CN111398870A

CN111398870A - 一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法

Info

Publication number: CN111398870A
Application number: CN202010256601.4A
Authority: CN
Inventors: 郑茂然; 盛志文; 张弛; 陈朝晖; 张静伟; 李捷; 周红阳; 李银红
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; China Southern Power Grid Co Ltd
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; China Southern Power Grid Co Ltd
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2040-04-02
Also published as: CN111398870B

Abstract

本发明公开了一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法。本发明基于电力系统拓扑辨识判定当前电网运行状态下可测试的互感器集合；依据上述所判定互感器集合，结合电网拓扑进行继电保护互感器的极性测试。本发明通过对电网拓扑信息的获取与辨识技术快速可靠地筛选出当前运行状态下可进行极性测试的互感器并对其实施极性测试，提高了互感器极性测试的自动化程度和效率，易于实现，具有高度的可靠性和普适性。

Description

一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法

技术领域

本发明属于电力系统运行领域，更具体地，涉及一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法。

技术背景

继电保护是电网安全运行的第一道防线，主保护、开关拒动导致故障无法快速切除引发系统稳定破坏的风险是电网第一大风险。确保继电保护装置及回路正常运行是保证电网安全稳定运行的前提。

互感器在继电保护二次回路中起作一、二次回路的电压和电流隔离作用，它们的一、二次侧都有两个及以上引出端子。任何一侧的引出端子用错，都会使二次侧的相位变化180度，既影响继电保护装置正确动作，又影响电力系统的运行监控和事故处理，严重时还会危及设备及人身安全。因此，正确判断电压互感器和电流互感器的极性正确与否是一项十分重要的工作。

根据继电保护校验条例，凡新装或一、二次电流回路经过变动的保护互感器必须校准极性、相位正确后，才允许将保护装置正式投人运行，以防止接线错误和回路断线等原因造成保护误动作。对于基建、技改设备投产启动时均要进行带负荷测试极性，保证保护装置极性正确，在电网发生故障或异常时可以快速切除故障，确保电网安全稳定运行。

随着电网规模的不断扩大，电网结构日趋复杂，现有的互感器极性测试方法已难以适应继电保护校验条例的需求，且存在以下问题：

(1)传统的互感器极性测试是在安装时进行电路极性和物理方向的对应测试，工序复杂，需要逐个手动测试，并且对于已安装的互感器由于系统拓扑已确定难以准确测试；

(2)根据继电保护校验条例，只有符合要求的互感器才能进行测试，而电力系统的运行状态、各断路器的通断状态都会影响可测试互感器的选择，而使用传统方法会造成大量的重复测试和漏测试；

(3)传统测试方法选定一台待测试互感器后，当前系统运行拓扑可能并不满足测试条件，此时手动改变相应断路器的开合步骤复杂，且每个互感器测试都需要改变对应断路器的状态，工序复杂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷和继电保护校验条例的需求，本发明提供了一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，本发明解决现有测试方法中存在的测试流程复杂、对运行状态有要求、需要反复操作断路器配合、步骤冗余、且容易遗漏等问题，解决了人工确定可测互感器时工作量巨大并且容易出错的问题。本发明可以适应多种运行状态，且可在不用人为改变现有系统拓扑和运行状态的情况下选定可测试互感器并实施安装极性测试，最大可能地减少了测试步骤和冗余的操作，杜绝了测试遗漏的发生。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，包括以下步骤：

1)从EMS中读取当前电力系统的网络拓扑结构、运行状态和各断路器的通断情况；

2)定义空数组TAs用于储存当前状态下所有符合极性测试条件的互感器，定义空数组Nodes用于储存已经遍历过的节点编号，将各个断路器编号并存入临时数组QFs；

3)判断用于储存待处理断路器的临时数组QFs是否为空，如果为空则进入步骤13)，否则进入步骤4)；

4)从QFs中读取出一个断路器并将它记为QF-select，在系统拓扑结构中QF-select两端分别标记为a、b端，沿a端方向查找第一个交汇点记为a’；

5)条件1：判断a’是否为三叉交汇点并且三端分别连接两个互感器和一条引出线；

条件2：判断这两个互感器所在支路均有且只有一个断路器，这里定义两个拓扑上交汇点之间的无交汇点线形拓扑为支路；

条件3：判断a’是否不在Nodes数组中；

若条件1、2、3同时成立则进入步骤(6)，否则进入步骤10)；

6)将a’添加到Nodes数组中；

7)依次将交汇点a’三端分别记为：ap、aq、ar，其中：ap端处互感器记为TA-p，其支路断路器为QF-p，aq端处互感器记为TA-q，其支路断路器为QF-q；

8)判断断路器QF-p和断路器QF-q是否符合其中一个合闸、另一个分闸的状态，若是则进入步骤9)，否则进入步骤10)；

9)在断路器QF-p和断路器QF-q中将处于合闸状态的断路器记为QF，将该侧断路器对应的互感器记为TA，并将其加入数组TAs；

10)判断断路器QF-select两侧的a、b端是否都处理完毕，若是则进入步骤11)，否则进入步骤12)；

11)将断路器QF-select从QFs中删除，进入步骤3)；

12)沿断路器QF-select的b端方向查找第一个交点记为a’并进入步骤5)，继续处理断路器QF-select未处理的一端；

13)输出符合极性测试条件的互感器集合TAs；

14)对符合极性测试条件的互感器集合TAs中互感器进行互感器极性测试，流程结束。

本发明与现有技术相比，具有下列有益效果：本发明研究了从电网拓扑中提取电网结构信息并结合各断路器状态构建电网抽象结构的拓扑辨识技术，实现了对可进行测试继电保护互感器的快速搜索和判定，该判定结果可作为自动测试的重要依据。通过对电网拓扑信息的获取与辨识技术快速可靠地筛选出可进行互感器极性测试的断路器并对其进行极性测试，提高了互感器极性测试的自动化程度，易于实现，具有高度的可靠性和普适性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法流程示意图；

图2为测试网络断路器状态和互感器标定极性示意图；

图3为2号互感器测试示意图；

图4为3号互感器测试示意图；

图5为典型断路器周边拓扑示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示为本发明实施例提供的一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法流程示意图，图2列举出了一个测试实例，为避免歧义，下面对相关概念进行定义：

数组：储存相同类型对象的一种集合变量，外部以中括号表示，内部元素以逗号分开。例如某用于储存节点的数组Nodes内部包含1、2、3三个节点，则可表示为Nodes＝[1，2，3]；定义空数组为内部不含任何元素的数组，表示为[]；定义数组的添加方法为在右侧添加新元素，例如上述数组Nodes添加一个新节点4则会变为Nodes＝[1，2，3，4]。

节点、交点：在拓扑中任意位置端点都可称为节点，而若该点所连分支数大于2则称为交点。

支路：定义两个拓扑上交点之间的无交汇点线形拓扑为支路。

沿某方向查找：设某原件含a、b端，沿a方向查找即在拓扑中以(b→a)为基准方向进行搜索。

Bool类型变量：布尔类型变量是有两种逻辑状态的变量，它包含两个值：真和假，分别记为True和False。

下面用此实例来详细介绍本发明具体实施步骤：

测试网络的拓扑图如图2所示，断路器共3个(编号分别为11、22、33)用矩形表示，其中矩形的填充颜色表示断路器的开合状态(白色代表处于分闸状态，黑色代表处于合闸状态)，互感器共4个(编号分别为1、2、3、4)，其中互感器的同名端在图中以“*”标注正极性，定义N₁、N₂、N₃、N₄共4个节点，其中N₂节点引出有一条线路1，N₃节点引出有一条线路2。

2)定义空数组TAs用于储存当前状态下所有符合极性测试条件的互感器，定位空数组Nodes用于储存已经遍历过的节点编号，将各个断路器编号并存入临时数组QFs；

数组TAs的内部元素类型为互感器编号，本步骤为初始化过程该数组为空，即TAs＝[]；

数组Nodes的内部元素类型为节点编号，本步骤为初始化过程该数组为空，即Nodes＝[]；

数组QFs的内部元素类型为断路器编号，本步骤为初始化过程该数组内容为当前拓扑所有断路器编号，即QFs＝[11，22，33]，随着流程的处理将不断从本数组中删除已处理过的断路器编号直到数组为空；

3)判断用于储存待处理断路器的临时数组QFs是否为空，如果不为空则进入步骤13)，否则进入步骤4)；

4)从QFs中读取出一个断路器并将它记为QF-select，在系统拓扑结构中QF-select两端分别标记为a、b端，沿a端方向查找第一个交汇点记为a’；如图5所示展示了一种典型的电路其周边拓扑示意图，本步骤所述“沿a端方向查找第一个交点”具体来说就是，从断路器QF-select出发，沿着“b→a”的方向在拓扑中找到第一个交点(分支大于2的节点称为交点)如图5所示即为a’点。

条件2：判断这两个互感器所在支路均有且只有一个断路器；

条件3：判断a’是否不在Nodes数组中；

若条件1、2、3同时成立则进入步骤(6)，否则进入步骤(10)；

由附图3、图4可以看出，本发明所提及的互感器极性测试方法原理是在特定的引出线路上外加电源，当电流通过待测互感器则可以比较实际读数和安装参考读数是否吻合从而判断极性是否安装正确。由基尔霍夫电流定律，当电源与互感器支路之间的电通路唯一的时候，互感器支路电流方向可以唯一由电源支路电流方向决定，找到符合这种电路特征的拓扑对判定互感器是否可进行测试非常重要。如附图5所示为一种典型断路器周边拓扑示意图，在该断路器状态下，线路与互感器TA-q之间通路唯一，TA-q支路的电流方向唯一由线路电流决定即符合互感器极性测试的拓扑特征，而交点a’即为此结构的特征点，条件1中找出符合条件的特征点a’即可进一步找到这种典型的拓扑结构，为后面步骤进一步处理做准备。其中条件1具体地可以从附图5看出，在附图5中a’由3个分支ap、aq、ar交汇，其中ap、aq分支所连为互感器，ar分支为一条引出线，故而此情况满足条件1所述“分别连接两个互感器和一条引出线”，其他情况可以依此类推。

6)将a’添加到Nodes数组中；

7)依次将交汇点a’三端分别记为：ap(互感器)，aq(互感器)，ar(引出线)。其中：ap端处互感器记为TA-p，其支路断路器为QF-p。aq端处互感器记为TA-q，其支路断路器为QF-q；

本步骤中相关编号在图中的表示可参考附图5。

9)在断路器QF-p和断路器QF-q中将处于合闸状态的断路器记为QF，将该侧断路器对应的互感器记为TA并将其加入数组TAs；

以上所述断路器QF-select两侧的a、b端是否都处理完毕的具体判断方法为：以先a端后b端的顺序查找沿该端点方向的首个交点，并判断该交点是否在Nodes数组中，若a、b端所对应的交点都存在于Nodes数组中则表示a、b端都已处理完毕。

11)将断路器QF-select从QFs中删除，进入步骤(3)；

12)沿断路器QF-select的b端方向查找第一个交点记为a’并进入步骤(5)继续处理断路器QF-select未处理的一端；

以上所述断路器QF-select未处理的一端的具体判断方法为：以先a端后b端的顺序查找沿该端点方向的首个交点，并判断该交点是否在Nodes数组中，第一个找到的不存在于Nodes数组中的交点所对应的端点即为未处理的一端。

13)输出符合极性测试条件的互感器集合TAs；

本步骤中TAs数组中所储存的所有互感器即为符合极性测试条件的断路器集合，输出格式见表1。

其中，步骤14)中对互感器集合TAs中互感器进行互感器极性测试的步骤具体包括：

14.1)关闭待测试电网中所有可停发电机和负荷；

14.2)从TAs集合中取出一个未测互感器记为TA，以指向最近交点方向为参考正方向标记TA的设计安装方向，记为DirectionTA，DirectionTA为Bool类型变量，正为True，反为False；

14.3)找到在拓扑意义上离TA最接近的引出线，以外加电流的方式在引出线通以远离交点的电流；

为更详细说明以上步骤中的互感器测试流程，根据对本实施的流程运行结果，互感器2、互感器3为实施例所给条件下的可测互感器，附图3和附图4分别以互感器2、互感器3为例表示了互感器极性测试的示意图。以互感器2的测试过程为例如附图3所示，则步骤14.2中的TA为互感器2，步骤14.3中描述即为在N₂节点相连的引出线远端外加电源通以如图中箭头所示电流。以互感器3的测试过程为例如附图4所示，则步骤14.2中的TA为互感器3，步骤14.3中描述即为在N₃节点相连的引出线远端外加电源通以如图中箭头所示电流。

14.4)获取TA的读数，其正负记为PolarityTA，PolarityTA为Bool类型变量，正为True，负为Flase；

14.5)互感器TA的极性测试结果值为DirectionTA和PolarityTA两个布尔变量异或操作的结果取反，可表达为：

14.6)循环执行步骤14.2)～14.5)直至所有待测互感器都处理完毕；

14.7)子流程结束。

按照以上流程对附图2中测试网络运用本方法进行计算，可得出以下测试结果：

表1实施例互感器测试结果

可以看出，本发明方法判定互感器2和互感器3被判定为符合极性测试条件的互感器(当前状态下互感器1不符合继电保护校验条例规定，故本方法判定结论正确)，并且经过极性测试它们均安装正确，这与本实施例预设条件的实际情况吻合。

本发明基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，通过对电网拓扑信息的获取与辨识技术快速可靠地筛选出可进行极性测试的互感器并对其进行极性测试，提高了互感器极性测试的自动化程度，易于计算机实现。

Claims

1.一种基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

条件3：判断a’是否不在Nodes数组中；

若条件1、2、3同时成立则进入步骤6)，否则进入步骤10)；

6)将a’添加到Nodes数组中；

11)将断路器QF-select从QFs中删除，进入步骤3)；

13)输出符合极性测试条件的互感器集合TAs；

2.根据权利要求1所述的基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，其特征在于，步骤10)判断断路器QF-select两侧的a、b端是否都处理完毕的具体判断方法为：以先a端后b端的顺序查找沿该端点方向的首个交点，并判断该交点是否在Nodes数组中，若a、b端所对应的交点都存在于Nodes数组中则表示a、b端都已处理完毕。

3.根据权利要求1所述的基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，其特征在于，步骤12)断路器QF-select未处理的一端的具体判断方法为：以先a端后b端的顺序查找沿该端点方向的首个交点，并判断该交点是否在Nodes数组中，第一个找到的不存在于Nodes数组中的交点所对应的端点即为未处理的一端。

4.根据权利要求1所述的基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，其特征在于，步骤14)中对符合极性测试条件的互感器集合TAs中互感器进行互感器极性测试的步骤具体包括：

14.1)关闭待测试电网中所有可停发电机和负荷；

14.2)从TAs集合中取出一个未测互感器记为TA，以指向最近交点方向为参考正方向标记TA的设计安装方向，记为DirectionTA；

14.4)获取TA的读数，其正负记为PolarityTA；

14.5)互感器TA的极性测试结果值为DirectionTA和PolarityTA两个布尔变量异或操作的结果取反，表达为：

Result＝～(DirectionTA⊕PolarityTA)；

14.7)子流程结束。

5.根据权利要求3所述的基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，其特征在于上述DirectionTA为Bool类型变量，正为True，反为False。

6.根据权利要求4所述的基于电力系统拓扑辨识的继电保护互感器极性测试方法，其特征在于上述PolarityTA为Bool类型变量，正为True，负为Flase。