專利名稱：一種防止在電流消失時(shí)誤動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種防止差動(dòng)保護(hù)在電流消失時(shí) 誤動(dòng)的新判據(jù)。
背景技術(shù)：
在高壓電網(wǎng)中，發(fā)生故障后，斷路器切除故障電流時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)電流畸變， 拖尾的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種異常后會(huì)對(duì)差動(dòng)保護(hù)帶來影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致誤動(dòng)。
傳統(tǒng)的方法其一則是直接加延時(shí)以防止這種情況誤動(dòng)發(fā)生；其二是判出飽 和，通過飽和判據(jù)閉鎖差動(dòng)保護(hù)；其三、根據(jù)釆樣點(diǎn)計(jì)算一個(gè)周波內(nèi)大于零和 小于零的點(diǎn)數(shù)判斷波形對(duì)稱度。
方法一，判飽和判據(jù)算法比較多，但大多均基于同步法，同步法的基礎(chǔ)在于 區(qū)分差動(dòng)電流和制動(dòng)電流的起始時(shí)刻不同，但是當(dāng)電流是由于斷路器切除造成 的時(shí)，同步法判飽和的判據(jù)并不能適用于這種情況。其他飽和判據(jù)在應(yīng)用于切 電流時(shí)存在誤判的例子；方法二，波形對(duì)稱基于波形識(shí)別原理，屬于工程經(jīng)驗(yàn) 數(shù)據(jù)，而且需要受到零漂和非周期衰減的直流分量的影響。在對(duì)稱性飽和情況 下也無能為力。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種防止在電流消失時(shí)誤動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)方 法，根據(jù)保護(hù)電流的實(shí)際釆樣值，實(shí)時(shí)計(jì)算差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻的保護(hù)電流波形 和理想正弦波的相似程度，采用最小二乘法擬合出波形相似系數(shù)，用相似系數(shù) 值來量化電流波形的好壞程度。同樣的，根據(jù)計(jì)算出的波形相似系數(shù)值的大小 來判斷是否存在波形畸變，判斷保護(hù)是否需要延時(shí)跳閘。
為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明公開了一 種防止電流消失時(shí)波形畸變導(dǎo)致誤跳閘的差動(dòng)保護(hù)方法，其特征在于，所述方 法根據(jù)保護(hù)電流的實(shí)際采樣值，實(shí)時(shí)計(jì)算差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻的保護(hù)電流波形相形相似系數(shù)值的大小來判斷是否存在波形畸變，判斷 保護(hù)是否需要延時(shí)跳閘，具體包括以下步驟
1、 差動(dòng)保護(hù)裝置通過互感器對(duì)輸電線路以恒定的采樣頻率進(jìn)行電流電壓采
樣；
2、 利用全周傅氏算法計(jì)算上述電流電壓采樣值，得到輸電線路電流電壓值
的相量形式；
3、 基于電流突變量啟動(dòng)判據(jù)進(jìn)行保護(hù)啟動(dòng)判別，當(dāng)電流突變量大于設(shè)置電 流突變量閾值時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)；
4、 保護(hù)啟動(dòng)后進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作時(shí)，判斷所述差動(dòng)
保護(hù)元件的動(dòng)作是否發(fā)生在保護(hù)啟動(dòng)后60ms后，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件的動(dòng)作發(fā)生在 保護(hù)啟動(dòng)后的60ms以內(nèi)時(shí)，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)跳閘；
5、 當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件的動(dòng)作發(fā)生在保護(hù)啟動(dòng)后的60ms后時(shí)，計(jì)算差動(dòng)保護(hù)元 件動(dòng)作前電流波形相似系數(shù)，當(dāng)所述電流波形相似系數(shù)小于相似系數(shù)設(shè)定閾值 時(shí)，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)跳閘；當(dāng)所述電流波形相似系數(shù)大于所述設(shè)定閾值時(shí)，差動(dòng) 保護(hù)延時(shí)跳閘。
綜合上述條件，對(duì)慢速差動(dòng)保護(hù)跳閘時(shí)刻增加波形判別，在不影響保護(hù)可靠 性的前提下保證靈敏度。
本發(fā)明的有益效果是實(shí)時(shí)計(jì)算差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)前20ms內(nèi)的波形相似系數(shù)， 將計(jì)算值和門檻比較。大于門檻則判定電流波形存在畸變，保護(hù)需要延時(shí)跳閘， 小于門檻電流沒有畸變，保護(hù)可以瞬時(shí)跳閘。


圖l.a/b/c電流消失時(shí)波形畸變圖； 圖2波形相似系數(shù)； 圖3差動(dòng)保護(hù)元件特性圖； 圖4程序流程框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1. a為某次220kV電壓等級(jí)T接線路典型區(qū)外故障切除時(shí)電流波形畸說明書第3/5頁
變圖。imak、 imbk、 imCk分別表示為線路M側(cè)互感器A相電流、B相電流、C相電 流波形；圖l.b中inak、 inbk、 inCk分別表示為線路N側(cè)互感器A相電流、B相 電流、C相電流波形；圖l.c中ioak、 iobk、 io"分別表示為線路o側(cè)互感器A 相電流、B相電流、C相電流波形，從圖示中能明顯看出橫坐標(biāo)200 250之間， M側(cè)a， b兩相電流存在畸變，N側(cè)三相電流均存在突變，由正弦波行變化成零， O側(cè)a、 b兩側(cè)電流存在突變，橫坐標(biāo)k表示釆樣點(diǎn)序列
如圖2所示為電流切除時(shí)刻附近數(shù)據(jù)窗波形相似系數(shù)，以C相為例。 ls(ioic,k)l為線路M側(cè)C相電流相似系數(shù)值，根據(jù)后文公式(4 )計(jì)算得到；|￡(inc,k)| 為N側(cè)C相電流相似系數(shù)值，同樣根據(jù)后文公式(4)計(jì)算得到；js(ioc;k)1為0 側(cè)C相電流相似系數(shù)值，同樣根據(jù)后文公式(4)計(jì)算得到。電流波形和正弦波 行相比畸變?cè)酱?，相似系?shù)值越大；電流波形和正弦波行相比畸變?cè)叫?，相?系數(shù)值越小。
如圖3所示為差動(dòng)保護(hù)元件特性圖，從圖3看，A、 B、 C三相電流差動(dòng)判據(jù) 在k-247時(shí)刻，才不滿足動(dòng)作判據(jù)。而根據(jù)圖2，在k-226時(shí)，A相和B相波形 系數(shù)值均大于0.2， C相的波形系數(shù)值小于0.2,而k-247以后，A、 B、 C三相 波形系數(shù)值均小于0.2。和理論上傅氏數(shù)據(jù)窗周期為20ms對(duì)應(yīng)。因此完全可以 根據(jù)判出的波形系數(shù)值大于0.2后，延時(shí)20ms，躲過由于畸變導(dǎo)致的差動(dòng)保護(hù) 誤動(dòng)。
基于以上分析，本發(fā)明公開了 一種防止電流消失時(shí)波形畸變導(dǎo)致誤跳閘的 差動(dòng)保護(hù)方法，所述方法根據(jù)保護(hù)電流的實(shí)際釆樣值，實(shí)時(shí)計(jì)算差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作 時(shí)刻的保護(hù)電流波形相似系數(shù)，根據(jù)計(jì)算出的波形相似系數(shù)值的大小來判斷是 否存在波形畸變，判斷保護(hù)是否需要延時(shí)跳閘，具體包括以下步驟(如圖4所 示)
1、 差動(dòng)保護(hù)裝置通過互感器對(duì)輸電線路以恒定的釆樣頻率進(jìn)行電流電壓釆
樣；
2、 利用全周傅氏算法計(jì)算上述電流電壓釆樣值，得到輸電線路電流電壓值 的相量形式；
3、 基于電流突變量啟動(dòng)判據(jù)進(jìn)行保護(hù)啟動(dòng)判別，當(dāng)電流突變量大于設(shè)置電流突變量閾值時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)；
4、 保護(hù)啟動(dòng)后進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作時(shí)，判斷所述差動(dòng)
保護(hù)元件的動(dòng)作是否發(fā)生在保護(hù)啟動(dòng)后60ms后，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件的動(dòng)作發(fā)生在 保護(hù)啟動(dòng)后的60ms以內(nèi)時(shí)，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)跳閘；
5、 當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件的動(dòng)作發(fā)生在保護(hù)啟動(dòng)后的60ms后時(shí)，計(jì)算差動(dòng)保護(hù)元 件動(dòng)作前電流波形相似系數(shù)，當(dāng)所述電流波形相似系數(shù)小于相似系數(shù)設(shè)定閾值 時(shí)，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)跳閘；當(dāng)所述電流波形相似系數(shù)大于所述設(shè)定值時(shí)，差動(dòng)保 護(hù)延時(shí)跳閘。
在上述步驟5中，當(dāng)確認(rèn)啟動(dòng)后60ms差動(dòng)保護(hù)才動(dòng)作，則進(jìn)行最小二乘法 濾波，同時(shí)根據(jù)以下公式計(jì)算差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作前電流波形相似系數(shù)，在本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作時(shí)刻前20ms起始的一周波數(shù)據(jù)窗的
波形相似系數(shù)作為前述的差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作前電流^
AX(x，k)
LEN
S xL+k—LEN.cos 1_ = 0
LEN
(L.e) - Z xL+k-LEN-sin(L-e)
系數(shù)來進(jìn)行判!
(1)
AA :=
LEN
LEN
Z cos(i.e)2
=0
2 cos(l.e).sin(l.e)
LEN
工cos(l-e)-sin(l.e)
I = 0
^ sin(l.e)2
=0
(2)
Y(x,k) :=(AA)_ '-AX(x，k) LEN
ll(X,k):= J] (xL+k—LEN) L = 0
(3)
(4)
E(x,k):=
1 +
(Y(x,k))' .AA.Y(x,k) - 2.Y(x,k) .AX(x,k) ll(x,k)
夕O，O
(5)
式(1)為最小二乘法計(jì)算中間過程值，x為采樣值序列，k為采樣點(diǎn)序列， LEN為最小二乘法濾波數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度， 一般LEN取4， cos 〔1 8)為 積分實(shí)部因子，sin(l'e)為積分虛部因子。
式(2:)中為最小二乘法系數(shù)矩陣，LEN、 cos(l.e)、 sin(l.e)含義和式(1)相同。
式(3)為最小二乘法計(jì)算公式； 式(4)為相似系數(shù)計(jì)算中間值； 式(5)為波形相似系數(shù)計(jì)算結(jié)果。
s(x，k)為波形相似系數(shù)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選O. 2作為相似系數(shù)設(shè)定閾值，因此當(dāng)一周波 內(nèi)的波形相似系數(shù)均小于0. 2則保護(hù)瞬時(shí)跳閘，否則延時(shí)20ms保護(hù)跳閘。
綜合上述情況，結(jié)合波形相似系數(shù)，根據(jù)差動(dòng)保護(hù)計(jì)算的結(jié)果，動(dòng)態(tài)調(diào)整保 護(hù)跳鬧的延時(shí)，可以確保保護(hù)快速可靠的動(dòng)作。本方法可以可靠防止區(qū)外故障 切除電流，由于電流畸變導(dǎo)致區(qū)內(nèi)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況。
以上已以較佳實(shí)施例公布了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡釆取等同 替換或等效變換的方案所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種防止電流消失時(shí)波形畸變導(dǎo)致誤跳閘的差動(dòng)保護(hù)方法，其特征在于，所述方法根據(jù)保護(hù)電流的實(shí)際采樣值，實(shí)時(shí)計(jì)算差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻的保護(hù)電流波形相似系數(shù)，根據(jù)計(jì)算出的波形相似系數(shù)值的大小來判斷是否存在波形畸變，判斷保護(hù)是否需要延時(shí)跳閘，具體包括以下步驟(1)差動(dòng)保護(hù)裝置通過互感器對(duì)輸電線路以恒定的采樣頻率進(jìn)行電流電壓采樣；(2)利用全周傅氏算法計(jì)算上述電流電壓采樣值，得到輸電線路電流電壓值的相量形式；(3)基于電流突變量啟動(dòng)判據(jù)進(jìn)行保護(hù)啟動(dòng)判別，當(dāng)電流突變量大于設(shè)置電流突變量閾值時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)；(4)保護(hù)啟動(dòng)后進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作時(shí)，判斷所述差動(dòng)保護(hù)元件的動(dòng)作是否發(fā)生在保護(hù)啟動(dòng)后一設(shè)定時(shí)間后，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件的動(dòng)作發(fā)生在保護(hù)啟動(dòng)后的所述設(shè)定時(shí)間以內(nèi)時(shí)，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)跳閘；(5)當(dāng)差動(dòng)保護(hù)元件的動(dòng)作發(fā)生在保護(hù)啟動(dòng)后的所述設(shè)定后時(shí)，計(jì)算差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作前電流波形相似系數(shù)，當(dāng)所述電流波形相似系數(shù)小于相似系數(shù)設(shè)定閾值時(shí)，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)跳閘；當(dāng)所述電流波形相似系數(shù)大于所述設(shè)定值時(shí)，差動(dòng)保護(hù)延時(shí)跳閘。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的差動(dòng)保護(hù)方法，其特征在于:所述設(shè)定時(shí)間為60ms。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的差動(dòng)保護(hù)方法，其特征在于在上述步驟(5)中，優(yōu)選差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作前20ms起一周波內(nèi)的電流波形相似系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并且所述相似系數(shù)閾值優(yōu)選為0.2。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的差動(dòng)保護(hù)方法，其特征在于差動(dòng)保護(hù)延時(shí)跳閘優(yōu)選的延時(shí)時(shí)間為20ms。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防止在電流消失時(shí)誤動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)方法，根據(jù)保護(hù)裝置啟動(dòng)60ms后差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，準(zhǔn)備跳閘，此時(shí)投入波形相似法判據(jù)，計(jì)算出差動(dòng)動(dòng)作元件前推20ms短窗數(shù)據(jù)內(nèi)計(jì)算出來的波形相似系數(shù)，如果在這個(gè)數(shù)據(jù)窗內(nèi)的波形相似系數(shù)值均小于0.2，則立即跳閘，如果這個(gè)數(shù)據(jù)窗內(nèi)波形相似系數(shù)值存在大于0.2的時(shí)刻，則延時(shí)差動(dòng)保護(hù)20ms，故障沒有消失則跳閘出口。本發(fā)明提出的方法基于最小二乘法濾波原理，根據(jù)波形相似系數(shù)來比較目標(biāo)交流量是否為正常系統(tǒng)波形或者是畸變波形，不區(qū)分是故障起始時(shí)刻還是故障消失時(shí)刻。本方法可以可靠防止區(qū)外故障切除電流，由于電流畸變導(dǎo)致區(qū)內(nèi)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況。
文檔編號(hào)H02H7/26GK101662143SQ20091003583
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者蘭金波, 亮 姚, 靜 戴, 錢國(guó)明, 琦 陳, 曜 魏 申請(qǐng)人:國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司