CN113534011A - 一种智慧变电站电流互感器断线识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智慧变电站电流互感器断线识别方法及装置，采用集群测控装置采集的多间隔电压和电流综合判别。根据电流互感器断线与系统故障的特征来识别电流互感器断线：首先采用同一母线上的电压和其他间隔的电流进行判别，当母线并联运行时再判别另一段母线上的电压和电流，当母线电压或其他间隔电流有变化时闭锁电流互感器断线判别，通过本发明的技术方案，解决了单间隔电压和电流判别电流互感器断线时可能误报的问题，提高了电流互感器断线识别的可靠性。

Description

一种智慧变电站电流互感器断线识别方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统故障检测技术领域，尤其涉及一种智慧变电站电流互感器断线识别方法及装置。

背景技术

国网公司从2009年开始进行智能变电站建设并逐渐大规模推广应用，相对于传统变电站而言，智能变电站具有诸多优势，主要体现在：(1)采用数字信号传输和处理，适用范围广、精度高、稳定高效，便于数据共享。光纤作为数字传输载体，具有传输容量大、损耗低、距离远、抗干扰能力强，防雷性能好、经济环保等优势。(2)全面采用IEC61850协议，统一了信息和通讯模型，采用“三层两网”的分层架构，实现了变电站信息的数字采集和网络化信息交换，但测控和110kV及以下电压等级保护均采用单套配置，存在单点故障导致功能失效的隐患，整体可靠性不高，无法完全适应变电站无人值守的要求，严重影响电力系统的安全稳定运行。

为了更好的适应变电站无人值守要求，提升电网安全稳定运行水平，提高电网运行效率，降低建设和运行成本，在变电站自动化系统方面，变电站测控装置在变电站二次系统中的属于间隔层设备，是变电站自动化系统间隔层的核心设备。对上连接站控层设备，包括监控后台、远动装置等；对下连接过程层设备，包括智能终端、合并单元等，起到了承上启下的作用。

随着电网和计算机技术的快速发展，数据采集和处理能力不断加强，系统功能得到了长足发展，但各级主子站系统对各类信息的可靠性、及时性要求仍未得到全面满足。目前国内不同电压等级智能变电站中二次设备的配置要求不尽相同，110kV及以下电压等级变电站中采用保测一体化配置，220kV及以上电压等级采用独立配置的测控装置。一般多数变电站考虑到成本因素，测控均采用单套配置，即每个间隔只配备一套测控装置。这给变电站的安全稳定运行带来了一定的隐患，存在如下问题。

(1)单套模式运行可靠性低

单套配置模式下，所有间隔测控均没有备用。当该间隔测控故障或检修退出运行时，由于没有备用测控导致该间隔测控功能丧失，将对无人值守变电站远方集中监控的安全产生严重威胁。此外单套模式在数据可靠性方面也存在较大的缺陷，由于只有单套设备进行信息采集，若某测控出现异常数据或数据错误，往往由于没有比对数据而无法发现该错误数据。因此目前的单套运行方式无法全面支撑未来电网的快速发展。迫切需要在信息提供机制上进行拓展和创新。

(2)无法快速发现故障测控

对于单套测控运行方式，若测控出现故障需要快速发现故障，减小故障测控在网运行时间。但目前没有快速发现告警故障测控的设备或方法，仅靠人工方式判断设备是否故障。若出现断网等易发觉故障，则判断时间较短，若出现错误数据等不易发觉故障，则判断时间将完全依赖运行人员的技术水平与经验，严重影响了远方调控中心及变电站监控系统的安全运行。

作为智能变电站运行数据信息采集和执行一次设备操作控制的主要设备，测控装置是实现系统安全稳定运行的重要基础。然而，在提升变电站测控功能可靠性方面，业内主要是参考保护双重化思想，对测控装置的双套配置方案进行了讨论和研究，但由于设备标准化不足、双套配置成本过高、系统运维复杂等问题，一直没有形成可用于工程实施和推广应用的方案，变电站测控装置冗余备用机制缺失的问题尚未得到有效的解决。

现有技术中，测控功能电流互感器断线判别通常采用单间隔的电流量进行判别，当满足以下条件：

任一相电流小于0.5％I_N，且负序电流及自产零序电流大于10％I_N；

其中I_N为电流互感器二次额定值，通常1A或5A。

延时10s后报电流互感器断线告警，若条件不满足10s后电流互感器断线告警返回。

根据上述判别方法，对于缓慢爬升的高阻接地故障，由于负荷电流叠加零序电流后可能出现某一相电流小于

的情况，当故障持续时间长，且负序电流及自产零序电流大于

的情况下会误报电流互感器断线，从而造成变电站损失。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种变电站电流互感器断线识别方法及装置，采用集群测控装置采集的多间隔电压和电流量综合判别。根据电流互感器断线与系统故障的特征来识别电流互感器断线，解决了单间隔电压和电流判别电流互感器断线时可能误报的问题，提高电流互感器断线识别的可靠性。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变电站电流互感器断线识别方法，包括步骤：

S1、监测各支路的负序电流幅值，判断负序电流幅值是否大于启动阈值，若任一支路的负序电流幅值大于启动阈值，则进行下一步；

S2、对该支路的电流进行断线判别，若电流满足断线电流判据，则进行下一步；

S3、对该支路对应的母线电压、以及该母线的其他间隔电流进行断线判别，若母线电压满足电压判据并且其他间隔电流满足间隔电流判据，则进行下一步；

S4、判断分段断路器是否在合闸位置，若是，则进行下一步，若否，则跳转至S6；

S5、判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流是否满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据，若是，则进行下一步；

S6、判断为发生电流互感器断线故障并告警。

进一步的，所述断线电流判据包括：对于该支路任一相电流幅值低于相电流无电流门限值I_th时，其他两相的相电流幅值

以及该支路三相自产零序电流幅值3I_01.1(t)，

且

3I_01.1(t)＞I_th2

其中，I_th1为第一电流阈值，I_th2为第一零序电流阈值。

进一步的，所述电压判据包括：对于该支路对应的母线负序电压幅值U_2.1(t)，以及该母线零序电压幅值3U_0.1(t)，

其中，U_th1为负序电压阈值，U_th0为零序电压阈值，U_th2为电压突变阈值，U_th3为零序电压突变阈值，U_2.1(t-2T)为该支路对应的母线两周前负序电压幅值，3U_0.1(t-2T)为该母线两周前零序电压幅值。

进一步的，所述间隔电流判据包括：对于该母线其他间隔的每一相电流幅值

以及该母线其他间隔三相自产零序电流幅值3I_02.1(t)，

其中，I_th为相电流的无电流门限值，

为该母线其他间隔的该相两周前电流幅值，I_th3为第二电流阈值，I_th4为第二零序电流阈值。

进一步的，所述相邻电压判据包括：对于相邻母线的每一相电压幅值

其中，

为该支路对应的母线一相电压幅值，U_th4为母线电压阈值。

进一步的，所述相邻间隔电流判据包括：对于相邻母线所有间隔的每一相电流幅值

以及相邻母线所有间隔的三相自产零序电流幅值3I_01.2(t)，

其中，I_th为相电流的无电流门限值，

为相邻母线所有间隔的该相两周前电流幅值，I_th5为第三电流阈值，I_th6为第三零序电流阈值。

进一步的，还包括判断为发生电流互感器断线故障后，延时第一延时时间T_delay后告警。

根据本发明的另一个方面，提供了一种变电站电流互感器断线识别装置，包括电流互感器断线判别启动模块、支路电流判别模块、母线电压电流判别模块、以及相邻母线电压电路判别模块；其中，

所述电流互感器断线判别启动模块监测各支路的负序电流幅值，判断负序电流幅值是否大于启动阈值；

所述支路电流判别模块对该支路的电流进行断线判别，以判断电流满足断线电流判据；

所述母线电压电流判别模块对该支路对应的母线电压、以及该母线的其他间隔电流进行断线判别，判断母线电压是否满足电压判据并且其他间隔电流是否满足间隔电流判据；

所述相邻母线电压电路判别模块，当分段断路器在合闸位置时，判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流是否满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据。

进一步的，还包括告警模块，所述告警模块，

当分段断路器在合闸位置时，相邻母线电压电路判别模块判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据；或者，

当分段断路器在分闸位置时，母线电压电流判别模块判断母线电压满足电压判据并且其他间隔电流满足间隔电流判据；

判断为发生电流互感器断线故障并告警。

进一步的，还包括延时模块，所述延时模块，在告警模块判断为发生电流互感器断线故障后，延时第一延时时间T_delay后告警。

综上所述，本发明提供了一种智慧变电站电流互感器断线识别方法及装置，采用集群测控装置采集的多间隔电压和电流综合判别。根据电流互感器断线与系统故障的特征来识别电流互感器断线：首先采用同一母线上的电压和其他间隔的电流进行判别，当母线并联运行时再判别另一段母线上的电压和电流，当母线电压或其他间隔电流有变化时闭锁电流互感器断线判别，通过本发明的技术方案，解决了单间隔电压和电流判别电流互感器断线时可能误报的问题，提高了电流互感器断线识别的可靠性。

附图说明

图1是单母线分段接线方式下的主接线示意图；

图2是本发明变电站电流互感器断线识别方法的流程图；

图3是本发明变电站电流互感器断线识别装置的构成框图。

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。

下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种智慧变电站电流互感器断线识别方法，该识别方法基于变电站集群测控装置采集的多间隔的电压量和电流量进行综合判断，以提高电流互感器断线识别的可靠性。图1中示出了单母线分段接线方式下的主接线示意图，如图1所示，I和II为两段母线，断路器DL1为分段断路器，断路器DL2和DL3位于I母，断路器DL4和DL5位于Ⅱ母，当断路器DL1处于合闸位置时两段母线并联运行。集群测控装置利用电流互感器TA1、TA2、TA3、TA4、TA5采集单母线分段接线方式下所有间隔的电流，利用电压互感器PT1和PT2采集两段母线的电压。该方法的流程图如图2所示，以下结合图1和图2对本实施例的识别方法进行说明。该方法包括如下步骤：

S1、监测各支路的负序电流幅值，判断负序电流幅值是否大于启动阈值，若任一支路的负序电流幅值大于启动阈值，则进行下一步。图1中电流互感器TA1、TA2、TA3、TA4、TA5的位置对应各个支路，本实施例中共有5个支路，实际应用时，可能存在更多或者更少支路，在此本发明不做具体限定。该步骤中，若任一支路的负序电流幅值有突变，即大于启动阈值，则启动电流互感器断线判别程序，具体判据可按照下式：

I_2.1(t)＞I_th0

其中，T_2.1(t)为发生突变的支路的负序电流幅值，I_th0为启动阈值，通常启动阈值I_th0可以设置为0.1I_N，I_N为电流互感器二次额定值，为1A或5A。

S2、对该支路的电流进断线判别，若电流满足断线电流判据，则进行下一步。进入电流互感器断线判别程序后，首先对对该支路的电流进断线判别，断线电流判据如下：

对于该支路任一相电流幅值低于相电流无电流门限值T_th时，其他两相的相电流幅值

以及该支路三相自产零序电流幅值3I_01.1(t)，

且

3I_01.1(t)＞I_th2

其中，相电流无电流门限值I_th通常取为0.005I_N，当某相相电流幅值低于该门限值时，可认为该相无电流；T_th1为第一电流阈值，例如可以设置为

为该支路该相两周前的电流幅值；I_th2为第一零序电流阈值，例如可以设置为0.1I_N。

S3、对该支路对应的母线电压、以及该母线的其他间隔电流进行断线判别，若母线电压满足电压判据并且其他间隔电流满足间隔电流判据，则进行下一步。该支路的电流满足断线电流判据时，对该支路所在母线的电压和其他间隔的电流进行判断。电压判据包括：对于该支路对应的母线负序电压幅值U_2.1(t)，以及该母线零序电压幅值3U_0.1(t)，

其中，U_th1为负序电压阈值，U_th0为零序电压阈值，U_th1和U_th1例如可以设置为0.1U_N；U_th2为电压突变阈值，U_th3为零序电压突变阈值，U_2.1(t-2T)为该支路对应的母线两周前负序电压幅值，3U_0.1(t-2T)为该母线两周前零序电压幅值，U_th2和U_th3例如可以设置为0.02U_N，U_N为电压互感器PT二次侧额定值，例如为57.7V。

间隔电流判据包括：对于该母线其他间隔的每一相电流幅值

以及该母线其他间隔三相自产零序电流幅值31_02.1(t)，

其中，T_th为相电流的无电流门限值，当相电流当于该门限值时，即认为该相有电流，该门限值通常可以设为0.005I_N，

为该母线其他间隔的该相两周前电流幅值，I_th3为第二电流阈值，T_th4为第二零序电流阈值，I_th3和T_th4例如可以取0.06I_N。

S4、判断分段断路器是否在合闸位置，若是，则进行下一步，若否，则跳转至S6。若此时分段断路器在分闸位置，则可以判断为发生了电流互感器断线；若在合闸位置，则需要进行进一步判断。

S5、判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流是否满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据，若是，则进行下一步。相邻电压判据包括：对于相邻母线的每一相电压幅值

其中，

为该支路对应的母线每一相电压幅值，U_th4为母线电压阈值，例如可以取0.02U_N。

相邻间隔电流判据包括：对于相邻母线所有间隔的每一相电流幅值

以及相邻母线所有间隔的三相自产零序电流幅值31_01.2(t)，

其中，I_th为相电流的无电流门限值，当相电流当于该门限值时，即认为该相有电流，该门限值通常可以设为0.005I_N，

为相邻母线所有间隔的该相两周前电流幅值，I_th5为第三电流阈值，I_th6为第三零序电流阈值，I_th5和I_th6例如可以取0.06I_N。

S6、判断为发生电流互感器断线故障并告警。在上述判据条件均满足时，则判断为发生电流互感器断线，延时第一延时时间T_delay后告警，第一延时时间T_delay可以取10s左右。若上述各步骤中的判据条件不满足时，均可以直接跳转至程序结束，以等待下一次判断。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种智慧变电站电流互感器断线识别装置，该装置的构成框图如图3所示，包括电流互感器断线判别启动模块、支路电流判别模块、母线电压电流判别模块、以及相邻母线电压电路判别模块。

电流互感器断线判别启动模块监测各支路的负序电流幅值，判断负序电流幅值是否大于启动阈值。

支路电流判别模块对该支路的电流进行断线判别，以判断电流满足断线电流判据。

母线电压电流判别模块对该支路对应的母线电压、以及该母线的其他间隔电流进行断线判别，判断母线电压是否满足电压判据并且其他间隔电流是否满足间隔电流判据。

相邻母线电压电路判别模块，当分段断路器在合闸位置时，判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流是否满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据。

上述各模块中的电流、电压判据均与本发明第一个实施例中涉及的判据相同。

根据某些实施例，还可以包括告警模块，所述告警模块当分段断路器在合闸位置时，相邻母线电压电路判别模块判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据；或者当分段断路器在分闸位置时，母线电压电流判别模块判断母线电压满足电压判据并且其他间隔电流满足间隔电流判据；判断为发生电流互感器断线故障并告警。

根据某些实施例，还可以包括延时模块，所述延时模块，在告警模块判断为发生电流互感器断线故障后，延时第一延时时间T_delay后告警。

综上所述，本发明涉及一种智慧变电站电流互感器断线识别方法及装置，采用集群测控装置采集的多间隔电压和电流综合判别。根据电流互感器断线与系统故障的特征来识别电流互感器断线：首先采用同一母线上的电压和其他间隔的电流进行判别，当母线并联运行时再判别另一段母线上的电压和电流，当母线电压或其他间隔电流有变化时闭锁电流互感器断线判别，通过本发明的技术方案，解决了单间隔电压和电流判别电流互感器断线时可能误报的问题，提高了电流互感器断线识别的可靠性。

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 (10)

1.一种智慧变电站电流互感器断线识别方法，其特征在于，包括步骤：

S1、监测各支路的负序电流幅值，判断负序电流幅值是否大于启动阈值，若任一支路的负序电流幅值大于启动阈值，则进行下一步；

S2、对该支路的电流进行断线判别，若电流满足断线电流判据，则进行下一步；

S3、对该支路对应的母线电压、以及该母线的其他间隔电流进行断线判别，若母线电压满足电压判据并且其他间隔电流满足间隔电流判据，则进行下一步；

S4、判断分段断路器是否在合闸位置，若是，则进行下一步，若否，则跳转至S6；

S5、判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流是否满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据，若是，则进行下一步；

S6、判断为发生电流互感器断线故障并告警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述断线电流判据包括：对于该支路任一相电流幅值低于相电流无电流门限值T_th时，其他两相的相电流幅值

以及该支路三相自产零序电流幅值3I_01.1(t)，

且

3I_01.1(t)＞I_th2

其中，I_th1为第一电流阈值，I_th2为第一零序电流阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压判据包括：对于该支路对应的母线负序电压幅值U_2.1(t)，以及该母线零序电压幅值3U_0.1(t)，

其中，U_th1为负序电压阈值，U_th0为零序电压阈值，U_th2为电压突变阈值，U_th3为零序电压突变阈值，U_2.1(t-2T)为该支路对应的母线两周前负序电压幅值，3U_0.1(t-2T)为该母线两周前零序电压幅值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述间隔电流判据包括：对于该母线其他间隔的每一相电流幅值

以及该母线其他间隔三相自产零序电流幅值3I_02.1(t)，

其中，I_th为相电流的无电流门限值，

为该母线其他间隔的该相两周前电流幅值，I_th3为第二电流阈值，I_th4为第二零序电流阈值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相邻电压判据包括：对于相邻母线的每一相电压幅值

其中，

为该支路对应的母线每一相电压幅值，U_th4为母线电压阈值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相邻间隔电流判据包括：对于相邻母线所有间隔的每一相电流幅值

以及相邻母线所有间隔的三相自产零序电流幅值3I_01.2(t)，

其中，I_th为相电流的无电流门限值，

为相邻母线所有间隔的该相两周前电流幅值，I_th5为第三电流阈值，I_th6为第三零序电流阈值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括判断为发生电流互感器断线故障后，延时第一延时时间T_delay后告警。

8.一种智慧变电站电流互感器断线识别装置，其特征在于，包括电流互感器断线判别启动模块、支路电流判别模块、母线电压电流判别模块、以及相邻母线电压电路判别模块；其中，

所述电流互感器断线判别启动模块监测各支路的负序电流幅值，判断负序电流幅值是否大于启动阈值；

所述支路电流判别模块对该支路的电流进行断线判别，以判断电流满足断线电流判据；

所述母线电压电流判别模块对该支路对应的母线电压、以及该母线的其他间隔电流进行断线判别，判断母线电压是否满足电压判据并且其他间隔电流是否满足间隔电流判据；

所述相邻母线电压电路判别模块，当分段断路器在合闸位置时，判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流是否满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括告警模块，所述告警模块，

当分段断路器在合闸位置时，相邻母线电压电路判别模块判断相邻母线的电压和该相邻母线的所有间隔电流满足相邻电压判据和相邻间隔电流判据；或者，

当分段断路器在分闸位置时，母线电压电流判别模块判断母线电压满足电压判据并且其他间隔电流满足间隔电流判据；

判断为发生电流互感器断线故障并告警。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括延时模块，所述延时模块，在告警模块判断为发生电流互感器断线故障后，延时第一延时时间T_delay后告警。

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