CN111668816A - 一种基于电子互感器的断路器死区故障处理方法 - Google Patents

一种基于电子互感器的断路器死区故障处理方法 Download PDF

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CN111668816A CN202010407965.8A CN202010407965A CN111668816A CN 111668816 A CN111668816 A CN 111668816A CN 202010407965 A CN202010407965 A CN 202010407965A CN 111668816 A CN111668816 A CN 111668816A
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Abstract

本发明公开了一种基于电子互感器的断路器死区故障处理方法，该方法利用电子互感器的体积小、重量轻，抗干扰能力强、无饱和等优点，将电子互感器内置安装在元件机构本体内部，并配合元件外置安装的电子互感器一起来识别死区故障，并快速有选择性的切除死区故障，解决死区保护切除时间长，扩大化误切除非故障设备的问题，保障电力系统安全运行。

Description

一种基于电子互感器的断路器死区故障处理方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域，具体涉及一种断路器死区故障处理方法。
背景技术
目前变电站中针对断路器与电流互感器CT之间的死区位置保护方法，往往通过配置死区保护和断路器两侧差动保护交叉保护来实现死区故障切除；配置死区保护往往需要判别断路器跳开后的位置来识别死区，切除故障速度往往需要100ms的识别时间，动作速断慢。断路器两侧差动保护交叉保护的方法，对于断路器单侧安装CT的方式相当于扩大了死区故障，并且这两种方式都会存在扩大化切除故障的情况，不利于电力系统的安全运行。因此，有必要发明一种新的断路器死区故障处理方法。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种基于电子互感器的断路器死区故障处理方法，利用电子互感器的体积小、重量轻，抗干扰能力强、无饱和等优点，将电子互感器内置安装在元件机构本体内部，并配合元件外置安装的电子互感器一起来识别死区故障，并快速有选择性的切除死区故障，解决死区保护切除时间长，扩大化误切除非故障设备的问题，保障电力系统安全运行。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的一个方面提供了一种基于电子互感器的断路器死区故障处理方法，包括：
步骤1，第一元件采集第一电子互感器和第二电子互感器的量值数据，第二元件采集第一电子互感器和第三电子互感器的量值数据，其中，第一电子互感器安装在断路器本体机构内部，第二电子互感器和第三电子互感器分别安装在断路器本体机构外部的两侧；
步骤2，第一元件根据第一电子互感器和第二电子互感器的量值数据计算识别断路器死区故障位置，第二元件根据第一电子互感器和第三电子互感器的量值数据计算识别断路器死区故障位置；
步骤3，判断是否发生断路器死区1故障，如果是，则转入步骤5，如果否，转入步骤4；
步骤4，判断是否发生断路器死区2故障，如果是，则转入步骤6，如果否，则返回步骤2；
步骤5，闭锁第二元件的差动保护，利用第一元件的差动保护切除断路器死区1故障；
步骤6，闭锁第一元件的差动保护，利用第二元件的差动保护切除断路器死区2故障。
根据本发明的一个方面，在步骤2中，第一元件计算采样点差动电流 Iop1(k)，突变量采样点差动电流Iqd1(k)，采样点制动电流Ires1(k)以及向量差动电流Iop1，采用的计算公式分别为
Iop1(k)＝I1(k)+I2(k)
Ires1(k)＝|I1(k)|+|I2(k)|
Iq d1(k)＝|Iop1(k)-Iop1(k-2T)|
Figure RE-GDA0002619517230000021
其中，k为采样时刻，I1(k)和I2(k)分别为第一电子互感器和第二电子互感器在采样时刻k采样的电流值，Iop1(k-2T)为两个采样周期前的采样点差动电流，T为差动保护工频采样周期，N为差动保护一个采样周期T时间内的采样点总数。
根据本发明的一个方面，包括在步骤2中，第二元件计算采样点差动电流Iop2(k)，突变量采样点差动电流Iqd2(k)，采样点制动电流Ires2(k)以及向量差动电流Iop2，采用的计算公式分别为：
Iop2(k)＝I1(k)+I3(k)
Ires2(k)＝|I1(k)|+|I3(k)|
Iq d2(k)＝|Iop2(k)-Iop2(k-2T)|
Figure RE-GDA0002619517230000031
其中，k为采样时刻，I1(k)和I3(k)分别为第一电子互感器和第三电子互感器在采样时刻k采样的电流值，Iop2(k-2T)为两个采样周期前的采样点差动电流，T为差动保护工频采样周期，N为差动保护一个采样周期T时间内的采样点总数。
根据本发明的一个方面，所述断路器死区1的故障判别方法包括
首先，判别第一元件差动保护采样点中任一采样周期T内a个连续采样点是否满足以下条件：
Iqd1(k)-kf*Iqd1(k-2T)＞set1
当满足时启动断路器死区1的故障判别，其中kf∈(1.05,1.3)， set1＝max(0.3In,0.2Ie)，a为大于等于1的整数，In为电子互感器二次值，当第一元件或第二元件为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当第一元件或第二元件为非变压器时，Ie取值为0；
然后，判别在所述采样周期T内b个采样点是否满足以下条件：
Iop1(k)＞kb*Ires1(k)
Iop1(k)＞set2
当满足时判别为死区故障1；其中，kb∈(0.4,0.7)，set2＝max(0.2In,0.2Ie)， b为大于等于1的整数，In为电子互感器二次值，当第一元件或第二元件为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当第一元件或第二元件为非变压器时，Ie取值为0；
最后，判别是否满足以下条件：
Iop1＞set3
当满足时转入步骤5，其中set3为第一元件差动保护启动电流定值的0.9 倍。
根据本发明的一个方面，所述断路器死区2的故障判别方法包括
首先，判定第二元件差动保护采样点中任一采样周期T内有a个连续采样点是否满足以下条件：
Iqd2(k)-kf*Iqd2(k-2T)＞set1
当满足时启动死区2的故障判别，其中kf∈(1.05,1.3)， set1＝max(0.3In,0.2Ie)，a为大于等于1的整数，In为电子互感器二次值，当第一元件或第二元件为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当第一元件或第二元件为非变压器时，Ie取值为0；
然后，判定在所述采样周期T内有b个采样点是否满足以下条件：
Iop2(k)＞kb*Ires2(k)
Iop2(k)＞set2
当满足时判别为死区故障2，其中，kb∈(0.4,0.7)，set2＝max(0.2In,0.2Ie)， b为大于等于1的整数，In为电子互感器二次值，当第一元件或第二元件为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当第一元件或第二元件为非变压器时，Ie取值为0；
最后，判定是否满足以下条件：
Iop2＞set4
当满足时转入步骤6，其中set4为第二元件差动保护启动电流定值的0.9 倍。
根据本发明的一个方面，步骤2还包括对第一电子互感器和第二电子互感器的量值数据，以及第一电子互感器和第三电子互感器的量值数据进行极性调整。
根据本发明的一个方面，包括如果采集第一电子互感器和第二电子互感器的量值极性相同，则第一元件需要对第一电子互感器的量值数据乘以-1，否则不需要调整。
根据本发明的一个方面，包括如果采集第一电子互感器和第三电子互感器的量值极性相同，则第二元件需要对第一电子互感器的量值数据乘以-1，否则不需要调整。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
所述基于电子互感器的断路器死区故障处理方法，仅通过电子互感器CT 数据量值的接入，快速有选择性的切除死区故障，可以有效解决死区故障切除速度慢，时间长，扩大化切除故障的问题，保障电力系统安全运行，且对一次设备智能化和电子互感器的应用领域也起到一定的推广作用。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的元件1和元件2的电子互感器采样分布示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的一种基于电子互感器的断路器死区故障处理方法流程图.
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
随着智能变电站技术的逐步发展和不断完善提升，电子互感器已广泛应用于智能变电站领域。基于电子互感器传变原理，电子互感器具有采样数据无饱和，体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强等诸多优点。
图1示出了元件1和元件2的电子互感器采样分布示意图。电子式电流互感器CT1在断路器一次机构本体内部安装，电子式电流互感器CT2和CT3 分别安装在断路器本体外部两侧。如图1所示，元件1为母线，元件2为变压器，元件1保护范围c和元件2保护范围d相互重叠，死区1范围a和死区2范围b位于元件1保护范围c和元件2保护范围d的相互重叠区域内。故采用电子式电流互感器CT1，配合电子式电流互感器CT2和CT3一起来识别断路器死区1和死区2故障。元件1和元件2包括数据采集模块、数据计算模块、数据极性处理模块、死区故障判别模块及出口驱动执行模块。
图2示出了基于电子互感器的断路器死区故障处理方法的流程图。如图 2所示，该断路器死区故障处理方法包括如下步骤：
步骤S1：采集电流互感器CT1、CT2和CT3的量值数据。
元件1差动保护中的数据采集模块控制元件1采集电流互感器CT1和电流互感器CT2的电流量值数据，并在数据计算模块中，对采样量值进行CT 变比变换，将采样数据统一折算为基准变比下的数据量值，分别为I1(k)和 I2(k)；元件2差动保护中的采集模块控制元件2采集电流互感器CT1的电流量值数据和电流互感器CT3的电流量值数据；并在数据计算模块中，对采样量值进行CT变比变换，将采样数据统一折算为基准变比下的数据量值，分别为I1(k)和I3(k)。其中I1(k),I2(k),I3(k)分别为CT1、CT2和CT3的采样时刻k对应的采样点值,且均为平衡系数处理后的数据。
步骤S2：分别计算CT1和CT2的量值、CT1和CT3的量值识别死区故障位置。
元件1差动保护中的数据极性处理模块，将步骤A中计算的量值I1(k)和 I2(k)进行极性调整，如果采集接入元件1的两个CT量值极性相同则需要对电子互感器CT1的数据进行乘以-1；否则若采集接入元件1的两个CT量值极性相反，则不需要调整CT1的数据极性。
元件1的数据计算模块，按照公式1和公式2，分别计算出元件1的采样点差动电流Iop1(k)，突变量采样点差动电流Iqd1(k)，采样点制动电流 Ires1(k)以及向量差动电流Iop1。在该实施例中，装置采样率设置为1200Hz/s，每周波采样为24点。
Iop1(k)＝I1(k)+I2(k)
Ires1(k)＝|I1(k)|+|I2(k)|
Iq d1(k)＝|Iop1(k)-Iop1(k-48)|
(公式1)
Figure RE-GDA0002619517230000071
元件2差动保护中的数据极性处理模块，将步骤A中计算的量值I1(k)和 I3(k)进行极性调整，如果采集接入元件2的两个CT量值极性相同则需要对电子互感器CT1的数据进行乘以-1；否则若采集接入元件1的两个CT量值极性相反，则不需要调整CT1的数据极性。
元件2的数据计算模块，按照公式3和公式4，分别计算出元件2的采样点差动电流Iop2(k)，突变量采样点差动电流Iqd2(k)，采样点制动电流 Ires2(k)以及向量差动电流Iop2。在该实施例中，装置采样率设置为 1200Hz/s，每周波采样为24点。
Iop2(k)＝I1(k)+I3(k)
Ires2(k)＝|I1(k)|+|I3(k)|
Iq d2(k)＝|Iop2(k)-Iop2(k-48)|
(公式3)
Figure RE-GDA0002619517230000072
在该实施例中，元件1和元件2支持电子互感器数字量接入方式，且元件1采集的CT1和CT2电流极性相反，元件2采集的CT1和CT3电流极性相反，电流互感器CT2和CT3的电流极性也相反。
S3，判断是否发生死区1故障。
根据步骤2中的数据计算结果采用死区1故障的判别方法进行判断，如果发生死区1故障，则转入步骤5，对死区1故障进行相应处理；如果未发生，则返回步骤4。死区1故障的具体判别方法如下所示：
首先，若元件1为母线差动保护，元件1差动保护死区判别模块识别某一采样周期20ms内有3个连续采样点是否满足公式5，当满足时启动死区 2的故障判别。
Iqd1(k)-1.25*Iqd1(k-48)＞0.3In (公式5)
其中，In为电子互感器二次值，当元件1或元件2为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当元件1或元件2为非变压器时，Ie取值为0。这里，In为1A或5A规格，Ie为0。
其次，继续判别该采样周期20ms内有2个采样点是否满足公式6，当满足时，判别为死区故障1。
Iop1(k)＞0.5*Ires1(k)
Iop1(k)＞0.2In
(公式6)
其中，In为电子互感器二次值，当元件1或元件2为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当元件1或元件2为非变压器时，Ie取值为0。这里，In为1A或5A规格，Ie为0。
然后，继续判别是否满足公式7，当满足时转入S6。
Iop1＞set3 (公式7)
其中set3为元件1母差差动保护启动电流定值的0.9倍。
S4，判断是否发生死区2故障。
根据S2中的数据计算结果采用死区2故障的判别方法进行判断，如果发生死区2故障，则转入S6，对死区2故障进行相应处理；如果未发生，则转入S2。死区2故障的具体判别方法如下所示。
首先，若元件2为变压器差动保护，元件2差动保护死区判别模块识别某一采样周期20ms内有3个连续采样点满足公式8时，启动死区2的故障判别。
Iqd2(k)-1.25*Iqd2(k-48)＞0.2Ie (公式8)
其中In为电子互感器二次值，当元件1或元件2为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当元件1或元件2为非变压器时，Ie取值为0。这里，In为1A或5A规格，Ie为变压器高压侧基准电流；
其次，继续判别该采样周期20ms内有2个采样点满足公式9时，判别为死区故障1。
Iop2(k)＞0.5*Ires2(k)
Iop2(k)＞0.2Ie
(公式9)
其中，In为电子互感器二次值，当元件1或元件2为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当元件1或元件2为非变压器时，Ie取值为0。这里，In为1A或5A规格。
继续判别公式10时转入S5，
Iop2＞set4 (公式10)
其中set4为元件2变压器差动保护启动电流定值的0.9倍。
S5：闭锁元件2差动保护，元件1差动保护动作切除故障，完成故障处理后流程结束。闭锁元件2的变压器差动保护出口驱动模块，靠元件1母线差动保护的出口驱动模块跳闸切除死区1的故障。
S6：闭锁元件1差动保护，元件2差动保护动作切除故障，完成故障处理后流程结束。闭锁元件1的母线差动保护的出口驱动模块，靠元件2的变压器差动保护出口驱动模块跳闸切除死区2的故障。
综上所述，本发明通过在断路器一次机构本体内安置电子式电流互感器CT1，配合断路器外部两侧安装的电流互感器CT2和CT3一起来识别断路器死区故障；元件1差动保护采集CT1和CT2电流，元件2差动保护采集 CT1和CT3电流，若死区故障识别在CT1和CT2之间，则识别为死区1故障，闭锁元件2的差动保护，利用元件1的差动保护切除死区故障；若死区故障识别在CT1和CT3之间，则识别为死区2故障，闭锁元件1的差动保护，利用元件2的差动保护切除死区故障。本发明方法判别易实现、兼容了死区故障切除的快速性和选择性、方法适用范围广，可以有效解决死区故障切除速度慢，时间长，扩大化切除故障的问题，保障电力系统安全运行，且对一次设备智能化和电子互感器的应用领域也起到一定的推广作用。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于电子互感器的断路器死区故障处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，第一元件采集第一电子互感器和第二电子互感器的量值数据，第二元件采集第一电子互感器和第三电子互感器的量值数据，其中，第一电子互感器安装在断路器本体机构内部，第二电子互感器和第三电子互感器分别安装在断路器本体机构外部的两侧；
步骤2，第一元件根据第一电子互感器和第二电子互感器的量值数据计算识别断路器死区故障位置，第二元件根据第一电子互感器和第三电子互感器的量值数据计算识别断路器死区故障位置；
步骤3，判断是否发生断路器死区1故障，如果是，则转入步骤5，如果否，转入步骤4；
步骤4，判断是否发生断路器死区2故障，如果是，则转入步骤6，如果否，则返回步骤2；
步骤5，闭锁第二元件的差动保护，利用第一元件的差动保护切除断路器死区1故障；
步骤6，闭锁第一元件的差动保护，利用第二元件的差动保护切除断路器死区2故障。
2.根据权利要求1所述的断路器死区故障处理方法，其特征在于，在步骤2中，第一元件计算采样点差动电流Iop1(k)，突变量采样点差动电流Iqd1(k)，采样点制动电流Ires1(k)以及向量差动电流Iop1，采用的计算公式分别为
Iop1(k)＝I1(k)+I2(k)
Ires1(k)＝|I1(k)|+|I2(k)|
Iqd1(k)＝|Iop1(k)-Iop1(k-2T)|
Figure FDA0002492025520000021
其中，k为采样时刻，I1(k)和I2(k)分别为第一电子互感器和第二电子互感器在采样时刻k采样的电流值，Iop1(k-2T)为两个采样周期前的采样点差动电流，T为差动保护工频采样周期，N为差动保护一个采样周期T时间内的采样点总数。
3.根据权利要求1所述的断路器死区故障处理方法，其特征在于，包括在步骤2中，第二元件计算采样点差动电流Iop2(k)，突变量采样点差动电流Iqd2(k)，采样点制动电流Ires2(k)以及向量差动电流Iop2，采用的计算公式分别为：
Iop2(k)＝I1(k)+I3(k)
Ires2(k)＝|I1(k)|+|I3(k)|
Iqd2(k)＝|Iop2(k)-Iop2(k-2T)|
Figure FDA0002492025520000022
其中，k为采样时刻，I1(k)和I3(k)分别为第一电子互感器和第三电子互感器在采样时刻k采样的电流值，Iop2(k-2T)为两个采样周期前的采样点差动电流，T为差动保护工频采样周期，N为差动保护一个采样周期T时间内的采样点总数。
4.根据权利要求2所述的断路器死区故障处理方法，其特征在于，所述断路器死区1的故障判别方法包括：
首先判别第一元件差动保护采样点中任一采样周期T内a个连续采样点是否满足以下条件：
Iqd1(k)-kf*Iqd1(k-2T)＞set1
当满足时启动断路器死区1的故障判别，其中kf∈(1.05,1.3)，set1＝max(0.3In,0.2Ie)，a为大于等于1的整数，In为电子互感器二次值，当第一元件或第二元件为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当第一元件或第二元件为非变压器时，Ie取值为0；
然后判别在所述采样周期T内b个采样点是否满足以下条件：
Iop1(k)＞kb*Ires1(k)
Iop1(k)＞set2
当满足时判别为死区故障1；其中，kb∈(0.4,0.7)，set2＝max(0.2In,0.2Ie)，b为大于等于1的整数，In为电子互感器二次值，当第一元件或第二元件为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当第一元件或第二元件为非变压器时，Ie取值为0；
最后判别是否满足以下条件：
Iop1＞set3
当满足时转入步骤5，其中set3为第一元件差动保护启动电流定值的0.9倍。
5.根据权利要求3所述的断路器死区故障处理方法，其特征在于，所述断路器死区2的故障判别方法包括
首先判定第二元件差动保护采样点中任一采样周期T内有a个连续采样点是否满足以下条件：
Iqd2(k)-kf*Iqd2(k-2T)＞set1
当满足时启动死区2的故障判别，其中kf∈(1.05,1.3)，set1＝max(0.3In,0.2Ie)，a为大于等于1的整数，In为电子互感器二次值，当第一元件或第二元件为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当第一元件或第二元件为非变压器时，Ie取值为0；
然后判定在所述采样周期T内有b个采样点是否满足以下条件：
Iop2(k)＞kb*Ires2(k)
Iop2(k)＞set2
当满足时判别为死区故障2，其中，kb∈(0.4,0.7)，set2＝max(0.2In,0.2Ie)，b为大于等于1的整数，In为电子互感器二次值，当第一元件或第二元件为变压器时，Ie取值为变压器高压侧基准电流，当第一元件或第二元件为非变压器时，Ie取值为0；
最后判定是否满足以下条件：
Iop2＞set4
当满足时转入步骤6，其中set4为第二元件差动保护启动电流定值的0.9倍。
6.根据权利要求1所述的断路器死区故障处理方法，其特征在于，步骤2还包括对第一电子互感器和第二电子互感器的量值数据，以及第一电子互感器和第三电子互感器的量值数据进行极性调整。
7.根据权利要求6所述的断路器死区故障处理方法，其特征在于，包括如果采集第一电子互感器和第二电子互感器的量值极性相同，则第一元件需要对第一电子互感器的量值数据乘以-1，否则不需要调整。
8.根据权利要求6所述的断路器死区故障处理方法，其特征在于，包括如果采集第一电子互感器和第三电子互感器的量值极性相同，则第二元件需要对第一电子互感器的量值数据乘以-1，否则不需要调整。
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