本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，尤其是一種基于飽和機(jī)理的母線區(qū)內(nèi)故障ct飽和開放跳閘方法。

背景技術(shù)：

隨著我國電網(wǎng)輸電等級(jí)和容量的提高，tp(暫態(tài)保護(hù)用transientprotection)類電流互感器(currenttransformer，ct)大量應(yīng)用于電網(wǎng)，給電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備計(jì)算提供原始數(shù)據(jù)，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。正常情況下，電流互感器能夠?qū)⒁淮位芈冯娏鳒?zhǔn)確傳變到二次回路。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，一次回路電流遠(yuǎn)大于正常負(fù)荷電流，且存在大量的衰減直流分量時(shí)，電流互感器鐵芯會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài)，二次回路電流出現(xiàn)畸變。

母線差動(dòng)保護(hù)基于基爾霍夫電流定律，電流互感器鐵芯進(jìn)入飽和狀態(tài)產(chǎn)生畸變電流，導(dǎo)致區(qū)外故障時(shí)母線出現(xiàn)差電流，容易發(fā)生區(qū)外誤動(dòng)事故。根據(jù)ct飽和發(fā)生機(jī)理及ct飽和后二次電流波形的特點(diǎn)，常規(guī)做法采取下列技術(shù)方案：

(1)雖然差電流波形畸變，但故障的初始時(shí)段ct不會(huì)飽和，差電流產(chǎn)生時(shí)刻滯后于制動(dòng)電流突變和母線電壓突變產(chǎn)生時(shí)刻；

(2)每周波過零點(diǎn)附近都存在幾毫秒的線形傳變區(qū)，區(qū)外故障ct飽和時(shí)，過零點(diǎn)附近存在差電流波形間斷區(qū)域，此區(qū)域差電流瞬時(shí)值為零；

(3)ct飽和差電流波形非周期分量較高。

常規(guī)做法很好的做到了區(qū)外故障ct飽和時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)能夠及時(shí)閉鎖差動(dòng)出口，防止區(qū)外誤動(dòng)、母線失電的事故。

當(dāng)發(fā)生母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)，由于各線路電流都流入母線，系統(tǒng)短路容量設(shè)計(jì)和電流互感器的選型上能夠保證差電流基本上按正弦規(guī)律變化，正常情況下不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)ct飽和差流突變變大的情況。但由于我國電網(wǎng)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大，運(yùn)行方式多變，當(dāng)因?yàn)槟骋辉虺霈F(xiàn)母線區(qū)內(nèi)故障，大電源支路ct出現(xiàn)飽和而其余支路電流較小或沒有時(shí)，母線故障相差電流呈現(xiàn)類似于區(qū)外故障ct飽和特征，傳統(tǒng)的技術(shù)方案很容易造成區(qū)內(nèi)故障誤閉鎖差動(dòng)保護(hù)。針對(duì)此種現(xiàn)象的母線差動(dòng)保護(hù)開放出口跳閘和防止誤閉鎖方案文獻(xiàn)較少。

母線區(qū)內(nèi)故障，大電源支路ct出現(xiàn)飽和而其余支路電流較小或沒有時(shí)，母線故障相差電流主要由大電源支路的飽和波形組成，該支路飽和波形與區(qū)外故障有支路ct飽和時(shí)的差電流特征類似，都存在間斷區(qū)域。差別在于區(qū)內(nèi)故障時(shí)差電流間斷區(qū)域?yàn)閏t飽和時(shí)刻，過零區(qū)域之外，ct二次回路輸出電流很小、接近于零。而區(qū)外故障時(shí)的差電流間斷區(qū)域?yàn)閏t正確傳變時(shí)刻，在過零附近，ct二次回路輸出電流為正常傳變電流?，F(xiàn)有技術(shù)方案基于尋找零點(diǎn)附近的差電流間斷點(diǎn)，再結(jié)合其余的輔助判據(jù)，決定是否閉鎖差動(dòng)保護(hù)出口。而對(duì)于過零點(diǎn)附近是否開放差動(dòng)保護(hù)出口，沒有做過多的措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于飽和機(jī)理的母線區(qū)內(nèi)故障ct飽和開放跳閘方法，能夠充分利用差電流飽和波形過零點(diǎn)附近的正確傳變區(qū)域內(nèi)差電流與制動(dòng)電流比值較大的特征，開放差動(dòng)保護(hù)快速跳閘，切除區(qū)內(nèi)故障。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于飽和機(jī)理的母線區(qū)內(nèi)故障ct飽和開放跳閘方法，包括如下步驟：

(1)差電流啟動(dòng)；差電流與電壓或制動(dòng)電流同時(shí)突變；

(2)判斷差電流過零[-n，0]積分比率制動(dòng)系數(shù)是否大于k1，如果滿足則繼續(xù)判斷差電流過零[-(n-1)，1]積分比率制動(dòng)系數(shù)是否大于k2，如果滿足，且無直流分量、差電流滿足定值、無其它閉鎖條件時(shí)，直接開放差動(dòng)保護(hù)快速跳閘；

(3)過零后k大于1點(diǎn)時(shí)，計(jì)算差電流過零區(qū)間[-j，k]有無間斷點(diǎn)，如果有則判斷為區(qū)外故障ct飽和，閉鎖快速跳閘。

優(yōu)選的，步驟(2)中，判斷差電流過零[-n，0]積分比率制動(dòng)系數(shù)是否大于k1具體為：表示過零后第1點(diǎn)至前向n點(diǎn)區(qū)間積分比率制動(dòng)系數(shù)大于k1，預(yù)判差電流過零附近的正確傳變區(qū)域表現(xiàn)出區(qū)內(nèi)故障特征；其中，icd(t)表示瞬時(shí)差電流，izd(t)表示瞬時(shí)制動(dòng)電流，兩者比值表示差電流比率制動(dòng)系數(shù)，k1為軟件內(nèi)部差電流比率制動(dòng)系數(shù)門檻。

優(yōu)選的，步驟(2)中，判斷差電流過零[-(n-1)，1]積分比率制動(dòng)系數(shù)是否大于k2具體為：表示過零后第2點(diǎn)至前向n點(diǎn)區(qū)間積分比率制動(dòng)系數(shù)大于k2，確認(rèn)差電流過零附近的正確傳變區(qū)域連續(xù)表現(xiàn)出區(qū)內(nèi)故障特征；其中，icd(t)表示瞬時(shí)差電流，izd(t)表示瞬時(shí)制動(dòng)電流，兩者比值表示差電流比率制動(dòng)系數(shù)，k2為軟件內(nèi)部差電流比率制動(dòng)系數(shù)門檻。

優(yōu)選的，步驟(3)中，計(jì)算差電流過零區(qū)間[-j，k]有無間斷點(diǎn)具體為：表示過零前j點(diǎn)至過零后k點(diǎn)區(qū)間無差流間斷點(diǎn)，取3ms左右的數(shù)據(jù)窗；其中，fjd(t)表示有無間斷點(diǎn)的函數(shù)。

優(yōu)選的，公式(1)和公式(2)的計(jì)算積分區(qū)間[-n,0]、[-(n-1),1]要小于公式(3)的計(jì)算積分區(qū)間[-j,k]，一旦公式(3)滿足，立即閉鎖母線差動(dòng)保護(hù)快速跳閘算法。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明能夠充分利用差電流飽和波形過零點(diǎn)附近的正確傳變區(qū)域內(nèi)差電流與制動(dòng)電流比值較大的特征，開放差動(dòng)保護(hù)快速跳閘，切除區(qū)內(nèi)故障；充分利用現(xiàn)有成熟的技術(shù)方案，基于該技術(shù)方案疊加零點(diǎn)附近正確傳變小區(qū)間內(nèi)區(qū)內(nèi)故障ct飽和開放快速跳閘判據(jù)，算法簡單，容易實(shí)現(xiàn)，更全面的適應(yīng)電網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的方法流程示意圖。

圖3是本發(fā)明的仿真結(jié)果錄波示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，一種基于飽和機(jī)理的母線區(qū)內(nèi)故障ct飽和開放跳閘方法，包括如下步驟：

(1)差電流啟動(dòng)；差電流與電壓或制動(dòng)電流同時(shí)突變；

(2)判斷差電流過零[-n，0]積分比率制動(dòng)系數(shù)是否大于k1，如果滿足則繼續(xù)判斷差電流過零[-(n-1)，1]積分比率制動(dòng)系數(shù)是否大于k2，如果滿足，且無直流分量、差電流滿足定值、無其它閉鎖條件時(shí)，直接開放差動(dòng)保護(hù)快速跳閘；

(3)過零后k大于1點(diǎn)時(shí)，計(jì)算差電流過零區(qū)間[-j，k]有無間斷點(diǎn)，如果有則判斷為區(qū)外故障ct飽和，閉鎖快速跳閘。

如圖1和3所示，系統(tǒng)模型為一個(gè)半斷路器接線方式，共兩個(gè)串。母線差動(dòng)保護(hù)安裝在bus1，brk1和brk3對(duì)應(yīng)電流互感器二次側(cè)額定電流為1a。故障前第2串中間斷路器處于斷開狀態(tài)，其余斷路器處于合位狀態(tài)，系統(tǒng)處于重載狀態(tài)。區(qū)內(nèi)k1點(diǎn)發(fā)生b相接地金屬性故障，brk1電流互感器出現(xiàn)飽和。

區(qū)內(nèi)k1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，因?yàn)榈诙虚g斷路器斷開，無窮大系統(tǒng)經(jīng)過brk4、brk2、brk1向故障點(diǎn)k1提供故障電源，#2機(jī)組經(jīng)brk3給故障點(diǎn)k1提供故障電源，因?yàn)?2機(jī)組相比無窮大系統(tǒng)容量較小，brk1的故障電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于brk3，bus1母線保護(hù)差電流主要由brk1提供。因brk1電流互感器出現(xiàn)飽和，故bus1母線保護(hù)差電流主要體現(xiàn)為brk1電流互感器的飽和波形。錄波圖如圖3所示，圖中，idb和ifb為b相瞬時(shí)差電流和制動(dòng)電流。由圖3可見，故障發(fā)生后，b相差電流與brk1電流互感器的飽和波形很接近，本發(fā)明理論依據(jù)成立。

brk1故障電流較大，ct飽和，故障時(shí)刻brk3電流反而降低，母線b相差電流主要體現(xiàn)為brk1飽和波形。按照前述技術(shù)分析，本發(fā)明實(shí)時(shí)計(jì)算母線差電流零點(diǎn)附近小區(qū)間內(nèi)的差電流和制動(dòng)電流比率制動(dòng)系數(shù)，結(jié)合其它輔助判據(jù)，區(qū)內(nèi)故障特征明顯則快速開放母線差動(dòng)保護(hù)出口。判據(jù)如下：

上述公式中，icd(t)表示瞬時(shí)差電流，izd(t)表示瞬時(shí)制動(dòng)電流，兩者比值表示差電流比率制動(dòng)系數(shù)。k1、k2為軟件內(nèi)部差電流比率制動(dòng)系數(shù)門檻。fjd(t)表示有無間斷點(diǎn)的函數(shù)。

公式(1)表示過零后第1點(diǎn)至前向n點(diǎn)區(qū)間積分比率制動(dòng)系數(shù)大于k1，預(yù)判差電流過零附近的正確傳變區(qū)域表現(xiàn)出區(qū)內(nèi)故障特征。公式(2)表示過零后第2點(diǎn)至前向n點(diǎn)區(qū)間積分比率制動(dòng)系數(shù)大于k2，確認(rèn)差電流過零附近的正確傳變區(qū)域連續(xù)表現(xiàn)出區(qū)內(nèi)故障特征。公式(3)表示過零前j點(diǎn)至過零后k點(diǎn)區(qū)間無差流間斷點(diǎn)，取3ms左右的數(shù)據(jù)窗。其他常規(guī)判據(jù)包含差動(dòng)電流與電壓或制動(dòng)電流同時(shí)突變、直流分量判斷以及差電流達(dá)到動(dòng)作門檻等不再列出。

公式(1)和公式(2)用于判斷是否為母線區(qū)內(nèi)故障，在差動(dòng)電流與電壓或制動(dòng)電流同時(shí)突變、直流分量不影響判據(jù)以及差電流達(dá)到動(dòng)作門檻的基礎(chǔ)上，公式(1)和公式(2)同時(shí)滿足立即開放跳閘出口；公式(3)用于判斷是否為母線區(qū)外故障ct飽和，滿足條件則閉鎖跳閘出口，公式(3)在大電源支路ct飽和時(shí)間段因?yàn)閏t非正常傳變、二次輸出電流很小，很可能滿足條件，誤判為區(qū)外故障ct飽和，閉鎖差動(dòng)保護(hù)出口。為了保證公式(1)和公式(2)能夠快速開放跳閘，且不被公式(3)給誤閉鎖，公式(1)和公式(2)的計(jì)算積分區(qū)間[-n,0]、[-(n-1),1]要小于公式(3)的計(jì)算積分區(qū)間[-j,k]，一旦公式(3)滿足，立即閉鎖母線差動(dòng)保護(hù)快速跳閘算法。

差電流啟動(dòng)之后，首先判斷差電流過零[-n,0]積分比率制動(dòng)系數(shù)是否大于k1，如果滿足則繼續(xù)判斷差電流過零[-(n-1),1]積分比率制動(dòng)系數(shù)是否大于k2，如果滿足，且無直流分量、差電流滿足定值、無其它閉鎖條件時(shí)，直接開放差動(dòng)保護(hù)快速跳閘。過零后k(大于1)點(diǎn)時(shí)，計(jì)算差電流過零[-j,k]有無間斷點(diǎn)，如果有則判斷為區(qū)外故障ct飽和，閉鎖快速跳閘。

本發(fā)明充分利用現(xiàn)有成熟的技術(shù)方案，基于該技術(shù)方案疊加零點(diǎn)附近正確傳變小區(qū)間內(nèi)區(qū)內(nèi)故障ct飽和開放快速跳閘判據(jù)，算法簡單，容易實(shí)現(xiàn)，能夠更全面的適應(yīng)電網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。