CN109768526B - 一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法和装置，利用电源支路的电流分布系数识别母线区外故障非故障相饱和或母线区内故障。本发明所述方案，判别非故障相饱和快速准确，在母线区外故障发生非故障相饱和时能可靠闭锁差动保护，防止差动保护误动作导致事故范围扩大，在发生母线区外转区内故障时，差动保护能够快速动作。

Description

一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统故障判别的技术领域，具体涉及一种识别非故障相饱和的差动保护方法和装置。

背景技术

近期一些地区在发生母线区外单相接地故障时，会出现非故障相母线差动保护不正确动作的现象，动作原因为故障支路的非故障相出现几个周波的尖顶波，导致母线保护非故障相出现差流。对于采用异步法原理的母线差动保护来说，主要利用了CT饱和后存在线性传变区的特点，《电力系统自动化》杂志第29卷第16期名称为《异步法电流互感器饱和判据新原理极其应用》的论文，对区内故障及区外故障CT饱和特征进行了描述，即内部故障时，制动电流工频变化量与差动电流工频变化量同步出现，而外部故障CT饱和时两者异步先后出现。对于因非故障相电流突变产生的差动电流及制动电流，二者同步出现，所以异步法判为区内故障，导致差动保护不正确动作，扩大了故障范围。

《电力系统自动化》杂志第34卷第21期名称为《电流互感器相间电流互串对差动保护的影响》的论文，对非故障相突变电流特征及产生机理进行了描述：非故障相毛刺电流是由故障相电流通过电流互感器二次回路分流到非故障相产生，故障相串入到非故障相电流(尤其是非周期分量)会导致非故障相电流互感器饱和，励磁阻抗下降，进而产生毛刺电流，由非故障相电流互感器饱和所导致的毛刺电流一般很大，可能引起母差保护、线路差动保护启动甚至误动。

为解决非故障相饱和导致母差保护误动的问题，《电流互感器相间电流互串对差动保护的影响》的论文提出选用低剩磁的电流互感器，同时提高电流互感器饱和的拐点、增加电流互感器的容量和变比、降低电流互感器的二次回路电阻等方法，但均是对一次设备及二次回路接线提出要求，并未从根本解决上解决异步法保护原理存在的问题。专利201010588746.0《基于电流幅值比例和差流谐波识别非故障相饱和的方法》提出利用故障相制动电流制动非故障相，在非故障相饱和时闭锁非故障相差动保护，同时根据差流谐波特征在差流谐波较小时开放差动保护。当发生母线区外转区内故障，且区内故障电流小于区外故障电流时，此方法存在误闭锁差动保护的可能性。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法和装置，解决采用异步法原理的母线差动保护无法识别母线区外故障非故障相饱和或母线区内故障，克服现有技术在发生母线区外转区内故障时误闭锁差动保护的问题。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法，包括如下步骤：

(1)采集连接于母线上的各支路的电流，获得各支路的电流采样值

其中n＝1,2,3…m，表示支路编号，m为正整数，i＝A,B,C，phi表示相别；

(2)计算母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}；

(3)计算母差保护启动时刻T1时刻各支路的有功功率P_{n_phi_T1}，定义有功功率为正的支路的电流方向为母线指向支路，有功功率为负的支路的电流方向为支路指向母线；

(4)如果有功功率为负的支路个数大于0，则计算T1时刻有功功率为负的支路的电流变化量ΔI_{n_phi_T1}及电流分布系数K_{n_phi_T1}，否则闭锁差动继电器；

(5)如果某一相差动电流I_{d_phx}大于差动电流启动定值或者ΔI_{r_phi}大于制动电流变化量启动定值，将此时刻记为T2，计算T2时刻有功功率为负的支路的该相电流变化量ΔI_{n_phx_T2}及该相电流分布系数K_{n_phx_T2}；

(6)如果

并且

则开放差动继电器，否则闭锁差动继电器，其中K₁,K₂为预设常数。

进一步地，所述步骤(2)中母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}的计算公式为：

ΔI_{r_phi_t}＝|I_{r_phi_t}-I_{r_phi_(t-T)}|；

其中I_{r_phi_t}为当前时刻t的母线保护制动电流，I_{r_phi_(t-T)}为t-T时刻的母线保护制动电流，T为计算周期。

进一步地，t时刻电流变化量ΔI_{n_phi_t}及电流分布系数K_{n_phi_t}的计算公式为：

其中

为t时刻支路电流采样值，

为t-T时刻支路电流采样值，T为预设计算周期；

t＝T1时，根据上述公式得到步骤(4)中ΔI_{n_phi_T1}、K_{n_phi_T1}的值；

t＝T2时，根据上述公式得到步骤(5)中ΔI_{n_phx_T2}、K_{n_phx_T2}的值。

本发明同时提出了一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的装置，包括采集单元、差动计算单元、支路功率计算单元、功率方向判断单元、再启动计算单元和判定单元；其中：

所述采集单元，用于采集连接于母线上的各支路的电流，获得各支路的电流采样值

其中n＝1,2,3…m，表示支路编号，m为正整数，i＝A,B,C，phi表示相别；

所述差动计算单元，用于计算母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}；

所述支路功率计算单元，用于计算母差保护启动时刻T1时刻各支路的有功功率P_{n_phi_T1}，定义有功功率为正的支路的电流方向为母线指向支路，有功功率为负的支路的电流方向为支路指向母线；

所述功率方向判断单元，用于判断有功功率为负的支路个数是否大于0，是则计算T1时刻有功功率为负的支路的电流变化量ΔI_{n_phi_T1}及电流分布系数K_{n_phi_T1}，否则闭锁差动继电器；

所述再启动计算单元，如果某一相差动电流I_{d_phx}大于差动电流启动定值或者ΔI_{r_phi_t}大于制动电流变化量启动定值，将此时刻记为T2，计算T2时刻有功功率为负的支路的该相电流变化量ΔI_{n_phx_T2}及该相电流分布系数K_{n_phx_T2}；

所述判定单元，如果

并且

则开放差动继电器，否则闭锁差动继电器，其中K₁,K₂为预设常数。

进一步地，所述差动计算单元中母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}的计算公式为：

ΔI_{r_phi_t}＝|I_{r_phi_t}-I_{r_phi_(t-T)}|；

其中I_{r_phi_t}为当前时刻t的母线保护制动电流，I_{r_phi_(t-T)}为t-T时刻的母线保护制动电流，T为计算周期。

进一步地，t时刻电流变化量ΔI_{n_phi_t}及电流分布系数K_{n_phi_t}的计算公式为：

其中

为t时刻支路电流采样值，

为t-T时刻支路电流采样值，T为预设计算周期；

t＝T1时，根据上述公式得到功率方向判断单元中ΔI_{n_phi_T1}、K_{n_phi_T1}的值；

t＝T2时，根据上述公式得到再启动计算单元中ΔI_{n_phx_T2}、K_{n_phx_T2}的值。

采用本发明所述方案，与现有技术相比，能够准确识别母线区外故障非故障相饱和或母线区内故障，不存在母线区外转区内故障时，差动保护被误闭锁的可能。母线区外故障发生非故障相饱和时能可靠闭锁差动保护，防止差动保护误动作导致事故范围扩大，在发生母线区外转区内故障时，差动保护能够快速动作，维护了电力系统稳定。

附图说明

图1是单母线接线图；

图2是基于电流分布系数识别非故障相饱和的逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法具体实施例，图2所示为基于电流分布系数识别非故障相饱和的逻辑图。包括如下步骤：

S1：采集连接于母线上的各支路的电流，获得各支路的电流采样值

其中n＝1,2,3…m，表示支路编号，m为正整数，i＝A,B,C，phi表示相别。

S2：计算母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}。

计算公式为：

ΔI_{r_phi_t}＝|I_{r_phi_t}-I_{r_phi_(t-T)}|；

其中I_{r_phi_t}为当前时刻t的母线保护制动电流，I_{r_phi_(t-T)}为t-T时刻的母线保护制动电流，T为计算周期，取值范围为0～20ms。

S3：计算母差保护启动时刻T1时刻各支路的有功功率P_{n_phi_T1}，定义有功功率为正的支路的电流方向为母线指向支路，有功功率为负的支路的电流方向为支路指向母线。

S4：如果有功功率为负的支路个数大于0，则计算T1时刻有功功率为负的支路的电流变化量ΔI_{n_phi_T1}及电流分布系数K_{n_phi_T1}，否则闭锁差动继电器。

t时刻电流变化量ΔI_{n_phi_t}及电流分布系数K_{n_phi_t}的计算公式为：

其中

为t时刻支路电流采样值，

为t-T时刻支路电流采样值，T为预设计算周期；t＝T1时，根据上述公式得到ΔI_{n_phi_T1}、K_{n_phi_T1}的值。

S5：如果某一相差动电流I_{d_phx}大于差动电流启动定值或者ΔI_{r_phi_t}大于制动电流变化量启动定值，将此时刻记为T2，计算T2时刻有功功率为负的支路的该相电流变化量ΔI_{n_phx_T2}及该相电流分布系数K_{n_phx_T2}。

S6：如果

并且

则开放差动继电器，否则闭锁差动继电器，其中K₁,K₂为预设常数，取值范围为0.5～2。

一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法的另一个实施例以图1所示的系统为例，图1所示为单母线接线图，支路1、2为电源支路，支路3、4为负荷支路。其具体实施方式如下：

S11、采集连接于母线上的各支路的电流，获得各支路的电流采样值

其中n＝1,2,3…m，表示支路编号，i＝A,B,C，phi表示相别；

S12、计算母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}，计算公式为：

ΔI_{r_phi_t}＝|I_{r_phi_t}-I_{r_phi_(t-T)}|；

S13、当支路3的A相发生单相接地故障时，母差保护启动时刻为t1时刻，计算t1时刻各支路有功功率P_{n_phi_t1}，因为支路1、2的A相向故障点提供故障电流，所以支路1、2电流方向为支路指向母线，支路3电流方向为母线指向支路，支路4不提供故障电流，即支路1、2的有功功率为负；

S14、计算t1时刻支路1、2的A相电流变化量ΔI_{n_phA_t1}及电流分布系数K_{n_phA_t1}，计算公式为：

S15、如果支路3的C相发生非故障相饱和，且差动电流I_{d_phC}大于差动电流启动定值或ΔI_{r_phC_t}大于制动电流变化量启动定值,将此时刻记为t2，计算t2时刻支路1、2的该相电流突变量ΔI_{n_phC_t2}及该相电流分布系数K_{n_phC_t2}。因为支路1、2的C相不向故障点提供故障电流，所以t2时刻ΔI_{n_phC_t2}接近于0，K_{n_phC_t2}接近于0，不满足

及

闭锁差动继电器,其中K₁,K₂为系数，取值范围为0.5～2；

一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法的再一个实施例以图1所示的系统为例，图1所示为单母线接线图，支路1、2为电源支路，支路3、4为负荷支路。其具体实施方式如下：

S21、采集连接于母线上的各支路的电流，获得各支路的电流采样值

其中n＝1,2,3…m，表示支路编号，i＝A,B,C，phi表示相别；

S22、计算母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}，计算公式为：

ΔI_{r_phi_t}＝|I_{r_phi_t}-I_{r_phi_(t-T)}|；

S23、当支路3的A相发生单相接地故障时，母差保护启动时刻为t1时刻，计算t1时刻各支路有功功率P_{n_phi_t1}，因为支路1、2的A相向故障点提供故障电流，所以支路1、2电流方向为支路指向母线，支路3电流方向为母线指向支路，支路4不提供故障电流，即支路1、2的有功功率为负；

S24、计算t1时刻支路1、2的A相电流变化量ΔI_{n_phA_t1}及电流分布系数K_{n_phA_t1}，计算公式为：

S25、如果母线区内C相发生接地故障，将此时刻记为t3，计算支路1、2的该相电流突变量ΔI_{n_phC_t3}及该相电流分布系数K_{n_phC_t3}。因为支路1、2的C相向故障点提供故障电流，所以满足

及

开放差动继电器，其中K₁,K₂为系数，取值范围为0.5～2。

本发明中一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的装置的具体实施例，包括采集单元、差动计算单元、支路功率计算单元、功率方向判断单元、再启动计算单元和判定单元；其中：

所述采集单元，用于采集连接于母线上的各支路的电流，获得各支路的电流采样值

其中n＝1,2,3…m，表示支路编号，m为正整数，i＝A,B,C，phi表示相别；

所述差动计算单元，用于计算母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}；

所述支路功率计算单元，用于计算母差保护启动时刻T1时刻各支路的有功功率P_{n_phi_T1}，定义有功功率为正的支路的电流方向为母线指向支路，有功功率为负的支路的电流方向为支路指向母线；

所述功率方向判断单元，用于判断有功功率为负的支路个数是否大于0，是则计算T1时刻有功功率为负的支路的电流变化量ΔI_{n_phi_T1}及电流分布系数K_{n_phi_T1}，否则闭锁差动继电器；

所述再启动计算单元，如果某一相差动电流I_{d_phx}大于差动电流启动定值或者ΔI_{r_phi}大于制动电流变化量启动定值，将此时刻记为T2，计算T2时刻有功功率为负的支路的该相电流变化量ΔI_{n_phx_T2}及该相电流分布系数K_{n_phx_T2}；

所述判定单元，如果

并且

则开放差动继电器，否则闭锁差动继电器，其中K₁,K₂为预设常数。

其中，差动计算单元中母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}的计算公式为：

ΔI_{r_phi_t}＝|I_{r_phi_t}-I_{r_phi_(t-T)}|；

其中I_{r_phi_t}为当前时刻t的母线保护制动电流，I_{r_phi_(t-T)}为t-T时刻的母线保护制动电流，T为计算周期。

其中，t时刻电流变化量ΔI_{n_phi_t}及电流分布系数K_{n_phi_t}的计算公式为：

为t时刻支路电流采样值，

为t-T时刻支路电流采样值，T为预设计算周期；

t＝T1时，根据上述公式得到功率方向判断单元中ΔI_{n_phi_T1}、K_{n_phi_T1}的值；

t＝T2时，根据上述公式得到再启动计算单元中ΔI_{n_phx_T2}、K_{n_phx_T2}的值。

在本发明的思路下，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的技术手段进行替换、变换、修改，并且起到的作用与本发明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 (6)

1.一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采集连接于母线上的各支路的电流，获得各支路的电流采样值

其中n＝1,2,3…m，表示支路编号，m为正整数，i＝A,B,C，phi表示相别；

(2)计算母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}；

(3)计算母差保护启动时刻T1时刻各支路的有功功率P_{n_phi_T1}，定义有功功率为正的支路的电流方向为母线指向支路，有功功率为负的支路的电流方向为支路指向母线；

(4)如果有功功率为负的支路个数大于0，则计算T1时刻有功功率为负的支路的电流变化量ΔI_{n_phi_T1}及电流分布系数K_{n_phi_T1}，否则闭锁差动继电器；

(5)如果某一相差动电流I_{d_phx}大于差动电流启动定值或者ΔI_{r_phi_t}大于制动电流变化量启动定值，将此时刻记为T2，计算T2时刻有功功率为负的支路的该相电流变化量ΔI_{n_phx_T2}及该相电流分布系数K_{n_phx_T2}；

(6)如果

并且

则开放差动继电器，否则闭锁差动继电器，其中K₁,K₂为预设常数。

2.根据权利要求1所述的一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法，其特征在于：所述步骤(2)中母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}的计算公式为：

ΔI_{r_phi_t}＝|I_{r_phi_t}-I_{r_phi_(t-T)}|；

其中I_{r_phi_t}为当前时刻t的母线保护制动电流，I_{r_phi_(t-T)}为t-T时刻的母线保护制动电流，T为计算周期。

3.根据权利要求1所述的一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的方法，其特征在于：t时刻电流变化量ΔI_{n_phi_t}及电流分布系数K_{n_phi_t}的计算公式为：

其中

为t时刻支路电流采样值，

为t-T时刻支路电流采样值，T为预设计算周期；

t＝T1时，根据上述公式得到步骤(4)中ΔI_{n_phi_T1}、K_{n_phi_T1}的值；

t＝T2时，根据上述公式得到步骤(5)中ΔI_{n_phx_T2}、K_{n_phx_T2}的值。

4.一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的装置，其特征在于，包括采集单元、差动计算单元、支路功率计算单元、功率方向判断单元、再启动计算单元和判定单元；其中：

所述采集单元，用于采集连接于母线上的各支路的电流，获得各支路的电流采样值

其中n＝1,2,3…m，表示支路编号，m为正整数，i＝A,B,C，phi表示相别；

所述差动计算单元，用于计算母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}；

所述支路功率计算单元，用于计算母差保护启动时刻T1时刻各支路的有功功率P_{n_phi_T1}，定义有功功率为正的支路的电流方向为母线指向支路，有功功率为负的支路的电流方向为支路指向母线；

所述功率方向判断单元，用于判断有功功率为负的支路个数是否大于0，是则计算T1时刻有功功率为负的支路的电流变化量ΔI_{n_phi_T1}及电流分布系数K_{n_phi_T1}，否则闭锁差动继电器；

所述再启动计算单元，如果某一相差动电流I_{d_phx}大于差动电流启动定值或者ΔI_{r_phi_t}大于制动电流变化量启动定值，将此时刻记为T2，计算T2时刻有功功率为负的支路的该相电流变化量ΔI_{n_phx_T2}及该相电流分布系数K_{n_phx_T2}；

所述判定单元，如果

并且

则开放差动继电器，否则闭锁差动继电器，其中K₁,K₂为预设常数。

5.根据权利要求4所述的一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的装置，其特征在于：所述差动计算单元中母线保护差动电流I_{d_phi}、母线保护制动电流I_{r_phi}及制动电流变化量ΔI_{r_phi_t}的计算公式为：

ΔI_{r_phi_t}＝|I_{r_phi_t}-I_{r_phi_(t-T)}|；

其中I_{r_phi_t}为当前时刻t的母线保护制动电流，I_{r_phi_(t-T)}为t-T时刻的母线保护制动电流，T为计算周期。

6.根据权利要求4所述的一种基于电流分布系数识别非故障相饱和的装置，其特征在于：t时刻电流变化量ΔI_{n_phi_t}及电流分布系数K_{n_phi_t}的计算公式为：

其中

为t时刻支路电流采样值，

为t-T时刻支路电流采样值，T为预设计算周期；

t＝T1时，根据上述公式得到功率方向判断单元中ΔI_{n_phi_T1}、K_{n_phi_T1}的值；

t＝T2时，根据上述公式得到再启动计算单元中ΔI_{n_phx_T2}、K_{n_phx_T2}的值。

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