基于峰态系数的防止变压器差动保护误动的方法及装置与流程

本发明属于电力系统
技术领域：
，尤其涉及基于峰态系数的防止变压器差动保护误动的方法及装置。
背景技术：
：保护用P级电流互感器(CT)作为电力系统非正常运行或故障状态下一次电流的测量设备，广泛用于我国220kV及以下系统。P级电流互感器在选型时能够保证系统稳态运行时传变的准确度，并使其传变误差不超过规定值，但却不能保证暂态过程传变的准确度。系统故障时，一次电流可能是正常运行电流的几十至上百倍，且包含按指数衰减规律的直流分量，电流互感器铁芯的工作点因此会在线性区与非线性区之间发生大范围的变化，使电流互感器出现饱和，不能准确测量传变系统一次电流，无法真实反映一次系统的实际电流，对于采集电流互感器二次侧电流的继电保护装置而言，极易出现误动、拒动或延时动作，严重危害电网的安全稳定运行。变压器是交流输电系统的核心设备，差动保护作为变压器区内故障的主保护，应保证其动作的可靠性。但在现场运行中，差动保护误动事件时有发生，变压器各侧电流互感器出现饱和是导致区外故障时差流明显增大进而使差动保护出现误动的重要原因之一，必须采取一定的措施识别出电流互感器饱和并实行保护闭锁才能保证差动保护的可靠性。目前，针对防止电流互感器饱和引起变压器差动保护出现的误动情况已提出过多种技术，如浦南桢等(浦南桢,翟学锋,袁宇波,等.P级TA饱和对数字式比率制动特性差动保护的影响[J].电力自动化设备,2003,23(04):76-80.)提出从差动保护动作特性入手，对本身具有一定抗饱和能力的比率制动特性进行修正，抬高制动系数。但制动系数的提高将同时降低变压器区内故障的灵敏度，因此许多国内外学者基于电流互感器饱和前后的二次电流波形差异、谐波含量差异或者差动电流的间断角差异提出多种电流互感器的饱和检测算法。如沈全荣等(沈全荣，严伟,梁乾兵,等.异步法电流互感器饱和判别新原理及其应用[J].电力系统自动化,2005,29(16):84-86.)通过精准定位故障发生时刻与差动电流明显增大的时刻，并判断两者是否同步，检测电流互感器是否出现饱和，但当电流互感器出现严重饱和时，电流互感器的入饱和时间将小于1/4周波，故障发生时刻与差动电流相差非常小。另一方面，可能由于时间定位不准确导致电流互感器检测结果出错，进而导致差动保护误动。李贵存等(李贵存,刘万顺,贾清泉,等.利用小波原理检测电流互感器饱和的新方法[J].电力系统自动化,2001,26(05):36-39+44.)通过小波变换饱和检测法，根据电流互感器二次电流小波模极大值的差异性检测电流互感器是否出现饱和，但在电流过零点和窗口临界处，小波检测法可能出现较大偏差，影响最终的饱和检测结果。王志鸿等(王志鸿,郑玉平,贺家李.通过计算谐波比确定母线保护中电流互感器的饱和[J].电力系统及其自动化学报,2000,12(5):19-24.)通过计算电流互感器二次电流的谐波比检测电流互感器是否出现饱和，但在不同程度上增加了计算量，降低了饱和检测的可靠性。E.M.dosSantos等(E.M.dosSantos,G.CardosoJr.,P.E.Fariasandetal.CTsaturationdetectionbasedonthedistancebetweenconsecutivepointsintheplansformedbythesecondarycurrentsamplesandtheirdifference-functions[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2013,28(1):29-37.)通过计算电流互感器二次电流采样值的多阶差分值检测电流互感器的入饱和点与退饱和点，但抗干扰能力差，降低了饱和检测及差动保护动作的可靠性。因此，有必要寻找更快速、更准确、使用更少参数的方法检测CT饱和以防止变压器区外故障时差动保护出现误动，研究成果可作为现有电流互感器饱和检测方案的有益补充，有助于提高差动保护的快速性与可靠性。技术实现要素：针对上述问题，本发明提出了一种基于峰态系数的防止变压器差动保护误动的方法及装置，解决了现有防止变压器差动保护误动方法的灵敏度低、运算量大、可靠性低的缺陷。为了实现上述目的，本发明技术方案如下：一种基于峰态系数的防止变压器差动保护误动的方法，包括：步骤S1：获取变压器星侧区、角侧区的各相电流互感器的二次电流的瞬时采样值。步骤S2：根据所述二次电流的瞬时采样值判断变压器是否发生故障；若为是，则执行步骤S3；若为否，则执行步骤S7。步骤S3：根据所述二次电流的瞬时采样值计算变压器的各相差动电流瞬时值，并根据各相所述差动电流瞬时值得到各相差动电流的波形。步骤S4：形成变压器的各相差动电流的组合波形。步骤S5：计算变压器的各相差动电流所述组合波形的峰态系数。步骤S6：判断在变压器故障过程中有无电流互感器出现饱和：判断变压器任一相的所述峰态系数是否大于峰态系数定值；若为是，则判定变压器故障过程中有电流互感器出现饱和，并执行步骤S7；若为否，则判定变压器故障过程中没有电流互感器出现饱和，并执行步骤S8。步骤S7：闭锁变压器差动保护。步骤S8：开放变压器差动保护。进一步地，在执行步骤S3的同时，记录故障发生时刻。进一步地，步骤S4包含：步骤S401：记录各相所述差动电流明显增大后第一个极值点对应的时刻。步骤S402：截取各相所述差动电流从所述故障发生时刻到所述述第一个极值点对应时刻之间的波形。步骤S403：以所述故障发生时刻为原点，将各相截取的差动电流波形关于原点对称，得到旋转变换后的差动电流波形。步骤S404：将各相旋转变换后的差动电流波形与原截取的差动电流波形组合。步骤S405：将各相组合后的差动电流波形分别按幅值进行归一化，形成各相以故障发生时刻为中心的所述组合波形。进一步地，在步骤S2中，所述判断变压器是否发生故障，包含：判断任意一相所述二次电流的实时变化量是否大于预先设定的启动电流；若为是，则判定变压器发生故障；若为否，则判定变压器未发生故障。进一步地，峰态系数为组合波形的四阶中心距与标准差的四次幂之比。进一步地，启动电流等于变压器额定电流的0.2倍。进一步地，步骤S402：采用数据窗截取各相所述差动电流从所述故障发生时刻到所述述第一个极值点对应时刻之间的波形。一种基于峰态系数的防止变压器差动保护误动的装置，包括二次电流采集模块、变压器故障检测模块、差动电流产生模块、差动电流组合模块、峰态系数运算模块、互感器饱和检测模块、差动保护驱动模。二次电流采集模块用于获取变压器星侧区、角侧区的各相电流互感器的二次电流的瞬时采样值。变压器故障检测模块用于判断变压器是否发生故障；若为是，则控制差动电流产生模块；若为否，则控制差动保护驱动模块发出差动保护闭锁信号。差动电流产生模块用于根据所述二次电流的瞬时采样值计算变压器的各相差动电流的瞬时值，并根据各相差动电流的瞬时值得到各相差动电流的波形。差动电流组合模块用于形成各相差动电流的组合波形。峰态系数运算模块用于计算变压器的各相差动电流所述组合波形的峰态系数。互感器饱和检测模块用于判断在变压器故障过程中有无电流互感器出现饱和：判断变压器任一相的所述峰态系数是否大于峰态系数定值；若为是，则判定变压器故障过程中有电流互感器出现饱和，并控制差动保护驱动模块发出差动保护闭锁信号；若为否，则判定变压器故障过程中没有电流互感器出现饱和，并控制差动保护驱动模块发出差动保护开放信号。差动保护驱动模块用于控制变压器差动保护电路的开启或关闭。进一步地，差动电流组合模块包含依次连接的极值点记录单元、截取单元、旋转变换单元、组合单元、归一化单元。极值点记录单元用于记录各相所述差动电流明显增大后第一个极值点对应的时刻。截取单元用于截取各相所述差动电流从所述故障发生时刻到所述述第一个极值点对应时刻之间的波形。旋转变换单元用于以所述故障发生时刻为原点，将各相截取的差动电流波形关于原点对称，得到旋转变换后的差动电流波形。组合单元用于将各相旋转变换后的差动电流波形与原截取的差动电流波形组合。归一化单元用于将各相组合后的差动电流波形分别按幅值进行归一化，形成各相以故障发生时刻为中心的所述组合波形。进一步地，峰态系数为组合波形的四阶中心距与标准差的四次幂之比。本发明的有益效果在于：本发明通过对差动电流的部分波形进行适当变换，并利用峰态系数提取区内、区外故障的差动电流波形特征，将峰态系数与峰态系数定值进行比较，可准确识别区内故障与电流互感器严重饱和、一般饱和、轻度饱和情况下的区外故障，有效防止电流互感器饱和引起的变压器区外故障时差动保护的误动；且算法简单、快速、可靠性高，可保证继电保护装置的可靠性、快速性，可作为现有饱和检测算法的有益补充，具有一定的工程实际意义。附图说明图1为基于峰态系数的防止变压器差动保护误动的方法的流程示意图。图2为经旋转变换、组合后的差流组合波形图。图3为实施例中电力系统的仿真图。图4为实施例中变压器星侧A、B相电流波形。图5为实施例中变压器角侧A相电流波形。图6为实施例中为变压器A相差流波形。图7为基于峰态系数的防止变压器差动保护误动的设备的结构方框图。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。变压器区内故障时，差动电流出现时刻是与故障发生时刻同步的；在变压器区外故障时，若两侧电流互感器出现不同程度的饱和，将使差动电流明显增大，易使差动保护误动，但此种情况下差动电流明显增大时刻与故障发生时刻是不同步的，即差动电流存在明显的间断角。本发明根据上述变压器区内、区外故障时差动电流的波形特征，提出基于统计学中峰态系数的电流互感器饱和识别方法及装置。如图1所示，为本发明所述方法的流程示意图，该方法包括：步骤S1：获取变压器星侧区、角侧区的各相电流互感器的二次电流的瞬时采样值。步骤S2：判断变压器是否发生故障：判断任意一相所述二次电流的实时变化量ΔIφ是否大于预先设定的启动电流IQD；若为是，则判定变压器发生故障，记录故障发生时刻，并执行步骤S3；若为否，则判定变压器未发生故障，并执行步骤S7。步骤S3：根据所述二次电流的瞬时采样值计算变压器的各相差动电流的瞬时值，并根据各相差动电流的瞬时值得到各相差动电流的波形。步骤S4：形成变压器的各相差动电流的组合波形。步骤S5：计算变压器的各相差动电流所述组合波形的峰态系数。步骤S6：判断在变压器故障过程中有无电流互感器出现饱和：判断变压器任一相的所述峰态系数是否大于峰态系数定值；若为是，则判定变压器故障过程中有电流互感器出现饱和，并执行步骤S7；若为否，则判定变压器故障过程中没有电流互感器出现饱和，并执行步骤S8。步骤S7：闭锁变压器差动保护。步骤S8：开放变压器差动保护。下面以变压器Y0d11接线方式为例对本发明进行详细介绍。具体地，步骤S1中，对变压器星侧区、角侧区三相电流互感器的二次电流进行采样，设置一个周波80点采样，即采样频率fs＝4kHz。步骤S2中，根据相电流突变量启动判据判断变压器是否发生故障。所谓相电流突变量启动判据是指变压器任一相电流的变化量是否大于设定的启动电流IQD，如果大于则差动保护启动。具体地，计算变压器星侧区、角侧区任一相的实时相电流变化量ΔIφ(k)，若变压器星侧区、角侧区中任一相电流变化量ΔIφ(k)大于设定的启动电流IQD，则判定出现故障，并记录故障发生时刻为tf＝k/fs，差动保护启动，进入步骤(3)；否则返回步骤S1继续采样。设置相电流变化量ΔIφ的突变量启动判据：ΔIφ>IQD(1)其中相电流变化量ΔIφ和启动电流IQD的计算公式为：ΔIφ(k)=|iφ(k)-iφ(k-80)|-|iφ(k-80)-iφ(k-160)|IQD=0.2Ie---(2)]]>其中φ指代A，B，C三相，iφ(k)为第k个采样点φ相相电流的瞬时值，Ie为折算到变压器星侧的额定电流，iφ(k)、Ie均为电流互感器二次侧的电流值。步骤S3中，根据步骤(1)采集的变压器星侧区、角侧区三相电流互感器二次侧的电流瞬时值，计算得到变压器三相差动电流瞬时值idA，idB，idC：idA＝(iYA-iYB)+idAidB＝(iYB-iYC)+idBidC＝(iYC-iYA)+idC(3)其中，iYA，iYB，iYC为变压器星侧三相电流互感器二次侧电流瞬时采样值；idA，idB，idC为变压器角侧三相电流互感器二次侧电流瞬时采样值。步骤S4中，截取变压器的各相差动电流的部分波形，对截取的各相差动电流的部分波形进行旋转变换，并将变换后的各相差动电流波形与原截取的差动电流波形进行组合，并按幅值进行归一化，形成所述组合波形。具体地，步骤S4包含以下步骤：步骤S401：记录各相所述差动电流明显增大后第一个极值点对应的时刻；步骤S402：截取各相所述差动电流从所述故障发生时刻到所述述第一个极值点对应时刻之间的波形；步骤S403：以所述故障发生时刻为原点，将各相截取的差动电流波形关于原点对称，得到旋转变换后的差动电流波形；步骤S404：将各相旋转变换后的差动电流波形与原截取的差动电流波形组合；步骤S405：将各相组合后的差动电流波形分别按幅值进行归一化，形成各相以故障发生时刻为中心的所述组合波形。步骤S402中在截取波形之前，先设置用于截取数据的数据窗，利用数据窗截取所需的波形。步骤S405所述的按幅值归一化即将组合后的数据除以数据窗内的最大幅值。数据窗属于现有技术，不再累述。步骤S401中，关于差动电流明显增大后第一个极值点的获取，可以预先设置一个差动电流的阈值，当差动电流超过该阈值后，记录下电流所达到的极值点，即为差动电流增大后的第一个极值点。图2为经旋转变换、组合后的差动电流组合波形图。步骤S5中，所述峰态系数即组合波形图的四阶中心距与标准差的四次幂之比，以Kur表示，计算公式如下：Kur=1nΣi=1n(xi-x‾)4(1nΣi=1n(xi-x‾)2)2---(4)]]>式中：n表示差流组合波形包含的总采样点数，xi表示每个采样点的差动电流，表示组合差动电流电流的平均值，i为第i个采样点。预先设定峰态系数定值为1.8；计算出变压器的各相差动电流组合波形的峰态系数后，在步骤S6中，将各相峰态系数与峰态系数定值进行比较；若变压器任一相的峰态系数大于峰态系数定值，则判定故障过程中有电流互感器出现饱和；否则，判定为故障过程中没有电流互感器出现饱和。电流互感器饱和是指电流互感器在电流超过一定范围后，会导致铁芯饱和。铁芯上一次线圈通过电流时，励磁电流在铁芯中产生磁通，磁通的变化在二次线圈上产生变换后的电流。励磁电流过大，超过一定值后，铁芯中的磁阻会下降，铁芯会饱和，电流的增加将不能明显增加磁通，一、二次线圈的电流不能成比例变化，此时即已发生磁通饱和，即电流互感器饱和。当判定变压器故障过程中有电流互感器出现饱和时，则进行步骤S7，闭锁变压器差动保护；否则，进行步骤S8，开放变压器差动保护。下面进一步通过一具体实施例介绍本发明的技术方案。本案例考虑最严重情况，即案例中设置变压器高压侧电流互感器不出现饱和，低压侧B、C相电流互感器不出现饱和，只对A相电流互感器饱和及A相差动电流进行详细分析，但该简化分析并不影响本发明应用时的可靠性和正确性。(1)建立220kV双端输电系统，仿真图如图3所示，变压器为Y0d-11接线，容量为240MVA，变比为220/38.5kV，变压器两侧的电流互感器采用基于J-A理论的仿真模型，每周波80点采样。(2)0.5685s在变压器角侧区外发生三相短路故障，高压侧A、B相电流波形如图4所示，低压侧A相电流波形如图5所示，对应的A相差动电流如图6所示。(3)截取差动电流的部分波形进行旋转变换，并将变换后的差动电流波形与原截取的差动电流波形组合，并按幅值进行归一化，形成以故障发生时刻为中心的组合波形，如图2所示。(4)计算步骤(3)中组合波形的峰态系数，得到Kur＝6.7534,且峰态系数定值为1.8。(5)由于Kur大于峰态系数定值，可判断出变压器两侧电流互感器出现饱和，闭锁差动保护。图7为本发明的所述装置的结构方框图，该装置包括：二次电流采集模块1、变压器故障检测模块2、差动电流产生模块3、差动电流组合模块4、峰态系数运算模块5、互感器饱和检测模块6、差动保护驱动模块7。二次电流采集模块1、变压器故障检测模块2、差动电流产生模块3、差动电流组合模块4、峰态系数运算模块5、互感器饱和检测模块6、差动保护驱动模块7依次连接；并且变压器故障检测模块2与差动保护驱动模块7相连接。二次电流采集模块1用于获取变压器星侧区、角侧区的各相电流互感器的二次电流的瞬时采样值。变压器故障检测模块2用于判断变压器是否发生故障：判断任意一相所述二次电流的实时变化量ΔIφ是否大于预先设定的启动电流IQD；若为是，则判定变压器发生故障，记录故障发生时刻，并控制差动电流产生模块3；若为否，则判定变压器未发生故障，并控制差动保护驱动模块7发出差动保护闭锁信号。差动电流产生模块3用于根据所述二次电流的瞬时采样值计算变压器的各相差动电流的瞬时值，并根据各相差动电流的瞬时值得到各相差动电流的波形；差动电流组合模块4用于形成各相差动电流的组合波形。峰态系数运算模块5用于计算变压器的各相差动电流所述组合波形的峰态系数。互感器饱和检测模块6用于判断在变压器故障过程中有无电流互感器出现饱和：判断变压器任一相的所述峰态系数是否大于峰态系数定值；若为是，则判定变压器故障过程中有电流互感器出现饱和，并控制差动保护驱动模块7发出差动保护闭锁信号；若为否，则判定变压器故障过程中没有电流互感器出现饱和，并控制差动保护驱动模块7发出差动保护开放信号。差动保护驱动模块7用于控制变压器差动保护电路的开启或关闭。当差动保护驱动模块7发出差动保护闭锁信号时，变压器差动保护电路不工作；。当差动保护驱动模块7发出差动保护开放信号时，变压器差动保护电路开始工作。其中，差动电流组合模块4包含依次连接的极值点记录单元、截取单元、旋转变换单元、组合单元、归一化单元。极值点记录单元用于记录各相所述差动电流明显增大后第一个极值点对应的时刻。截取单元用于截取各相所述差动电流从所述故障发生时刻到所述述第一个极值点对应时刻之间的波形。旋转变换单元用于以所述故障发生时刻为原点，将各相截取的差动电流波形关于原点对称，得到旋转变换后的差动电流波形。组合单元用于将各相旋转变换后的差动电流波形与原截取的差动电流波形组合。归一化单元用于将各相组合后的差动电流波形分别按幅值进行归一化，形成各相以故障发生时刻为中心的所述组合波形。此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3