和应涌流下电流互感器饱和的预测和检测方法

和应涌流下电流互感器饱和的预测和检测方法
【专利摘要】提供了一种电流互感器饱和预测方法，包括：检测变压器的高压侧电流互感器输出的第一电流，并检测变压器的低压侧电流互感器输出的第二电流；计算所述第一电流的第一基波矢量、第一DC分量和第一总有效值，并计算所述第二电流的第二基波矢量、第二DC分量和第二总有效值；以及根据所述第一基波矢量、所述第一DC分量、所述第一总有效值、所述第二基波有效值、所述第二DC分量和所述第二总有效值，产生电流互感器饱和预测信号。所述方法可以在由于电流互感器饱和引起变压器差动保护之前有效地预测到电流互感器饱和或者检测到电流互感器饱和，从而可以有效地避免变压器差动保护误动。
【专利说明】和应涌流下电流互感器饱和的预测和检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发电厂及变电站自动化系统的继电保护，并且更具体地涉及一种和应涌流下电流互感器(CT)饱和的预测和检测方法。
【背景技术】
[0002]在电力系统中往往存在几个并联或串联连接的变压器。如果其中至少一个变压器投入运行，则有时可能会在这些变压器之间产生和应涌流。
[0003]通常，在变压器高压侧和低压侧分别安装高压侧电流互感器和低压侧电流互感器，通过这两个电流互感器实现变压器差动保护。长时间的和应涌流可能造成用于变压器差动保护的高压侧或低压侧电流互感器饱和，并且进而导致差动保护误动。
[0004]在一侧电流互感器饱和之后，其电感将降低，这将造成该电流互感器的阻抗角降低并且也造成该电流互感器输出的电流幅度降低。在此情况下，饱和电流互感器的电流将超前于未饱和电流互感器(即正常的另一侧电流互感器)的电流，饱和电流互感器的输出电流与未饱和电流互感器的输出电流之间的矢量差被称为差动电流。随着电流互感器饱和深度增加，饱和电流互感器的输出电流与未饱和电流互感器的输出电流之间的角度差将变得更大，即，所述差动电流的角度将变得更大，并且所述差动电流中的DC分量也将变得更大。最终，当一侧电流互感器深度饱和而另一侧电流互感器正常工作时，所述差动电流将大得足以触发变压器差动保护，从而造成差动保护误动。
[0005]目前在一些变电站自动化系统产品中，例如，施耐德公司的Micom P40平台的产品，没有采取任何方法来防止差动保护误动。而且，使用者也经常会抱怨出现这种差动保护误动的问题。
[0006]因此，需要一种能够检测这种电流互感器饱和并且防止差动保护误动的方式。

【发明内容】

[0007]考虑到上述问题而提出了本发明。本发明提供了一种电流互感器饱和预测方法，其通过检测和应涌流情况下变压器高压侧和低压侧分别设置的电流互感器输出的高压侧电流和低压侧电流，并根据其变化特性进行电流互感器饱和预测，可以在由于电流互感器饱和引起变压器差动保护之前有效地预测到电流互感器即将饱和或者检测到电流互感器饱和，从而可以有效地避免变压器差动保护误动。
[0008]根据本发明一方面，提供了一种电流互感器饱和预测方法，在变压器的高压侧连接第一电流互感器，在变压器的低压侧连接第二电流互感器，所述第一电流互感器和所述第二电流互感器用于变压器差动保护，所述电流互感器饱和预测方法包括:检测所述第一电流互感器输出的第一电流，并检测所述第二电流互感器输出的第二电流；计算所述第一电流的第一基波矢量、第一 DC分量和第一总有效值，并计算所述第二电流的第二基波矢量、第二 DC分量和第二总有效值；以及根据所述第一基波矢量、所述第一 DC分量、所述第一总有效值、所述第二基波有效值、所述第二 DC分量和所述第二总有效值，产生电流互感器饱和预测信号。
[0009]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中相位超前的一个为超前电流矢量，而另一个为滞后电流矢量，并且所述产生电流互感器饱和预测信号包括:在所述第一电流和所述第二电流满足基本饱和判定条件、并且满足至少一个附加饱和判定条件时，产生电流互感器饱和预测信号，所述基本饱和判定条件包括以下至少一项:所述第一DC分量与所述第一总有效值的比率大于DC比率阈值、且作为所述超前电流矢量和所述滞后电流矢量的角度差的电流矢量角度差在预定角度差范围之内；以及所述第二 DC分量与所述第二总有效值的比率大于所述DC比率阈值、且所述电流矢量角度差在所述预定角度差范围之内。
[0010]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述附加饱和判定条件包括以下至少一项:所述超前电流矢量的有效值随着饱和的加深越来越小；所述电流矢量角度差随着饱和的加深越来越大；作为所述第一电流与所述第二电流之差的差动电流的直流分量随着饱和的加深越来越大；所述第一电流和所述第二电流的同时刻相关系数大于第一预定阈值；以及所述第一电流和所述第二电流的周期相关系数大于第二预定阈值。
[0011]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述超前电流矢量的有效值随着饱和的加深越来越小包括以下至少一项:第二时刻的所述超前电流矢量的有效值小于第一时刻的所述超前电流矢量的有效值的第一预定倍数；以及
[0012]第一时刻的所述超前电流矢量的有效值与所述第二时刻的所述超前电流矢量的有效值之差与所述第一时刻的所述超前电流矢量的有效值之比大于第一预定比率，其中，所述第一时刻在所述第二时刻之前。
[0013]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述电流矢量角度差随着饱和的加深越来越大包括以下至少一项:第四时刻的所述电流矢量角度差大于第三时刻的所述电流矢量角度差的第二预定倍数；以及第四时刻的所述电流矢量角度差与所述第三时刻的所述电流矢量角度差之差与所述第三时刻的所述电流矢量角度差之比大于第二预定比率，其中，所述第三时刻在所述第四时刻之前。
[0014]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述差动电流的直流分量随着饱和的加深越来越大包括以下至少一项:第六时刻的所述差动电流的直流分量大于第五时刻的所述差动电流的直流分量的第三预定倍数；以及第六时刻的所述差动电流的直流分量与所述第五时刻的所述差动电流的直流分量之差与所述第五时刻的所述差动电流的直流分量之比大于第三预定比率，其中，所述第五时刻在所述第六时刻之前。
[0015]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述基本饱和判定条件还可以包括:所述超前电流矢量的有效值大于第一有效值阈值。
[0016]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述附加饱和判定条件还包括以下至少一个:所述超前电流矢量的有效值小于所述滞后电流矢量的有效值的第四预定倍数；以及作为所述第一电流与所述第二电流之差的差动电流的直流分量与所述差动电流的总有效值之比大于第四预定比率。
[0017]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述电流互感器饱和预测信号标识与超前电流矢量对应的电流互感器，其中，所述超前电流矢量为所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中超前的一个。[0018]所述电流互感器饱和预测方法还包括:在作为所述第一电流与所述第二电流之差的差动电流的有效值大于差动电流有效值阈值时，产生电流互感器饱和检测信号，其中，所述电流互感器饱和检测信号标识与超前电流矢量对应的电流互感器，其中，所述超前电流矢量为所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中超前的一个。
[0019]在所述电流互感器饱和预测方法中，所述变压器为三相变压器，每相分别包括与该相对应的所述第一电流互感器和所述第二电流互感器。
[0020]根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法，通过根据和应涌流情况下变压器高压侧和低压侧分别设置的电流互感器输出的高压侧电流和低压侧电流的变化特性进行电流互感器饱和预测与检测，可以有效地预测到电流互感器饱和的情况，从而避免出现由于电流互感器的饱和而触发变压器差动保护，相应地避免了变压器差动保护误动的出现，提高了电力系统工作的可靠性。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]通过结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特征、优点将会变得更加清楚，其中:
[0022]图1是根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法的流程图；
[0023]图2是示意性地图示根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法的示例实现方式的图；
[0024]图3是示意性地图示根据本发明实施例的基本饱和判定条件的实现方式的图；
[0025]图4是示意性地图示根据本发明实施例的附加饱和判定条件I的示例实现方式的图；
[0026]图5是示意性地图示根据本发明实施例的附加饱和判定条件2的示例实现方式的图；
[0027]图6是示意性地图示根据本发明实施例的附加饱和判定条件3的示例实现方式的图；
[0028]图7是示意性地图示根据本发明实施例的附加饱和判定条件4的示例实现方式的图；
[0029]图8是示意性地图示根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法的示例实现方式的图；
[0030]图9A是示意性地图示单相系统在正常工作状态下在变压器高压侧和低压侧分别连接的高压侧电流互感器和低压侧电流互感器的示意图；
[0031]图9B是示意性地图示单相系统在变压器故障状态下在变压器高压侧和低压侧分别连接的高压侧电流互感器和低压侧电流互感器的示意图；以及
[0032]图10是示意性地图示三相系统在变压器高压侧和低压侧分别连接的高压侧电流互感器和低压侧电流互感器的示意图。
【具体实施方式】
[0033]首先，将参考图9A和9B来简要介绍变压器差动保护。如图9A所示，在变压器高压侧和低压侧分别连接高压侧电流互感器(下文中被称为第一电流互感器)和低压侧电流互感器(下文中称为第二电流互感器)，利用所述高压侧电流互感器和所述低压侧电流互感器来进行变压器差动保护。具体地，检测所述高压侧电流互感器的输出电流和所述低压侧电流互感器的输出电流，并且在这两个输出电流之间的差动电流幅值超过一定值时，将触发变压器差动保护，如图9B所示。然而，如【背景技术】部分所描述的，在电力系统中出现和应涌流的情况下，长时间的和应涌流可能造成高压侧电流互感器或低压侧电流互感器饱和，随着饱和不断加深，所述高压侧电流互感器的输出电流和所述低压侧电流互感器的输出电流之间的差动电流的幅度和角度都不断增加，并且当差动电流超过一定程度时，将触发变压器差动保护。在这种情况下，并非由于变压器本身故障而是由于作为检测传感器的电流互感器的饱和而触发的差动保护，这样的变压器差动保护属于变压器差动保护误动，应该被识别出来并且应该被避免。
[0034]基于此，发明人提出了一种能够基于所检测的所述高压侧电流互感器的输出电流和所述低压侧电流互感器的输出电流来有效地预测变压器两侧的电流互感器是否可能出现饱和的方法。
[0035]将参考图1来描述根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法100。如上所述，在变压器的高压侧连接第一电流互感器，在变压器的低压侧连接第二电流互感器，所述第一电流互感器和所述第二电流互感器用于提供变压器差动保护电流。
[0036]根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法100在步骤SlOl开始。
[0037]在步骤S110，检测所述第一电流互感器输出的第一电流il，并检测所述第二电流互感器输出的第二电流i2。
[0038]在步骤S120，计算所述第一电流的第一基波矢量11、第一 DC分量Ildc和第一总有效值I lrms，并计算所述第二电流的第二基波矢量12、第二 DC分量I2dc和第二总有效值I2rmSo应了解，这里术语“总有效值”表示按照所检测的瞬时电流值计算的总有效值，其包括了所检测的电流的基波分量、DC分量、以及所有谐波分量。。
[0039]在步骤S130，根据所述第一基波矢量I1、所述第一 DC分量Ildc、所述第一总有效值I lrms、所述第二基波有效值12、所述第二 DC分量I2dc和所述第二总有效值I2rms，产生电流互感器饱和预测信号。
[0040]最后，根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法100在步骤S199结束。
[0041]鉴于上述步骤SllO和S120的实现方式是本领域公知的，因此在此不再进行赘述。
[0042]下面将进一步结合附图来阐述根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法100中的步骤S130的具体实现方式。
[0043]如前所述，在所述高压侧电流互感器或所述低压侧电流互感器由于和应涌流的存在而发生饱和时，发生饱和的那个电流互感器被称为饱和电流互感器，而另一个电流互感器则被称为正常电流互感器。
[0044]在理想情况下，所述高压侧电流互感器输出的第一电流应当与所述低压侧电流互感器输出的第二电流相位一致，并且归一化后的第一电流的幅度也应当与归一化后的第二电流的幅度一致。然而，在实际应用中，由于电力系统中的各种因素，可能导致相位和/或幅度的不一致，在这种不一致超过一定程度时通过触发变压器差动保护来进行电力系统的保护。
[0045]在具体描述步骤S130之前，首先介绍在变压器差动保护中存在的几种现象或准则。应注意，在下面的描述中，所述高压侧电流互感器输出的第一电流和所述低压侧电流互感器输出的第二电流都已经经过归一化变换，从而可以直接将第一电流和第二电流的幅度直接进行比较。
[0046]1.基本要求
[0047]在电力系统中出现和应涌流的情况下，在变压器的高压侧和低压侧至少一侧中出现和应涌流，在出现和应涌流那一侧的电流互感器的输出电流中相应地存在DC分量，并且该DC分量在该侧电流互感器的输出电流中的比重应超过预定比重。
[0048]在出现和应涌流那一侧的电流互感器饱和时其输出电流的电流矢量超前于另一侧的电流互感器的输出电流的电流矢量，并且该超前的角度应在预定角度差范围之内。所述预定角度差范围保证了所述电流互感器已经出现了一定程度的饱和并且也保证了所述电流互感器仍未完全或深度饱和。
[0049]2.幅度准则
[0050]对于高压侧电流互感器和低压侧电流互感器之一饱和的情况，其中饱和电流互感器的输出电流的基波有效值小于正常电流互感器的输出电流的基波有效值，并且随着饱和电流互感器饱和程度的加深，饱和电流互感器的输出电流的基波有效值不断减小，严重饱和电流互感器的输出电流的基波有效值将低于轻度饱和电流互感器的输出电流的基波有效值。
[0051]3.角度准则
[0052]对于高压侧电流互感器和低压侧电流互感器而言，其中饱和电流互感器输出的电流的基波角度超前于正常电流互感器输出的电流的基波角度，将饱和电流互感器输出的电流的基波矢量与正常电流互感器输出的电流的基波矢量之差作为差动电流，并且随着饱和电流互感器饱和程度的加深，所述差动电流的差动角度不断增加，即，饱和电流互感器的饱和程度越深，所述差动电流的差动角度越大。
[0053]4.DC分量准则
[0054]当高压侧电流互感器或低压侧电流互感器正在进入饱和时，将逐渐开始在所述差动电流中出现DC分量，并且随着饱和电流互感器饱和程度的加深，所述差动电流中出现的DC分量也逐渐增加，然而，所述差动电流中的DC分量与所述差动电流的总有效值的比率随着饱和电流互感器饱和程度的加深变化却很小。
[0055]5.偏差准则
[0056]在高压侧电流互感器和低压侧电流互感器都没有饱和的情况下，高压侧电流互感器输出的第一电流和低压侧电流互感器输出的第二电流之间的差动电流很小，并且第一电流和第二电流的相关性很强。
[0057]然而，在任一电流互感器饱和的情况下，第一电流和第二电流之间的差动电流变大，并且第一电流和第二电流的相关性变差。
[0058]基于上述基本要求和各种其它准则来进行电流互感器饱和预测。应了解，上述基本要求是电流互感器饱和的基本必要条件，除此之外，可以再根据上述至少一项准则来避免饱和预测错误，从而进一步保证饱和预测的准确性。
[0059]具体地，在根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法中，在步骤S120或S130中，检测所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中相位超前的那个基波矢量并将其作为超前电流矢量，而将另一个作为滞后电流矢量。超前电流矢量实际上对应于可能出现饱和的电流互感器输出的电流，而滞后电流矢量实际上对应于正常电流互感器输出的电流。
[0060]然后，在步骤S130中，在所述第一电流和所述第二电流满足基本饱和判定条件、并且满足至少一个附加饱和判定条件时，产生电流互感器饱和预测信号。图2也示出了步骤S130的示例实现方式，其中的电流互感器饱和预测警报模块在接收到高电平的输入信号时产生电流互感器饱和预测警报信号或电流互感器饱和预测信号，电流互感器饱和闭锁信号用于闭锁差动保护。
[0061]如前所述，按照所述基本要求来设定所述基本饱和判定条件，因此所述基本饱和条件可以包括以下至少一项:所述第一 DC分量与所述第一总有效值的比率大于DC比率阈值、且作为所述超前电流矢量和所述滞后电流矢量的角度差的电流矢量角度差在预定角度差范围之内；以及所述第二DC分量与所述第二总有效值的比率大于所述DC比率阈值、且所述电流矢量角度差在所述预定角度差范围之内。
[0062]在一个示例中，在高压侧电流互感器饱和而低压侧电流互感器正常的情况下，第
一DC分量Ildc与第一总有效值Ilrms的比率应大于预定DC比率阈值Kdc，并且所述第一基波矢量(即，所述超前电流矢量)和所述第二基波矢量(即，所述滞后电流矢量)的角度差的电流矢量角度差应在预定角度差范围之内。
[0063]在另一示例中，在高压侧电流互感器正常而低压侧电流互感器饱和的情况下，第
二DC分量I2dc与第二总有效值I2rms的比率应大于预定DC比率阈值Kdc，并且所述第二基波矢量(即，所述超前电流矢量)和所述第一基波矢量(即，所述滞后电流矢量)的角度差的电流矢量角度差应在预定角度差范围之内。
[0064]此外，为了使得所述基本饱和判定条件更为严格，即相应地使得电流互感器饱和预测更为准确，可以在所述基本饱和判定条件中并入其它基本的条件。
[0065]例如，所述基本饱和判定条件可以包括以下至少一项:第一基波矢量Il
[0066]的幅度大于预定幅度阈值，所述第一 DC分量与所述第一总有效值的比率大于DC比率阈值，并且作为所述超前电流矢量和所述滞后电流矢量的角度差的电流矢量角度差在预定角度差范围之内；以及所述第二基波矢量12的幅度大于预定幅度阈值，所述第二DC分量与所述第二总有效值的比率大于所述DC比率阈值，并且所述电流矢量角度差在所述预定角度差范围之内。
[0067]在此情况下，在一个示例中，在高压侧电流互感器饱和而低压侧电流互感器正常的情况下，第一基波矢量Il的幅度Illl应大于预定幅度阈值K0，第一 DC分量Ildc与第一总有效值Ilrms的比率应大于预定DC比率阈值Kdc，并且所述第一基波矢量(B卩，所述超前电流矢量)和所述第二基波矢量(即，所述滞后电流矢量)的角度差的电流矢量角度差应在预定角度差范围之内。
[0068]在另一示例中，在高压侧电流互感器正常而低压侧电流互感器饱和的情况下，第二基波矢量12的幅度112 I大于预定幅度阈值K0，第二 DC分量I2dc与第二总有效值I2rms的比率应大于预定DC比率阈值Kdc，并且所述第二基波矢量(B卩，所述超前电流矢量)和所述第一基波矢量(即，所述滞后电流矢量)的角度差的电流矢量角度差应在预定角度差范围之内。
[0069]如图3所示，示出了该基本饱和判定条件的判定情况，其中虚线部分表示可选项，实线部分表示必选项，并且其中“&”表示“与”关系，“+”表示“或”关系。
[0070]在图3中，I Il I表示第一基波矢量Il的幅度，112 I表示第二基波矢量12的幅度，Ildc表不第一 DC分量，Ilrms表不第一总有效值，I2dc表不第二 DC分量，I2rms表不第二总有效值，Ilead表示超前电流矢量，I lag表示滞后电流矢量，例如在第一基波矢量Il超前第二基波矢量12的情况下，Ilead=Il且Ilag=I2，反之，在第二基波矢量12超前第一基波矢量Il的情况下，Ilead=I2且Ilag=Il, KO表示所述预定幅度阈值，Kdc表示所述预定DC比率阈值，Ka表示所述预定角度差范围的下限，Kb表示所述预定角度差范围的上限。
[0071]作为示例，可以例如具有以下取值:KO=0.1，Kdc=0.1，Ka=0.2，Kb=L O。显然，本发明范围当然不限于此，可以根据实际应用情况设定其它的取值。
[0072]可以根据上述各种准则来设计附加饱和判定条件，因此所述附加饱和判定条件包括以下至少一项:所述超前电流矢量的有效值随着饱和的加深越来越小(幅度准则)；所述电流矢量角度差随着饱和的加深越来越大(角度差准则);
[0073]作为所述第一电流与所述第二电流之差的差动电流的直流分量随着饱和的加深越来越大(DC分量准则)；第一电流和第二电流的同时刻相关系数大于第一预定阈值(偏差准则)；以及所述第一电流和第二电流的周期相关系数大于第二预定阈值(偏差准则)。
[0074]下面将对上述附加饱和判定条件逐一介绍。
[0075]关于幅度准则，如前面所描述的，随着饱和电流互感器饱和程度的加深，饱和电流互感器的输出电流的基波有效值不断减小，严重饱和电流互感器的输出电流的基波有效值将低于轻度饱和电流互感器的输出电流的基波有效值，并且所述基波有效值减小的速率大于预定速率。
[0076]在一个示例中，在高压侧电流互感器饱和的情况下，在其饱和程度随时间流逝而加深时，该高压侧电流互感器输出的第一电流的第一基波矢量Ii的幅度I Ii I (即基波有效值)随时间流逝而不断减小，并且其减小的速率大于预定速率。
[0077]例如，以预定时间间隔(S卩，预定采样周期)采样第一电流，相应地在每个采样时刻计算第一电流的第一基波矢量II。在第一采样时刻计算第一基波矢量Il (tl)，并且在其后的第二采样时刻计算第一基波矢量Il (t2)，在第一采样时刻与第二采样时间之间可以包含至少一个所述预定时间间隔(即，预定采样周期)。第一基波矢量Il(t2)的幅度(即，有效值)小于第一基波矢量Il (tl)的幅度(即，有效值)的第一预定倍数K2，或者第一基波矢量Il (t2)的幅度与第一基波矢量Il (tl)的幅度之差与第一基波矢量Il (tl)的幅度之比大于第一预定比率K2’。
[0078]在另一示例中，在低压侧电流互感器饱和的情况下，可以类似地设定附加饱和判定条件。
[0079]例如，在第一采样时刻计算第二基波矢量12 (tl)，并且在其后的第二采样时刻计算第二基波矢量I2(t2)，在第一采样时刻与第二采样时间之间可以包含至少一个所述预定时间间隔(即，预定采样周期)。第二基波矢量I2(t2)的幅度(即，有效值)小于第二基波矢量I2(tl)的幅度(即，有效值)的第一预定倍数K2，或者第二基波矢量I2(t2)的幅度与第二基波矢量12 (tl)的幅度之差与第二基波矢量12 (tl)的幅度之比大于第一预定比率K2’。
[0080]更进一步，可以在该附加饱和判定条件中并入另一幅度关系，S卩，饱和电流互感器的输出电流的有效值(I Ileadl )小于正常电流互感器的输出电流的有效值(I Ilagl )的第四预定倍数κι。
[0081]更优选地，在超前电流矢量Ilead与滞后电流矢量Ilag之间的角度差在第二预定角度差范围内时，才进行该附加饱和判定条件的判定，所述第二预定角度差范围的下限可以表示为al，所述第二预定角度差范围的上限可以表示为
[0082]a0，这里，应满足以下关系:a0≥Kb>al≥Ka。
[0083]在图4中给出了该附加饱和判定条件，其中，Ilead表示超前电流矢量Ilead的有效值，Illagl表示滞后电流矢量Ilag的有效值，其中虚线框表示可选的，虚线框下的两个实线框至少存在一个，并且其中“&”表示“与”关系，“ + ”表示“或”关系。
[0084]作为示例，可以例如采用以下取值:K1=0.98，Κ2=0.95，al=0.5，a0=20。显然，本发明不限于此，可以根据实际情况采用其它取值。
[0085]关于角度准则，如前面所描述的，随着饱和电流互感器饱和程度的加深，作为饱和电流互感器输出的电流的基波矢量与正常电流互感器输出的电流的基波矢量之差的所述差动电流的差动角度不断线性增加，并且所述差动角度增加的速率大于预定速率。
[0086]可以以预定时间间隔(即，预定采样周期)采样第一电流和第二电流，相应地在每个采样时刻计算第一电流和第二电流的差动角度。具体地，在第三采样时刻计算差动角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t3),在第四采样时刻计算差动角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag))(t4)。所述第三采样时刻可以是也可以不是所述第一采样时刻，所述第四采样时刻可以是也可以不是所述第二采样时刻。例如，所述第四采样时刻与所述第三采样时刻之间的时间间隔可以为基波周期。
[0087]在一个示例中，第四采样时刻计算的差动角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t4)大于第三采样时刻计算的差动角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t3)的第二预定倍数K3。
[0088]在另一示例中，第四采样时刻计算的差动角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t4)与第三采样时刻计算的差动角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t3)之差与所述第三采样时刻计算的差动角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t3)之比大于第二预定比率K3’。
[0089]图5中示出了该附加饱和判定条件,其中，Arg(Ilead)表示超前电流矢量的矢量角度，Arg(Ilag)表示滞后电流矢量Ilag的矢量角度，并且其中两个实线框至少存在一个，并且其中“ + ”表示“或”关系。
[0090]作为示例，可以例如采用以下取值:K3=1.1。显然，本发明不限于此，可以根据实际情况采用其它取值。
[0091]关于DC分量准则，如前面所描述的，随着饱和电流互感器饱和程度的加深，所述差动电流中出现的DC分量也逐渐增加。因此，可以相应地设计其相应的附加饱和判定条件。
[0092]可以以预定时间间隔(即，预定采样周期)采样第一电流和第二电流，相应地在每个采样时刻计算第一电流和第二电流的差动角度。具体地，在第五采样时刻计算差动电流中的DC分量Idiff_dc (t5)，在第六采样时刻计算差动电流中的DC分量Idiff_dc (t6)。所述第六采样时刻与所述第五采样时刻之间的时间间隔可以为所述预定采样周期的整数倍，例如，所述第六采样时刻可以在所述第五采样时刻之后近似等于基波周期。
[0093]在一个示例中，第六采样时刻的所述差动电流的DC分量Idiff_dc(t6)大于第五时刻的所述差动电流的DC分量Idiff_dc (t5)的第三预定倍数K4。[0094]在另一示例中，第六采样时刻的所述差动电流的DC分量Idiff_dc(t6)与所述第五采样时刻的所述差动电流的DC分量Idiff_dc(t5)之差与所述第五采样时刻的所述差动电流的DC分量Idiff_dc(t5)之比大于第三预定比率K4’。
[0095]在该附加饱和判定条件中，还可以并入另一条件，在第六采样时刻计算差动电流中的DC分量为Idiff_dc (t6)并且差动电流的总有效值为Idiff_rms (t6)，此时该DC分量Idiff_dc(t6)与该总有效值Idiff_rms (t6)之比大于第四预定比率K5。
[0096]在图6中示意性地示出了该附加饱和判定条件，其中虚线框是可选的，虚线框上的两个实线框至少存在一个，并且其中“&”表示“与”关系，“ + ”表示“或”关系。
[0097]作为示例，可以例如采用以下取值:K4=l.1，Κ5=0.2。然而，本发明不限于此，可以根据需要采用其它取值。
[0098]关于偏差准则，如前面所述的，在任一电流互感器饱和的情况下，并且第一电流和第二电流的相关性变差。例如，所述相关性包括以下两种:同时刻相关性、以及周期相关性。优选地，为了提高相关性预测的精度，在这两种相关性条件都满足时才进行预测。
[0099]下面以每个基波周期提取四次基波有效值(每次相差90° )为例来描述同时刻相关性以及周期相关性。
[0100]对于所采样的第一电流和第二电流，按照每个基波周期提取四次基波有效值的方式，对于高压侧电流互感器获得连续的五个以上第一电流基波有效值，例如分别表示为Η1、Η2、Η3、Η4和Η5 ;对于低压侧电流互感器获得连续的五个以上第二电流基波有效值，例如分别表示为L1、L2、L3、L4和L5。
[0101]关于同时刻相关性，对于各计算时刻，可以如下地计算Hl和LI之间的相关系数HLlU H2和L2之间的相关系数HL22、以及H3和L3之间的相关系数HL33。相关系数越大表明相应计算时刻的第一电流基波有效值和第二电流基波有效值之间的差异越大，即相关系数越大表明相关性(相似性)越差。
[0102]HL11=|H1-L11/min(Hl, LI)
[0103]HL22= IH2-L2 | /min (H2, L2)
[0104]HL33=IH3-L3|/min(H3, L3)
[0105]其中，min()表示求最小值。
[0106]然后，可以得到以上所计算的相关系数HL11、HL22和HL33中的最大值，即最大相关系数，HLMAX=max (HHL11, HL22, HL33)。
[0107]关于周期相关性，对于第一电流，可以每隔一个基波电流有效值地计算同侧相关系数H13、H24和H35，对于第二电流，可以每隔一个基波电流有效值地计算同侧相关系数L13、L24 和 L35。
[0108]H13=(Hl-H3)/min(Hl，H3)
[0109]H24= (H2-H4) /min (H2, H4)
[0110]H35= (H3-H5) /min (H3, H5)
[0111]L13=(Ll-L3)/min(Ll, L3)
[0112]L24=(L2-L4)/min(L2, L4)
[0113]L35=(L3-L5)/min(L3, L5)
[0114]对于H13和L13，如果H13和L13的绝对值都大于第一同侧相关性阈值，或者H13和L13的符号相反并且H13和L13的绝对值都大于第二同侧相关性阈值，所述第二同侧相关性阈值小于所述第一同侧相关性阈值，例如可以采用以下取值，第一同侧相关性阈值等于
0.15，第二同侧相关性阈值等于0.02，则可以如下地计算两侧相关系数:HL13=|H13-L13|/max (H13, L13)。如果上述条件不成立，则无需计算HL13，即HL13无效。
[0115]对于H24和L24，如果H24和L24的绝对值都大于第一同侧相关性阈值，或者H24和L24的符号相反并且H24和L24的绝对值都大于第二同侧相关性阈值，则类似地计算两侧相关系数:HL24= IH24-L24 | /max (H24, L24)。如果上述条件不成立，则无需计算HL24，即HL24无效。
[0116]对于H35和L35，如果H35和L35的绝对值都大于第一同侧相关性阈值，或者H35和L35的符号相反并且H35和L35的绝对值都大于第二同侧相关性阈值，则类似地计算两侧相关系数:HL35= IH35-L35 | /max (H35, L35)。如果上述条件不成立，则无需计算HL35，即HL35无效。
[0117]如果H13、H24和H35都有效，则可以如下地计算周期相关性:
[0118]HL= (HL13+HL24+HL35)/30
[0119]如果H13、H24和H35中只有两个有效(例如，H13和H35有效，H24无效)，则可以如下地计算周期相关性:
[0120]HL= (HL13+HL35)/20
[0121]在所计算的同时刻最大相关系数HLMAX大于第一预定阈值K6或者在所计算的周期相关性HL大于第二预定阈值K7时，可以预测可能出现电流互感器饱和。所述第一预定阈值例如可以取值为0.05，所述第二预定阈值例如可以取值为0.20。优选地，在所计算的同时刻最大相关系数HLMAX大于第一预定阈值K6并且在所计算的周期相关性HL大于第二预定阈值K7时，才预测可能出现电流互感器饱和。
[0122]为了使得相关性预测更为准确，无论是同时刻相关性还是周期相关性，还可以并入辅助相关性判据。所述辅助相关性判据可以为:在两个相邻基波周期中计算的且时间间隔为一个基波周期的两个第一基波有效值中的最小值与最大值的比率大于第五预定比率K8。例如所述第五预定比率K8可以取值为0.8。
[0123]在图7中示出了该相关性附加饱和判定条件，其中K6表示所述第一预定阈值，K7表示所述第二预定阈值，K8表示所述第五预定比率。
[0124]作为示例，可以例如采用以下取值:K6=0.2，K7=0.05，K8=0.8。然而，本发明不限
于此，可以根据实际需要采用其它取值。
[0125]尽管上面以每个基波周期提取四次基波有效值为例来描述同时刻相关性以及周期相关性，然而本发明不限于此，可以每个基波周期提取η个(例如，η=6, 7，8等等)基波有效值并且使用相邻两个基波周期中计算的至少连续η+1个基波有效值来计算同时刻相关性以及周期相关性。
[0126]具体地，在步骤S130中，在满足基本饱和判定条件的前提下，如果还满足上述附加饱和判定条件中至少一个的情况下，可以产生所述电流互感器饱和预测信号，即，可以在电流互感器深度饱和并触发差动保护之前，有效地产生所述电流互感器饱和预测信号。例如，所述电流互感器饱和预测信号可以标识与超前电流矢量对应的电流互感器，即高压侧电流互感器或低压侧电流互感器。[0127]另外，根据本发明实施例，还可以在所述差动电流的基波有效值Ildiffl大于差动电流基波有效值阈值时，产生电流互感器饱和检测信号，闭锁变压器差动保护。所述电流互感器饱和检测信号可以标识与超前电流矢量对应的电流互感器，即高压侧电流互感器或低压侧电流互感器。
[0128]图8中示意性地图示根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法的示例实现方式。可以参考图2-图7理解图8所示的实现方式，在此不再进行赘述。
[0129]上面以单相系统为例，描述了根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法。然而，应了解，本发明不限于此，本发明实施例的电流互感器饱和预测方法可以简单地应用于三相系统，例如可以对于三相系统中的每一相单独地应用根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法，如图10所示。
[0130]利用根据本发明实施例的电流互感器饱和预测方法，根据和应涌流情况下变压器高压侧和低压侧分别设置的电流互感器输出的高压侧电流和低压侧电流的变化特性，进行电流互感器饱和预测与检测，可以有效地预测到电流互感器饱和的情况，从而避免出现由于电流互感器的饱和而触发变压器差动保护，相应地避免了变压器差动保护误动的出现，提高了电力系统工作的可靠性。
[0131]尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。
【权利要求】
1.一种电流互感器饱和预测方法，在变压器的高压侧连接第一电流互感器，在变压器的低压侧连接第二电流互感器，所述第一电流互感器和所述第二电流互感器用于变压器差动保护，所述电流互感器饱和预测方法包括: 检测所述第一电流互感器输出的第一电流，并检测所述第二互感器输出的第二电流；计算所述第一电流的第一基波矢量、第一 DC分量和第一总有效值，并计算所述第二电流的第二基波矢量、第二 DC分量和第二总有效值；以及 根据所述第一基波矢量、所述第一 DC分量、所述第一总有效值、所述第二基波有效值、所述第二 DC分量和所述第二总有效值，产生电流互感器饱和预测信号。
2.如权利要求1所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中相位超前的一个为超前电流矢量，而另一个为滞后电流矢量，并且所述产生电流互感器饱和预测信号包括:在所述第一电流和所述第二电流满足基本饱和判定条件、并且满足至少一个附加饱和判定条件时，产生电流互感器饱和预测信号， 所述基本饱和判定条件包括以下至少一项: 所述第一 DC分量与所述第一总有效值的比率大于DC比率阈值、且作为所述超前电流矢量和所述滞后电流矢量的角度差在预定角度差范围之内；以及 所述第二 DC分量与所述第二总有效值的比率大于所述DC比率阈值、且所述电流矢量角度差在所述预定角度差范围之内。
3.如权利要求2所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述附加饱和判定条件包括以下至少一项: 所述超前电流矢量的有效值随着饱和的加深越来越小； 所述电流矢量角度差随着饱 和的加深越来越大； 作为所述第一电流与所述第二电流之差的差动电流的直流分量随着饱和的加深越来越大； 所述第一电流和所述第二电流的同时刻相关系数大于第一预定阈值；以及 所述第一电流和所述第二电流的周期相关系数大于第二预定阈值。
4.如权利要求3所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述超前电流矢量的有效值随着饱和的加深越来越小包括以下至少一项: 第二时刻的所述超前电流矢量的有效值小于第一时刻的所述超前电流矢量的有效值的第一预定倍数；以及 第一时刻的所述超前电流矢量的有效值与所述第二时刻的所述超前电流矢量的有效值之差与所述第一时刻的所述超前电流矢量的有效值之比大于第一预定比率， 其中，所述第一时刻在所述第二时刻之前。
5.如权利要求3所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述电流矢量角度差随着饱和的加深越来越大包括以下至少一项: 第四时刻的所述电流矢量角度差大于第三时刻的所述电流矢量角度差的第二预定倍数；以及 第四时刻的所述电流矢量角度差与所述第三时刻的所述电流矢量角度差之差与所述第三时刻的所述电流矢量角度差之比大于第二预定比率， 其中，所述第三时刻在所述第四时刻之前。
6.如权利要求3所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述差动电流的直流分量随着饱和的加深越来越大包括以下至少一项: 第六时刻的所述差动电流的直流分量大于第五时刻的所述差动电流的直流分量的第三预定倍数；以及 第六时刻的所述差动电流的直流分量与所述第五时刻的所述差动电流的直流分量之差与所述第五时刻的所述差动电流的直流分量之比大于第三预定比率， 其中，所述第五时刻在所述第六时刻之前。
7.如权利要求2所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述基本饱和判定条件还包括:所述超前电流矢量的有效值大于第一有效值阈值。
8.如权利要求3所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述附加饱和判定条件还包括以下至少一个: 所述超前电流矢量的有效值小于所述滞后电流矢量的有效值的第四预定倍数；以及 作为所述第一电流与所述第二电流之差的差动电流的直流分量与所述差动电流的总有效值之比大于第四预定比率。
9.如权利要求1所述的电流互感器饱和预测方法，其中， 所述电流互感器饱和预测信号标识与超前电流矢量对应的电流互感器，其中，所述超前电流矢量为所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中超前的一个。
10.如权利要求1所述的电流互感器饱和预测方法，还包括: 在作为所述第一电流与所述第二电流之差的差动电流的有效值大于差动电流有效值阈值时，产生电流互感器饱和检测闭锁`信号。 其中，所述电流互感器饱和检测信号标识与超前电流矢量对应的电流互感器，其中，所述超前电流矢量为所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中超前的一个。
11.如权利要求1一 10中任何一项所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述变压器为三相变压器，每相分别包括与该相对应的所述第一电流互感器和所述第二电流互感器。
12.如权利要求1一 10中任何一项所述的电流互感器饱和预测方法，其中，所述变压器中流过和应涌流。
【文档编号】G01R31/00GK103869180SQ201210551425
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】宋聚忠 申请人:施耐德电器工业公司