CN107706890A - 电力系统的线路差动保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了电力系统的线路差动保护方法和装置，其中，包括如下步骤：将流入第一节点的第一电流的绝对值和流入第二节点的第二电流的绝对值相加，以获得差动电流；求所述第一电流和所述第二电流的和的绝对值，以获得制动电流；当所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数时，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数时，则判断线路为外部故障，控制保护装置闭锁。本发明提供的电力系统的线路差动保护方法和装置，能够快速容易识别线路故障，在故障发生的时候立刻启动保护，在短暂的饱和区内立刻检测出外部故障，并且在转换性故障发生时，能快速解闭锁保护，让装置可靠跳闸。其中使用的方法能够有效，快速，安全地检测电流互感器饱和。

Description

电力系统的线路差动保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电力自动化领域，尤其涉及电力系统的线路差动保护方法及装置。
背景技术
在电力系统的线路差动保护系统中，每个装置都需要单独计算差动电流以检测内部故障。由于电流互感器比率和大小所限，当一次侧电流激增也就是发生内部或者外部故障时，电流互感器将会产生饱和。饱和的电流互感器的二次侧波形将会发生畸变，这会导致保护装置检测到差流而误动。
对于比较大的故障电流，差动保护需要快速动作，一般采用采样值原理的保护来实现速动。为了适应这种情况，饱和检测需要快速检测饱和，及时的闭锁保护，以防止非正常跳闸。在这种情况下，电流互感器的饱和需要比逻辑评估更快地检测到故障，以避免非正常跳闸(abnormal tripping)。
为了避免上述问题，现有技术也提出了几个方案，但是各有局限性。例如，波形不对称方法(Current wave asymmetry)需要较长的数据窗口，并且不能应用于快速跳闸。时差法(Time differential)能够较快检测故障，但是街闭锁慢。神经元法(ANN)需要大量样本，在技术上非常复杂。额外抑制区域法(Additional restraint area)也可以较快检测到故障，但是解锁逻辑非常复杂。
因此，对于差动保护来说，如何快速检测饱和，在外部故障的时候闭锁保护，当外部故障发生时，能快速解锁保护是业内需要解决的关键问题。
发明内容
本发明第一方面提供了电力系统的线路差动保护方法，其中，在所 述线路上设置有第一节点和第二节点，在所述第一节点和第二节点上分别设置有第一保护装置和第二保护装置，其中，所述电力系统的线路差动保护方法包括如下步骤：将流入第一节点的第一电流的绝对值和流入第二节点的第二电流的绝对值相加，以获得制动电流；求所述第一电流和所述第二电流的和的绝对值，以获得差动电流；当所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数时，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数时，则判断线路为外部故障，控制第一保护装置和第二保护装置闭锁。本发明提供的电力系统的线路差动保护方法和装置，能够快速容易识别线路故障，在故障发生的时候立刻启动保护，在饱和的线性区内(大约4～5毫秒)立刻检测出外部故障，并且在转换性故障发生时，能快速解闭锁保护，让装置可靠跳闸。其中使用的方法能够有效，快速，安全地检测电流互感器饱和。
进一步地，所述电力系统的线路差动保护方法还包括如下步骤：当所述差动电流一个周波之内大于第一预定阈值时，则判断其从外部故障转换为内部故障，控制第一保护装置和第二保护装置跳闸。
进一步地，所述差动电流为Idiff＝|Ia+Ib|，其中，Ia为流入第一节点的第一电流，Ib为流入第二节点的第二电流。
进一步地，所述制动电流为Irest＝|Ia|+|Ib|，其中，Ia为流入第一节点的第一电流，Ib为流入第二节点的第二电流。
进一步地，所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数表示为Idiff＜K1Irest，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数表示为Irest>K2In，其中，K1为第一参数，K2为第二参数，In为额定电流。
本发明第二方面提供了电力系统的线路差动保护装置，其中，在所述线路上设置有第一节点和第二节点，在所述第一节点和第二节点上分别设置有第一保护装置和第二保护装置，其中，所述电力系统的线路差动保护装置包括：计算装置，用于将流入第一节点的第一电流的绝对值和流入第二节点的第二电流的绝对值相加，以获得制动电流，以及求取所述第一电流和所述第二电流的和的绝对值，以获得差动电流；判断控制装置，当所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数时，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数时，则所述判断装置用于判断线路为外部故障，并控制第一保护装置和第二保护装置闭锁。本发明提供的电力 系统的线路差动保护方法和装置，能够快速容易识别线路故障，在故障发生的时候立刻启动保护，在短暂的饱和区内(大约4毫秒)立刻检测出外部故障，并且在转换性故障发生时，能快速解闭锁保护，让装置可靠跳闸。其中使用的方法能够有效，快速，安全地检测电流互感器饱和。
进一步地，所述判断控制装置还用于：当所述差动电流在一个周波之内大于第一预定阈值时，则判断其从外部故障转换为内部故障，并控制第一保护装置和第二保护装置跳闸。
进一步地，所述差动电流为Idiff＝|Ia+Ib|，其中，Ia为流入第一节点的第一电流，Ib为流入第二节点的第二电流。
进一步地，所述制动电流为Irest＝|Ia|+|Ib|，其中，Ia为流入第一节点的第一电流，Ib为流入第二节点的第二电流。
进一步地，所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数表示为Idiff＜K1Irest，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数表示为Irest>K2In，其中，K1为第一参数，K2为第二参数，In为额定电流。
附图说明
图1是根据本发明的一个具体实施例的电力系统的线路差动保护方法的内部故障示意图；
图2是根据本发明的一个具体实施例的电力系统的线路差动保护方法的外部故障示意图；
图3是电力系统的线路发生外部故障时候的两侧电流曲线图；
图4是电力系统的线路发生外部故障时候的差动电流曲线图；
图5是电力系统的线路发生内部故障时候的两侧电流曲线图；
图6是电力系统的线路发生内部故障时候的差动电流曲线图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1或2所示，在电力系统中的一段线路L上示例性地分别设置有两个节点m和n，在两个节点m和n上分别设置有第一变电站100和第二变电站200，其中，第一变电站100和第二变电站200分别耦合有第一保护装置310和第二保护装置320。其中，第一保护装置310和第 二保护装置320在发生故障时分别可以通过控制第一断路器CB1和第二断路器CB2跳闸或者合闸。需要说明的是，本发明提供的电力系统的线路差动保护方法和装置仅对线路L内的内部故障进行控制，线路L外发生外部故障时由另外的设备负责。
以下结合具体实施例对本发明进行说明，如图1和图2所示，本发明提供的电力系统的线路差动保护方法包括如下步骤：
首先执行步骤S1，将流入第一节点的第一变电站100的第一电流Im的绝对值和流入第二节点的第二变电站200的第二电流In的绝对值相加，以获得制动电流。其中，所述差动电流为Idiff＝|Im+In|，其中，Im为流入第一节点的第一变电站100的第一电流，In为流入第二节点的的第二变电站200的第二电流。
然后执行步骤S2，求第一电流Im和所述第二电流In的和的绝对值，以获得差动电流。其中，Im为流入第一节点的第一变电站100的第一电流，In为流入第二节点的第二变电站200的第二电流。
接着执行步骤S3，当所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数时，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数时，则判断线路为外部故障，控制第一保护装置310和第二保护装置320将线路L闭锁。其中，所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数表示为Idiff＜K1Irest，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数表示为Irest>K2In，其中，K1为第一参数，K2为第二参数，In为额定电流。
最后执行步骤S4，当所述差动电流在一个周波之内大于第一预定阈值时，则判断其从外部故障转换为内部故障，控制第一保护装置310和第二保护装置320将第一断路器CB1和第二断路器CB2跳闸。
图3是电力系统的线路发生外部故障时候的电流曲线图，如图3所示，曲线S1表示将流入第一节点的第一变电站100的第一电流Im的电流曲线，曲线S2表示流入第二节点的第二变电站200的第二电流In的电流曲线。此时，电力系统的线路L上发生了外部故障而无内部故障，也就是说，线路L以外的电力系统其他位置发生了故障，而线路L内无故障。因此，本发明提供的电力系统的线路差动保护方法和装置仅对线路L内的内部故障进行控制，线路L外发生外部故障时由另外的设备负责。当外部故障而内部无故障，流进保护装置的电流为0，但是如果出 现饱和，外部故障也会有差流出现，本发明目的在外部故障饱和的时候不让保护误动。如图3所示，区域a部分就是出现饱和的位置，此时流入第一节点的第一变电站100的第一电流Im的绝对值和流入第二节点的第二变电站200的第二电流In是有差流的。图4是电力系统的线路发生外部故障时候的两侧电流之和曲线图，区域b表示死区角，图4为两侧电流相加，不为零的时候表示电流饱和(即区域b死区角)，为零的时候表示电流不饱和。差动电流在内部故障时较大，而差动电流在外部故障时较小。故障情况下由于有衰减的直流分量，使电流互感器往一个方向快速饱和，外部故障时差动电流是有死区角(即差动电流很小的位置)，即区域b。而内部故障时是没有死区角的，因此，当差动电流小于所述制动电流乘以第一参数，即Idiff＜K1Irest，并且制动电流大于额定电流乘以第二参数，即rest>K2In，由此来识别外部饱和。
图5是电力系统的线路发生内部故障时候的两侧电流曲线图。曲线S1表示将流入第一节点的第一变电站100的第一电流Im的电流曲线，曲线S2表示流入第二节点的第二变电站200的第二电流In的电流曲线。图5为内部故障时，其与和外部故障的区别是第一电流Im的电流曲线和第二电流In的电流曲线的两个波形同方向，即区域d所示。而在每个波形的过零点附近会出现饱和自由区，也就是饱和初期，波形来不及饱和的时候，如区域c所示。区域c是不饱和的，在这段时间内部故障和外部故障有区别，区别在于外部故障没有差流，内部故障有差流，本发明就是以此来判断是内部还是外部故障。图6是电力系统的线路发生内部故障时候的两侧电流之和的绝对值曲线图。由于差动电流对于外部故障来说有一段位0，有一段有值，而对于内部故障时候差动电流一直有值，因此本发明由此来判断其是内部饱和还是外部饱和。其中，差动电流小于所述制动电流乘以第一参数表示为Idiff＜K1Irest，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数表示为Irest>K2In，当外部故障转为内部故障的时候，保护装置应当要快速识别，进行跳闸，自适应的定义解锁电流曲线，一个周波内差动电流持续存在，大于解锁曲线阈值时，认为内部故障发生，解锁保护装置，让断路器正常跳闸。
本发明第二方面还提供了一种电力系统的线路差动保护装置，其中，在所述线路上设置有第一节点和第二节点，在所述第一节点和第二节点 上分别设置有第一保护装置和第二保护装置，其中，所述电力系统的线路差动保护装置包括：
计算装置，用于将流入第一节点的第一电流的绝对值和流入第二节点的第二电流的绝对值相加，以获得制动电流，以及求取所述第一电流和所述第二电流的和的绝对值，以获得差动电流。其中，所述差动电流为Idiff＝|Im+In|，其中，Im为流入第一节点的第一变电站100的第一电流，In为流入第二节点的的第二变电站200的第二电流。
判断控制装置，当所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数时，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数时，则所述判断装置用于判断线路为外部故障，并控制保护装置闭锁。其中，Im为流入第一节点的第一变电站100的第一电流，In为流入第二节点的第二变电站200的第二电流。其中，所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数表示为Idiff＜K1Irest，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数表示为Irest>K2In，其中，K1为第一参数，K2为第二参数，In为额定电流。
进一步地，所述判断控制装置还用于：当所述差动在一个周波之内大于第一预定阈值时，则判断其从外部故障转换为内部故障，并控制保护装置跳闸。
本发明提供的电力系统的线路差动保护方法和装置，能够快速容易识别线路故障，在故障发生的时候立刻启动保护，在在饱和的线性区内(大约4毫秒)立刻检测出外部故障，并且在转换性故障发生时，能快速解闭锁保护，让装置可靠跳闸。其中使用的方法能够有效，快速，安全地检测电流互感器饱和。。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、“第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.电力系统的线路差动保护方法，其中，在所述线路上设置有第一节点和第二节点，在所述第一节点和第二节点上分别设置有第一保护装置和第二保护装置，其中，所述电力系统的线路差动保护方法包括如下步骤：
将流入第一节点的第一电流的绝对值和流入第二节点的第二电流的绝对值相加，以获得制动电流；
求所述第一电流和所述第二电流的和的绝对值，以获得差动电流；
当所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数时，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数时，则判断线路为外部故障，控制所述第一保护装置和第二保护装置闭锁。
2.根据权利要求1所述的电力系统的线路差动保护方法，其特征在于，所述电力系统的线路差动保护方法还包括如下步骤：
当所述差动电流在一个周波之内大于第一预定阈值时，则判断其从外部故障转换为内部故障，控制所述第一保护装置和第二保护装置跳闸。
3.根据权利要求1所述的电力系统的线路差动保护方法，其特征在于，所述差动电流为Idiff＝|Ia+Ib|，其中，Ia为流入第一节点的第一电流，Ib为流入第二节点的第二电流。
4.根据权利要求1所述的电力系统的线路差动保护方法，其特征在于，所述制动电流为Irest＝|Ia|+|Ib|，其中，Ia为流入第一节点的第一电流，Ib为流入第二节点的第二电流。
5.根据权利要求1所述的电力系统的线路差动保护方法，其特征在于，所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数表示为Idiff＜K1Irest，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数表示为Irest>K2In，其中，K1为第一参数，K2为第二参数，In为额定电流。
6.电力系统的线路差动保护装置，其中，在所述线路上设置有第一节点和第二节点，在所述第一节点和第二节点上分别设置有第一保护装置和第二保护装置，其中，所述电力系统的线路差动保护装置包括：
计算装置，用于将流入第一节点的第一电流的绝对值和流入第二节点的第二电流的绝对值相加，以获得制动电流，以及求取所述第一电流和所述第二电流的和的绝对值，以获得差动电流；
判断控制装置，当所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数时，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数时，则所述判断装置用于判断线路为外部故障，并控制所述第一保护装置和第二保护装置闭锁。
7.根据权利要求1所述的电力系统的线路差动保护装置，其特征在于，所述判断控制装置还用于：
当所述差动电流在一个周波之内大于第一预定阈值时，则判断其从外部故障转换为内部故障，并控制所述第一保护装置和第二保护装置跳闸。
8.根据权利要求1所述的电力系统的线路差动保护装置，其特征在于，所述差动电流为Idiff＝|Ia+Ib|，其中，Ia为流入第一节点的第一电流，Ib为流入第二节点的第二电流。
9.根据权利要求1所述的电力系统的线路差动保护装置，其特征在于，所述制动电流为Irest＝|Ia|+|Ib|，其中，Ia为流入第一节点的第一电流，Ib为流入第二节点的第二电流。
10.根据权利要求1所述的电力系统的线路差动保护装置，其特征在于，所述差动电流小于所述制动电流乘以第一参数表示为Idiff＜K1Irest，所述制动电流大于额定电流乘以第二参数表示为Irest>K2In，其中，K1为第一参数，K2为第二参数，In为额定电流。
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