CN111797699A - 一种识别故障切除ct拖尾波形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种识别故障切除CT拖尾波形的方法，包括如下步骤：(1)继电保护主保护正确动作触发断路器失灵启动；(2)实时计算所构建数学函数f(n)＝i(n)*(i(n)‑i(n‑1))，并判断f(n)是否小于0；(3)若f(n)<0且统计计数器大于c时，判断为CT拖尾波形；(4)若提前出现f(n)>0或者断路器失灵启动返回，则复位统计计数器。本发明充分利用故障切除时衰减直流分量特征，构建数学函数进行CT拖尾波形识别，准确、及时将电流元件返回，避免失灵保护误动作，降低系统运行风险。

Description

一种识别故障切除CT拖尾波形的方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其是一种识别故障切除CT拖尾波形的方法。
背景技术
随着我国电网输电等级和容量的提高，TP(暂态保护用Transient protection)类电流互感器(current transformer，CT)大量应用于电网，给电力系统继电保护设备计算提供原始数据，保障电力系统安全运行。正常情况下，电流互感器能够将一次回路电流准确传变到二次回路。当电力系统发生故障，继电保护主保护动作跳开断路器后，因断开瞬间电流很可能不为零导致CT二次绕组通过电阻和电感回路释放能量，形成衰减直流分量，即CT拖尾现象。
电力系统发生故障，继电保护主保护正确动作出口，但由于断路器机构失灵没能跳开导致故障仍然存在，故配置断路器失灵保护作为后备保护。主保护跳令用于启动断路器失灵，电流元件用于判断故障仍然存在。对于故障切除时的CT拖尾波形，如果不做特殊处理，很容易误判为有流，达到整定时间则断路器失灵保护动作，从而扩大停电范围，造成电网事故。根据CT拖尾波形衰减特点，常规采取下列技术方案：
1、差分半波滤波算法。对于衰减时间常数较大的CT衰减电流波形，衰减过程相对平缓，差分半波滤波算法可在很大程度上滤除直流分量，差分半波计算幅值低于无流门槛，电流元件返回；
2、波形模糊识别。采样点逐点进行幅值变化判别，判断采样点是否长时间逐渐逼近时间轴，满足特征则电流元件返回；
3、引入电压判别。故障切除，母线或线路电压恢复正常，断路器失灵保护闭锁；
4、选择P级电流互感器用于断路器失灵保护，减少故障切除CT拖尾现象发生。
常规做法在一定程度上做到了故障切除CT拖尾时及时将断路器失灵保护电流元件返回，或通过电压闭锁保证断路器失灵保护不误动作出口，可有效防止故障切除范围扩大。但常规做法也存在一些问题，例如差分半波滤波算法在衰减时间常数较小的情况下，滤除效果有限；波形模糊识别存在幅值变化门槛取值合理性问题；部分使用场合，断路器失灵保护没有电压接入；而加装P级电流互感器则会带来额外投资增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种识别故障切除CT拖尾波形的方法，充分利用故障切除时衰减直流分量特征，构建数学函数进行CT拖尾波形识别，准确、及时将电流元件返回，避免失灵保护误动作，降低系统运行风险。
为解决上述技术问题，本发明提供一种识别故障切除CT拖尾波形的方法，包括如下步骤：
(1)继电保护主保护正确动作触发断路器失灵启动；
(2)实时计算所构建数学函数f(n)＝i(n)*(i(n)-i(n-1))，并判断f(n)是否小于0；i(n)和i(n-1)为继电保护装置中存在的已知量，n表示离散数字采样系统中按照工频每周波24点采样的当前采样点号，i(n)为当前采样点瞬时值，i(n-1)为当前上一采样点瞬时值；
(3)若f(n)<0且统计计数器大于c时，判断为CT拖尾波形，c为统计计数器判断的内部门槛；
(4)若提前出现f(n)>0或者断路器失灵启动返回，则复位统计计数器。
优选的，步骤(2)中，判断所构建数学函数f(n)是否小于0用于判断故障切除CT 波形是否满足衰减直流分量特征。
优选的，步骤(3)中，考虑工频电流最多维持半波时间就会出现波形往上拐或者往下拐的现象，在半波采样点数的基础上留一些裕度。
优选的，步骤(4)中，若提前出现f(n)>0或者断路器失灵启动返回，表示故障尚未切除或者继电保护主保护正确动作并已经收回跳令，复位统计计数器。
本发明的有益效果为：本发明构建数学函数识别故障切除CT拖尾波形，充分利用现有断路器失灵保护中的已知条件，算法简单可靠，不存在门槛取值难题，误判可能性低，风险可控，容易实现；本发明在发生电力系统故障、继电保护主保护正确动作切除故障时，15ms即可识别出是否发生CT拖尾波形，防止断路器失灵保护误动作出现扩大停电范围事故，保障电网安全。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明正半轴CT拖尾波形示意图。
图3为本发明负半轴CT拖尾波形示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种识别故障切除CT拖尾波形的方法，包括如下步骤：
(1)继电保护主保护正确动作触发断路器失灵启动；
(2)实时计算所构建数学函数f(n)＝i(n)*(i(n)-i(n-1))，并判断f(n)是否小于0；i(n)和i(n-1)为继电保护装置中存在的已知量，n表示离散数字采样系统中按照工频每周波24点采样的当前采样点号，i(n)为当前采样点瞬时值，i(n-1)为当前上一采样点瞬时值；
(3)若f(n)<0且统计计数器大于c时，判断为CT拖尾波形，c为统计计数器判断的内部门槛；
(4)若提前出现f(n)>0或者断路器失灵启动返回，则复位统计计数器。
如图2和图3所示，20ms系统发生故障，继电保护主保护正确动作，80ms故障切除。故障切除后，产生如上图所示的CT拖尾波形，直流分量逐渐衰减至0。图2为故障切除时刻电流初始值在正半轴，图3为故障切除时刻电流初始值在负半轴。本发明需要在系统发生故障且继电保护主保护正确动作情况下，快速识别出图2和图3从80ms 开始的CT拖尾波形。
本发明构建数学函数如公式(1)所示。
Figure BDA0002532559910000031
公式(1)中，i(t)为断路器CT电流随时间变化的瞬时值，
Figure BDA0002532559910000032
为断路器CT电流微分值，图2为正半轴电流衰减，i(t)>0，
Figure BDA0002532559910000033
故f(t)<0；图3中为负半轴电流衰减，i(t)<0，
Figure BDA0002532559910000034
故f(t)<0。公式(1)同时适应正半轴电流衰减和负半轴电流衰减两种情况。
系统正常运行时，断路器CT波形呈现为正常工频交流波形。当波形由正半轴转向负半轴时，i(t)由“+”变“-”，此时
Figure BDA0002532559910000035
不变为“-”，所以f(t)由“-”变“+”，f(t)>0不满足CT 拖尾波形判据。同理，当波形由负半轴转向正半轴时，i(t)由“-”变“+”，此时
Figure BDA0002532559910000036
不变为“+”，所以f(t)由“-”变“+”，f(t)>0也不满足CT拖尾波形判据。当波形处于正半轴的上升阶段以及负半轴的下降阶段，f(t)>0，不满足CT拖尾波形判据。
系统发生故障、继电保护主保护尚未动作切除故障时，CT波形呈现为工频负荷电流叠加工频故障电流以及衰减直流分量，即图2和图3中的20ms～80ms部分。因为衰减直流分量的影响，电流波形可能会“长时间”处于时间轴一侧，此时不能误判为CT 拖尾波形。以图2为例，因为衰减直流分量的叠加，公式中i(t)“长时间”大于0，但是因为工频电流的影响，理论上最多维持半波时间就会出现波形往上拐的现象，此时
Figure BDA0002532559910000041
由“-”变为“+”，f(t)>0，不满足CT拖尾波形判据。
离散数字采样系统中，公式(1)中的i(t)按照工频每周波采样24点设计，i(t)用i(n)替代，n表示当前采样点号，
Figure BDA0002532559910000042
用i(n)-i(n-1)代替，其中i(n)为当前采样点瞬时值， i(n-1)当前上一采样点瞬时值。则公式(1)转换为公式(2)。
f(n)＝i(n)*(i(n)-i(n-1)) (2)。

Claims (4)

1.一种识别故障切除CT拖尾波形的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)继电保护主保护正确动作触发断路器失灵启动；
(2)实时计算所构建数学函数f(n)＝i(n)*(i(n)-i(n-1))，并判断f(n)是否小于0；i(n)和i(n-1)为继电保护装置中存在的已知量，n表示离散数字采样系统中按照工频每周波24点采样的当前采样点号，i(n)为当前采样点瞬时值，i(n-1)为当前上一采样点瞬时值；
(3)若f(n(<0且统计计数器大于c时，判断为CT拖尾波形，c为统计计数器判断的内部门槛；
(4)若提前出现f(n)>0或者断路器失灵启动返回，则复位统计计数器。
2.如权利要求1所述的识别故障切除CT拖尾波形的方法，其特征在于，步骤(2)中，判断所构建数学函数f(n)是否小于0用于判断故障切除CT波形是否满足衰减直流分量特征。
3.如权利要求1所述的识别故障切除CT拖尾波形的方法，其特征在于，步骤(3)中，考虑工频电流最多维持半波时间就会出现波形往上拐或者往下拐的现象，在半波采样点数的基础上留一些裕度。
4.如权利要求1所述的识别故障切除CT拖尾波形的方法，其特征在于，步骤(4)中，若提前出现f(n)>0或者断路器失灵启动返回，表示故障尚未切除或者继电保护主保护正确动作并已经收回跳令，复位统计计数器。
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