变电站母线差动保护方法与装置
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域,具体涉及变电站母线差动保护方法与装置。
背景技术
母线差动保护作为电力系统中母线的主保护,它对电力系统的安全运行起着非常重要的作用,但母线保护的不正确动作(包括拒动和误动)给电力系统造成的危害也是巨大的。
现有技术中,申请公布号为CN108963974A的中国发明专利申请提供的一种防止区外故障切除差动保护误动的方法,一定程度上避免了区外故障切除时由于CT特性原因导致差动保护误动,但是,该方法通过判别某个采样点的差动电电流,直接判定三相差动保护继电器动作,导致三相差动保护继电器动作的判定不准确,从而导致判定为区内故障不准确,最终造成差动保护误动。
发明内容
本发明的目的是提供一种变电站母线差动保护方法与装置,用于解决现有技术中由于三相差动保护继电器动作的判定不准确导致的差动保护误动问题。
基于上述目的,变电站母线差动保护方法的技术方案一如下:
1)采集差动电流,判断是否满足差动保护启动判别;
若满足差动保护启动判别,按照A、B、C三相分别判断每相差动保护是否判为区内故障;
2)当某相差动保护判为区内故障时,连续N1个采样点中满足动作方程的个数为N0≥n1时判为该相差动保护继电器动作,其中N0为在一个周波内满足三相差动保护继电器动作方程的采样点数,N1、n1为设定值,且N1/2<n1<N1;
3)该相差动保护继电器动作后,差动保护瞬时动作。
上述技术方案的有益效果是:
本发明的差动保护方法在差动保护启动后,先按照A、B、C三相判断每相差动保护是否判为区内故障,当判为区内故障时,通过统计在一个周波内满足三相差动保护继电器动作方程的采样点数N0,当连续N1个采样点中满足N0≥n1时判为该相差动保护继电器动作,差动保护瞬时动作。本发明通过对差动保护继电器动作的判别逻辑进行了改进,保证了差动保护继电器动作的判别准确性,避免了错误判定某相差动保护继电器动作导致的差动保护误动问题。
为了实现区外故障的判别及保护,进一步,步骤1)中还包括:按照A、B、C三相分别判断每相差动保护是否为区外故障;
步骤2)中还包括:当某相差动保护判为区外故障时,连续N2个采样点中满足N0≥n2时判为该相差动保护继电器动作,其中N2、n2为设定值,且3/2*N2<n2<N2,N1<N2。
本发明利用了变数据窗技术,通过设置N1<N2,在区内故障时通过短窗N1判别某相差动保护继电器,保证差动保护的快速性;在区外故障时通过长窗N2判别某相差动保护继电器,保证差动保护的可靠性。
为了保证判为区内严重故障时差动保护也能快速动作,进一步,还包括以下步骤:
若差动保护不判为区内故障,判断三相差动电流是否满足对称性判别;
若三相差动电流满足对称性判别,判断差动保护动作时设定周期前是否存在差流,判断当前的差动电流是否大于差动保护高定值门槛值,母线电压是否低于电压门槛值,以及判断差动保护启动是否满足设定的时间阈值;
当差动保护动作时设定周期前不存在差流,当前的差动电流大于差动保护高定值门槛值,母线电压低于电压门槛值,差动保护启动满足设定的时间阈值,则判定区内严重故障,差动保护瞬时动作。
为了保证对称性判别的可靠性,进一步,所述对称性判别的公式为:
|ΔiK|>k2|ΔiK.MAX| (1)
|ΔiK|>k3|ΔiK.MAX| (2)
式中,ΔiK为将三相差动电流进行微分后的电流采样值,ΔiK.MAX为微分后一周波内采样值的最大峰值,k2>k3,k2、k3为常数;
当三相差动电流在一个周波内满足公式(1)的采样点数大于第一设定值,且满足公式(2)的采样点数大于第二设定值时,判定三相差动电流满足对称性判别。
基于上述目的,变电站母线差动保护装置的技术方案如下:
包括处理器,用于执行指令以实现上变电站母线差动保护方法的技术方案一中的步骤。
基于上述目的,变电站母线差动保护方法的技术方案二如下:
1)采集差动电流,判断是否满足差动保护启动判别;
若满足差动保护启动判别,按照A、B、C三相分别判断每相差动保护是否为区外故障;
2)当某相差动保护判为区外故障时,连续N2个采样点中满足N0≥n2时判为该相差动保护继电器动作,其中N0为在一个周波内满足三相差动保护继电器动作方程的采样点数,其中N2、n2为设定值,且2/3*N2<n2<N2,N1<N2;
3)该相差动保护继电器动作后,且差动保护启动小于设定的时间阈值,差动保护瞬时动作。
上述技术方案的有益效果是:
本发明的差动保护方法在差动保护启动后,先按照A、B、C三相判断每相差动保护是否判为区外故障,当判为区外故障时,通过统计在一个周波内满足三相差动保护继电器动作方程的采样点数N0,当连续N2个采样点中满足N0≥n2时判为该相差动保护继电器动作,如果差动保护启动小于设定的时间阈值,差动保护瞬时动作。本发明通过对差动保护继电器动作的判别逻辑进行了改进,保证了差动保护继电器动作的判别准确性,避免了错误判定某相差动保护继电器动作导致的差动保护误动问题。
为了保证区外故障转为区内严重故障时,差动保护也能快速动作,进一步,还包括以下步骤:
若差动保护判为区外故障,判断三相差动电流是否满足对称性判别;
若三相差动电流满足对称性判别,判断差动保护动作时设定周期前是否存在差流,判断当前的差动电流是否大于差动保护高定值门槛值,母线电压是否低于电压门槛值,以及判断差动保护启动是否满足设定的时间阈值;
当差动保护动作时设定周期前不存在差流,当前的差动电流大于差动保护高定值门槛值,母线电压低于电压门槛值,差动保护启动满足设定的时间阈值,则判定区内严重故障,差动保护瞬时动作。
为了保证对称性判别的可靠性,进一步,所述对称性判别的公式为:
|ΔiK|>k2|ΔiK.MAX| (1)
|ΔiK|>k3|ΔiK.MAX| (2)
式中,ΔiK为将三相差动电流进行微分后的电流采样值,ΔiK.MAX为微分后一周波内采样值的最大峰值,k2>k3,k2、k3为常数;
当三相差动电流在一个周波内满足公式(1)的采样点数大于第一设定值,且满足公式(2)的采样点数大于第二设定值时,判定三相差动电流满足对称性判别。
基于上述目的,变电站母线差动保护装置的技术方案如下:
包括处理器,用于执行指令以实现上变电站母线差动保护方法的技术方案二中的步骤。
附图说明
图1是现有技术的双母线接线方式主接线图;
图2是本发明的差动保护动作的逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例一:
双母线接线方式主接线图如图1所示,母线大差比率差动保护由TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7六侧电流构成,母线电压取TV1、TV2;I母线小差比率差动保护由TA1、TA2、TA3、TA4四侧电流构成,母线电压取TV1;II母小差比率差动保护由TA1、TA5、TA6、TA7四侧电流构成,母线电压取TV2。
基于上述各差动保护,本发明提出一种变电站母线差动保护装置,包括处理器,用于执行指令以实现变电站母线差动保护方法。具体的,差动保护动作的逻辑图如图2所示,该装置中实现的变电站母线差动保护方法如下:
(1)采集差动保护电流,判断是否满足差动保护启动判别,差动保护启动判别的数学公式为:
Iop>0.8Iop.0
上式中,Iop为任一相差动保护差动电流的幅值,Iop.0为差动保护启动电流定值。
若步骤(1)不满足差动保护启动判别,说明差动保护未启动,则不再对差动继电器、区内外故障和差动电流波形对称性进行判别,即不进行下面步骤(2)~(5),直接闭锁差动保护。
(2)差动保护按A、B、C三相分别判断每相差动保护是否区内、区外故障,即从故障起始点开始按采样值逐点进行判别,当连续M个采样点中有N个采样点均满足动作方程时,则判为区内故障,否则判为区外故障。判别的动作方程为:
上式中,iop(t)为差动保护差动电流的采样值,if(t)为差动保护制动电流的采样值,取各侧电流采样值的绝对值的和,IN为电流互感器的二次额定值,每周波采样24点,M取5,N取3。
(3)当某相差动保护判为区内故障时,连续11个采样点中满足动作方程的个数为N0≥6时判为该相差动保护继电器动作,其中N0为在一个周波内(24点)满足三相差动保护继电器动作方程的采样点数。具体的,判别的动作方程为:
上式中,k1为比率制动系数,取值范围为0.3~0.5。
该相差动保护继电器动作后,差动保护瞬时动作,不再进行后续步骤(4)和步骤(5)。
当某相差动保护判为区外故障时,连续20个采样点中满足N0≥17时判为该相差动保护继电器动作;该相差动保护继电器动作后,如果差动保护启动小于设定的时间阈值40ms,差动保护瞬时动作。如果差动保护启动大于或等于设定的时间阈值40ms,为了防止区外故障转换为区内故障,因此还需继续进行以下步骤进行判别:
(4)将三相差动电流波形进行微分,微分方程为:
ΔiK=iK-iK-1
上式中,iK为当前点采样值、iK-1为前一点采样值,ΔiK为微分后的电流采样值。
将微分后的三相差流波形分别进行对称性比较,通过设定高定值k1和低定值k2进行判别,判别公式为:
|ΔiK|>k2|ΔiK.MAX| (1)
|ΔiK|>k3|ΔiK.MAX| (2)
上式中,ΔiK.MAX为微分后一周波内采样值的最大峰值;k2为常数,取值范围为0.4~0.5;k3为常数,取值范围为0.15~0.20。
统计微分后三相差流中一个周波(24点)内满足公式(1)的采样点数为NP1,满足公式(2)的采样点数为NP2,微分后任一相差流满足NP1≥13且NP2≥19时判为该相差动电流波形满足对称性判别。
(5)若差动保护不判为区内故障(即判为区外故障),且三相差动电流满足对称性判别,则分别进行以下判断来判定区内严重故障:
①判断差动保护动作时设定周期前是否存在差流。
例如,按相判别差动保护动作时两周前是否存在差流,两周前差流大于0.8倍差动保护启动电流定值时存在差流,判别方程为:。
Iop(t-2T)>0.8Iop.0
上式中Iop(t-2T)为差动保护两周前差动电流的幅值。
②判断当前的差动电流是否大于差动保护高定值门槛值,母线电压是否低于电压门槛值。判别方程为:
上式中,UΦ(t)为母线A、B、C三相电压的幅值,USET为电压门槛值,取值范围为0.6UN~0.7UN,UN为系统侧PT二次额定相电压;Iop.H为差动保护高定值门槛值,取max{4Iop.0,2IN}。
③判断差动保护启动是否大于设定的时间阈值,如40ms。
当差动保护动作时在前两个周期内不存在差流,当前的差动电流大于差动保护高定值门槛值,母线电压低于电压门槛值,差动保护启动超过40ms,则判定区内严重故障,差动保护瞬时动作。反之,上述四种判别任一个不满足时,差动保护延时动作,差动保护延时动作时间为20ms~30ms。
本发明的差动保护方法在差动保护启动后,先按照A、B、C三相判断每相差动保护是否判为区内故障还是区外故障,当判为区内故障时,通过统计在一个周波内满足三相差动保护继电器动作方程的采样点数N0,当连续N1个采样点中满足N0≥n1时判为该相差动保护继电器动作,差动保护瞬时动作;当判为区外故障时,当连续N2个采样点中满足N0≥n1时判为该相差动保护继电器动作,差动保护瞬时动作。本发明通过对差动保护继电器动作的判别逻辑进行了改进,保证了差动保护继电器动作的判别准确性,避免了错误判定某相差动保护继电器动作导致的差动保护误动问题。
另外,本发明的差动保护方法将差动电流波形进行对称性比较,结合母线电压、差动电流的大小以及差动保护启动的时间识别区内严重故障,与区外故障区分开。这是由于区外故障切除时母线电压高、差动电流较小,而区内严重故障时母线电压低、差动电流很大,因此,可通过母线电压和差动电流的大小来识别区内严重故障,保证区外故障时差动保护不误动,区内严重故障时差动保护快速动作,提高保护装置的可靠性。
实施例二:
本实施例提出一种变电站母线差动保护装置,包括处理器,用于执行指令,以实现如下变电站母线差动保护方法:
1)采集差动电流,判断是否满足差动保护启动判别;
若满足差动保护启动判别,按照A、B、C三相分别判断每相差动保护是否为区外故障;
2)当某相差动保护判为区外故障时,连续N2个采样点中满足N0≥n2时判为该相差动保护继电器动作,其中N0为在一个周波内满足三相差动保护继电器动作方程的采样点数,其中N2、n2为设定值,且n2<N2,如分别为17、20;
3)该相差动保护继电器动作后,且差动保护启动小于设定的时间阈值40ms,差动保护瞬时动作。
本实施例的区外故障与实施例一中的区外故障相同,这里不再赘述,而本实施例提出的目的在于,本实施例的变电站母线差动保护方法针对的是判别区外故障的差动保护,而不限于实施例一中判别的区内故障的差动保护,可以采用现有技术的判别方法判别区内故障。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。
例如,实施例一中分别提出了针对区内故障、区外故障的差动保护方法,但是两个差动保护方法可以单独实现,而不必须配合实现,例如,可以采用实施例中针对区内故障的差动保护方法,结合现有技术中区外故障的差动保护方法。
另外,本实施例中的处理器既可以是计算机,也可以是微处理器,如ARM等,还可以是可编程芯片,如FPGA、DSP等。
因此,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。