CN114050553B - 一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法及装置，通过识别空投线路时，线路并联电抗器首端的三相电压和电流的变化特征，来识别线路PT是装置母线侧还是线路侧。当识别到线路PT装在母线侧时，通过对并联电抗器首端三相电压和三相电流的有效值关系，来识别是否为正常运行工况或发生故障，相应闭锁或开放匝间保护。本发明提供的技术方案，针对线路间隔并联电抗器PT装在母线侧的运行工况下，不仅可以在电压取母线PT且系统发生LC谐振时，防止匝间保护误动；又可以在电抗器发生匝间故障时，可靠开放匝间保护隔离故障，提高了并联电抗器匝间保护的可靠性。

Description

一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统故障检测技术领域，尤其涉及一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法及装置。
背景技术
目前，随着我国近海风电的快速发展，海上风电场由于距离负荷中心比较近，考虑到海底环境的恶劣因素，往往采用电缆线路输送电能。由于电缆线路的对地电容较大，导致电缆线路容性无功增加，为了平衡系统无功，限制系统过电压，电缆线路输电时，都加装了并联电抗器。由于并联电抗器设备的存在，在拉合线路断路器开关时，电缆线路与并联电抗器之间就容易发生LC谐振，特别在并联电抗器无功补偿不合适时，LC谐振现象将更加明显，容易引起并联电抗器匝间保护误动。
另外，国内220kV电压等级系统中，线路PT设备往往装在母线上，这时对于带并联电抗器的220kV空载输电线路，在操作断路器开关分闸时，并联电抗器匝间保护取的电压和电流就分裂成为两个独立系统的数据，在LC谐振等外部扰动下传统的基于零序功率方向的匝间保护容易发生误动作，导致线路充电投运失败。
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基于电压互感器位置识别的匝间保护方法及装置，针对线路间隔并联电抗器电压互感器(Potential Transformer，以下简称“PT”)装在母线侧的运行工况下，不仅可以在电压取母线PT且系统发生LC谐振时，防止匝间保护误动；又可以在电抗器发生匝间故障时，可靠开放匝间保护隔离故障，提高了并联电抗器匝间保护的可靠性。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法，包括：
采集并联电抗器首端和末端的三相电流和三相电压，并分别计算所述三相电流和三相电压的有效值；
保护启动时，比较首端和末端的三相电流有效值与第一阈值以及第二阈值之间的关系，并根据比较结果判断该并联电抗器是否处于空充状态；
当并联电抗器处于空充状态时，判断线路间隔电压互感器的位置；
根据线路间隔电压互感器的位置，并结合首端三相电流和三相电压有效值与第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值之间的关系，判断是否发生区内故障或者区外故障。
进一步的，所述比较首端和末端的三相电流有效值与第一阈值以及第二阈值之间的关系，并根据比较结果判断该并联电抗器是否处于空充状态，包括：
比较首端和末端的三相电流有效值是否满足以下公式：
其中，b或c；/>首端三相电流有效值；/>为末端三相电流有效值；为首端三相电流2个信号周期前有效值；/>为末端三相电流2个信号周期前有效值；Iset1为第一阈值，Iset2为第二阈值；
若首端和末端的三相电流有效值满足上述公式，则判断为该并联电抗器处于空充状态；若不满足，则返回上一步骤。
进一步的，所述判断线路间隔电压互感器的位置，包括：
比较首端三相电压4个信号周期前有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压4个信号周期前有效值；Iset3为第三阈值；
若首端三相电压4个信号周期前有效值满足以上公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧；
若不满足，则比较首端三相电压当前时刻有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压当前时刻有效值；
若首端三相电压当前时刻有效值满足上述公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于线路侧；若不满足，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧。
进一步的，所述根据线路间隔电压互感器的位置，并结合首端三相电流和三相电压有效值与第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值之间的关系，判断是否发生区内故障或者区外故障，包括：
当线路间隔电压互感器设置于线路侧时，判断为发生电抗器区内故障。
进一步的，所述根据线路间隔电压互感器的位置，并结合首端三相电流和三相电压有效值与第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值之间的关系，判断是否发生区内故障或者区外故障，包括：
当线路间隔电压互感器设置于母线侧时，比较并联电抗器首端三相电流和三相电压有效值是否满足以下公式：
其中，和/>分别为并联电抗器首端当前时刻相电压、相电压变化量和电流有效值；Iset4、Iset5、Iset6和Iset7分别为第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值；
若并联电抗器首端三相电流和三相电压中任意一项有效值满足以上公式，则判断为发生电抗器区内故障；若不满足，则判断为发生电抗器区外故障。
进一步的，还包括：
若判断为发生电抗器区内故障，则经过预设延时时间t开放匝间保护；若判断为发生电抗器区外故障，则闭锁匝间保护；
所述预设延时时间t满足t≤20ms。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于电压互感器位置识别的匝间保护装置，包括数据采集和计算模块、空充判别模块、电压互感器位置判别模块和故障判别模块；其中，
所述数据采集和计算模块，用于采集并联电抗器首端和末端的三相电流和三相电压，并分别计算所述三相电流和三相电压的有效值；
所述空充判别模块，用于在保护启动时，比较首端和末端的三相电流有效值与第一阈值以及第二阈值之间的关系，并根据比较结果判断该并联电抗器是否处于空充状态；
所述电压互感器位置判别模块，用于当并联电抗器处于空充状态时，判断线路间隔电压互感器的位置；
所述故障判别模块，用于根据线路间隔电压互感器的位置，并结合首端三相电流和三相电压有效值与第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值之间的关系，判断是否发生区内故障或者区外故障。
进一步的，所述空充判别模块判断该并联电抗器是否处于空充状态包括：
比较首端和末端的三相电流有效值是否满足以下公式：
其中，b或c；/>首端三相电流有效值；/>为末端三相电流有效值；为首端三相电流2个信号周期前有效值；/>为末端三相电流2个信号周期前有效值；Iset1为第一阈值，Iset2为第二阈值；
若首端和末端的三相电流有效值满足上述公式，则判断为该并联电抗器处于空充状态。
进一步的，所述电压互感器位置判别模块，判断线路间隔电压互感器的位置，包括：
比较首端三相电压4个信号周期前有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压4个信号周期前有效值；Iset3为第三阈值；
若首端三相电压4个信号周期前有效值满足以上公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧；
若不满足，则比较首端三相电压当前时刻有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压当前时刻有效值；
若首端三相电压当前时刻有效值满足上述公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于线路侧；若不满足，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧。
进一步的，还包括故障处理模块；
所述故障处理模块，用于若判断为发生电抗器区内故障，则经过预设延时时间t开放匝间保护；若判断为发生电抗器区外故障，则闭锁匝间保护；
所述预设延时时间t满足t≤20ms。
综上所述，本发明提供了一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法及装置，通过识别空投线路时，线路并联电抗器首端的三相电压和电流的变化特征，来识别线路PT是装置母线侧还是线路侧。当识别到线路PT装在母线侧时，通过对并联电抗器首端三相电压和三相电流的有效值关系，来识别是否为正常运行工况下发生故障，相应闭锁或开放匝间保护。本发明提供的技术方案，针对线路间隔并联电抗器PT装在母线侧的运行工况下，不仅可以在电压取母线PT且系统发生LC谐振时，防止匝间保护误动；又可以在电抗器发生匝间故障时，可靠开放匝间保护隔离故障，提高了并联电抗器匝间保护的可靠性。
附图说明
图1是并联电抗器电压取母线PT运行的系统结构示意图；
图2是本发明实施例基于电压互感器位置识别的匝间保护方法的流程图。
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。
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，提供了一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法，本发明实施例提供的该方法专用于线路间隔PT安装在母线侧，进行线路充电拉合断路器开关时，线路并联电抗器匝间保护判别使用的电压和电流被分割成两个独立系统数据，在LC谐振等外部扰动影响下，导致匝间保护误动；同时在该工况下，并联电抗器发生区内故障时，又可以可靠动作的方法。图1中示出了并联电抗器电压取母线PT运行的系统结构示意图，图1中，Iβ分别为并联电抗器首、末端相电流，/>为并联电抗器首端相电压，RL为并联主电抗器电抗，RZ为中性点电抗，RS0为系统电抗。本发明实施例基于电压互感器位置识别的匝间保护方法的流程图如图2所示，包括如下步骤：
S1、采集并联电抗器首端和末端的三相电流和三相电压，并分别计算所述三相电流和三相电压的有效值。可以采用全周傅里叶算法对其中的三相电流和三相电压有效值进行计算。
S2、保护启动时，比较首端和末端的三相电流有效值与第一阈值以及第二阈值之间的关系，并根据比较结果判断该并联电抗器是否处于空充状态。该步骤中，可以比较首端和末端的三相电流有效值是否满足以下公式：
其中，b或c；/>首端三相电流有效值；/>为末端三相电流有效值；为首端三相电流2个信号周期前有效值；/>为末端三相电流2个信号周期前有效值，例如在系统频率为50Hz情况下，该信号周期对应为20ms；Iset1为第一阈值，取值范围为(0，0.15Ie)；Iset2为第二阈值，取值范围为(0.5Ie，Ie)；Ie为并联电抗器首端额定电流。
若首端和末端的三相电流有效值满足上述公式，则判断为该并联电抗器处于空充状态；若不满足，则返回上一步骤。
S3、当并联电抗器处于空充状态时，判断线路间隔电压互感器的位置。该步骤中，可以通过比较首端三相电压4个信号周期前有效值是否满足以下公式来判断线路间隔电压互感器的位置：
其中，为首端三相电压4个信号周期前有效值；Iset3为第三阈值，取值范围为(0.85Ue,Ue)，Ue为并联电抗器首端额定相电压。
若首端三相电压4个信号周期前有效值满足以上公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧；
若不满足，则比较首端三相电压当前时刻有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压当前时刻有效值；
若首端三相电压当前时刻有效值满足上述公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于线路侧；若不满足，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧。
S4、根据线路间隔电压互感器的位置，并结合首端三相电流和三相电压有效值与第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值之间的关系，判断是否发生区内故障或者区外故障。该步骤中，当线路间隔电压互感器设置于线路侧时，判断为发生电抗器区内故障。否则，可以通过判断当线路间隔电压互感器设置于母线侧时，比较并联电抗器首端三相电流和三相电压有效值是否满足以下公式来进行进一步判断：
其中，和/>分别为并联电抗器首端当前时刻相电压、相电压变化量和电流有效值；Iset4、Iset5、Iset6和Iset7分别为第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值，第四阈值的取值范围为(2Ie，6Ie)，第五阈值的取值范围为(0，1)V，第六阈值的取值范围为(0.8Ie，2Ie)，第七阈值的取值范围为(0.8Ue,Ue)，Ie为电抗器首端额定电流，Ue为电抗器首端额定相电压。
若并联电抗器首端三相电流和三相电压中任意一项有效值满足以上公式，则判断为发生电抗器区内故障；若不满足，则判断为发生电抗器区外故障。
在通过上述各步骤判断出故障类型时，若判断为发生电抗器区内故障，则经过预设延时时间t开放匝间保护；若判断为发生电抗器区外故障，则闭锁匝间保护；所述预设延时时间t满足t≤20ms。在上述各步骤中，若判断为线路间隔电压互感器设置于线路侧，则置标识位“线路间隔PT装在母线侧”＝0；若判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧，则置标识位“线路间隔PT装在母线侧”＝1的标识位。该标识位单独存储在配置文件中，仅在满足上述步骤的判断条件时，才更新标识位。在并联电抗器保护装置重启上电、保护程序升级等工况下，均不更新标识位。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种基于电压互感器位置识别的匝间保护装置，该装置包括数据采集和计算模块、空充判别模块、电压互感器位置判别模块和故障判别模块；其中，
所述数据采集和计算模块，用于采集并联电抗器首端和末端的三相电流和三相电压，并分别计算所述三相电流和三相电压的有效值。
所述空充判别模块，用于在保护启动时，比较首端和末端的三相电流有效值与第一阈值以及第二阈值之间的关系，并根据比较结果判断该并联电抗器是否处于空充状态。可以通过比较首端和末端的三相电流有效值是否满足以下公式来进行判断：
其中，b或c；/>首端三相电流有效值；/>为末端三相电流有效值；为首端三相电流2个信号周期前有效值；/>为末端三相电流2个信号周期前有效值；Iset1为第一阈值，Iset2为第二阈值；
若首端和末端的三相电流有效值满足上述公式，则判断为该并联电抗器处于空充状态。
所述电压互感器位置判别模块，用于当并联电抗器处于空充状态时，判断线路间隔电压互感器的位置。可以通过比较首端三相电压4个信号周期前有效值是否满足以下公式来进行判断：
其中，为首端三相电压4个信号周期前有效值；Iset3为第三阈值；
若首端三相电压4个信号周期前有效值满足以上公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧；
若不满足，则比较首端三相电压当前时刻有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压当前时刻有效值；
若首端三相电压当前时刻有效值满足上述公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于线路侧；若不满足，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧。
进一步的，还可以包括故障处理模块；
所述故障处理模块，用于若判断为发生电抗器区内故障，则经过预设延时时间t开放匝间保护；若判断为发生电抗器区外故障，则闭锁匝间保护；
所述预设延时时间t满足t≤20ms。
本发明实施例并联电抗器保护装置中各个模块实现其功能的具体步骤与本发明第一个实施例并联电抗器保护方法中的各步骤相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明涉及一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法及装置，通过识别空投线路时，线路并联电抗器首端的三相电压和电流的变化特征，来识别线路PT是装置母线侧还是线路侧。当识别到线路PT装在母线侧时，通过对并联电抗器首端三相电压和三相电流的有效值关系，来识别是否为正常运行工况下发生故障，相应闭锁或开放匝间保护。本发明提供的技术方案，针对线路间隔并联电抗器PT装在母线侧的运行工况下，不仅可以在电压取母线PT且系统发生LC谐振时，防止匝间保护误动；又可以在电抗器发生匝间故障时，可靠开放匝间保护隔离故障，提高了并联电抗器匝间保护的可靠性。
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 (4)

1.一种基于电压互感器位置识别的匝间保护方法，其特征在于，包括：
采集并联电抗器首端和末端的三相电流和三相电压，并分别计算所述三相电流和三相电压的有效值；
保护启动时，比较首端和末端的三相电流有效值与第一阈值以及第二阈值之间的关系，并根据比较结果判断该并联电抗器是否处于空充状态，包括：
比较首端和末端的三相电流有效值是否满足以下公式：
其中，b或c；/>首端三相电流有效值；/>为末端三相电流有效值；/>为首端三相电流2个信号周期前有效值；/>为末端三相电流2个信号周期前有效值；Iset1为第一阈值，Iset2为第二阈值；
若首端和末端的三相电流有效值满足上述公式，则判断为该并联电抗器处于空充状态；若不满足，则返回上一步骤；
当并联电抗器处于空充状态时，判断线路间隔电压互感器的位置，包括：
比较首端三相电压4个信号周期前有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压4个信号周期前有效值；Iset3为第三阈值；
若首端三相电压4个信号周期前有效值满足以上公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧；
若不满足，则比较首端三相电压当前时刻有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压当前时刻有效值；
若首端三相电压当前时刻有效值满足上述公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于线路侧；若不满足，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧；
根据线路间隔电压互感器的位置，并结合首端三相电流和三相电压有效值与第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值之间的关系，判断是否发生区内故障或者区外故障，包括：
当线路间隔电压互感器设置于线路侧时，判断为发生电抗器区内故障；
当线路间隔电压互感器设置于母线侧时，比较并联电抗器首端三相电流和三相电压有效值是否满足以下公式：
其中，和/>分别为并联电抗器首端当前时刻相电压、相电压变化量和电流有效值；Iset4、Iset5、Iset6和Iset7分别为第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值；
若并联电抗器首端三相电流和三相电压中任意一项有效值满足以上公式，则判断为发生电抗器区内故障；若不满足，则判断为发生电抗器区外故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
若判断为发生电抗器区内故障，则经过预设延时时间t开放匝间保护；若判断为发生电抗器区外故障，则闭锁匝间保护；
所述预设延时时间t满足t≤20ms。
3.一种基于电压互感器位置识别的匝间保护装置，其特征在于，包括数据采集和计算模块、空充判别模块、电压互感器位置判别模块和故障判别模块；其中，
所述数据采集和计算模块，用于采集并联电抗器首端和末端的三相电流和三相电压，并分别计算所述三相电流和三相电压的有效值；
所述空充判别模块，用于在保护启动时，比较首端和末端的三相电流有效值与第一阈值以及第二阈值之间的关系，并根据比较结果判断该并联电抗器是否处于空充状态，包括：
比较首端和末端的三相电流有效值是否满足以下公式：
其中，b或c；/>首端三相电流有效值；/>为末端三相电流有效值；/>为首端三相电流2个信号周期前有效值；/>为末端三相电流2个信号周期前有效值；Iset1为第一阈值，Iset2为第二阈值；
若首端和末端的三相电流有效值满足上述公式，则判断为该并联电抗器处于空充状态；若不满足，则返回上一步骤；
所述电压互感器位置判别模块，用于当并联电抗器处于空充状态时，判断线路间隔电压互感器的位置，包括：
比较首端三相电压4个信号周期前有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压4个信号周期前有效值；Iset3为第三阈值；
若首端三相电压4个信号周期前有效值满足以上公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧；
若不满足，则比较首端三相电压当前时刻有效值是否满足以下公式：
其中，为首端三相电压当前时刻有效值；
若首端三相电压当前时刻有效值满足上述公式，则判断为线路间隔电压互感器设置于线路侧；若不满足，则判断为线路间隔电压互感器设置于母线侧；
所述故障判别模块，用于根据线路间隔电压互感器的位置，并结合首端三相电流和三相电压有效值与第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值之间的关系，判断是否发生区内故障或者区外故障，包括：
当线路间隔电压互感器设置于线路侧时，判断为发生电抗器区内故障；
当线路间隔电压互感器设置于母线侧时，比较并联电抗器首端三相电流和三相电压有效值是否满足以下公式：
其中，和/>分别为并联电抗器首端当前时刻相电压、相电压变化量和电流有效值；Iset4、Iset5、Iset6和Iset7分别为第四阈值、第五阈值、第六阈值和第七阈值；
若并联电抗器首端三相电流和三相电压中任意一项有效值满足以上公式，则判断为发生电抗器区内故障；若不满足，则判断为发生电抗器区外故障。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括故障处理模块；
所述故障处理模块，用于若判断为发生电抗器区内故障，则经过预设延时时间t开放匝间保护；若判断为发生电抗器区外故障，则闭锁匝间保护；
所述预设延时时间t满足t≤20ms。
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