CN106207995B - 一种差动保护方法、装置及其ct饱和识别方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种差动保护方法、装置及其CT饱和识别方法、装置，属于电力系统继电保护技术领域。本发明首先对原始差动电流进行微分计算，判别一采样周波中的各采样点绝对值与最大采样点绝对值之间的比率关系是否发生采样点畸变，若畸变点数大于第一设定个数的采样点则判别为CT饱和。然后，进一步计算满足原始差动电流与原始制动电流的比率的采样点数，判断采样点数是否满足设定比率的采样点个数的开放差动保护，解决了无法对单电源区内饱和出现间断的差流采样点的正确判断。本发明采用的方法可以快速识别出CT饱和的类型，相应进行闭锁或开放差动保护，提高了差动保护动作的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种差动保护方法、装置及其CT饱和识别方法、装置，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
由于目前电流差动保护大都采用基于“时差法”的区内外判据，虽然可以快速的识别出区内、外故障，但是区内外故障判据往往是基于一次性判别，即故障判据只执行一次判别；因此，当电力系统发生转换性故障时，特别是区外故障CT饱和转区内故障CT饱和时，差动保护将无法正确识别是区内故障还是区外CT饱和，将造成差动保护拒动。
电流差动保护作为电力系统设备保护的主保护，是一种速动性、灵敏性、选择性都比较高的功能保护。但是，基于电流的差动保护受CT饱和的影响较大，容易出现区外故障CT饱和差动误动，区内故障CT饱和差动保护拒动等情况，对电力系统安全稳定运行带来较大的潜在危害。
目前，现有技术中的差动保护CT饱和识别方法，例如，中国专利公开号为CN105024365 A，公开了一种采样点差动防误动保护方法，其首先对差动电流和制动电流采样点进行差分计算，判别差分后的差动电流与制动电流采样值是否满足比率制动条件，通过差分算法削弱了非饱和CT衰减直流分量对合成出的差动电流的影响，提高了采样点差动保护的可靠性，但是利用该方法会放大谐波倍数，导致判别使用的差动电流采样点与制动电流采样点的计算值不再真实，不能精确反映CT饱和的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于差流采样点的CT饱和识别方法，用以解决现有技术中谐波倍数放大导致不能精确反映CT饱和的问题；同时，本发明还提供了一种应用上述识别方法的差动保护方法，用于解决现有饱和识别方法影响差动保护的正确性与可靠性的问题。
为实现上述目的，本发明的一种差动保护方法，包括以下步骤：
(1)计算A、B、C三相中各相的差动电流的有效值，判断各相差动电流有效值是否大于启动电流设定门槛；
(2)当任一相差动电流有效值大于启动电流设定门槛时，计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流；
(3)根据所述步骤(2)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和；否则，开放差动保护；
(4)若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计超过设定比率的采样点个数；
(5)判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于或等于设定阈值的采样点个数；
(6)判别所述步骤(4)和步骤(5)中采样点个数之和是否达到第二设定的个数，若判别大于或等于设定的个数则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和；
(7)所述步骤(6)中，若为区内CT饱和，则开放差动保护；否则进行闭锁差动保护。
所述步骤(3)中的畸变条件为各采样点的微分差动电流绝对值与最大采样点绝对值之间的比率小于α，所述满足畸变条件的采样点的第一设定个数β*N，即判别方程为
其中，Iwd(k)为一周波中微分差流采样值，|Iwd|max为一周波中微分差流绝对值最大采样值，m1为满足式(2)的畸变点总数、N为微分后的每周波差流采样点数，α、β为系数。
所述步骤(4)中所述设定比率为γ；所述步骤(5)中各采样点的原始制动电流的大小的设定阈值为χ*In；所述步骤(6)中的第二设定个数为δ*N，即判别方程为：
其中，Icd(k)为一周波中原始差流采样值，Ir(k)为一周波中原始制动电流采样值，In为电流互感器额定值，N为微分后的每周波差流采样点数，γ、χ、δ为系数。
一种CT饱和识别方法，包括以下步骤：
1)计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流；
2)根据所述步骤1)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和；
3)若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计达到设定比率的采样点个数；
4)判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于等于设定阈值的采样点个数；
5)判别所述步骤3)和步骤4)中采样点个数之和，总采样点数是否达到第二设定个数，若判别大于设定的门槛值则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和。
所述步骤3)中的畸变条件为各采样点的微分差动电流绝对值与最大采样点绝对值之间的比率小于α，所述满足畸变条件的采样点的第一设定个数β*N，即判别方程为
其中，Iwd(k)为一周波中微分差流采样值，|Iwd|max为一周波中微分差流绝对值最大采样值，m1为满足式(2)的畸变点总数、N为微分后的每周波差流采样点数，α、β为系数。
所述步骤4)中所述设定比率为γ；所述步骤(5)中各采样点的原始制动电流的大小的设定阈值为χ*In；所述步骤(6)中的第二设定个数为δ*N，即判别方程为：
其中，Icd(k)为一周波中原始差流采样值，Ir(k)为一周波中原始制动电流采样值，In为电流互感器额定值，N为微分后的每周波差流采样点数，γ、χ、δ为系数。
一种差动保护装置，包括以下模块：
(1)用于计算A、B、C三相中各相的差动电流的有效值，判断各相差动电流有效值是否大于启动电流设定门槛的模块；
(2)用于当任一相差动电流有效值大于启动电流设定门槛时，计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流的模块；
(3)用于根据所述步骤(2)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和，否则开放差动保护的模块；
(4)用于若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计超过设定比率的采样点个数的模块；
(5)用于判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于或等于设定阈值的采样点个数的模块；
(6)用于判别所述步骤(4)和步骤(5)中采样点个数之和是否达到第二设定个数，若判别大于或等于设定的个数则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和的模块。
(7)用于所述步骤(6)中，若为区内CT饱和，则开放差动保护；否则进行闭锁差动保护的模块。
一种CT饱和识别方法的装置，包括以下模块：
1)用于计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流的模块；
2)用于根据所述步骤1)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和的模块；
3)用于若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计达到设定比率的采样点个数的模块；
4)用于判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于设定阈值的采样点个数的模块；
5)用于判别所述步骤3)和步骤4)中采样点个数之和，总采样点数是否满达到第二设定个数，若判别大于设定的门槛值则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和的模块。
本发明采用一种CT饱和识别方法，通过对原始差动电流进行微分计算，可以有效的消除直流分量对差动电流的波形的影响；通过计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，可以使畸变采样点的判别更加真实，不会发生放大谐波倍数。另外，由于区内故障CT饱和时原始的差动电流与原始的制动电流采样值大小基本一致，比率系数趋于1，而区外故障CT饱和时，随着饱和深度加深，导致原始差动电流往往远小于制动电流，所以通过对原始差动电流采样值绝对值与原始制动电流采样值绝对值的比率关系以及原始制动电流采样值大小进行判别，即可识别出是区内CT饱和还是区外CT饱和。
将上述CT饱和识别方法用于差动保护方法中，可以快速识别出CT饱和的类型，相应进行闭锁或开放差动保护，提高了差动保护动作的可靠性。
附图说明
图1是变压器差动保护CT分布图；
图2是本发明的一种基于差流采样点的CT饱和识别方法流程图；
图3是本发明区外故障CT饱和时差流采样点识别判据开放状态示意图；
图4是本发明区内故障CT饱和时差流采样点识别判据开放状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
差动保护方法实施例
本发明的一种差动保护方法主要应用于采用常规电磁式互感器采样的电流差动保护装置中，通过对差动保护装置软件处理的原始差动电流采样绝对值与原始制动电流采样绝对值的比率关系及原始制动电流采样值绝对的大小进行判别，作为区外故障CT饱和与区内故障CT饱和的判别依据。
下面以变压器差动保护为例具体进行说明。
主变分侧电流差动保护电流取变压器高压侧TA2、中压侧TA1及低压侧TA3，如图1所示。本发明的基于差流采样点的CT饱和识别的差动保护方法可以作为电流差动保护的辅助判据，集成在所有以电流差动保护为主保护的电流差动判别逻辑中，且该功能判据仅在差动电流有效值大于差动保护电流启动门槛时投入，该方法流程如图2所示，具体实施过程如下：
1.计算A、B、C三相中各相的差动电流的有效值，判断各相差动电流有效值是否大于启动电流设定门槛，判别方程为：
Icd>Iop.0
上式中Icd为差动电流A、B、C三相值任一相差流的有效值，Iop.0为差动保护启动电流定值。
2.首先合成原始差动电流，然后对原始差动电流采样值进行微分处理，即微分差动电流的计算公式如下：
上式中Icd(k)为原始差动电流采样值，Iwd(k)为微分处理后的原始差动电流采样值，i1(k)、i2(k)、...、in(k)分别为组成原始差动电流各支路的电流采样值。
3.对每周波中微分处理后的差流采样值进行畸变点数判别，并对满足方程的畸变点数进行计数统计，判别是否满足第一设定个数set1，其判别方程如下：
上式中Iwd(k)为一周波中微分差流采样值，|Iwd|max为一周波中微分差流绝对值最大采样值，m1为满足式(2)的畸变点总数、N为微分后的每周波差流采样点数，α取值为0.2，β取值为
当畸变点数满足式(2)后，判别为存在CT饱和；否则，开放差动保护。
4.合成原始制动电流波形，并统计满足原始差动电流与原始制动电流比率关系的采样点个数，其计算公式如下：
|Ir(k)|＝|i1(k)|+|i2(k)|+…+|in(k)|
上式中Ir(k)为当前原始制动电流采样值，i1(k)、i2(k)、...、in(k)分别为组成原始制动电流各支电流的采样值。
5.对原始差动电流和原始制动电流绝对值之间的比率及制动电流大小进行判别，其判别公式为：
上式中Icd(k)为一周波中原始差流采样值，Ir(k)为一周波中原始制动电流采样值，In为电流互感器额定值，N为微分后的每周波差流采样点数，γ取值为0.45，χ取值为0.3。
6.对上述步骤5中的计算方程进行判别，所述的第二设定个数set2为δ*N(δ取值为)，若满足上述方程(3)和(4)的总采样点数时，判别为区内CT饱和，开放差动保护；否则，若总采样点数时，判别为区外CT饱和，闭锁差动保护。
若步骤1中某相差动电流有效值小于启动门槛Iop.0，则不再对该差流进行饱和判别，即不进行上述步骤2--步骤4的判别，固定闭锁本相差动保护，以减轻保护CPU数据处理的工作量。若步骤3中的畸变点数不满足畸变总点数判别门槛，则不再进行上述步骤4--步骤6的判别，默认为不出现CT饱和，即开放差动保护。
本发明中采用的功能判据是采用软件处理的原始差动电流采样绝对值和原始制动电流采样绝对值进行逻辑运算，对于区外故障CT饱和，判别结果均闭锁差动保护，其开放状态如图3所示的示意图。对于区内故障CT饱和，判别结果均开放差动保护，其开放状态如图4所示的示意图。
本实施例步骤3中所述的一周波中微分差流绝对值最大采样值的系数α，其范围在0.13～0.25之间，都可以满足本发明方法的使用，最优取值为0.2。
本实施例步骤3中所述的第一设定个数的系数β，其范围在1/8～5/24之间，都可以满足本发明方法的使用，最优取值为
本实施例步骤5中所述的原始差动电流和原始制动电流绝对值之间的设定比率γ，其范围在0.4～0.6之间，都可以满足本发明方法的使用，最优取值为0.45。
本实施例步骤5中所述的电流互感器额定值的系数χ，其范围在0.25～0.45之间，都可以满足本发明方法的使用，最优取值为0.3。
本实施例步骤6中所述的第二设定个数的系数δ，其范围在19/24～7/8之间，都可以满足本发明方法的使用，最优取值为
CT饱和识别方法实施例
关于CT饱和识别方法，即上述保护方法实施例中的步骤(2)--步骤(6)，在此不再赘述。
差动保护装置实施例
一种差动保护装置，包括以下模块：
(1)用于计算A、B、C三相中各相的差动电流的有效值，判断各相差动电流有效值是否大于启动电流设定门槛的模块；
(2)用于当任一相差动电流有效值大于启动电流设定门槛时，计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流的模块；
(3)用于根据所述步骤(2)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和，否则开放差动保护的模块；
(4)用于若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计超过设定比率的采样点个数的模块；
(5)用于判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于等于设定阈值的采样点个数的模块；
(6)用于判别所述步骤(4)和步骤(5)中采样点个数之和是否达到第二设定个数，若判别大于等于第二设定个数则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和的模块；
(7)用于所述步骤(6)中，若为区内CT饱和，则开放差动保护；否则进行闭锁差动保护的模块。
上述装置实施例中所指的装置，实际上基于本发明方法流程的一种计算机解决方案，即一种功能模块构架，上述模块即为与方法流程相对应的处理进程。该软件可以运行于继电保护设备或智能设备中。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，而本实施例所声称的装置实际上是一种功能模块构架，故不再详细进行描述。
CT饱和识别装置实施例
关于CT饱和识别装置，即上述差动保护装置实施例中的步骤(2)--步骤(6)，在此不再赘述。
上述装置实施例中所指的装置，实际上基于本发明方法流程的一种计算机解决方案，即一种功能模块构架，上述模块即为与方法流程相对应的处理进程。该软件可以运行于继电保护设备或智能设备中。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，而本实施例所声称的装置实际上是一种功能模块构架，故不再详细进行描述。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种差动保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)计算A、B、C三相中各相的差动电流的有效值，判断各相差动电流有效值是否大于启动电流设定门槛；
(2)当任一相差动电流有效值大于启动电流设定门槛时，计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流；
(3)根据所述步骤(2)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和，否则继续进行畸变点数的判别；
(4)若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计超过设定比率的采样点个数；
(5)判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于等于设定阈值的采样点个数；
(6)判别所述步骤(4)和步骤(5)中采样点个数之和是否达到第二设定个数，若判别大于或等于第二设定个数则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和；
(7)所述步骤(6)中，若为区内CT饱和，则开放差动保护；否则进行闭锁差动保护。
2.根据权利要求1所述的差动保护方法，其特征在于，所述步骤(3)中的畸变条件为各采样点的微分差流采样值的绝对值与微分差流绝对值最大采样值之间的比率小于α，所述满足畸变条件的采样点的第一设定个数β*N，即判别方程为
其中，Iwd(k)为一周波中微分差流采样值，|Iwd|max为一周波中微分差流绝对值最大采样值，m1为满足式(2)的畸变点总数、N为微分后的每周波差流采样点数，α、β为系数。
3.根据权利要求1所述的差动保护方法，其特征在于，所述步骤(4)中所述设定比率为γ；所述步骤(5)中各采样点的原始制动电流的大小的设定阈值为χ*In；所述步骤(6)中的第二设定个数为δ*N，即判别方程为：
其中，Icd(k)为一周波中原始差流采样值，Ir(k)为一周波中原始制动电流采样值，In为电流互感器额定值，N为微分后的每周波差流采样点数，γ、χ、δ为系数。
4.一种CT饱和识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流；
2)根据所述步骤1)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和；
3)若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计达到设定比率的采样点个数；
4)判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于设定阈值的采样点个数；
5)判别所述步骤3)和步骤4)中采样点个数之和，总采样点数是否达到第二设定个数，若判别大于或等于第二设定个数则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和。
5.根据权利要求4所述的CT饱和识别方法，其特征在于，所述步骤3)中的畸变条件为各采样点的微分差流采样值的绝对值与微分差流绝对值最大采样值之间的比率小于α，所述满足畸变条件的采样点的第一设定个数β*N，即判别方程为
其中，Iwd(k)为一周波中微分差流采样值，|Iwd|max为一周波中微分差流绝对值最大采样值，m1为满足式(2)的畸变点总数、N为微分后的每周波差流采样点数，α、β为系数。
6.根据权利要求4所述的CT饱和识别方法，其特征在于，所述步骤4)中所述设定比率为γ；所述步骤5)中各采样点的原始制动电流的大小的设定阈值为χ*In；所述步骤6)中的第二设定个数为δ*N，即判别方程为：
其中，Icd(k)为一周波中原始差流采样值，Ir(k)为一周波中原始制动电流采样值，In为电流互感器额定值，N为微分后的每周波差流采样点数，γ、χ、δ为系数。
7.一种差动保护装置，其特征在于，包括以下模块：
(1)用于计算A、B、C三相中各相的差动电流的有效值，判断各相差动电流有效值是否大于启动电流设定门槛的模块；
(2)用于当任一相差动电流有效值大于启动电流设定门槛时，计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流的模块；
(3)用于根据所述模块(2)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和，否则继续进行畸变点数的判别的模块；
(4)用于若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计超过设定比率的采样点个数的模块；
(5)用于判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于或等于设定阈值的采样点个数的模块；
(6)用于判别所述模块(4)和模块(5)中采样点个数之和是否达到第二设定个数，若判别大于或等于第二设定个数则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和的模块；
(7)用于所述模块(6)中，若为区内CT饱和，则开放差动保护；否则进行闭锁差动保护的模块。
8.一种CT饱和识别装置，其特征在于，包括以下模块：
1)用于计算各采样点的原始差动电流，计算相邻时刻的原始差动电流之差，得到各采样点的微分差动电流的模块；
2)用于根据所述模块1)中，对各采样点的微分差动电流进行畸变判别，若每周波中有大于等于第一设定个数的采样点满足畸变条件，则判别为存在CT饱和的模块；
3)用于若存在CT饱和，则计算各采样点原始制动电流，以及计算各采样点的原始差动电流与原始制动电流比率，并统计达到设定比率的采样点个数的模块；
4)用于判别各采样点的原始制动电流的大小，统计小于设定阈值的采样点个数的模块；
5)用于判别所述模块3)和模块4)中采样点个数之和，总采样点数是否达到第二设定个数，若判别大于或等于第二设定个数则为区内CT饱和，否则判别为区外CT饱和的模块。
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