CN115885443A - 数字保护继电器及数字保护继电器监视系统 - Google Patents

数字保护继电器及数字保护继电器监视系统 Download PDF

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CN115885443A CN202080103200.3A CN202080103200A CN115885443A CN 115885443 A CN115885443 A CN 115885443A CN 202080103200 A CN202080103200 A CN 202080103200A CN 115885443 A CN115885443 A CN 115885443A
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Abstract

本发明的数字保护继电器(1)输入流过变压器(3)的交流电流，在过电流检测时进行与变压器(3)连接的断路器(2)的切断动作，包括：控制部(14)，当所提取出的二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例(二次谐波含有率)为规定的阈值以上时，该控制部(14)阻止断路器的切断动作；阈值学习部(15)，每当接通断路器(2)并连接变压器(3)时，该阈值学习部(15)根据所提取出的二次谐波含有率进行阈值更新；存储部(16)，该存储部(16)将励磁冲击电流及二次谐波含有率与计算出它们的时刻一起进行保存，阈值学习部(15)根据存储部(16)中保存的励磁冲击电流及二次谐波含有率、和新输入的励磁冲击电流和与其对应的二次谐波含有率，计算包含将来的预测值的励磁冲击电流和二次谐波含有率各自的随时间的变化。与数字保护继电器(1)连接的监视装置(20)对此进行显示。

Description

数字保护继电器及数字保护继电器监视系统
技术领域
本公开涉及数字保护继电器及数字保护继电器监视系统。
背景技术
数字保护继电器用于保护电力系统的例如变压器。在现有的数字保护继电器中，正在研究防止各种误动作。例如，已知为了对将变压器等连接至系统时流过的励磁冲击电流与系统故障时的故障电流进行区别，检测包含在输入信号中的二次谐波分量，在该二次谐波分量相对于基波分量的比率超过阈值的情况下，判定为励磁冲击电流，并且不进行应对故障电流时的继电器的过电流保护动作。
但是，由于每个变压器的励磁冲击电流所包含的谐波分量不同，因此像以往那样即使唯一地决定阈值，也有可能在变压器连接时进行误动作。对此，申请人提出了具有学习变压器连接时的励磁冲击电流并设定阈值学习功能，且不会产生误动作的可靠性高的数字保护继电器(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2019/043910号
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，关于专利文献1中的阈值的学习，由于设定学习期间，并在该期间进行采样，进行阈值的更新，因此使用的数据有限。另外，虽然通过获取所积蓄的数据的平均值，想要提高精度，但是期待进行可靠性更高的阈值的设定的方法。
本公开是为了解决上述的问题而提出的，其特征在于，提供一种数字保护继电器，该数字保护继电器能够积蓄所测量到的励磁冲击电流和二次谐波分量，根据该数据计算包含将来的预测值的随时间的变化，以及提供一种数字保护继电器监视系统，该数字保护继电器监视系统能够使随时间的变化可视化、监视数字保护继电器以及掌握与数字保护继电器连接的设备的劣化状态。
用于解决技术问题的技术手段
本公开所涉及的数字保护继电器输入流过变压器的交流电流，在过电流检测时，进行与所述变压器连接的断路器的切断动作，该数字保护继电器包括：
A/D转换部，该A/D转换部以一定时间间隔对所输入的所述交流电流进行采样；运算处理部，该运算处理部根据由所述A/D转换部采样的数字值进行频率分析；控制部，当由所述运算处理部提取出的二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例为规定的阈值以上时，该控制部阻止所述断路器的切断动作；阈值学习部，每当接通所述断路器并连接所述变压器时，该阈值学习部根据由所述运算处理部提取出的二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例进行阈值更新；以及存储部，该存储部将所述阈值学习部中用于阈值更新的励磁冲击电流、二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例与计算出这些的时刻一起进行保存，
所述阈值学习部根据保存在所述存储部中励磁冲击电流及二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例、和接通所述断路器并连接所述变压器时新输入的励磁冲击电流及由所述运算处理部提取的二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例，计算包含将来的预测值的励磁冲击电流及二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例各自的随时间的变化。
本公开所涉及的数字保护继电器监视系统包括所述数字保护继电器和与所述数字保护继电器连接的监视装置，所述监视装置显示由所述数字保护继电器的所述阈值学习部计算出的包含将来的预测值的励磁冲击电流和二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例各自的随时间的变化。
发明效果
根据本公开的数字保护继电器，保存、积蓄所输入的励磁冲击电流及二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例，根据该数据预测将来的随时间的变化，因此能够基于包含将来的预测结果在内的随时间的变化来设定阈值，能够进一步提高数字保护继电器的可靠性。
另外，本公开所涉及的数字保护继电器监视系统，由于使包含励磁冲击电流及二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例的预测值的随时间的变化可视化，因此不仅可以监视数字保护继电器，还可以掌握与数字保护继电器连接的变压器等设备的劣化状态。
附图说明
图1是将实施方式1所涉及的数字保护继电器应用于功率用变压器的电路结构图。
图2是实施方式1所涉及的数字保护继电器和数字保护继电器监视系统的功能框图。
图3是实施方式1所涉及的数字保护继电器和数字保护继电器监视系统的硬件结构图。
图4是说明实施方式1所涉及的监视装置的使用状态的图。
图5是表示实施方式1所涉及的监视装置中显示的励磁冲击电流的随时间的变化的示例的图。
图6是表示实施方式1所涉及的监视装置中显示的励磁冲击电流的二次谐波含有率的随时间的变化的示例的图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本实施方式进行说明。另外，在各图中，同一标号表示相同或相当部分。
实施方式1
以下，利用附图对实施方式1所涉及的数字保护继电器及数字保护继电器监视系统进行说明。
图1是将实施方式1所涉及的数字保护继电器1应用于功率用的变压器3的电路结构图。在图1中，作为被保护对象的变压器3经由断路器2(CB：Circuit Breaker)与功率系统电源(未图示)连接。另外，设有提取各相的交流电流的主变流器4(CT：CircuitTransformer)。变压器3的低压侧通过无熔丝断路器(MCCB：Molded Case Circuit Breaker(塑壳断路器))5a、5b与负载(未图示)连接。由主变流器4提取的交流电流被输入到数字保护继电器1，如果判断为因系统故障等产生的过电流(故障电流)，则通过进行断路器2的切断动作，保护变压器3。
图2是实施方式1所涉及的数字保护继电器1和数字保护继电器监视系统100的功能框图。在图2中，由主变流器4提取的交流电流通过电流测量部11转换为适当的大小。A/D转换部12以一定时间间隔对由电流测量部11转换后的交流电流进行采样，并转换为数字数据。数字数据被输入到运算处理部13，实施基于FFT(Fast Fourier Transform：快速傅里叶变换)或数字加减运算处理等的数字运算的频率分析。频率分析的结果是，当二次谐波相对于电流的基波分量的比例为阈值以上时，在控制部14中判定为励磁冲击电流，执行断路器2的切断动作。
在阈值学习部15中，进行从产生励磁冲击电流到阈值运算为止的一系列用于学习的步骤。所学习的阈值被发送到控制部14，在控制部14中，更新为用于励磁冲击电流的判定的二次谐波相对于电流的基波分量的比例(以下，称为二次谐波含有率)的阈值。由运算处理部13计算出的频率分析的结果以及阈值学习部15的学习结果存储并积蓄在作为非易失性存储器的存储部16中。另外，虽然详细情况在后面描述，但使用积蓄在存储部16中的数据，在阈值学习部15中进行励磁冲击电流和二次谐波含有率的将来的预测值的计算。积蓄在存储部16中的数据经由通信部17发送到数字保护继电器1外的监视装置20。这里，包含数字保护继电器1外的监视装置20的是数字保护继电器监视系统100。
图3是表示实施方式1所涉及的数字保护继电器1及数字保护继电器监视系统100的硬件的一个示例的结构图。数字保护继电器1内的电流测量部11由模拟电路构成，除此之外，A/D转换部12、运算处理部13、控制部14、阈值学习部15、存储部16以及通信部17至少由处理器101和存储装置102构成。另外，数字保护继电器监视系统100也同样地至少由处理器101和存储装置102构成。虽然存储装置102未图示，但具备随机存取存储器等易失性存储装置、和闪存等非易失性的辅助存储装置。另外，也可以具备硬盘这样的辅助存储装置以代替闪存。处理器101执行从存储装置102输入的程序，实施采样及基于FFT的频率分析等。该情况下，将程序从辅助存储装置经由易失性存储装置输入到处理器101。另外，处理器101可以将运算结果等数据输出至存储装置102的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存至辅助存储装置。后述的阈值的学习功能也可以作为程序存储在存储装置102中，由处理器101执行。另外，根据电路结构，也可以采用在处理器中组合了一部分ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)的结构。
接着，对阈值学习部15及监视装置20的动作进行说明。
主变流器4始终测量交流电流，测量出的交流电流被输入到电流测量部11。每当断路器2被接通，且变压器3与系统连接时，主变流器4测量交流电流作为励磁冲击电流并输入到电流测量部11。由电流测量部11转换为适当大小的信号在A/D转换部12中转换为数字数据。对输入到运算处理部13的数字数据实施频率分析，提取二次谐波，并且计算二次谐波含有率。计算出的二次谐波含有率被输入到控制部14和阈值学习部15。在阈值学习部15中，除了输入二次谐波含有率，还输入励磁冲击电流。输入到阈值学习部15的励磁冲击电流和二次谐波含有率与计算出数据的时刻一起保存在存储部16中。
阈值学习部15根据本次输入的励磁冲击电流和二次谐波含有率，更新阈值，并发送给控制部14。进而，根据本次输入的励磁冲击电流及二次谐波含有率、和积蓄在存储部16中的励磁冲击电流及二次谐波含有率预测随时间的变化。
积蓄在存储部16中的励磁冲击电流及二次谐波含有率的数据、和由阈值学习部15预测的励磁冲击电流及二次谐波含有率的随时间的变化经由通信部17发送给监视装置20。
图4是说明监视装置20的使用状态的图。监视装置20例如是PC(个人电脑)或平板电脑等终端，在其显示画面上显示从数字保护继电器1发送的数据。使用数字保护继电器1的用户可以根据所显示的励磁冲击电流和二次谐波含有率的随时间的变化等信息来监视数字保护继电器1的动作状况。另外，能够预测变压器3、负载的经年劣化，能够在变压器3、负载的经年劣化引起的事故发生前进行维护。因此，能够更稳定地运用设备。
接着，参照显示在监视装置20上的数据，对励磁冲击电流和二次谐波的比例的随时间的变化的预测方法进行说明。
图5和图6是表示在监视装置20上显示的数据的示例的图，图5是表示励磁冲击电流的随时间的变化的示例，图6是表示励磁冲击电流的二次谐波含有率的随时间的变化的示例的图。在图5和图6中，实线是由数字保护继电器1计算出的实际数据，虚线是将来的预测值。
分析由数字保护继电器1测量的励磁冲击电流，申请人得到以下的信息。由于变压器及负载的经年劣化，励磁冲击电流变大，但关于二次谐波成分的电流值，为一定值而不发生变化。另外，这些数据随着时间的经过而线性变动。因此，作为随时间的变化，具有励磁冲击电流的大小增加，但二次谐波含有率减少的趋势。
基于该趋势，使用简单移动平均法，根据实际数据的平均值计算励磁冲击电流及二次谐波含有率的将来预测数据。
简单移动平均法由下式表示，通过该式，使用紧接之前n个(n为2以上的自然数)的数据平均值来计算将来预测数据。
[数学式1]
数1
Figure BDA0004080978270000071
St+1：予测值
Yt：実
Figure BDA0004080978270000072
值(最新)
n：平均化すゐデ一タ個数
在n≤3的情况下，使用参考了同机种的变压器或与同机种的变压器连接的负载状况而预先设定的初始值的阈值及一次函数来预先制作暂定的随时间的变化的预测线图。n＞3时，生成基于简单移动平均法的预测数据。此时，在计算出第(n+1)个预测数据之后，使用包含该预测数据的(n+1)个数据平均值计算第(n+2)个预测数据，并重复进行该操作，从而生成随时间的变化的预测线图。
当变压器3连接到系统并获得新的励磁冲击电流和二次谐波含有率时，使用新的数据更新随时间的变化的预测线图。
使用数字保护继电器1的用户可以在每次变压器3连接至系统，且获取新的励磁冲击电流和二次谐波时，通过监视装置20确认更新后的励磁冲击电流和二次谐波含有率的随时间的变化的预测线图。另外，用户能够根据二次谐波含有率的随时间的变化直接设定、变更在数字保护继电器1的控制部14中设定的阈值。阈值的设定可以使用通常设置在数字保护继电器1中的设定功能。
另外，使用数字保护继电器1的用户根据与数字保护继电器1连接的变压器3及负载的运用计划，例如在预定会进行变压器3及负载发生劣化的严酷运用的情况下，可以进行调整阈值自身或计算阈值的系数等，以使阈值变小。由此，能够设定为数字保护继电器1可靠地进行动作。
如上所述，使用数字保护继电器1的用户能够根据显示在监视装置20上的更新后的励磁冲击电流和二次谐波含有率的随时间的变化的预测线图，预测变压器3和负载的劣化。如果预测线图的倾斜率时时刻刻变大，则加快维护计划，如果预测线图的倾斜率变得平缓，则可以修改维护计划等，设备管理也变得容易。
虽然省略了阈值的设定及更新方法的说明，但初始值只要在使用根据同一机种的变压器的实际情况预先决定的值之后进行更新即可。每当变压器3连接至系统，且获得新的励磁冲击电流和二次谐波含有率时，可以将所获得的二次谐波含有率乘以系数来设定，也可以使用国际公开第2019/043910号公开的计算方法。
另外，每当接通断路器2、且变压器3连接至系统时，测量交流电流作为励磁冲击电流，由阈值学习部15计算阈值，发送给控制部14，在存储部16中不断积蓄数据，但关于接通断路器2、且变压器3连接至系统的触发，在数字保护继电器1自身生成断路器2的动作信号时使用该触发。
如上所述，根据实施方式1，本实施方式所涉及的数字保护继电器1根据输入的励磁冲击电流，由运算处理部13计算二次谐波含有率，由阈值学习部15计算阈值，更新控制部14的阈值，因此，能够设定伴随着随时间的变化的阈值。另外，励磁冲击电流和二次谐波含有率与计算出这些的时刻一起存储并积蓄在存储部16中，在阈值学习部15中，根据积蓄的数据和新计算出的励磁冲击电流和二次谐波含有率，预测并计算将来的随时间的变化。数字保护继电器1外的监视装置20获取并显示积蓄在存储部16中的数据及由阈值学习部15计算出的包含将来的预测值的随时间的变化，因此数字保护继电器1的用户能够确认可视化的数据，直接向数字保护继电器1输入阈值的变更。
另外，本实施方式所涉及的数字保护继电器监视系统100将积蓄在数字保护继电器1中的励磁冲击电流及二次谐波含有率的数据及包含它们的将来的预测值的随时间的变化可视化地提供给用户，不仅可以监视数字保护继电器1，还可以掌握与数字保护继电器连接的变压器3等设备的劣化状态。并且，能够从设备的劣化状态合理地计划设备的维护。
本公开记载了各种例示性的实施方式及实施例，但1个或多个实施方式中记载的各种特征、形态及功能并不限于特定实施方式的应用，可单独或以各种组合来应用于实施方式。
因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。
标号说明
1：数字保护继电器，2：断路器，3：变压器，4：主变流器，5a、5b：无熔丝断路器，11：电流测量部，12：A/D转换部，13：运算处理部，14：控制部，15：阈值学习部，16：存储部，17：通信部，20：监视装置，100：数字保护继电器监视系统，101：处理器，102：存储装置。

Claims (4)

1.一种数字保护继电器，该数字保护继电器输入流过变压器的交流电流，在过电流检测时进行与所述变压器连接的断路器的切断动作，其特征在于，包括：
A/D转换部，该A/D转换部以一定时间间隔对所输入的所述交流电流进行采样；
运算处理部，该运算处理部根据由所述A/D转换部采样得到的数字值进行频率分析；
控制部，当由所述运算处理部提取出的二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例为规定的阈值以上时，该控制部阻止所述断路器的切断动作；
阈值学习部，每当所述断路器被接通且所述变压器被连接时，该阈值学习部根据由所述运算处理部提取出的二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例，进行阈值更新；以及
存储部，该存储部将在所述阈值学习部中用于阈值更新的励磁冲击电流及二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例与计算出它们的时刻一起保存，
所述阈值学习部根据保存在所述存储部中的励磁冲击电流及二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例、和接通所述断路器且连接所述变压器时新输入的励磁冲击电流及由所述运算处理部提取出的二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例，计算包含将来的预测值的励磁冲击电流及二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例各自的随时间的变化。
2.如权利要求1所述的数字保护继电器，其特征在于，
在所述阈值学习部中，使用简单移动平均法计算包含将来的预测值的励磁冲击电流和二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例各自的随时间的变化。
3.如权利要求1或2所述的数字保护继电器，其特征在于，
所述阈值学习部基于每当所述断路器被接通且所述变压器被连接时新输入的励磁冲击电流及由所述运算处理部提取出的二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例，计算并更新包含将来的预测值的励磁冲击电流和二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例各自的随时间的变化。
4.一种数字保护继电器监视系统，其特征在于，包括：
权利要求1至3中任一项所述的数字保护继电器；以及
与所述数字保护继电器连接的监视装置，
所述监视装置显示由所述数字保护继电器的所述阈值学习部计算出的包含将来的预测值的励磁冲击电流和二次谐波包含在励磁冲击电流中的比例各自的随时间的变化。
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