拉第磁光材料的磁导率；V是磁光材料的费尔得常数；为作用于磁光材料的磁场强度；L为通过磁光材料偏振光的光程长度。由于式(1)中磁场强度是由电流产生，故而得到：

$\mathrm{\θ}=u_0\·V\·N\·\stackrel{\·}{I}---\left(2\right);$

其中N为线偏振光环绕电流的路数，为被测的电流值。由上式可知，u₀、V、N均为常数，θ与所测电流成比例，故而可以通过得到偏转角θ来直接反应各测量点的全波形电流。

将所测得的全波形电流进行如下计算：将得到的各端全波形电流分别进行相加和模值相加得到动作电流及制动电流，并在不大于动作电流波形及制动电流波形的1/2工频周期波形T内对所得到的值做积分。

其公式为：

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)={\∫}_0^T({\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_3+...+{\stackrel{\·}{I}}_n)dt---\left(3\right);$

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\right|{\stackrel{\·}{I}}_i\left|\right)={\∫}_0^T\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_1|+|{\stackrel{\·}{I}}_2|+|{\stackrel{\·}{I}}_3|+...+|{\stackrel{\·}{I}}_n\left|\right)dt---\left(4\right);$

其中为多端电流值，T为积分时间。

根据传统差动保护可知，将式(3)、式(4)做比，即为多端差动保护判据。检测区内是否出现故障。将故障信息传递给多端差动保护决策单元，启动保护。采用全光纤差动保护系统，保证电流值的同步传输，保证系统正常稳定无差运行。

实施例1：

步骤一：在多端线路中安装光学电流互感器测量一次侧电流，如图1所示。经上述公式推导可知：θ＝kI，通过偏转角得到全波形电流。

步骤二：将所得到的各端全波形电流进行差动保护计算并在一个较短的时间T内做积分，具体计算方法结合图1所示。图1中由OCT1，OCT2，OCT3，OCT4测得的电流值为取积分时间T为动作电流波形和制动电流波形的1/4工频周期波形时间。得到差动保护相关式子：

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)={\∫}_0^T({\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_3+{\stackrel{\·}{I}}_4)dt;$

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}\right|{\stackrel{\·}{I}}_i\left|\right)={\∫}_0^T\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_1|+|{\stackrel{\·}{I}}_2|+|{\stackrel{\·}{I}}_3|+|{\stackrel{\·}{I}}_4\left|\right)dt.$

步骤三：根据多端电流差动保护判据可知，将得到的值做比。具体计算方法为：

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)\≥I;$

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)\≥K{\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}\right|{\stackrel{\·}{I}}_i\left|\right).$

若满足上述二式，则多端差动保护动作。若不满足其中任何一式，保护不动作。通过以上步骤完成光学电流互感器在多端差动保护中的新方法。

结论：

本发明所述的光学电流互感器应用于多端差动保护的方法，通过将光学电流互感器应用于多端差动保护，有效提高差动保护的速动性和可靠性。

Claims (4)

1.一种光学电流互感器应用于多端差动保护的方法，通过光学电流互感器测量多端差动中一次侧电流值，将所测得电流值进行多端差动保护计算，从而获得多端差动保护判据，判定保护系统是否启动，其特征在于：该方法步骤如下：

S1.在多端差动保护线路中安装光学电流互感器替代传统电磁式电流互感器测量一次侧电流值，由光学电流互感器特性可知，测得的多端电流值为全波形电流

S2.将所测得的多端电流值进行相加和模值相加分别作为差动保护的动作电流和制动电流，将所得到的多端差动保护动作电流和制动电流在时间T内做积分；

步骤S2中所得到积分式分别为：

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)={\∫}_0^T({\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_3+\mathrm{...}+{\stackrel{\·}{I}}_n)dt;$

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\right|{\stackrel{\·}{I}}_i\left|\right)={\∫}_0^T\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_1|+|{\stackrel{\·}{I}}_2|+|{\stackrel{\·}{I}}_3|+\mathrm{...}+|{\stackrel{\·}{I}}_n\left|\right)dt;$

其中为多端电流值，T为积分时长；

S3.所得到的两个积分式用作多端差动保护判据，当满足多端差动保护判据时启动多端差动保护，若不满足其中任一式子，保护不动作。

2.根据权利要求1所述的光学电流互感器应用于多端差动保护的方法，其特征在于：步骤S1中通过光学电流互感器直接得到的偏转角θ与被测电流成比例，并且能够完全直接的反应被测电流的全波形，故而直接用偏转角θ进行多端差动保护的计算。

3.根据权利要求1所述的光学电流互感器应用于多端差动保护的方法，其特征在于：步骤S2中获得的全波形电流无需滤波，直接进行多端差动保护动作电流和制动电流的计算；得到的动作电流和制动电流需要在不大于动作电流波形及制动电流波形的1/2工频周期波形T内进行积分运算，满足多端差动保护的速动性。

4.根据权利要求1所述的光学电流互感器应用于多端差动保护的方法，其特征在于：步骤S3中的多端差动保护判据为：

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)\≥I;$

${\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\stackrel{\·}{I}}_i\right)\≥K{\∫}_0^T\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\right|{\stackrel{\·}{I}}_i\left|\right).$