基于电流互感器线性传变区的母线采样值差动保护方法与流程

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种基于电流互感器线性传变区的母线采样值差动保护方法。

背景技术：

电流采样值差动保护与常规的相量差动保护相比，具有计算量少、速度快等特点，其采用多次重复判别的方法，即连续R个采样点判别中有不少于S个符合动作条件，则保护动作。采样值差动保护原理大大缩短了母线保护所需的计算判断数据窗，而且采样值差动保护原理没有明显缺陷，性能均衡全面，适合母线保护的需求，适合现有的数字式继电保护设计制造技术水平。

但是，当母线发生区外故障时，由于互感器受剩磁和一次故障电流的非周期分量的影响，可能会进入暂态饱和状态，因此会造成保护不正确动作。

由上可知，现有的电流采样值差动保护存在两个亟需解决的问题：区内外故障识别以及区外故障转为区内故障时保护正确动作。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对母线差动保护的不足，提出一种基于电流互感器线性传变区的母线采样值差动保护方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种母线采样值差动保护动作的判断方法，包括以下步骤：

步骤1，根据时差法区分母线区内外故障；

步骤2，若是区内故障，则进行母线差动保护判据判断；若不是区内故障，确定电流互感器第一个线性传变区；

步骤3，在第一个线性传变区内应用采样值差动判据判断是否满足动作条件，若满足则保护动作；若不满足则根据当前已知的线性传变区位置预测一周波后的线性传变区位置，在预测的线性传变区内应用采样值差动判据判断，如此递推，直至保护动作。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)本发明中涉及的判据对故障暂态电流不敏感，具有很强的抗电流互感器饱和能力，同时解决了电流互感器慢饱和情况下区外故障电流互感器饱和、区外转区内故障的区分问题；

(2)由于本发明利用电流互感器暂时退出饱和形成的线性传变区判断区内外故障，对强弱程度不同的电流互感器饱和的适应能力强，提高了发展性故障下的动作速度，大多数发展性故障可以在半个周波内正确判断动作；

(3)因为在电流互感器线性传变区内制动系数可以取较低的整定值，发展性故障下的灵敏度、抗故障流出电流和抗区外故障点分流的能力也得到了提高。

附图说明

图1为差动电流与制动电流示意图。

图2为常规采样值差动动作曲线图。

图3为电流互感器线性传变区预测示意图。

图4为差动电流与制动电流的变化率示意图。

图5为保护动作后差动电流与制动电流示意图。

具体实施方式

本发明的一种基于电流互感器线性传变区的母线采样值差动保护方法，包括以下步骤：

步骤1：根据时差法区分母线区内外故障；

步骤2：若是区内故障，则进行母线差动保护判据判断；若不是区内故障，确定电流互感器第一个线性传变区；

步骤3：在第一个线性传变区内采用采样值差动判据判断是否满足动作条件，若满足则保护动作；若不满足则根据当前已知的线性传变区位置预测一周波后的线性传变区位置，在预测的线性传变区内应用采样值差动判据判断，如此递推，直至保护动作。

进一步的，根据时差法区分母线区内外故障的具体过程为：

步骤1-1，判断差动电流与制动电流的启动时间，如果制动电流突变量超过制动电流启动门槛，则判为故障启动，并记录启动时间，判据见下式：

|ir(k)-ir(k-N)|＞|ir(k-N)-ir(k-2N)|+irst (1)

式中，ir为制动电流，取各支路电流绝对值的和，k为当前采样点，N为一个工频周波的采样点数，制动电流启动门槛irst为躲过电流互感器正常运行的不平衡电流，整定为0.3In，In为电流互感器额定电流；

同时检测差动电流，并记录达到差动电流启动门槛的时间，判据见下式：

id(k)＞idst (2)

式中，id为差动电流，取各支路电流值和的绝对值；差动电流启动门槛idst整定为0.3In；

步骤1-2，若差动电流和制动电流越过门槛的时间不存在时间差，则识别为区内故障，否则不是区内故障。

进一步的，母线差动保护判据判断的具体过程为：

由母线采样值差动保护进行处理，如果满足动作条件，则保护动作，如果不满足动作条件，则返回步骤1-1进行制动电流和差动电流突变量的判断；

母线采样值差动具体判据为：

其中，id0为最小动作电流；α为制动系数；

采样值差动保护的动作出口的判据方法为：若连续R个采样点计算中，有S以上个采样点满足动作条件，则判断为保护动作。

进一步的，采用“8取6”判据，即连续8个采样点计算中，有6及以上个采样点满足动作条件，则判断为保护动作，切除故障母线。

进一步的，如果不满足区内故障的条件，则故障为区外故障电流互感器饱和或发展性故障；由于制动电流和差动电流存在启动时间差，因此将制动电流的启动时间tm0作为第一个线性传变区的起点，将差动电流的启动时间tn0作为第一个线性传变区的终点。

进一步的，步骤3具体为：

将前一个线性传变区的起点tm向后推延N个采样点，记为tn’，以tn’为起点向后寻找线性传变区的终点tn，终点判据为

式中，k1为斜率；

由tn’往前推N/2个采样点，记为tm’，在tm’与tn范围内找到制动电流变化率最大值，该值对应的采样点作为新的线性传变区的起点，确定每个线性传变区后开放采样值差动判据进行判断；

上述的判断电流互感器线性传变区及在线性传变区进行采样值差动判断的保护判断流程循环进行，直至保护动作。

以下结合附图和实施例对本发明上述的技术特征和优点做更详细的说明。

实施例

为了验证判据的可行性，首先在PSCAD中搭建两进两出母线故障仿真模型，得到故障电流。系统频率为50Hz，每周期24个采样点。0.3s时发生区外故障，0.35s时发展为区内故障。通过计算得到制动电流与差动电流，如图1所示。

结合图2，本发明的一种基于电流互感器线性传变区的母线采样值差动保护方法，包括以下步骤：

步骤1：根据时差法区分区内外故障；

如果制动电流突变量超过门槛，则判为故障启动，并记录启动时间，判据见下式。

|ir(k)-ir(k-24)|＞|ir(k-24)-ir(k-48)|+irst

式中，ir为制动电流，取各支路电流绝对值的和，k为当前采样点，N为一个工频周波的采样点数，制动电流启动门槛irst为躲过电流互感器正常运行的不平衡电流，整定为0.3In，In为电流互感器额定电流，本实施例中In取5A。

同时检测差电流，并记录达到启动门槛的时间，判据见下式。

id(k)＞idst

式中，id为差动电流，取各支路电流值和的绝对值；差动电流启动门槛idst整定为0.3In；

若差动电流和制动电流越过门槛的时间不存在时间差，则识别为区内故障，否则不是区内故障。

步骤2：如果是区内故障则进行母线采样值差动保护判据判断；

母线采样值差动具体判据为

母线采样值差动的整定原则是，最小动作电流id0为躲过正常运行时电流互感器和母线保护装置采样误差所产生的不平衡电流，整定为0.3In：制动系数α的整定应在最小运行方式下母线区内故障且有最大流出电流时，具备足够的灵敏度；满足此条件的前提下，将α整定为尽可能高的定值以提高区外故障抗电流互感器饱和的能力，此处将α整定为0.8。

因为是每周期24个采样点，故采用“8取6”判据，即连续8个采样点计算中，有6及以上个采样点满足动作条件，则判断为保护动作，切除故障母线。

步骤3：在第一个线性传变区内应用采样值差动判据判断是否满足动作条件，若满足则保护动作；若不满足则根据当前已知的线性传变区位置预测一周波后的线性传变区位置，在预测的线性传变区内应用采样值差动判据判断，如此递推，直至保护动作。

由图1可以看出，差动电流晚于制动电流的出现，因此可以判断不是区内故障。由于制动电流和差动电流存在启动时间差，因此将制动电流的启动时间tm0作为第一个线性传变区的起点，将差动电流的启动时间tn0作为第一个线性传变区的终点。

采样值差动具体判据为

式中，门槛值id0可整定为0.3In，考虑到在线性传变区内进行判断，电流互感器饱和威胁较低，制动系数可以适当降低，以提高同相转换等发展性故障情况下区内故障的灵敏度，此处整定为0.6。仍然采用“8取6”判据，如满足，则保护动作，切除故障。

如不满足则根据当前已知的线性传变区位置预测一周波后的线性传变区位置，在预测的线性传变区内应用采样值差动判据判断，如此递推直至保护动作。

后续线性传变区判断的基本原理是由已知的线性传变区向后推延24个采样点得出。但实际情况下，发展性故障电流相位变化以及非周期分量衰减时电流互感器饱和深度变化等都会影响线性传变区的位置，前一个线性传变区推延一个周波得到的线性传变区与实际并不一致，因此为了保证线性传变区的准确性，需要根据判据判断其起点与终点。

将前一个线性传变区的起点tm向后推延N个采样点，记为tn’，以tn’为起点向后寻找线性传变区的终点tn，终点判据为

此处k1整定为0.3。

由tn’往前推N/2个采样点，记为tm’，在tm’与tn范围内找到制动电流变化率最大值，如图4所示，该值对应的采样点作为新的线性传变区的起点。在图3中可以看到以此方法找到的第二个线性传变区。

判断出线性传变区后开放采样值差动的判据计算。

上述的判断电流互感器线性传变区及在线性传变区进行采样值差动判断的保护判断流程循环进行，直至保护动作或者整组返回。在图5中，约在0.362s时保护动作，故障切除。