CN105954563A - 基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，借助差分滤波，将原始电流波形做N点差分处理，滤除原始电流波形中的直流分量，消除波形对时间轴的偏移，降低波形偏移对半波积分产生的不利影响，在1/2个周波之内，连续计算差分前电流波形导数的绝对值，判断差分电流波形是否存在过零点并以半波积分法计算其幅值，若在1/2个周波之内，没有识别到差分电流波形过零，原始电流波形导数的绝对值持续减少且通过半波积分计算的幅值小于整定的门槛值，则判断该电流为拖尾电流，并立即闭锁差动保护、过流保护、失灵保护，提高动作的可靠性，防止误动作，具有良好的应用前景。

Description

基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法

技术领域

本发明涉及一种基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术

当电力系统发生故障时，继电保护装置检测到故障后动作出口跳闸，断路器跳开，切除故障电气一次部分。若断路器开关在电流非零时跳开，由于CT(电流互感器)中的磁通不能突变，在CT的二次侧将会产生一个带有呈指数衰减的直流分量特点的电流分量，这便是所谓的拖尾电流。受故障切除时电流大小和CT二次回路时间常数的影响，该拖尾电流幅值可能需经过十几个周波才会衰减为0。拖尾电流由于衰减较慢，导致继电保护装置计算的电流值在较短时间内大于失灵保护、间隙零序保护定值，而造成这两种保护误动。而且，对于差动保护而言，参与差动计算的各侧CT的特性曲线不一定完全一致，另外，由于各侧CT均存在角差，各侧断路器均在电流过零息弧时切断一次电流回路，CT二次侧电流也并不为零，且幅值不等，这将会导致差流的出现。可见，拖尾电流也可能会导致差动保护的误动作。拖尾电流的存在将影响继电保护装置动作的正确性，因此，必须要对拖尾电流进行有效识别，解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中拖尾电流会导致差动保护的误动作等，影响继电保护装置动作的正确性，缺乏对拖尾电流进行有效识别的问题。本发明的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，利用差分后电流的无过零点识别和电流采样值导数绝对值的递减特性来识别拖尾电流，对拖尾电流的正确识别高，若为拖尾电流，则继电保护装置立即闭锁差动保护、过流保护、失灵保护，提高动作的可靠性，防止误动作，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，读取A相的电流采样点值，并作求导及绝对值运算；

步骤(B)，根据步骤(A)对读取的电流采样点值作差分运算，滤除原始电流波形中的直流分量，消除原始电流波形对时间轴的偏移；

步骤(C)，根据经差分计算后的上一采样点采样值、当前采样点的采样值，判断经差分计算后的当前采样点是否满足存在不过零调节；若满足不过零条件，继续步骤(D)判别；若不满足不过零条件，存在过零现象，将A相的拖尾电流标志置零；

(C1)若经差分计算后的上一采样点采样值小于零，且当前采样点的采样值小于零，则当前采样点满足不过零条件；

(C2)若经差分计算后的上一采样点采样值大于零，且当前采样点的采样值大于零，则当前采样点满足不过零条件；

步骤(D)，根据求导运算后的上一采样点采样值导数的绝对值、当前采样点采样值导数的绝对值，判断当前电流波形的增减性，若当前采样点采样值导数的绝对值小于上一采样点采样值导数的绝对值，则当前电流波形为递减状态；若当前采样点采样值的绝对值大于上一采样点采样值导数的绝对值，则当前电流波形为递增状态；满足递减条件，继续步骤(E)判别；若不满足递减条件，将A相的拖尾电流标志置零；

步骤(E)，若当前采样点同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，且上一采样点不能同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置启动延时时间，开始计时；

若当前采样点同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，上一采样点也同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置将时间累加；

若当前采样点不同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置复归延时时间；

延时时间t是可整定延时定值，取值不少于1/2周波时间，以50Hz工频电网，若连续延时时间t内，同时满足不存在过零条件和电流波形为递减状态条件，判断延时时间t已到，继续步骤(F)判别；否则判断延时时间未到，将A相拖尾电流标志置零；

步骤(F)，若步骤(E)满足延时时间到条件，且差分后的当前电流半波积分值小于整定门槛，则判断当前电流为拖尾电流，并将A相拖尾电流标志置1；

步骤(G)，对B相和C相的拖尾电流判别，重复上述步骤(A)～(F)，电流采样点值由A相换成对应的B相和C相；

步骤(H)，若A相、B相、C相拖尾电流标志任意一相置1，则判断该相电流为拖尾电流，继电保护装置立即闭锁按单相逻辑处理的差动保护、过流保护、失灵保护，防止拖尾电流引起保护误动；若A相、B相、C相拖尾电流标志同时置1，则判断三相电流同时是拖尾电流，继电保护装置立即闭锁按三相逻辑处理的差动保护、过流保护、失灵保护，防止拖尾电流引起保护误动。

前述的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，步骤(E)，所述延时时间t范围为10ms～20ms。

前述的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：步骤(F)，所述整定门槛取值范围为0.1In～20In，In为CT二次额定电流。

前述的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：步骤(G)用于三相电流的拖尾电流识别，也适用于零序电流的拖尾电流识别，判断其中任一组零序电流，当零序电流的拖尾电流标志置1，则判断为拖尾电流，继电保护装置立即闭锁零序差动保护、零序过流保护，防止拖尾电流引起保护误动。

前述的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：步骤(H)按三相或逻辑处理的识别拖尾电流标志适用于分相断路器，按三相与逻辑处理的识别拖尾电流标志适用于三相断路器。

本发明的有益效果是：本发明的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，利用差分后电流的无过零点识别和电流采样值导数绝对值的递减特性来识别拖尾电流，对拖尾电流的正确识别高，若为拖尾电流，则继电保护装置立即闭锁差动保护、过流保护、失灵保护，提高动作的可靠性，防止误动作，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是电力系统中故障电流波形和拖尾电流波形的波形示意图。

图2是本发明一实施例的流程图。

图3是本发明快速识别拖尾电流的逻辑判断图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明做进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

继电保护装置在断路器跳开后，在CT二次侧所形成的拖尾电流呈现出以指数形式衰减的直流分量特点，在衰减期内，其波形具有以下几个显著特点：

特点1：若断路器跳开瞬间的电流为正，则在连续1/2个周波内，拖尾电流波形呈现单调递减特点，该波形各采样点均为正，且在数值上依次减小，且这种减少变得越来越缓慢，最终减小为0；

特点2：若断路器跳开瞬间的电流为负，则在连续1/2个周波内，拖尾电流波形呈现单调递增特点，该波形各采样点均为负，且在数值上依次增大，且这种增大变得越来越缓慢，最终增长为0；

特点3：拖尾波形经差分处理后的半波积分值衰减快。

如图1所示，故障电流呈现明显的周期性变化特点，其波形各点导数绝对值大小也出现由小到大在又大到小的过程，且波形具有过零点；而拖尾电流波形导数的绝对值则是不断减小，且不存在过零点，对于断路器跳开前的故障电流，其波形具有周期性变化的特点，直流偏置不大的情况下，在连续1/2个周波内，无论电流值连续为正或是连续为负或是出现正负交替的情况，都不可能具有拖尾电流的特点1或是特点2。对于直流偏置较大的情况下，为保证在1/2个周波内对拖尾电流的正确识别，增加电流差分后的半波积分值作为电流幅值的把关条件，提高对拖尾电流识别的正确率。

根据上述的介绍，本发明的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，具体包括以下步骤，

步骤(A)，读取A相的电流采样点值，并作求导及绝对值运算；

步骤(B)，根据步骤(A)对读取的电流采样点值作差分运算，滤除原始电流波形中的直流分量，消除原始电流波形对时间轴的偏移；

步骤(C)，根据经差分计算后的上一采样点采样值、当前采样点的采样值，判断经差分计算后的当前采样点是否满足存在不过零调节；若满足不过零条件，继续步骤(D)判别；若不满足不过零条件，存在过零现象，将A相的拖尾电流标志置零；

(C1)若经差分计算后的上一采样点采样值小于零，且当前采样点的采样值小于零，则当前采样点满足不过零条件；

(C2)若经差分计算后的上一采样点采样值大于零，且当前采样点的采样值大于零，则当前采样点满足不过零条件；

步骤(D)，根据求导运算后的上一采样点采样值导数的绝对值、当前采样点采样值导数的绝对值，判断当前电流波形的增减性，若当前采样点采样值导数的绝对值小于上一采样点采样值导数的绝对值，则当前电流波形为递减状态；若当前采样点采样值的绝对值大于上一采样点采样值导数的绝对值，则当前电流波形为递增状态；满足递减条件，继续步骤(E)判别；若不满足递减条件，将A相的拖尾电流标志置零；

步骤(E)，若当前采样点同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，且上一采样点不能同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置启动延时时间，开始计时；

若当前采样点同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，上一采样点也同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置将时间累加；

若当前采样点不同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置复归延时时间；

延时时间t是可整定延时定值，取值不少于1/2周波时间，以50Hz工频电网，延时时间t的范围为10-20mm，本发明的取值10ms，若连续延时时间t内，同时满足不存在过零条件和电流波形为递减状态条件，判断延时时间t已到，继续步骤(F)判别；否则判断延时时间未到，将A相拖尾电流标志置零；

步骤(F)，若步骤(E)满足延时时间到条件，且差分后的当前电流半波积分值小于整定门槛，则判断当前电流为拖尾电流，并将A相拖尾电流标志置1，其中整定门槛取值范围为0.1In～20In，In为CT二次额定电流，对于变压器间隔应按保证变压器低压侧故障时灵敏度不小于1.3In整定，对于线路间隔应按保证线路末端金属性短路时灵敏度不小于1.5In整定；

步骤(G)，对B相和C相的拖尾电流判别，重复上述步骤(A)～(F)，电流采样点值由A相换成对应的B相和C相，也适用于零序电流的拖尾电流识别，判断其中任一组零序电流，当零序电流的拖尾电流标志置1，则判断为拖尾电流，继电保护装置立即闭锁零序差动保护、零序过流保护，防止拖尾电流引起保护误动；

步骤(H)，若A相、B相、C相拖尾电流标志任意一相置1，则判断该相电流为拖尾电流，继电保护装置立即闭锁按单相逻辑处理的差动保护、过流保护、失灵保护，防止拖尾电流引起保护误动；若A相、B相、C相拖尾电流标志同时置1，则判断三相电流同时是拖尾电流，继电保护装置立即闭锁按三相逻辑处理的差动保护、过流保护、失灵保护，防止拖尾电流引起保护误动。

本发明的识别拖尾电流的一个特点是准，正常电源电流、负荷电流、区内故障电流、区外故障电流不会同时满足差分电流不过零条件和采样值电流求导的递减条件，步骤(C)和步骤(D)所述的差分电流不过零条件和采样值电流求导的递减条件是识别拖尾电流的重要特性，并提出了同时满足上述两条件判断为拖尾电流的方法；另一个特点是快，延时取值范围为10ms～20ms，整定原则是大于电流互感器饱和时间整定并留有一定的裕度，快速识别出拖尾电流用于闭锁相关的保护，最短能做到10ms保证满足保护返回条件，适用于闭锁主保护和后备保护；还有一个特点就是适用性广，按三相“或”逻辑处理的识别拖尾电流标志适用于分相断路器，按三相“与”逻辑处理的识别拖尾电流标志适用于三相断路器。

下面介绍本发明的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，一个具体实施例，用来快速识别拖尾电流，如图2所示，

(1)取A相电流，计算原始电流数据的导数绝对值，如式(1)所示，

|z(k)|＝|[x(k)-x(k-1)]/Δt| (1)

其中z(k)为当前原始采样电流求导结果取绝对值；x(k)为当前原始采样电流；x(k-1)为当前点前一点原始采样电流；Δt为采样间隔时间；

(2)然后对A相电流进行N个采样点差分滤波处理，滤波公式如式(2)所示，

y(k)＝x(k)-x(k-N) (2)

其中y(k)为差分滤波后的当前采样点；x(k)为当前原始采样电流；x(k-N)：当前点前n点原始采样电流；

(3)在1/2个周波内进行差分后波形过零点识别，识别公式如式(3)所示，若在1/2个周波内至少满足式(3)一次，则说明差分后的电流波形存在过零点，否则即不存在过零点，其中“or”代表或逻辑，“and”代表与逻辑；

or((y(k-1)＜0and y(k)≥0),(y(k-1)≥0and y(k)＜0)) (3)

(4)在1/2个周波内识别波形导数的绝对值的是否满足递减的规律，即依次识别当前计算的导数绝对值是否小于上一次计算的导数绝对值，如在1/2个周波内导数绝对值均满足该条件，则判定满足递减规律；

(5)判断差分后波形的半波积分值是否小于整定的门槛值P，P在保护装置中以定值的形式出现，半波积分采用矩形面积法，数据窗长为1/2个周波，如式(4)所示，

Y＝Σ|y(k)|*Δt (4)

其中Y为半波积分电流值；y(k)为差分滤波后的当前采样点；Δt为采样间隔时间；

(6)结合步骤(3)、(4)、(5)三个条件，若在1/2周波内未识别出差分后的波形存在过零点，波形导数满足递减的特性且该波形的半波积分值小于整定门槛P，判断此时电流为拖尾电流，将拖尾电流标志置1，以上三个条件中，至少一条不满足时，将拖尾电流标志置0，判定此时电流不是拖尾电流；

(7)重复(1)-(6)，若A相、B相、C相拖尾电流标志任意一相置1，则判断该相电流为拖尾电流，继电保护装置立即闭锁按单相逻辑处理的差动保护、过流保护、失灵保护，防止拖尾电流引起保护误动；若A相、B相、C相拖尾电流标志同时置1，则判断三相电流同时是拖尾电流，继电保护装置立即闭锁按三相逻辑处理的差动保护、过流保护、失灵保护，防止拖尾电流引起保护误动。

如图3所示，本发明的快速识别拖尾电流的逻辑判断图，该图清晰的给出本发明识别单相拖尾电流的判据。

综上所述，本发明的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，利用差分后电流的无过零点识别和电流采样值导数绝对值的递减特性来识别拖尾电流，对拖尾电流的正确识别高，若为拖尾电流，则继电保护装置立即闭锁差动保护、过流保护、失灵保护，提高动作的可靠性，防止误动作，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（A），读取A相的电流采样点值，并作求导及绝对值运算；

步骤（B），根据步骤（A）对读取的电流采样点值作差分运算，滤除原始电流波形中的直流分量，消除原始电流波形对时间轴的偏移；

步骤（C），根据经差分计算后的上一采样点采样值、当前采样点的采样值，判断经差分计算后的当前采样点是否满足存在不过零调节；若满足不过零条件，继续步骤（D）判别；若不满足不过零条件，存在过零现象，将A相的拖尾电流标志置零；

（C1）若经差分计算后的上一采样点采样值小于零，且当前采样点的采样值小于零，则当前采样点满足不过零条件；

（C2）若经差分计算后的上一采样点采样值大于零，且当前采样点的采样值大于零，则当前采样点满足不过零条件；

步骤（D），根据求导运算后的上一采样点采样值导数的绝对值、当前采样点采样值导数的绝对值，判断当前电流波形的增减性，若当前采样点采样值导数的绝对值小于上一采样点采样值导数的绝对值，则当前电流波形为递减状态；若当前采样点采样值的绝对值大于上一采样点采样值导数的绝对值，则当前电流波形为递增状态；满足递减条件，继续步骤（E）判别；若不满足递减条件，将A相的拖尾电流标志置零；

步骤（E），若当前采样点同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，且上一采样点不能同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置启动延时时间，开始计时；

若当前采样点同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，上一采样点也同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置将时间累加；

若当前采样点不同时满足不存在过零条件和当前电流波形为递减状态条件，继电保护装置复归延时时间；

延时时间t是可整定延时定值，取值不少于1/2周波时间，以50Hz工频电网，若连续延时时间t内，同时满足不存在过零条件和电流波形为递减状态条件，判断延时时间t已到，继续步骤（F）判别；否则判断延时时间未到，将A相拖尾电流标志置零；

步骤（F），若步骤（E）满足延时时间到条件，且差分后的当前电流半波积分值小于整定门槛，则判断当前电流为拖尾电流，并将A相拖尾电流标志置1；

步骤（G），对B相和C相的拖尾电流判别，重复上述步骤（A）~（F），电流采样点值由A相换成对应的B相和C相；

步骤（H），若A相、B相、C相拖尾电流标志任意一相置1，则判断该相电流为拖尾电流，继电保护装置立即闭锁按单相逻辑处理的差动保护、过流保护、失灵保护，防止拖尾电流引起保护误动；若A相、B相、C相拖尾电流标志同时置1，则判断三相电流同时是拖尾电流，继电保护装置立即闭锁按三相逻辑处理的差动保护、过流保护、失灵保护，防止拖尾电流引起保护误动。

2.根据权利要求1所述的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：步骤（E），所述延时时间t范围为10ms~20ms。

3.根据权利要求1所述的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：步骤（F），所述整定门槛取值范围为0.1 In ~20 In，In为CT二次额定电流。

4.根据权利要求1所述的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：步骤（G）用于三相电流的拖尾电流识别，也适用于零序电流的拖尾电流识别，判断其中任一组零序电流，当零序电流的拖尾电流标志置1，则判断为拖尾电流，继电保护装置立即闭锁零序差动保护、零序过流保护，防止拖尾电流引起保护误动。

5.根据权利要求1所述的基于电流求导和差分电流过零点识别拖尾电流的方法，其特征在于：步骤（H）按三相或逻辑处理的识别拖尾电流标志适用于分相断路器，按三相与逻辑处理的识别拖尾电流标志适用于三相断路器。