CN114400622A - 一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法及系统，该方法利用电流波形特征识别CT拖尾，对断路器失灵保护的判据进行综合优化，防止断路器失灵保护误动。该方法使用电流波形特征来判别CT拖尾，简单可靠；考虑了跳闸过程中CT拖尾判据的投入条件，在断路器开断过程中以及熄弧过程中都退出CT拖尾判据，防止CT拖尾判据误闭锁；阐述了CT拖尾判据应用于不同电流元件的判别条件和返回条件，提高了各个电流元件的动作可靠性，防止了失灵保护的拒动。使用本发明的技术，将大大增强防止CT拖尾造成断路器失灵保护误动的能力，提高了断路器失灵保护的可靠性，保障了电力系统的安全稳定运行。

Description

一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，更具体地，涉及一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法和系统。

背景技术

断路器失灵保护是电力系统中一种重要的后备保护，尤其是母线保护中的断路器失灵保护如果误动会导致误切运行母线，影响系统稳定。

在断路器失灵保护中，断路器跳开后，因电流互感器(CT)的二次绕组处能量累积等因素，可能会存在衰减的直流分量，即出现CT拖尾现象，若保护处理不当，没能很好滤除直流分量，可能导致电流判据持续不返回而最终满足动作条件，导致误动作，甚至造成变电站全停等严重后果。

现有技术中，对于CT拖尾现象的判别方法主要包括：现有技术1(CN112736845A)“基于电流相角差计算的CT拖尾电流识别方法、装置和失灵保护方法”，包括：接收失灵开入信号，响应于接收到失灵开入信号，获取失灵事件相关的三相CT的电流信号序列，计算其中至少两个相邻采样点的电流相量和相角，计算两个相邻采样点的相角差；根据CT拖尾电流的特性，按照预设的判断规则，基于两个相邻采样点的相角差进行CT拖尾电流判断，若存在CT拖尾电流，则闭锁当前次失灵启动的失灵电流条件，否则开放当前次失灵启动的失灵电流条件。现有技术1利用电流角度变化识别拖尾，能够在较小的时间窗内识别CT拖尾电流，进而可减少失灵误动的概率，提高失灵保护的可靠性。现有技术2(CN112072610A)“一种基于综合差分的断路器失灵保护优化方法及系统”，包括识别电流90°附近和电流过零点附近断路器断开时的CT拖尾电流；若识别为CT拖尾电流，则控制断路器失灵保护延时返回，不发生跳闸。本发明能够快速、正确的判断出CT拖尾，使断路器失灵保护延时返回，缩短断路器失灵后故障持续时间，降低对系统稳定性的影响。现有技术3(CN105929217A)“一种基于直流分量闭锁的失灵保护电流拖尾判别方法”，利用相电流中直流分量的比例大小来判断失灵拖尾电流，简单易行效率高，大大减少继电保护装置判别失灵拖尾电流的时间，有效提高失灵拖尾电流的判别准确性，故障电流时失灵保护不拒动，CT拖尾电流时失灵保护不误动，并加速分相闭锁失灵保护，防止了事故扩大，为电网安全稳定运行提供更好的保障。现有技术4(CN108206510A)“一种基于CT拖尾电流识别的断路器失灵保护延时优化方法”，包括：计算断路器跳闸后电流互感器的二次侧电流、故障电流和谐波分量；构建电流互感器拖尾电流识别判据；整定断路器失灵保护动作时间。本发明提供的技术方案能够快速识别电流互感器拖尾电流，可以有效缩短电流元件返回时间，缩短失灵保护动作延时。现有技术5(CN111797699A)“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。现有技术6(CN109888750A)“一种缩短就地化失灵保护动作时延方法及系统”，基于断路器保护和线路保护配合，通过就地化保护专网实现本站各保护装置失灵动作信号的交互，以断路器保护配置的边开关失灵联跳和优化失灵保护算法实现对输电线路本侧发生开关失灵的快速故障隔离，以线路保护配置的快速远方跳闸流程以及增加相间距离和接地距离的远跳就地判据实现对输电线路对端开关的快速切开。通过这种一整套技术方案，可以将本侧主保护动作-失灵保护动作启动远跳线路对侧开关的时间缩短至200毫秒以内，确保不发生直流换相失败，减小交流系统故障对直流系统的冲击，从而提高交直流互联系统的安全稳定性。现有技术7(CN107134763B)“一种故障跳闸快速返回的判别方法”，包括如下步骤：在系统发生故障的情况下，保护启动，进入故障跳闸流程，发出跳闸信号；从故障跳闸模块获取相应的跳令信息；如果没有跳令，此时执行清故障跳闸返回标志；在有跳令的情况下，获取电流的半周差分傅里叶值；如果电流半周差分傅里叶值小于门槛，则执行置故障跳闸返回标志，否则执行半周直流分量计算；若计算得到的半周直流分量大于则判定故障跳闸返回，执行置故障跳闸返回标志，否则执行清故障跳闸返回标志。本发明在故障后保护动作断路器断开时，不受严重的CT拖尾影响，快速判出故障切除情况；算法在15ms以内能判出，大大提高断路器失灵保护的动作可靠性。现有技术8(CN106451369A)“一种失灵保护中的截断电流互感器拖尾电流方法”，包括以下步骤：计算采样值的差分电流；对所述差分电流进行傅里叶变化确定其基波和谐波；将所述基波进行差分幅值还原和将所述谐波不做差分的幅值还原；根据所述基波、谐波和幅值还原确定CT拖尾电流和短路电流；根据所述CT拖尾电流和短路电流构建截断CT拖尾电流的判据，并修正判据的制动系数。本发明技术方案确保在出现CT拖尾电流的情况下失灵保护不发生误动。

现有技术1至8中，对CT拖尾电流的判别方法均存在计算量较大、原理实现复杂等问题，而且未充分考虑断路器开断和熄弧过程中可能造成的CT拖尾误判问题。此外，目前的研究都未详细探讨CT拖尾判据在不同电流元件中的具体应用逻辑。

因此，需要研究一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法和系统。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法和系统，利用电流波形特征识别CT拖尾，对断路器失灵保护的判据进行综合优化，防止断路器失灵保护误动。

本发明采用如下的技术方案。

一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，包括：

步骤1，获取各相断路器失灵保护的动作信号；对于某相，当动作信号为有效时，采集断路器跳闸后的本相相电流I_p；并获取从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内的本相最大相电流I_pmax；

步骤2，将当前时刻t_c与断路器跳闸时刻t_t之间的时长T₁，与断路器固有分闸时长T_gf进行比较；当T₁<T_gf时，判别为无CT拖尾；当T₁≥T_gf时，进入步骤3判别是否存在CT拖尾；

步骤3，将当前时刻t_c的本相相电流

与熄弧电流限值

进行比较；当本相相电流满足

时，判定本相断路器处于熄弧过程中，并且判别为本相无CT拖尾；当本相相电流满足

时，进入步骤4判别是否存在CT拖尾；

步骤4，以当前时刻t_c为起点，前推得到N个相电流采样点；利用N个相电流采样点分别构成本相相电流波形，当本相相电流波形上的全部电流数值均为正值或非正值时，则判定本相存在CT拖尾；否则，判定为本相不存在CT拖尾；

步骤5，根据步骤1～4的CT拖尾判别结果，优化得到断路器失灵保护的动作判据和返回判据；其中，优化后的动作判据包括：相电流动作判据，零序电流动作判据，负序电流动作判据；优化后的返回判据包括：相电流返回判据，零序电流返回判据，负序电流返回判据；将优化后的断路器失灵保护动作判据和返回判据，用于断路器失灵保护动作逻辑和返回逻辑的判别。

优选地，步骤1中，动作信号包括：启动失灵开入信号和相电流判据信号；

当某相断路器失灵保护启动时，启动失灵开入信号置1，并且该相的电流判据信号不小于判据定值时，动作信号为有效；

采集断路器跳闸后的本相相电流I_p，从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内，利用全周期傅里叶变换算法从本相相电流I_p中计算得到断路器跳闸后的本相最大相电流I_pmax。

优选地，步骤2中，当断路器跳闸时刻与当前时刻之间的时长T₁小于断路器固有分闸时长T_gf时，断路器处于开断状态，判别为无CT拖尾；

其中，断路器固有分闸时长T_gf取值为断路器设备的国家标准中的规定值。

优选地，步骤3中，当断路器跳闸时刻与当前时刻之间的时长T₁不小于断路器固有分闸时长T_gf时，若检测到各相断路器均进入熄弧过程，则判别为无CT拖尾；若未检测到任何一相断路器进入熄弧过程，则进入步骤4判别是否存在CT拖尾。

优选地，步骤3包括：

步骤3.1，采集断路器失灵保护的最小精工电流I_min和电流互感器二次绕组的电流额定值I_n；

步骤3.2，以最小精工电流I_min为熄弧电流I_tc的下限，以电流互感器二次绕组的电流额定值I_n的M倍为熄弧电流I_tc的上限，即熄弧电流I_tc的取值范围为[I_min,M_In]；其中，M取值范围为[5,10]；

步骤3.3，在取值范围[I_min,M_In]中，判断本相断路器跳闸后的最大相电流的一半0.5I_pmax与电流互感器二次绕组的电流额定值I_n的M倍MI_n的大小，以两者中的最小值为熄弧电流I_tc的修正上限，即熄弧电流I_tc的修正取值范围为[I_min,MIN{0.5I_pmax,MI_n}]；

步骤3.4，在修正取值范围[I_min,MIN{0.5I_pmax,MI_n}]内，选取最大值作为熄弧电流限值

即满足如下关系式：

步骤3.5，当本相相电流满足

时，判定断路器处于熄弧过程中，并且判别为本相无CT拖尾；当本相相电流满足

时，进入步骤4判别本相是否存在CT拖尾。

优选地，步骤4中，N为大于一个周波的采样点数量；以N作为电流波形滑动窗口W的长度；以当前时刻t_c为起点，长度为N的电流波形滑动窗口W中，相电流采样点数值分别构成各相相电流波形。

优选地，步骤5中，同时满足如下三个关系式时，相电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(3)本相相电流无CT拖尾；

式中，

为当前时刻t_c下的相电流，I_set为相电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；I_min为最小精工电流；

至少满足如下三个关系式中的一个时，相电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(3)本相相电流CT拖尾；

式中，I_fh为相电流返回定值，I_fh的取值为相电流的动作定值I_set的90％～95％；I_minfh为最小精工电流的返回门槛。

优选地，步骤5中，同时满足如下两个关系式时，零序电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(1)3I₀＞I_set0；(2)对于三相中的任意一相，该相的相电流大于最小精工电流I_min且该相的相电流无CT拖尾；

式中，I₀为零序电流，I_set0为零序电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；

至少满足如下两个关系式中的一个时，零序电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(1)3I₀<I_fh0；(2)对于三相相电流，每相都满足：本相相电流小于最小精工电流的返回门槛I_minfh，或者本相相电流有CT拖尾；

式中，I_fh0为零序电流返回定值，I_fh0的取值为零序电流的动作定值I_set0的90％～95％。

优选地，步骤5中，同时满足如下两个关系式时，负序电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(1)I₂＞I_set2；(2)对于三相中的任意一相，该相的相电流大于最小精工电流I_min且该相的相电流无CT拖尾；

式中，I₂为负序电流，I_set2为负序电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；

至少满足如下两个关系式中的一个时，负序电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(1)I₂<I_fh2；(2)对于三相相电流，每相都满足：本相相电流小于最小精工电流的返回门槛I_minfh，或者本相相电流有CT拖尾；

式中，I_fh2为负序电流返回定值，I_fh2取值为负序电流的动作定值I_set2的90％～95％。

一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化系统，包括：失灵保护监测模块，相电流监测模块，CT拖尾判别模块，失灵保护判据模块；

失灵保护监测模块，用于获取各相断路器失灵保护的动作信号，对于某相，当动作信号为有效时，启动相电流监测模块和失灵保护判据模块进入工作状态；

相电流监测模块，用于采集断路器跳闸后的本相相电流I_p；并获取从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内的本相最大相电流I_pmax；

CT拖尾判别模块，包括：断路器位置监测单元，熄弧电流监测单元，相电流波形监测单元，CT拖尾结果输出单元；其中，

断路器位置监测单元，用于将当前时刻t_c与断路器跳闸时刻t_t之间的时长T₁，与断路器固有分闸时长T_gf进行比较，当T₁<T_gf时，判别断路器位置为正在开断，并控制CT拖尾结果输出单元输出为本相无CT拖尾；当T₁≥T_gf时，启动熄弧电流监测单元进入工作状态；

熄弧电流监测单元，用于将当前时刻t_c的本相相电流

与熄弧电流限值

分别进行比较；当本相满足

时，控制CT拖尾结果输出单元输出为本相无CT拖尾；当本相满足

时，启动相电流波形监测单元进入工作状态；

相电流波形监测单元，用于以当前时刻t_c为起点，前推得到N个相电流采样点；利用N个相电流采样点分别构成本相相电流波形，当本相相电流波形上的全部电流数值均为正值或非正值时，控制CT拖尾结果输出单元输出本相有CT拖尾，否则控制CT拖尾结果输出单元输出本相无CT拖尾；

失灵保护判据模块根据CT拖尾判别模块的输出结果进行判断。失灵保护判据模块包括：相电流判据单元，零序电流判据单元，负序电流判据单元；其中，

相电流判据单元，用于根据相电流和有关定值判据的比较结果以及本相CT拖尾判别模块的输出结果输出相电流的动作判据和返回判据；零序电流判据单元，用于根据零序电流和有关定值判据的比较结果以及三相CT拖尾判别模块的输出结果输出零序电流的动作判据和返回判据；负序电流判据单元，用于根据负序电流和有关定值判据的比较结果以及三相CT拖尾判别模块的输出结果输出负序电流的动作判据和返回判据；

由相电流判据单元，零序电流判据单元，负序电流判据单元输出的各种判据，作为断路器失灵保护的优化结果。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提出了基于电流波形识别进行CT拖尾电流的判别方法，该方法简单可靠，工程可行性强，使用场合广；包括：

1)本发明考虑了跳闸过程中CT拖尾判据的投入条件，在断路器开断过程中以及熄弧过程中都判别为无CT拖尾，防止CT拖尾判据误闭锁可能导致的失灵保护拒动；

2)本发明阐述了CT拖尾判据应用于不同电流元件的判别条件和返回条件，提高了各个电流元件的动作可靠性，防止了失灵保护的误动；

3)使用本发明的技术，将大大增强防止CT拖尾造成断路器失灵保护误动的能力，提高了断路器失灵保护的可靠性，保障了电力系统的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法的步骤框图；

图2是本发明实施例中仿真实验得到的A相电流发生CT拖尾的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，包括步骤1至5。

步骤1，获取各相断路器失灵保护的动作信号；对于某相，当动作信号为有效时，采集断路器跳闸后的本相相电流I_p；并获取从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内的本相最大相电流I_pmax。

具体地，步骤1中，动作信号包括：启动失灵开入信号和相电流判据信号；

当某相断路器失灵保护启动时，启动失灵开入信号置1，并且该相的电流判据信号不小于判据定值时，动作信号为有效；

采集断路器跳闸后的本相相电流I_p，从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内，利用全周期傅里叶变换算法从本相相电流I_p中计算得到断路器跳闸后的本相最大相电流I_pmax。

本发明优选实施例中，某相启动失灵开入信号置1和相电流判据信号满足定值门槛时，持续用全周傅氏计算本相跳闸后最大相电流I_pmax，并且跳闸后计时器开始计时。

步骤2，将当前时刻t_c与断路器跳闸时刻t_t之间的时长T₁，与断路器固有分闸时长T_gf进行比较；当T₁<T_gf时，表明断路器正在开断过程中，不可能发生CT拖尾，故判别为无CT拖尾；当T₁≥T_gf时，进入步骤3判别是否存在CT拖尾。

具体地，步骤2中，当断路器跳闸时刻与当前时刻之间的时长T₁小于断路器固有分闸时长T_gf时，断路器处于开断状态，判别为无CT拖尾；

其中，断路器固有分闸时长T_gf取值为断路器设备的国家标准中的规定值。

本发明优选实施例中，T_gf为断路器固有分闸时间。断路器固有动作时间是指断路器接到分闸命令瞬间到各相触头刚刚分离的时间，行业标准中对于分闸时间要求小于30ms，因此T_gf一般取30～40ms。T₁<T_gf为断路器正常的开断过程，此过程中电流刚开始被切断，不可能发生CT拖尾，故此过程中应判别为无CT拖尾，否则可能造成误判CT拖尾的严重后果。

本发明优选实施例中，T₁≥T_gf时，可以认为断路器的机械关断过程结束，可以开始进行CT拖尾判别，但是此时也会进入熄弧过程。熄弧过程是断路器切断电流的一个正常过程，此过程中即使电流呈现拖尾特征，也应该判别为无CT拖尾，否则也可能造成误判CT拖尾的严重后果。

步骤3，将当前时刻t_c的本相相电流

与熄弧电流限值

进行比较；当本相相电流满足

时，判定本相断路器处于熄弧过程中，并且判别为本相无CT拖尾；当本相相电流满足

时，进入步骤4判别是否存在CT拖尾。

具体地，步骤3中，当断路器跳闸时刻与当前时刻之间的时长T₁不小于断路器固有分闸时长T_gf时，若检测到各相断路器均进入熄弧过程，则判别为无CT拖尾；若未检测到任何一相断路器进入熄弧过程，则进入步骤4判别是否存在CT拖尾。

本发明优选实施例中，根据实验和仿真结果，提出了判别断路器熄弧过程是否完成的具体标准，具体推导过程如下：

步骤3包括：

步骤3.1，采集断路器失灵保护的最小精工电流I_min和电流互感器二次绕组的电流额定值I_n；

步骤3.2，以最小精工电流I_min为熄弧电流I_tc的下限，以电流互感器二次绕组的电流额定值I_n的M倍为熄弧电流I_tc的上限，即熄弧电流I_tc的取值范围为[I_min，MI_n]；其中，M取值范围为[5，10]；

步骤3.3，在取值范围[I_min，MI_n]中，判断本相断路器跳闸后的最大相电流的一半0.5I_pmax与电流互感器二次绕组的电流额定值I_n的M倍MI_n的大小，以两者中的最小值为熄弧电流I_tc的修正上限，即熄弧电流I_tc的修正取值范围为[I_min，MIN{0.5I_pmax，MI_n}]；

步骤3.4，在修正取值范围[I_min，MIN{0.5I_pmax，MI_n}]内，选取最大值作为熄弧电流限值

即满足如下关系式：

步骤3.5，当本相相电流满足

时，判定断路器处于熄弧过程中，并且判别为本相无CT拖尾；当本相相电流满足

时，进入步骤4判别本相是否存在CT拖尾。

步骤1至3，可视为断路器正常切断电流的一般过程，无论是否发生断路器失灵、是否发生CT拖尾都具备上述过程。如果此过程中短时误判CT拖尾，可能造成真正的断路器失灵发生时计时器计时不准确导致失灵保护延迟动作，系统故障切除时间变长，可能造成系统失去稳定。如果一直误判CT拖尾，可能造成真正的断路器失灵发生时失灵保护一直被误闭锁从而导致失灵保护拒动，靠线路、变压器的后备保护切除故障，可能造成系统失去稳定。因此，在上述过程中判别为无CT拖尾。

步骤4，以当前时刻t_c为起点，前推得到N个相电流采样点；利用N个相电流采样点分别构成本相相电流波形，当本相相电流波形上的全部电流数值均为正值或非正值时，则判定本相存在CT拖尾；否则，判定为本相不存在CT拖尾。

具体地，步骤4中，N为大于一个周波的采样点数量；以N作为电流波形滑动窗口W的长度；以当前时刻t_c为起点，长度为N的电流波形滑动窗口W中，相电流采样点数值分别构成各相相电流波形。

CT拖尾的波形见图2。从图2可知，CT拖尾波形为非周期分量特征，不符合正弦波形特性，采用全周傅氏算法无法准确计算电流大小，会造成失灵电流判据误动作。从波形特征来看，具有一段数据窗内波形全部为正值或者非正值的特征，据此可构建简单可靠的CT拖尾判据。

步骤5，根据步骤1～4的CT拖尾判别结果，优化得到断路器失灵保护的动作判据和返回判据；其中，优化后的动作判据包括：相电流动作判据，零序电流动作判据，负序电流动作判据；优化后的返回判据包括：相电流返回判据，零序电流返回判据，负序电流返回判据；将优化后的断路器失灵保护动作判据和返回判据，用于断路器失灵保护动作逻辑和返回逻辑的判别。

具体地，步骤5中，同时满足如下三个关系式时，相电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(3)本相相电流无CT拖尾；

式中，

为当前时刻t_c下的相电流，I_set为相电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；I_min为最小精工电流；

至少满足如下三个关系式中的一个时，相电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(3)本相相电流CT拖尾；

式中，I_fh为相电流返回定值，I_fh的取值为相电流的动作定值I_set的90％～95％；I_minfh为最小精工电流的返回门槛。

对于相电流判据而言，需要特别指出的是，为了防止电流值太小(如小于精工电流I_min)的情况下，采用采样点判据可能造成CT拖尾误判(如偏向坐标轴一边的零漂)，因此要求判别CT无拖尾时必须满足

具体地，步骤5中，同时满足如下两个关系式时，零序电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(1)3I₀＞I_set0；(2)对于三相中的任意一相，该相的相电流大于最小精工电流I_min且该相的相电流无CT拖尾；

式中，I₀为零序电流，I_set0为零序电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；

对零序电流动作判据的构建做如下说明：3I₀＞I_set0为零序电流一般的动作判据。由于零序电流是A、B、C三相电流计算而得的，而CT拖尾又是按相判别的，故零序电流的CT拖尾判别需要考虑三相的情况。但一般而言，只考虑某一相的CT拖尾可能造成的误动，不考虑两相或者三相CT同时拖尾的情况(从概率上来说极其不可能)，因此三相CT拖尾判别结果取了“或”逻辑。同时，也需要考虑防止电流太小(如小于精工电流I_min)的情况下采用采样点判据可能造成CT拖尾误判(如偏向坐标轴一边的零漂)，因此要求判别CT无拖尾时必须满足三相中的任意一相，该相的相电流大于最小精工电流I_min。

至少满足如下两个关系式中的一个时，零序电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(1)3I₀<I_fh0；(2)对于三相相电流，每相都满足：本相相电流小于最小精工电流的返回门槛I_minfh，或者本相相电流有CT拖尾；

式中，I_fh0为零序电流返回定值，I_fh0的取值为零序电流的动作定值I_set0的90％～95％。

具体地，步骤5中，同时满足如下两个关系式时，负序电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(1)I₂＞I_set2；(2)对于三相中的任意一相，该相的相电流大于最小精工电流I_min且该相的相电流无CT拖尾；

式中，I₂为负序电流，I_set2为负序电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；

至少满足如下两个关系式中的一个时，负序电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(1)I₂<I_fh2；(2)对于三相相电流，每相都满足：本相相电流小于最小精工电流的返回门槛I_minfh，或者本相相电流有CT拖尾；

式中，I_fh2为负序电流返回定值，I_fh2取值为负序电流的动作定值I_set2的90％～95％。

一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化系统，包括：失灵保护监测模块，相电流监测模块，CT拖尾判别模块，失灵保护判据模块；

失灵保护监测模块，用于获取各相断路器失灵保护的动作信号，对于某相，当动作信号为有效时，启动相电流监测模块和失灵保护判据模块进入工作状态；

相电流监测模块，用于采集断路器跳闸后的本相相电流I_p；并获取从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内的本相最大相电流I_pmax；

CT拖尾判别模块，包括：断路器位置监测单元，熄弧电流监测单元，相电流波形监测单元，CT拖尾结果输出单元；其中，

断路器位置监测单元，用于将当前时刻t_c与断路器跳闸时刻t_t之间的时长T₁，与断路器固有分闸时长T_gf进行比较，当T₁<T_gf时，判别断路器位置为正在开断，并控制CT拖尾结果输出单元输出为本相无CT拖尾；当T₁≥T_gf时，启动熄弧电流监测单元进入工作状态；

熄弧电流监测单元，用于将当前时刻t_c的本相相电流

与熄弧电流限值

分别进行比较；当本相满足

时，控制CT拖尾结果输出单元输出为本相无CT拖尾；当本相满足

时，启动相电流波形监测单元进入工作状态；

相电流波形监测单元，用于以当前时刻t_c为起点，前推得到N个相电流采样点；利用N个相电流采样点分别构成本相相电流波形，当本相相电流波形上的全部电流数值均为正值或非正值时，控制CT拖尾结果输出单元输出本相有CT拖尾，否则控制CT拖尾结果输出单元输出本相无CT拖尾；

失灵保护判据模块根据CT拖尾判别模块的输出结果进行判断。失灵保护判据模块包括：相电流判据单元，零序电流判据单元，负序电流判据单元；其中，

相电流判据单元，用于根据相电流和有关定值判据的比较结果以及本相CT拖尾判别模块的输出结果输出相电流的动作判据和返回判据；零序电流判据单元，用于根据零序电流和有关定值判据的比较结果以及三相CT拖尾判别模块的输出结果输出零序电流的动作判据和返回判据；负序电流判据单元，用于根据负序电流和有关定值判据的比较结果以及三相CT拖尾判别模块的输出结果输出负序电流的动作判据和返回判据；

由相电流判据单元，零序电流判据单元，负序电流判据单元输出的各种判据，作为断路器失灵保护的优化结果。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，获取各相断路器失灵保护的动作信号；对于某相，当动作信号为有效时，采集断路器跳闸后的本相相电流I_p；并获取从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内的本相最大相电流I_pmax；

步骤2，将当前时刻t_c与断路器跳闸时刻t_t之间的时长T₁，与断路器固有分闸时长T_gf进行比较；当T₁＜T_gf时，判别为无CT拖尾；当T₁≥T_gf时，进入步骤3判别是否存在CT拖尾；

步骤3，将当前时刻t_c的本相相电流I_p-t_c与熄弧电流限值

进行比较；当本相相电流满足

时，判定本相断路器处于熄弧过程中，并且判别为本相无CT拖尾；当本相相电流满足

时，进入步骤4判别是否存在CT拖尾；

步骤4，以当前时刻t_c为起点，前推得到N个相电流采样点；利用N个相电流采样点分别构成本相相电流波形，当本相相电流波形上的全部电流数值均为正值或非正值时，则判定本相存在CT拖尾；否则，判定为本相不存在CT拖尾；

步骤5，根据步骤1～4的CT拖尾判别结果，优化得到断路器失灵保护的动作判据和返回判据；其中，优化后的动作判据包括：相电流动作判据，零序电流动作判据，负序电流动作判据；优化后的返回判据包括：相电流返回判据，零序电流返回判据，负序电流返回判据；将优化后的断路器失灵保护动作判据和返回判据，用于断路器失灵保护动作逻辑和返回逻辑的判别。

2.根据权利要求1所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，

步骤1中，动作信号包括：启动失灵开入信号和相电流判据信号；

当某相断路器失灵保护启动时，启动失灵开入信号置1，并且该相的电流判据信号不小于判据定值时，动作信号为有效；

采集断路器跳闸后的本相相电流I_p，从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内，利用全周期傅里叶变换算法从本相相电流I_p中计算得到断路器跳闸后的本相最大相电流I_pmax。

3.根据权利要求2所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，

步骤2中，当断路器跳闸时刻与当前时刻之间的时长T₁小于断路器固有分闸时长T_gf时，断路器处于开断状态，判别为无CT拖尾；

其中，断路器固有分闸时长T_gf取值为断路器设备的国家标准中的规定值。

4.根据权利要求3所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，

步骤3中，当断路器跳闸时刻与当前时刻之间的时长T₁不小于断路器固有分闸时长T_gf时，若检测到各相断路器均进入熄弧过程，则判别为无CT拖尾；若未检测到任何一相断路器进入熄弧过程，则进入步骤4判别是否存在CT拖尾。

5.根据权利要求4所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，

步骤3包括：

步骤3.1，采集断路器失灵保护的最小精工电流I_min和电流互感器二次绕组的电流额定值I_n；

步骤3.2，以最小精工电流I_min为熄弧电流I_tc的下限，以电流互感器二次绕组的电流额定值I_n的M倍为熄弧电流I_tc的上限，即熄弧电流I_tc的取值范围为[I_min，MI_n]；其中，M取值范围为[5，10]；

步骤3.3，在取值范围[I_min，M_In]中，判断本相断路器跳闸后的最大相电流的一半0.5I_pmax与电流互感器二次绕组的电流额定值I_n的M倍MI_n的大小，以两者中的最小值为熄弧电流I_tc的修正上限，即熄弧电流I_tc的修正取值范围为[I_min，MIN{0.5I_pmax，MI_n}]；

步骤3.4，在修正取值范围[I_min，MIN{0.5I_pmax，MI_n}]内，选取最大值作为熄弧电流限值

即满足如下关系式：

步骤3.5，当本相相电流满足

时，判定断路器处于熄弧过程中，并且判别为本相无CT拖尾；当本相相电流满足

时，进入步骤4判别本相是否存在CT拖尾。

6.根据权利要求5所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，

步骤4中，N为大于一个周波的采样点数量；以N作为电流波形滑动窗口W的长度；以当前时刻t_c为起点，长度为N的电流波形滑动窗口W中，相电流采样点数值分别构成各相相电流波形。

7.根据权利要求6所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，

步骤5中，同时满足如下三个关系式时，相电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(1)

(2)

(3)本相相电流无CT拖尾；

式中，

为当前时刻t_c下的相电流，I_set为相电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；I_min为最小精工电流；

至少满足如下三个关系式中的一个时，相电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(1)

(2)

(3)本相相电流CT拖尾；

式中，I_fh为相电流返回定值，I_fh的取值为相电流的动作定值I_set的90％～95％；I_minfh为最小精工电流的返回门槛。

8.根据权利要求6所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，

步骤5中，同时满足如下两个关系式时，零序电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(1)3I₀＞I_set0；(2)对于三相中的任意一相，该相的相电流大于最小精工电流I_min且该相的相电流无CT拖尾；

式中，I₀为零序电流，I_set0为零序电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；

至少满足如下两个关系式中的一个时，零序电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(1)3I₀＜I_fh0；(2)对于三相相电流，每相都满足：本相相电流小于最小精工电流的返回门槛I_minfh，或者本相相电流有CT拖尾；

式中，I_fh0为零序电流返回定值，I_fh0的取值为零序电流的动作定值I_set0的90％～95％。

9.根据权利要求6所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法，其特征在于，

步骤5中，同时满足如下两个关系式时，负序电流动作判据为断路器失灵保护动作逻辑：

(1)I₂＞I_set2；(2)对于三相中的任意一相，该相的相电流大于最小精工电流I_min且该相的相电流无CT拖尾；

式中，I₂为负序电流，I_set2为负序电流的动作定值，由用户按照继电保护的国家标准或者企业标准来整定；

至少满足如下两个关系式中的一个时，负序电流返回判据为断路器失灵保护返回逻辑：

(1)I₂＜I_fh2；(2)对于三相相电流，每相都满足：本相相电流小于最小精工电流的返回门槛I_minfh，或者本相相电流有CT拖尾；

式中，I_fh2为负序电流返回定值，I_fh2取值为负序电流的动作定值I_set2的90％～95％。

10.利用权利要求1至9中任一项所述的基于电流波形识别的断路器失灵保护优化方法而实现的一种基于电流波形识别的断路器失灵保护优化系统，其特征在于，

所述系统包括：失灵保护监测模块，相电流监测模块，CT拖尾判别模块，失灵保护判据模块；

失灵保护监测模块，用于获取各相断路器失灵保护的动作信号，对于某相，当动作信号为有效时，启动相电流监测模块和失灵保护判据模块进入工作状态；

相电流监测模块，用于采集断路器跳闸后的本相相电流I_p；并获取从断路器跳闸时刻t_t到当前时刻t_c的这段时间内的本相最大相电流I_pmax；

CT拖尾判别模块，包括：断路器位置监测单元，熄弧电流监测单元，相电流波形监测单元，CT拖尾结果输出单元；其中，

断路器位置监测单元，用于将当前时刻t_c与断路器跳闸时刻t_t之间的时长T₁，与断路器固有分闸时长T_gf进行比较，当T₁＜T_gf时，判别断路器位置为正在开断，并控制CT拖尾结果输出单元输出为本相无CT拖尾；当T₁≥T_gf时，启动熄弧电流监测单元进入工作状态；

熄弧电流监测单元，用于将当前时刻t_c的本相相电流

与熄弧电流限值

分别进行比较；当本相满足

时，控制CT拖尾结果输出单元输出为本相无CT拖尾；当本相满足

时，启动相电流波形监测单元进入工作状态；

相电流波形监测单元，用于以当前时刻t_c为起点，前推得到N个相电流采样点；利用N个相电流采样点分别构成本相相电流波形，当本相相电流波形上的全部电流数值均为正值或非正值时，控制CT拖尾结果输出单元输出本相有CT拖尾，否则控制CT拖尾结果输出单元输出本相无CT拖尾；

失灵保护判据模块根据CT拖尾判别模块的输出结果进行判断。失灵保护判据模块包括：相电流判据单元，零序电流判据单元，负序电流判据单元；其中，

相电流判据单元，用于根据相电流和有关定值判据的比较结果以及本相CT拖尾判别模块的输出结果输出相电流的动作判据和返回判据；零序电流判据单元，用于根据零序电流和有关定值判据的比较结果以及三相CT拖尾判别模块的输出结果输出零序电流的动作判据和返回判据；负序电流判据单元，用于根据负序电流和有关定值判据的比较结果以及三相CT拖尾判别模块的输出结果输出负序电流的动作判据和返回判据；

由相电流判据单元，零序电流判据单元，负序电流判据单元输出的各种判据，作为断路器失灵保护的优化结果。

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