CN116365456A - 一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法 - Google Patents

一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，首先跨间隔继电保护装置实时计算各间隔电流的变化量及零序分量，判断采样值是否发生了波动；其次根据采样值自带的品质位判断数据有效性，数据无效，则闭锁差动保护，数据有效，则基于零序分量及波形特性进行异常数据识别；最后，当识别为数据异常时，电力系统发生了故障，根据异常时刻采样数据特性进行智能处理。本发明的能够可靠识别各类采样值异常，避免跨间隔保护的误动，同时基于采样特性的智能处理方法，使得跨间隔保护在数据异常工况下仍具备高可靠性，保证了电力系统的安全可靠运行。

Description

一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体的说是一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法。
背景技术
继电保护装置是电网安全的第一道防线，当系统或设备发生故障危及电网安全时，继电保护装置的正确动作能最大限度地减少对电力设备本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响。如果继电保护装置发生不正确动作(包括拒动和误动)时，将给电力系统带来巨大的危害。由于电力系统容量越来越大，供电范围越来越广，系统结构日趋复杂，继电保护可靠性显得尤为重要。
采样回路是继电保护装置的数据源头，是继电保护工作可靠性的立足之本。国内已发现多起因保护装置交流模件、AD芯片异常、内存软错误等异常引起的的采样值波动，进而造成继电保护保护不正确动作的行为。数据采集的正确性是继电保护装置正确动作的基础，因此继电保护装置必须可靠识别出采样值有效性并采取相应的智能处理方法，提高继电保护的可靠性，保证电力系统可靠运行。
对于跨间隔保护，目前的数据异常识别集中在以下几种方式：
1、传统变电站主要包含在AD环节，AD采样数据出错，跨间隔保护可靠闭锁，但若交流模件出现虚焊导致采样波动，受制于差动保护快速性的要求，现有跨间隔保护采用基于差流数据的识别及处理方法会失效，导致不正确行为。
2、智能变电站主要包括：合并单元自身对采集信息进行校验，当发现数据存在异常，在发送的采样报文中标记为异常状态，供相应的保护装置进行识别，保护装置根据报文信息闭锁相应的保护，避免误动作。但若合并单元互感器，或者跨间隔保护装置插值模块内存软错误等情况下，异常状态标识无法准确反应真实工况。
目前，现有跨间隔保护普遍采用基于差流数据的识别方法，方法比较单一，当数据源头出现异常，且数据状态未反应正式工况时，识别方法将失效。当数据异常时，处理方法相对比较简单，数据状态为异常时，闭锁差动保护，数据未反应工况时，可能导致保护错误动作。同时因为跨间隔保护误动作影响范围特别大，因此很有必要对跨间隔保护装置异常电流准确辨识及保护智能优化处理方案进行研究。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，以跨间隔保护各间隔电流变化量及零序分量为研究对象，并基于零序分量及波形特性准确识别异常数据，在识别出单间隔采样异常后如果系统发生故障根据采样数据特性智能处理开放保护，大大提高了跨间隔保护的可靠性。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，包括以下步骤：
步骤1：通过跨间隔保护装置采集所有接入电网中的间隔三相电流值；
步骤2：计算各间隔三相电流值的采样电流变化量、采样零序分量、零序分量变化量，并且计算零序差流；
步骤3：当两路及两路以上的间隔三相电流值的采样电流变化量大于电流变化量门槛，或者两路及两路以上零序分量变化量大于零序变化量门槛时，若采样品质位正常，则不闭锁差动保护，当任意一路采样品质位异常，则闭锁差动保护；
当仅有一路间隔三相电流值的采样电流变化量大于电流变化量门槛，或者零序分量变化量大于零序变化量门槛时，采样数据可疑，转入步骤4；
步骤4：若该间隔采样品质位异常，则闭锁差动保护；若该间隔采样品质位正常，则转入步骤5；
步骤5：该间隔的采样零序分量与零序差流比值大于K1时，识别为该间隔数据异常，记录异常相别；
步骤6：在某一间隔数据异常的情况下，若电力系统未发生故障，则保持该间隔数据异常，不进行任何处理；若电力系统发生故障，则转入步骤7；
步骤7：跨间隔保护装置将该间隔三相电流直接计入差动保护，根据差流计算得到第一种结果M1；将该间隔三相电流值的采样电流变化量计入差动保护，根据差流计算得到第二种结果M2；
步骤8：当M1、M2同时动作，且系统发生故障的相别与M1、M2所在的相别一致，则差动保护动作；转入步骤9；
当M1、M2仅有一个动作，且系统发生故障的相别与M1、M2所在的相别一致，则转入步骤10；
当M1、M2同时动作，且系统发生故障的相别与M1、M2所在的相别不一致，则差动保护动作，直接跳闸；
步骤9：当差动保护动作，此时优选方案为先跳闸发生数据异常的间隔，延时预定时间跳闸其余间隔；次选方案直接跳闸所有间隔；
步骤10：优选方案为先跳闸第一间隔；次选方案为直接闭锁差动保护。
所述计算各间隔三相电流值的采样电流变化量，具体为：
ΔIiφK＝|IiφK-Iiφ(K-N)|
其中，ΔIiφK为间隔i的φ相电流的当前采样点K的采样电流变化量，φ为三相电流的A相、B相或C相，IiφK为间隔i的φ相电流的当前采样点K的采样电流值，Iiφ(K-N)为间隔i的φ相电流的当前采样点K对应的上一周波点采样电流值，N为每周波采样点数。
所述间隔三相电流值的采样电流变化量大于电流变化量门槛的判定条件为：
ΔIiφK＞Iset1
其中，Iset1为电流变化量门槛，，取值为0.02In～0.05In，In为电流二次额定值。
所述计算各间隔三相电流值的采样零序分量，具体为：
Ii0K＝IiAK+IiBK+IiCK
其中，Ii0K为间隔i的当前采样点K的采样零序分量，IiAK为间隔i的A相电流的当前采样点K的采样电流值，IiBK为间隔i的B相电流的当前采样点K的采样电流值，IiCK为间隔i的C相电流的当前采样点K的采样电流值。
所述计算各间隔三相电流值的零序分量变化量，具体为：
ΔIi0K＝|Ii0K-Ii0(K-N)|
其中，ΔIi0K为间隔i的当前采样点K的零序分量变化量，Ii0(K-N)为间隔i的当前采样点K对应上一周波零序电流分量。
所述零序分量变化量大于零序变化量门槛的判定条件为：
ΔIi0K＞I0set
其中，I0set为零序变化量门槛，取值为0.02In～0.05In，In为电流二次额定值。
所述计算零序差流，具体为：
Id0K＝|IdAK+IdBK+IdCK|
Figure BDA0004158208400000041
其中，Id0K为当前采样点K对应的零序差流，IdφK为当前采样点K的三相差动电流，φ为三相电流的A相、B相或C相，
Figure BDA0004158208400000042
为当前采样点K的第i间隔φ相电流，m为跨间隔保护接入的单元数，IdAK为当前采样点K的A相差动电流，IdBK为当前采样点K的B相差动电流，IdCK为当前采样点K的C相差动电流，d表示差流。
所述K1为比例系数，取值0.8～1。
所述采样品质位异常包括AD采样数据异常以及智能站数字采样异常。
所述系统发生故障采用如下判据：
(1)两路及以上间隔三相电流值增加，或者采样零序分量增加；
(2)各间隔三相电流值的采样电流变化量之和大于Iset2，Iset2取值0.1In～0.3In，In为电流二次额定值。
所述步骤7中，M1和M2以如下公式获取：
Figure BDA0004158208400000051
M1为常规差电流，等于各连接单元采样值相量之和的模；
Figure BDA0004158208400000052
M2为计入数据异常的间隔电流在异常前后变化量的差电流，等于各连接单元采样值相量以及该间隔电流异常前后变化量之和的模；
其中，
Figure BDA0004158208400000053
为非异常间隔的电流，/>
Figure BDA0004158208400000054
为异常间隔的电流变化量，m为跨间隔保护接入的单元数。
所述M1、M2动作采用如下判断条件。
M1＞Isetm1
M2＞Isetm2
其中，Isetm1、Isetm2为判据电流门槛，取值范围0.05In～20In，In为电流二次额定值。
所述延时的预定时间取值0.10s-0.15s。
本发明以跨间隔保护各间隔的电流变化量，零序变化量作为采样波动的判断基础，结合采样品质进行判断，当采样品质异常时，闭锁跨间隔保护相关功能。当采样品质正常，且仅有1个间隔发生变化时，根据波形特性进行数据异常判别。当判断为数据异常时，此时系统发生故障，根据不同计算结果进行逻辑判断，智能处理异常数据情况下的动作行为。在数据异常工况下，跨间隔继电保护仍具备高可靠性，保证了变电站设备安全可靠运行。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明的跨间隔保护装置判断间隔采样电流波动的逻辑示意图；
图3为本发明的跨间隔保护装置判断间隔采样电流异常的逻辑示意图；
图4为本发明的跨间隔保护装置采样电流异常时故障再开放智能处理方法逻辑示意图；
图5为本发明应对常规站跨间隔保护装置互感器异常导致采样异常的录波图；
图6为本发明应对智能站跨间隔保护装置内存软错误导致采样异常的录波图；
图7为本发明应对采样异常情况下发生区内故障后智能处理录波图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明涉及的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，主要从以下几个方面进行：首先跨间隔保护实时计算各间隔三相电流采样值的变化量及零序分量，根据电流变化量及零序分量是否增大，判断该间隔采样电流是否发生了波动；其次，如果仅一路电流发生了波动，此时如果有异常标志，则闭锁差动保护，若无异常标志，则根据该间隔零序电流在零序差流中的占比，确认该间隔采样发生了异常；最后，如果在间隔采样异常情况下，电力系统发生了故障，此时根据两种不同逻辑来确认是否发生了区内故障，处理动作逻辑及智能处理判断结果。通过上述三个方面，最完善解决了数据异常识别问题，智能处理，则提高了跨间隔保护的可靠性。
如图1所示本发明涉及的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，主要包括以下步骤：
数据异常识别方法包括：
步骤1：跨间隔保护采集所有接入间隔三相电流值；
步骤2：根据电流采样值计算各接入间隔三相电流采样值变化量，采样值零序分量，并且计算差动电流，零序差流。当采样值增加或者零序分量增加时，进入步骤3，否则返回步骤1；
以下步骤中以第一间隔为例说明，其他间隔做同样判断。
步骤3：当第一间隔电流采样值变大，或者零序分量增加，跨间隔保护进行如下操作：
当有两路及以上电流采样值增大，或者零序分量增加，采样值数据有效，转入步骤4；
当仅有第一间隔电流采样值变大，或者零序分量增加，采样数据可疑，进行异常数据识别，转入步骤5；
步骤4：当有两路及以上电流采样值增加，或者零序分量增加，此时若采样数据品质位正常，则不闭锁差动保护，当任意一路品质位异常，则闭锁差动保护(差动保护不动作)。
步骤5：当仅有第一间隔电流采样值变大，或者零序分量增加，此时若第一间隔采样品质位异常，闭锁差动保护；第一间隔采样品质位正常，则转入步骤6；
步骤6：第一间隔的零序电流分量与零序差流比值大于K1时，识别为第一间隔数据异常，记录异常相别。
前述步骤2包括：
步骤2.1以如下公式以第一个间隔为例获取各间隔电流采样值变化量：
ΔIiφK＝|IiφK-Iiφ(K-N)|
其中，ΔIiφK为间隔i的φ相电流的当前采样点K的采样电流变化量，φ为三相电流的A相、B相或C相，IiφK为间隔i的φ相电流的当前采样点K的采样电流值，Iiφ(K-N)为间隔i的φ相电流的当前采样点K对应的上一周波点采样电流值，N为每周波采样点数，典型的为24点采样，则取值24，若每周波48点采样，则N取值48。
计算所有间隔三相电流采样值变化量。
步骤2.2对于任一相，当间隔电流变化量大于变化量门槛时，判定采样值增加，判断条件如下：
ΔIiφK＞Iset1
式中，Iset1为变化量门槛，取值0.02In～0.05In，In为电流二次额定值
所有间隔采用相同公式，并记录突变量间隔及相别。
步骤2.3以如下公式获取各间隔电流采样值零序分量及其变化量：
Ii0K＝IiAK+IiBK+IiCK
ΔIi0K＝|Ii0K-Ii0(K-N)|
式中，Ii0K为间隔1的当前采样点K的采样零序分量，IiAK为间隔1的A相电流的当前采样点K的采样电流值，IiBK为间隔1的B相电流的当前采样点K的采样电流值，IiCK为间隔1的C相电流的当前采样点K的采样电流值，I10(K-N)为间隔1当前采样点K点对应上一周波零序电流分量，I10K为间隔1当前采样点零序电流变化量；
步骤2.4当间隔零序电流变化量大于零序变化量门槛时，判断为零序分量增加，判断条件如下：
ΔIi0K＞I0set
式中，I0set为零序变化量门槛，取值0.02In～0.05In，In为电流二次额定值。
步骤2.5以如下公式获取差动电流及零序差流：
Figure BDA0004158208400000081
Id0K＝|IdAK+IdBK+IdCK|
式中，φ为三相电流的A相、B相或C相，
Figure BDA0004158208400000082
为K点对应三相差流，等于各连接单元采样值和的绝对值。
Id0k为对应k点对应的零序差流，等于三相差流采样值和的绝对值。
前述步骤2，6中：间隔电流采样值增加，零序分量增加，零序电流分量与零序差流的比值均采用采样值算法，连续n点成立，判定为满足判定条件，n取值2～4。
前述步骤4，5中采样品质异常，包括AD采样数据异常，以及智能站数字采样异常。前述步骤6中，异常相别选取为电流变化量增加的相别。
智能处理方法包括：
步骤a：第一间隔采样异常情况下，系统未发生故障，保持第一间隔数据异常，不进行任何处理，若系统发生故障，则转入步骤b；
步骤b：跨间隔保护将将第一间隔电流直接计入差动保护，根据差流计算得到第一种结果M1，将第一间隔电流变化量计入差动保护，根据差流计算得到第二种结果M2。
步骤c：根据M1，M2计算结果进行逻辑判断，并智能处理判断结果。
当M1，M2同时动作，且系统发生故障相别与M1、M2所在相别一致，则差动保护动作；转入步骤d；
当M1，M2仅有一个动作，且系统发生故障相别与M1、M2所在相别一致则转入步骤5；
当M1，M2同时动作，且系统发生故障相别与M1、M2所在相别不一致，差动保护动作，直接跳闸；
步骤d：当差动保护动作，此时优选方案为先跳第一间隔，延时T1跳其余间隔；次选方案直接跳所有间隔；
步骤e：当M1、M2仅一个动作，则优选方案先跳第一间隔；次选方案直接闭锁。
前述步骤a中判断系统发生故障采用如下判据：
1)两路及以上电流采样值增加，或者零序分量增加；
2)各间隔电流变化量采样绝对值之和大于Iset2，Iset2取值0.1In～0.3In。
故障发生判据采用采样值算法，连续n点成立，判定为满足判定条件，n取值2～4。
前述步骤b中M1、M2以如下公式获取：
Figure BDA0004158208400000091
M1为常规差电流，等于各连接单元采样值相量之和的模；
Figure BDA0004158208400000092
M2为计入间隔1(异常间隔)电流异常前后变化量的差电流，等于各连接单元采样值相量以及间隔1电流异常前后变化量之和的模。
前述步骤c中M1、M2动作采用如下判断条件。
M1＞Isetm1
M2＞Isetm2
式中，Isetm1、Isetm2为判据电流门槛，取值范围0.05In～20In。
前述步骤d中延时T1取值0.10s-0.15s。
前述步骤d、e优选方案及次选方案可通过控制字进行选择。
图2为间隔1采样发生波动逻辑框图，间隔1A、B、C相电流突变或者零序分量变化，则认为间隔1电流发生波动；
图3为间隔1采样异常逻辑框图，间隔1采样发生变化情况下，如果此时无异常标志，且零序电流与零序差流满足比率关系，则认为间隔1采样异常；
图4为智能处理方法逻辑框图，当间隔1采样异常情况下才是系统发生故障，分别计算M1、M2，并根据M1、M2不同动作情况，智能处理跨间隔保护动作逻辑；
图5为常规站跨间隔保护装置互感器异常导致的采样异常波形，此时无外部输入采样异常标志，根据本专利所述方法，仅支路5A相电流采样值增加，零序分量增加，零序电流与零序差流比值大于K1，跨间隔保护能够准确识别为采样异常，给出告警提示并闭锁差动保护；
图6为智能站跨间隔保护装置内存软错误导致的采样异常波形，此时合并单元发出的数据无采样异常错误标，根据本发明所述方法，仅支路5三相电流采样值增加，零序分量增加，零序电流与零序差流比值大于K1，跨间隔保护能够准确识别为采样异常，给出告警提示并闭锁差动保护；
图7为智能站内存软错误导致采样异常情况下，根据本专利所述方法跨间隔保护识别为采样异常，给出告警提示并闭锁差动保护。在系统发生区内故障后，跨间隔保护根据M1、M2计算结果进行智能处理判断，再开放差动保护，仍可快速动作。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过跨间隔保护装置采集所有接入电网中的间隔三相电流值；
步骤2：计算各间隔三相电流值的采样电流变化量、采样零序分量、零序分量变化量，并且计算零序差流；
步骤3：当两路及两路以上的间隔三相电流值的采样电流变化量大于电流变化量门槛，或者两路及两路以上零序分量变化量大于零序变化量门槛时，若采样品质位正常，则不闭锁差动保护，当任意一路采样品质位异常，则闭锁差动保护；
当仅有一路间隔三相电流值的采样电流变化量大于电流变化量门槛，或者零序分量变化量大于零序变化量门槛时，采样数据可疑，转入步骤4；
步骤4：若该间隔采样品质位异常，则闭锁差动保护；若该间隔采样品质位正常，则转入步骤5；
步骤5：该间隔的采样零序分量与零序差流比值大于K1时，识别为该间隔数据异常，记录异常相别；
步骤6：在某一间隔数据异常的情况下，若电力系统未发生故障，则保持该间隔数据异常，不进行任何处理；若电力系统发生故障，则转入步骤7；
步骤7：跨间隔保护装置将该间隔三相电流直接计入差动保护，根据差流计算得到第一种结果M1；将该间隔三相电流值的采样电流变化量计入差动保护，根据差流计算得到第二种结果M2；
步骤8：当M1、M2同时动作，且系统发生故障的相别与M1、M2所在的相别一致，则差动保护动作；转入步骤9；
当M1、M2仅有一个动作，且系统发生故障的相别与M1、M2所在的相别一致，则转入步骤10；
当M1、M2同时动作，且系统发生故障的相别与M1、M2所在的相别不一致，则差动保护动作，直接跳闸；
步骤9：当差动保护动作，此时优选方案为先跳闸发生数据异常的间隔，延时预定时间跳闸其余间隔；次选方案直接跳闸所有间隔；
步骤10：优选方案为先跳闸第一间隔；次选方案为直接闭锁差动保护。
2.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述计算各间隔三相电流值的采样电流变化量，具体为：
ΔIiφK＝|IiφK-Iiφ(K-N)|
其中，ΔIiφK为间隔i的φ相电流的当前采样点K的采样电流变化量，φ为三相电流的A相、B相或C相，IiφK为间隔i的φ相电流的当前采样点K的采样电流值，Iiφ(K-N)为间隔i的φ相电流的当前采样点K对应的上一周波点采样电流值，N为每周波采样点数。
3.根据权利要求2所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述间隔三相电流值的采样电流变化量大于电流变化量门槛的判定条件为：
ΔIiφK＞Iset1
其中，Iset1为电流变化量门槛，，取值为0.02In～0.05In，In为电流二次额定值。
4.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述计算各间隔三相电流值的采样零序分量，具体为：
Ii0K＝IiAK+IiBK+IiCK
其中，Ii0K为间隔i的当前采样点K的采样零序分量，IiAK为间隔i的A相电流的当前采样点K的采样电流值，IiBK为间隔i的B相电流的当前采样点K的采样电流值，IiCK为间隔i的C相电流的当前采样点K的采样电流值。
5.根据权利要求4所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述计算各间隔三相电流值的零序分量变化量，具体为：
ΔIi0K＝|Ii0K-Ii0(K-N)|
其中，ΔIi0K为间隔i的当前采样点K的零序分量变化量，Ii0(K-N)为间隔i的当前采样点K对应上一周波零序电流分量。
6.根据权利要求5所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述零序分量变化量大于零序变化量门槛的判定条件为：
ΔIi0K＞I0set
其中，I0set为零序变化量门槛，取值为0.02In～0.05In，In为电流二次额定值。
7.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述计算零序差流，具体为：
Id0K＝|IdAK+IdBK+IdCK|
Figure FDA0004158208390000031
其中，Id0K为当前采样点K对应的零序差流，IdφK为当前采样点K的三相差动电流，φ为三相电流的A相、B相或C相，
Figure FDA0004158208390000032
为当前采样点K的第i间隔φ相电流，m为跨间隔保护接入的单元数，IdAK为当前采样点K的A相差动电流，IdBK为当前采样点K的B相差动电流，IdCK为当前采样点K的C相差动电流，d表示差流。
8.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述K1为比例系数，取值0.8～1。
9.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述采样品质位异常包括AD采样数据异常以及智能站数字采样异常。
10.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述系统发生故障采用如下判据：
(1)两路及以上间隔三相电流值增加，或者采样零序分量增加；
(2)各间隔三相电流值的采样电流变化量之和大于Iset2，Iset2取值0.1In～0.3In，In为电流二次额定值。
11.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述步骤7中，M1和M2以如下公式获取：
Figure FDA0004158208390000041
M1为常规差电流，等于各连接单元采样值相量之和的模；
Figure FDA0004158208390000042
M2为计入数据异常的间隔电流在异常前后变化量的差电流，等于各连接单元采样值相量以及该间隔电流异常前后变化量之和的模；
其中，
Figure FDA0004158208390000043
为非异常间隔的电流，/>
Figure FDA0004158208390000044
为异常间隔的电流变化量，m为跨间隔保护接入的单元数。
12.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述M1、M2动作采用如下判断条件。
M1＞Isetm1
M2＞Isetm2
其中，Isetm1、Isetm2为判据电流门槛，取值范围0.05In～20In，In为电流二次额定值。
13.根据权利要求1所述的一种跨间隔保护数据异常识别及智能处理方法，其特征在于，所述延时的预定时间取值0.10s-0.15s。
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