CN108183463B - 智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法 - Google Patents

智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法 Download PDF

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Abstract

一种智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，包括以下步骤：微机继电保护装置采集变压器各侧交流数字化采样值并由数据总线传输至保护模块中，保护模块中存储原始采样值及经过计算的基波幅值；通过各侧交流数字化采样值及基波幅值将变压器中、低压侧电流折算到高压侧，计算变压器各相基波差动电流、基波制动电流、采样值差动电流及采样值制动电流；对计算得到结果进行处理；根据处理的结果进行数据窗采点，当数据窗R点中存在S点满足处理结果，则输出采样值差动保护动作标志；运算结果与采样值差动保护动作标志采用与逻辑判断，满足条件输出最终保护动作出口标志。本发明在主变采样遇到较大直流分量或者在运行中受到干扰引起飞点时差动保护不误动，提高了继电保护可靠性。

Description

智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统继电保护的方法，特别涉及一种智能变电站防止交流量飞点及直流分量导致变压器比率差动保护误动的方法。
背景技术
随着智能变电站的推广及基于智能电网的新型保护原理装置的出现，采用数字量接入保护装置的工程数量已越来越多。电力系统电气量采样飞点数据(连续光滑的电气量采样曲线上的异常采样数据，以下简称“飞点”如图3所示)造成保护装置误动作的现象逐渐增多。虽然在采集环节中的飞点判据及处理对其起着一定的过滤作用，但并不能完全消除2点或者3点以上飞点的影响(如图4所示)。因此有必要对飞点采样值进行实时判断，避免飞点数据引起保护装置误动、系统误操作等情况发生。
变压器差动保护逻辑在主变电气量保护中起着最主要的作用，而由于传统差动保护一直使用傅式算法计算得出的基波值进行逻辑判断。因此在数字化变电站中如果出现2点及以上飞点时，傅式算法计算的基波值往往能满足差动动作条件。因而在保护应用层增加相关防误措施变得至为重要。
保护的快速动作要求飞点检测延时必须很短，但是要实现在较短的检测数据窗内准确区分飞点采样数据和系统故障时的正常暂态采样值，有很大的难度。由于智能电网的建设时间还不长，目前有关飞点等异常采样的检测方法较少，同时这些方法均存在一些不足，如针对性不强、灵敏度不高、门槛不易整定、数据窗要求较长、实时性差、无法应用快速保护、容易误判等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，要解决的技术问题是抑制智能站交流量中混入直流分量及交流量采样中出现瞬时异常大数据对保护的影响，提高继电保护的可靠性，保证电力系统安全运行。
本发明的目的可以这样实现，设计一种智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，包括以下步骤：
A、微机继电保护装置的采集模块高速采集智能变电站从智能合并单元发送过来的变压器各侧交流数字化采样值；
B、采集模块采集到的交流数字化采样值由装置中数据总线传输至保护模块AD芯片中，通过AD芯片进行A/D转换，转换为保护模块所需的原始采样数值，保护模块中存储原始采样数值及经过基波全周傅式算法计算的基波幅值；
基波全周傅式算法如下：
其中：X1s为基波实部；X1C为基波虚部；
N为一个周波采样的点数，x(0)为起点的数值，x(N)为最后点的数值，x(k)为第k个采样点的数值；
基波幅值X1为：
C、通过保护模块中各侧交流数字化采样值及基波幅值将变压器中、低压侧电流折算到高压侧；即，以高压侧为基准，将中、低压侧电流量乘以(高侧额定电流/本侧压侧额定电流)的方式，折算到高压侧；计算变压器各相基波差动电流、基波制动电流、采样值差动电流及采样值制动电流；
D、对计算得到的各相采样值差动电流进行2点差分处理，对计算得到的各相基波差动电流及基波制动电流进行三折线计算并输出运算结果，比差动作标志；
E、根据差分处理后的采样值差动电流及计算的采样值制动电流进行二折线逻辑计算并输出运算结果；
F、根据差分处理计算的结果进行数据窗采点，当数据窗R点中存在S点满足步骤E的运算结果，则输出采样值差动保护动作标志；
G、根据步骤D输出运算结果(比差动作标志)与步骤F输出的采样值差动保护动作标志进行与逻辑运算，输出最终保护动作出口标志。
进一步地，所述数据窗点数的采样点数为40～80点，保护模块采样点数为20～40点。
进一步地，采样值差动电流所用的差分方程为：
Δik＝k·(ik-ik2)
其中ik为当前点采样值、ik2为前2点采样值、Δik为差分后的差流采样值、k为差分系数，与每周波采样点数N有关，
进一步地，所述变压器各相采样值或基波差流计算方法为：
IHa＝Iha，IHb＝Ihb，IHc＝Ihc
IMa＝KphM-ZC·Ima，IMb＝KphM-ZC·Imb，IMc＝KphM-ZC·Imc
ILa＝KphL-ZC·Ila，ILb＝KphL-ZC·Ilb，ILc＝KphL-ZC·Ilc
其中，KphM-ZC为根据变压器的参数定值折算出的中压侧的中间变量；KphL-ZC为根据变压器的参数定值折算出的低压侧的中间变量；Iha、Ihb、Ihc为装置采集的高压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；IHa、IHb、IHc为折算后高压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；Ima、Imb、Imc为装置采集的中压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；IMa、IMb、IMc为折算后中压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；Ila、Ilb、Ilc为装置采集的低压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；ILa、ILb、ILc为折算后低压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；变压器高压侧一次额定电压为U1nH，变压器中压侧一次额定电压为U1nM，变压器低压侧一次额定电压为U1nL，高压侧开关电流互感器CT变比为KTAH，中压侧开关CT变比为KTAM，低压侧开关CT变比为KTAL。
进一步地，所述变压器各相采样值差流计算方法为：采用Y→△变换来计算差流，对于采样值差动其差流计算如下，
对于变压器Y侧：
对于变压器△侧：idai＝iai *ki；idbi＝ibi *ki；idci＝ici *ki；
式中，iai、ibi、ici为变压器保护装置采集到的各侧电流的采样值(瞬时值)；idai、idbi、idci为变压器保护装置经折算和转角后电流的采样值(瞬时值)；ki为变压器各侧的平衡系数，以高压侧为基准，其平衡系数为1，中、低压侧平衡系数等于高侧额定电流除本压侧额定电流。
进一步地，利用全周傅式算法计算出来的Id及Ir进行三折线逻辑判断，满足三折线制动方程置动作标志，该标志满足延时动作，延时返回；
三折线制动方程如下所示：
式中：Id为差动电流，Ir为制动电流，(分别为差动各侧电流)，Icdqd为差动启动值，Ie为额定电流。
进一步地，利用差分处理计算出来的采样值差分值R点进行二折线逻辑运算，满足二折线制动方程则S点数加1；
二折线制动方程如下所示：
式中：id为采样值差动电流，ir为采样值制动电流，Iicdqd为采样值差动启动电流；k为采样值差动比率制动系数。
进一步地，所述的采样值差动比率制动系数k在0.3～0.7范围之间，Iicdqd在1In～1.5In范围之间，In为CT二次额定电流，R在0.75～0.8倍采样点数、S为0.85*R。
进一步地，在连续采样R点的数据窗内，三相中每个采样点按照二折线进行判断，若某一相中有S点满足动作条件则该相采样值差动保护逻辑动作。
本发明通过数字化变压器差动保护中引入经过差分采样的采样值差动保护原理，使主变采样遇到较大直流分量或者在运行中受到干扰引起飞点时差动保护不误动。同时还能保证了继电保护动作快速的特点，提高了继电保护可靠性，保护了电网的安全。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的纵差保护判断逻辑图；
图2是本发明较佳实施例的纵差保护判断流程图；
图3是交流原始采样飞点图；
图4是出现飞点时差流基波幅值图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
如图2所示，一种智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，基于微机继电保护装置实现，包括以下步骤：
A、微机继电保护装置的采集模块高速采集智能变电站从智能合并单元发送过来的变压器各侧交流数字化采样值。
B、采集模块采集到的采集模块采集到的交流数字化采样值由装置中数据总线传输至保护模块AD芯片中，通过AD芯片进行A/D转换，转换为保护模块所需的原始采样数值，保护模块中存储原始采样数值及经过基波全周傅式算法计算的基波幅值，具体算法如下：
其中：
X1s为基波实部，X1C为基波虚部
N为一个周波采样的点数，x(0)为起点的数值，x(N)为最后点的数值，x(k)为第k个采样点的数值。
因此可以算出基波幅值X1为：
C、通过保护模块中各侧交流数字化采样值及基波幅值将变压器中、低压侧电流折算到高压侧，计算变压器各相基波差动电流、基波制动电流、采样值差动电流及采样值制动电流；以高压侧为基准，将中、低压侧电流量乘以(高侧额定电流/本侧压侧额定电流)的方式，折算到高压侧。
所述变压器各相采样值或基波差流计算方法为：
IHa＝Iha，IHb＝Ihb，IHc＝Ihc
IMa＝KphM-ZC·Ima，IMb＝KphM-ZC·Imb，IMc＝KphM-ZC·Imc
ILa＝KphL-ZC·Ila，ILb＝KphL-ZC·Ilb，ILc＝KphL-ZC·Ilc
其中，KphM-ZC为根据变压器的参数定值折算出的中压侧的中间变量；KphL-ZC为根据变压器的参数定值折算出的低压侧的中间变量；Iha、Ihb、Ihc为装置采集的高压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；IHa、IHb、IHc为折算后高压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；Ima、Imb、Imc为装置采集的中压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；IMa、IMb、IMc为折算后中压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；Ila、Ilb、Ilc为装置采集的低压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；ILa、ILb、ILc为折算后低压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；变压器高压侧一次额定电压为U1nH，变压器中压侧一次额定电压为U1nM，变压器低压侧一次额定电压为U1nL，高压侧开关电流互感器CT变比为KTAH，中压侧开关CT变比为KTAM，低压侧开关CT变比为KTAL。
所述变压器各相采样值差流计算方法为：采用Y→△变换来计算差流，对于采样值差动其差流计算如下，
对于变压器Y侧：
对于变压器△侧：idai＝iai *ki；idbi＝ibi *ki；idci＝ici *ki；
式中，iai、ibi、ici为变压器保护装置采集到的各侧电流的采样值(瞬时值)；idai、idbi、idci为变压器保护装置经折算和转角后电流的采样值(瞬时值)；ki为变压器各侧的平衡系数，以高压侧为基准，其平衡系数为1，中、低压侧平衡系数等于高侧额定电流除本侧压侧额定电流。
D、对计算得到的各相采样值差动电流进行2点差分处理，对计算得到的各相基波差动电流及基波制动电流进行三折线计算并输出运算结果(比差动作标志)；
采样值差动电流所用的差分方程为：
Δik＝k·(ik-ik2)
其中ik为当前点采样值、ik2为前2点采样值、Δik为差分后的差流采样值、k为差分系数，与每周波采样点数N有关，
利用全周傅式算法计算出来的Id及Ir进行三折线逻辑判断，满足三折线制动方程置动作标志，该标志满足延时动作，延时返回；
三折线制动方程如下所示：
式中：Id为差动电流，Ir为制动电流，(分别为差动各侧电流)，Icdqd为差动启动值，Ie为额定电流。
E、根据差分处理后的采样值差动电流及计算的采样值制动电流进行二折线逻辑计算并输出运算结果；
利用差分处理计算出来的采样值差分值R点进行二折线逻辑运算，满足二折线制动方程则S点数加1；
二折线制动方程如下所示：
式中：id为采样值差动电流，ir为采样值制动电流，Iicdqd为采样值差动启动电流；k为采样值差动比率制动系数。
所述的采样值差动比率制动系数k在0.3～0.7范围之间，Iicdqd在1In～1.5In范围之间，R在0.75～0.8倍采样点数、S为0.85*R。
F、根据差分处理计算的结果进行数据窗采点，当数据窗R点中存在S点满足步骤E的运算结果，则输出采样值差动保护动作标志；在连续采样R点的数据窗内，三相中每个采样点按照二折线进行判断，若某一相中有S点满足动作条件则该相采样值差动保护逻辑动作。
G、根据步骤D输出运算结果(比差动作标志)与步骤F输出的采样值差动保护动作标志进行与逻辑运算，输出最终保护动作出口标志。
本实施例中，所述数据窗点数的采样点数40～80点。保护模块采样点数为20～40点。
如图1所示，将纵差差动元件动作、纵差差动保护投入、差分采样值差动元件进行逻辑判断，符合条件的则得出第一结果；将第一结果与励磁涌流闭锁元件、CT断线闭锁元件进行逻辑判断，符合条件的则得出第二结果；将第二结果与差动启动元件进行逻辑判断，符合条件的则进行纵差差动保护跳闸。
如图2所示，采集的数据由纵差保护函数入口进入，进行三相差流基波、三相差流原始值、三相差流原始值差分值的计算；根据计算结果判断是否投入纵差保护，若为否，则回到纵差保护函数出口，若为是，则进入纵差是否启动判断步骤；进行纵差启动判断，若为否，则回到纵差保护函数出口，若为是，则进入纵差是否已动作判断步骤；进行纵差是否已动作判断，若为是，则进入差流是否满足返回判断步骤，若为否，则进入纵差三相比差部分；由纵差三相比差部分进入纵差是否动作的判断步骤，若为否，则回到纵差保护函数出口，若为是，则进入是否TA断线或涌流闭锁的判断步骤；进行是否TA断线或涌流闭锁的判断，若为是，则回到纵差保护函数出口，若为否，则进入采样值差动点数是否满足的判断步骤；进行采样值差动点数是否满足的判断，若为否，则回到纵差保护函数出口，若为是，则进行置纵差动作标志、存事件记录、置事件已存标志，之后回到纵差保护函数出口；进行差流是否满足返回的判断，若为否，则回到纵差保护函数出口，若为是，则进入是否已存返回事件的判断步骤；进行是否已存返回事件的判断，若为是，则回到纵差保护函数出口，若为否，则进行存返回事件，之后回到纵差保护函数出口。
本发明在主变差动保护中增加基于差分后的原始采样值进行采样点差动逻辑判断判据，不仅对智能站采样中的直流分量有较强的抑制性，而且也增强了差动保护的防飞点功能。与此同时，由于采样值差动保护本身采集数据窗小于一周波，因此在真正发生故障时也不会因为采样值差动影响纵差保护的速动性。本发明通过数字化变压器差动保护中引入经过差分采样的采样值差动保护原理，使主变采样遇到较大直流分量或者在运行中受到干扰引起飞点时差动保护不误动。同时还能保证了继电保护动作快速的特点，提高了继电保护可靠性，保护了电网的安全。

Claims (9)

1.一种智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于包括以下步骤：
A、微机继电保护装置的采集模块高速采集智能变电站从智能合并单元发送过来的变压器各侧交流数字化采样值；
B、采集模块采集到的交流数字化采样值由装置中数据总线传输至保护模块AD芯片中，通过AD芯片进行A/D转换，转换为保护模块所需的原始采样数值，保护模块中存储原始采样数值及经过基波全周傅式算法计算的基波幅值；
基波全周傅式算法如下：
其中：X1s为基波实部；X1C为基波虚部；
N为一个周波采样的点数，x(0)为起点的数值，x(N)为最后点的数值，x(k)为第k个采样点的数值；
基波幅值X1为：
C、通过保护模块中各侧交流数字化采样值及基波幅值将变压器中、低压侧电流折算到高压侧，计算变压器各相基波差动电流、基波制动电流、采样值差动电流及采样值制动电流；
D、对计算得到的各相采样值差动电流进行2点差分处理，对计算得到的各相基波差动电流及基波制动电流进行三折线计算并输出运算结果，比差动作标志；
E、根据差分处理后的采样值差动电流及计算的采样值制动电流进行二折线逻辑计算并输出运算结果；
F、根据差分处理计算的结果进行数据窗采点，当数据窗R点中存在S点满足步骤E的运算结果，则输出采样值差动保护动作标志；
G、根据步骤D输出相关运算结果，比差动作标志与步骤F输出的采样值差动保护动作标志进行与逻辑运算，输出最终保护动作出口标志。
2.根据权利要求1所述的智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于：所述数据窗点数的采样点数为40～80点，保护模块采样点数为20～40点。
3.根据权利要求1所述的智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于，采样值差动电流所用的差分方程为：
Δik＝k·(ik-ik2)
其中ik为当前点采样值、ik2为前2点采样值、Δik为差分后的差流采样值、k为差分系数，与每周波采样点数N有关，
4.根据权利要求1所述的智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于，所述变压器各相采样值或基波差流计算方法为：
IHa＝Iha，IHb＝Ihb，IHc＝Ihc
IMa＝KphM-ZC·Ima，IMb＝KphM-ZC·Imb，IMc＝KphM-ZC·Imc
ILa＝KphL-ZC·Ila，ILb＝KphL-ZC·Ilb，ILc＝KphL-ZC·Ilc
其中，KphM-ZC为根据变压器的参数定值折算出的中压侧的中间变量；KphL-ZC为根据变压器的参数定值折算出的低压侧的中间变量；Iha、Ihb、Ihc为装置采集的高压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；IHa、IHb、IHc为折算后高压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；Ima、Imb、Imc为装置采集的中压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；IMa、IMb、IMc为折算后中压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；Ila、Ilb、Ilc为装置采集的低压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；ILa、ILb、ILc为折算后低压侧A、B、C相的采样值或基波幅值；变压器高压侧一次额定电压为U1nH，变压器中压侧一次额定电压为U1nM，变压器低压侧一次额定电压为U1nL，高压侧开关电流互感器CT变比为KTAH，中压侧开关CT变比为KTAM，低压侧开关CT变比为KTAL。
5.根据权利要求1所述的智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于，所述变压器各相采样值差流计算方法为：采用Y→△变换来计算差流，对于采样值差动其差流计算如下，
对于变压器Y侧：
对于变压器△侧：idai＝iai*ki；idbi＝ibi*ki；idci＝ici*ki；
式中，iai、ibi、ici为变压器保护装置采集到的各侧电流的采样值-瞬时值；idai、idbi、idci为变压器保护装置经折算和转角后电流的采样值-瞬时值；ki为变压器各侧的平衡系数，以高压侧为基准，其平衡系数为1，中、低压侧平衡系数等于高侧额定电流除本压侧额定电流。
6.根据权利要求1所述的智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于：利用全周傅式算法计算出来的Id及Ir进行三折线逻辑判断，满足三折线制动方程置动作标志，该标志满足延时动作，延时返回；
三折线制动方程如下所示：
式中：Id为差动电流，Ir为制动电流， 分别为差动各侧电流，Icdqd为差动启动值，Ie为额定电流。
7.根据权利要求1所述的智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于：利用差分处理计算出来的采样值差分值R点进行二折线逻辑运算，满足二折线制动方程则S点数加1；
二折线制动方程如下所示：
式中：id为采样值差动电流，ir为采样值制动电流i1、┅、in为采样值差动各侧电流；Iicdqd为采样值差动启动电流；k为采样值差动比率制动系数。
8.根据权利要求7所述的智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于：所述的采样值差动比率制动系数k在0.3～0.7范围之间，Iicdqd在1In～1.5In范围之间，In为CT二次额定电流，R在0.75～0.8倍采样点数、S为0.85*R。
9.根据权利要求7所述的智能变电站变压器比率差动保护防误动的方法，其特征在于：在连续采样R点的数据窗内，三相中每个采样点按照二折线进行判断，若某一相中有S点满足动作条件则该相采样值差动保护逻辑动作。
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