一种通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的方法与流程

本发明属于电力系统领域，具体地涉及为线路保护装置的闭锁分相电流差动保护的实现方法。

背景技术：

随着电网的迅速发展，短路电流逐渐增大，需要使用ct变比更大的电流互感器。但目前在电网运行中的电流互感器，有些ct变比较小，大都没有条件更换，线路区内区外发生故障时，二次电流出现饱和的情况越来越多。

现场有些电流互感器，故障电流在10in附近就出现了饱和，没有满足大于20in才出现饱和的指标要求，加剧了出现饱和的情况发生。

单相接地故障，若故障电流较大，有非周期分量，故障相电流互感器的二次侧出现饱和时，若电流互感器的ct拐点电压较低或二次电流回路的in阻抗较大，可能会在线路单侧的非故障相中形成二次电流小尖波的异常情况。因为只有一侧存在尖波电流，非故障相有可能会满足分相电流差动保护动作条件，导致误动的情况发生。

线路单侧非故障相形成二次电流小尖波的条件，受多种因素的限制，发生的几率较小，但仍需要考虑在这种情况下，提出防止分相电流差动保护误动的方法。

本申请提出的通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的方法，作为原有分相电流差动保护判据的补充，在实际使用过程中，可以解决单相接地故障，故障相电流较大，出现饱和时，若线路单侧非故障相中出现尖波电流，分相电流差动保护可能会误动的问题。

技术实现要素：

为解决单相接地故障，故障相电流较大，出现饱和时，若线路单侧非故障相中出现尖波电流，分相电流差动保护可能会误动的问题，本发明提出一种通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的方法。

首先对本发明中使用的以下技术术语进行说明或定义：

时钟同步：为保证本侧传输到对侧的数据可以正确识别，需要两侧差动保护装置的采样速率相同。为保证两侧分相电流差动保护的时钟同步，采用专用通道或复用2mbps通道时，两侧电流差动保护装置均设置为内时钟方式；复用64kbps通道时，两侧电流差动保护装置均设置为外时钟方式。

采样同步：为实现两侧电流差动保护装置的采样完全同步，两侧的电流差动保护装置必须一侧设置为主机方式，另一侧设置为从机方式。采样同步后，两侧电流差动保护才能使用同一时刻的采样数据进行差动电流和故障电流的计算。

本发明具体采用以下技术方案。

一种通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的方法，其特征在于：

输电线路两侧纵联差动保护均启动后，分别计算出a相、b相和c相的本侧电流绝对值与对侧电流绝对值的和，三者中最大值作为最大故障电流；最大故障电流乘以一设定系数；若a相、b相和c相的分相差动电流小于该电流值，闭锁该相的分相电流差动保护。

一种通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的方法，该方法包括如下步骤：

(1)当所述输电线路两侧的纵联差动保护，满足时钟同步和采样同步的条件后，进入步骤(2)，否则闭锁差动保护；

(2)所述输电线路的两侧纵联差动保护装置实时采集各自侧同一时刻的a相、b相和c相的二次电流；

(3)所述输电线路两侧纵联差动保护装置分别将所采集各侧的a相、b相和c相的二次电流通过光纤通道传输至对侧；

(4)所述输电线路两侧纵联差动保护装置分别实时计算出a相、b相和c相的差动电流；

(5)当所述输电线路两侧的纵联差动保护均启动后，分别实时计算出a相、b相和c相的本侧电流绝对值与对侧电流绝对值的和，作为故障电流，进入步骤(6)，若任一侧纵联差动保护未启动，闭锁两侧的差动保护；

(6)比较a相、b相和c相的故障电流的大小，最大者作为最大故障电流，进入步骤(7)；

(7)最大故障电流乘以设定的系数，若分相差动电流小于该电流值，闭锁该相的分相电流差动保护；否则开放该相的分相电流差动保护。

本发明进一步包括以下优选方案：

在所述步骤(3)中，所述的二次电流，通过ct变比折算为一次电流值后，再传输至对侧，对侧接收到的一次电流再折算为二次电流。

在所述步骤(4)中，使用两侧相同时刻的电流计算差动电流，差动电流为本侧电流和对侧电流的矢量和的绝对值。

所述差动电流按以下公式计算：

其中，ida为a相差动电流，idb为b相差动电流，idc为c相差动电流，为本侧a相电流的矢量，为本侧b相电流的矢量，为本侧c相电流的矢量，为对侧a相电流的矢量，为对侧b相电流的矢量，为对侧c相电流的矢量。

在所述步骤(5)中，使用两侧相同时刻的电流计算最大故障电流。

所述a、b和c相的故障电流按下式计算：

其中，iba为a相故障电流，ibb为b相故障电流，ibc为c相故障电流，为本侧a相电流的矢量，为本侧b相电流的矢量，为本侧c相电流的矢量，为对侧a相电流的矢量，为对侧b相电流的矢量，为对侧c相电流的矢量。

在所述步骤(6)中，最大故障电流为：

ibmax＝max(iba，ibb，ibc)

其中，ibmax为最大故障电流。

在所述步骤(7)中，最大故障电流闭锁分相差动保护的判据为：

ida＜k*ibmax时，闭锁a相分相电流差动保护；

idb＜k*ibmax时，闭锁b相分相电流差动保护；

idc＜k*ibmax时，闭锁c相分相电流差动保护；

其中，k为制动系数，其中，ida为a相差动电流，idb为b相差动电流，idc为c相差动电流，ibmax为三相中的最大故障电流。

制动系数k的取值范围为0.1～0.4。

优选k＝0.15。

本发明具有以下有益的技术效果：

通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的方法，解决了单相接地故障，故障相电流出现饱和，该侧非故障相中出现尖波电流时，分相电流差动保护可能会误动的问题。

附图说明

图1为现场单相接地故障时非故障相二次电流出现小尖波的录波图。

图2为通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的特性示意图。

图3为本发明通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

图1为现场单相接地故障时非故障相二次电流出现小尖波的录波图。

图中展示了保护录波的一部分，显示了t1时刻的各二次电流和二次电压的有效值及角度。图中显示，发生的是a相接地故障，故障后本侧a相故障电流中有非周期分量，a相电流出现了饱和，t1时刻的a相故障电流为71.199a。b相和c相为非故障相，在c相电流上出现了小尖波，持续约4ms，t1时刻有效值为7.505a，和a相故障电流的方向基本相反。只有本侧有该尖波电流，会出现较大的c相差动电流。

根据现场情况的不同，出现尖波电流的大小、持续时间、出现时刻、相别、数量等有不同。有时在重合后故障，非故障相才出现尖波电流；有时连续几个周波均出现尖波电流；有时两个非故障相均出现尖波电流。

图2所示为通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的特性示意图。

图中，横坐标为最大故障电流ibmax，纵坐标为差动电流id，分别为a相、b相或c相分相电流差动值。分相电流差动保护的闭锁区在第一象限的下面，若差动电流值小于k倍的最大故障电流，该相的分相电流差动保护不会动作。

分相电流差动保护的开放区在第一象限上面，若差动电流值大于k倍的最大故障电流，该相的分相电流差动保护才能开放。此时，最大故障电流不闭锁差动保护，原有的分相电流差动保护判据不变，当满足该判据的动作条件后分相电流差动保护才能跳闸。

故障相电流相对本侧的非故障相尖波电流，有效值大很多，以图1中的录波图为例，71.199a/7.505a＝9.5，两者相差9.5倍，k值会取值较小，图2中制动系数k为0.15，为经验值。

图3所示为本发明公开的一种通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的流程示意图。

本申请的通过最大故障电流闭锁分相电流差动保护的方法包括以下步骤：

步骤1：输电线路两侧的纵联差动保护，确定时钟同步及采样同步后，才能进行差动电流和故障电流的计算，否则闭锁纵联差动保护。

两侧的纵联差动保护通过光纤通道传输包括电流等数据，在时钟同步及采样同步后，才能正确收到对侧的数据，才能使用同一时刻的电流值进行差动电流和故障电流的计算，反映出故障的真实特征。

步骤2：输电线路的两侧纵联差动保护装置实时采集各自同一时刻的a相、b相和c相的二次电流。

若两侧差动保护采样同步时，采集的二次电流才能为同一时刻的数据。

步骤3：在时钟同步及采样同步后，光纤通道正常，输电线路两侧纵联差动保护，分别将所采集各侧的a相、b相和c相的二次电流通过光纤通道传输至对侧。

保护装置采集的为二次电流，需要通过ct变比折算为一次电流值后，再传输至对侧，对侧接收到的一次电流再折算为二次电流。这样才能保证两侧的一次电流相同。保护装置通常显示的为二次电流值。若两侧ct变比相同，两侧保护装置显示的差动电流值相同；若两侧ct变比不相同，两侧保护装置显示的差动电流值不同，但折算到一次值是相同的。

步骤4：输电线路两侧纵联差动保护，分别计算出a相、b相和c相的差动电流。

如果两侧差动保护已同步，能够使用两侧相同时刻的电流计算差动电流。差动电流为本侧电流和对侧电流的矢量和的绝对值。

a相、b相和c相的分相差动电流的计算公式分别为：

其中，ida为a相差动电流，idb为b相差动电流，idc为c相差动电流，为本侧a相电流的矢量，为本侧b相电流的矢量，为本侧c相电流的矢量，为对侧a相电流的矢量，为对侧b相电流的矢量，为对侧c相电流的矢量。

保护装置在不启动时，也实时进行差动电流的计算，计算出的差动电流值为电容电流。保护启动后实时计算的差动电流值，用于差动保护的动作判据和闭锁判据。

步骤5：输电线路两侧的纵联差动保护均启动，分别计算出a相、b相和c相的本侧电流绝对值与对侧电流绝对值的和，作为a相、b相和c相的故障电流。若有一侧保护不启动，闭锁差动保护。

此时两侧差动保护已同步，能够使用两侧相同时刻的电流计算故障电流。

a相、b相和c相的故障电流的计算公式分别为：

其中，iba为a相故障电流，ibb为b相故障电流，ibc为c相故障电流，为本侧a相电流的矢量，为本侧b相电流的矢量，为本侧c相电流的矢量，为对侧a相电流的矢量，为对侧b相电流的矢量，为对侧c相电流的矢量。

使用绝对值计算故障电流的方法，可以保证在区内故障或区外故障时，故障相的故障电流值均较大，可以有效闭锁非故障相的分相电流差动保护。

步骤6：比较a相、b相和c相的故障电流的大小，最大者作为最大故障电流。

最大故障电流的计算公式为：

ibmax＝max(iba，ibb，ibc)

其中，ibmax为最大故障电流，iba为a相故障电流，ibb为b相故障电流，ibc为c相故障电流。

取a相、b相和c相故障电流中的最大者作为最大故障电流，防止非故障相的分相差动保护使用本身的故障电流闭锁分相电流差动保护。

步骤7：最大故障电流乘以一定的系数，若分相差动电流小于该电流值，闭锁该相的分相电流差动保护。

最大故障电流闭锁分相差动保护的判别为：

ida＜k*ibmax时，闭锁a相分相电流差动保护；

idb＜k*ibmax时，闭锁b相分相电流差动保护；

idc＜k*ibmax时，闭锁c相分相电流差动保护。

其中，k为制动系数。

区外故障时，分相差动电流较小，k最大可以取0.4，以防止误动；区内故障时，分相差动电流较大，k最小可以取0.1，以防止拒动。在本申请中，优选k＝0.15。

若分相差动电流大于最大故障电流，不闭锁分相电流差动保护，分相电流差动保护仍使用原有的差动保护判据进行动作判别。

本申请结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。