一种基于电流分析的母线倒排操作时隔离闸刀不完全合闸的鉴别诊断方法与流程

本发明属于母线倒排技术领域，具体涉及一种基于电流分析的母线倒排操作时隔离闸刀不完全合闸的鉴别诊断方法。

背景技术：

双母线接线方式因其兼具可靠性和灵活性的突出特点而在各种电压等级的变电站中被广泛采用。在这种接线方式下，线路或元件(主要指变压器)可视运行需要可在两条母线之间进行灵活切换。这种切换操作在行业内称之为“倒排”操作。其中在线路或元件不停电的条件下进行的倒排操作称之为“热倒”，反之在停电条件下进行的倒排操作称之为“冷倒”。受供电可靠性要求制约，前者具有更高的概率。

在“热倒”操作中有一个关键性步骤，即先要将切换对象用于连接于目标母线的一把隔离刀闸合上。目前，由于隔离刀闸没有任何测量装备，倒排操作中检查确认隔离刀闸的合闸情况尚无成熟可靠的技术手段，主要依靠操作人员在现场的目视检查。但受操作人员的观察条件(光照、角度、距离)和自身条件(经验、技能、视力)的限制而具有很大的不确定性。因而成为电力行业防误操作机制和体系中的短板，也严重制约了变电站的程序化、自动化、智能化和遥控倒闸操作的实现和推广。更为严重的是，他是变电站乃至电网安全运行的一个难以解决的隐患。

针对上述问题，国内也有人提出如下解决方案：

1)基于双母线母差保护中的小母差计算隔离刀闸电流的方法来判断隔离刀闸的合闸情况。

2)设计安装隔离刀闸接触电阻在线测量装置以判断隔离刀闸的合闸情况。

在影响电网安全运行的各种因素中，人的因素是最不确定和最难控制的因素。因此，变电站倒排操作中检查确认隔离刀闸的合闸情况依靠操作人员在现场的目视检查的现状长期而言是难以接受的。其不仅与电网运行实现自动化、智能化的发展目标相悖，更因其呈现的不确定性使变电站乃至电网的安全运行水平提升受到严重制约。上述的其它解决方案也因诸多限制而难以工程化应用。

首先是基于双母线母差保护中的小母差计算隔离刀闸电流的方法。其存在者难以解决的两大问题。一是该方案的实现需要修改母差保护的计算模型。而母差保护是电力系统最重要的装置之一，修改其计算模型高度敏感且具有很高的门槛。其次是其应用会增加运行操作的复杂性(如在倒排过程中需要将保护改信号等)，而这种复杂性的提高也意味着操作安全性的降低，整体效果是值得商榷的，推广中也会遭到很大的阻力。

其次是为隔离刀闸设计安装接触电阻在线测量装置的方案且不论其技术方案是否可靠，经济性是否合理(隔离刀闸面广量大)，就如此大量装置本身的运行维护无疑会大幅增加运行单位的负担。推广的难度是可以想见的。

技术实现要素：

本发明为倒排操作时隔离闸刀合闸是否完全可靠的判别难题提供全新的解决方案，以确保变电站的操作安全和可靠供电。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种基于电流分析的母线倒排操作时隔离闸刀不完全合闸的鉴别诊断方法，包括如下步骤：

建立双母线接线电路的等效模型；

采集实时的负荷电流、状态位置、变位信息；

依据等效模型和误差降低算法对采集到的数据信息进行处理运算；

对处理运算后得到的运算结果进行判定，当运算结果判定隔离刀闸合闸异常时输出闭锁信号或告警信息。

进一步的，双母线接线电路包括i段母线、ii段母线、倒排线路元件、倒排线路元件上的隔离刀闸g1和隔离刀闸g2、母联；

将所述隔离刀闸g1等效为接触电阻rg1；

将所述隔离刀闸g2等效为接触电阻rg2；

将所述母联断路器ml等效为接触电阻rml；

还包括外电路等效的电流源imx，i段母线的等效电阻rm1，ii段母线的等效电阻rm2；

所述接触电阻rml串联在i段母线和ii段母线上，所述等效电阻rm1和等效电阻rm2并联电流源imx，所述接触电阻rg1和接触电阻rg2并联电流源imx。

进一步的，依据等效模型，在i段母线和ii段母线上有电流传输的情况下，接触电阻rml支路电流的变化可以间接地反映接触电阻rg1的变化，从而实现通过分析母联断路器电流变化来判定隔离刀闸g1的合闸情况。

进一步的，所述误差降低算法包括：

在隔离刀闸g1合闸情况下，母联电流iml与接触电阻rg1存在确定的正比关系，则用iml/imx来表征接触电阻rg1的大小并作为判别隔离刀闸g1合闸是否完全的主要判据，其中，imx为隔离刀闸g1为合闸时流过母联断路器的电流，imx可从母差保护获取或采集各相应线路元件的测量数据后计算获取，计算的启动条件通过获取隔离刀闸g1的变位信号获得。

进一步的，所述误差降低算法包括：

将相间不平衡电流的增量△iml，或iml/imx的不平衡增量△(iml/imx)作为接触电阻rg1变化的辅助判据。

进一步的，所述误差降低算法包括：

由于等效模型中的imx通过∑ii或∑iii计算所得，因此可以使运用误差均衡的方法来降低误差。

进一步的，所述误差降低算法包括：

通过在非故障情况下测量∑ii、∑iii及母联电流iml的相对误差，并动态生成一个修正值，在启动计算时进行修正。

进一步的，所述误差降低算法包括：

根据母差保护整定的方法，将运算结果用一个1.3～1.5的系数进行修正。

进一步的，信号的输出为通信接口输出或继电器接点输出。

本发明的有益效果为：

(1)适应性与通用性。由于双母线接线方式是变电站的一种经典设计方案，其设计早已标准化，应用早普遍化。因此本发明所述方法可广泛应用于各种电压等级、形态的变电站、发电厂。

(2)简单易行。由于本发明方法的应用不需要对现有设备进行改动，不会增加运行人员的作业负担，不会对现有设备造成不利影响。只需要建立数据通信或简单硬件联系(继电器接点输出)即可实现。

(3)经济高效。由于本发明对硬件载体和平台的依赖极小，可以软件插件、功能模块或独立部件等多种形态实现应用，投入少，效果显著。能有效解决电力系统的一个防误操作短板，投入产出比明显。

附图说明

图1是本发明原理框架示意图；

图2是典型双母线接线示意图；

图3是图2简化后的接线示意图；

图4是图3等效后的接线示意图；

图5是本发明的等效模型示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明由数据预处理(根据当前运行方式信息和变位信息确定倒排操作对象并过滤出所需运算数据)、处理运算、等效模型和输出四部分组成。输出部分可以分为软输出(通信接口)和硬输出(继电器接点)两种方式，以适应现场的不同需要。

本发明的一种基于电流分析的母线倒排操作时隔离闸刀不完全合闸的鉴别诊断方法，包括如下步骤：

建立双母线接线电路的等效模型；如图2所示为典型的双母线接线图，包括i段母线，ii段母线，线路元件l11、l12至l1n，线路元件l21、l22至l2n，隔离刀闸g1和隔离刀闸g2，母联。图中l11、l12至l1n连接于i段母线，l21、l22至l2n连接于ii段母线。设l2n需从ii段母线热倒至i段母线，按操作顺序应先合隔离刀闸g1，再拉隔离刀闸g2。为防止隔离刀闸g1不完全合闸(一相或两相)导致隔离刀闸g2带负荷拉闸，需对隔离刀闸g1的合闸情况进行判定。

为便于分析隔离刀闸g1的合闸前的情况，可将图1所示接线简化为图3所示接线电路。再将图3简化为图4所示，其中隔离刀闸g1等效为接触电阻rg1，隔离刀闸g2等效为接触电阻rg2，母联断路器ml等效为接触电阻rml，还包括i段母线的等效电阻rm1，ii段母线的等效电阻rm2。

将图4等效电路经适当变换后可以形成图5所示类似电桥电路的等效模型。由于母线上各支路的电流由各自的电源电压和负载特性所决定，并不受接触电阻rg1、接触电阻rg2、旁路断路器接触电阻rml等接触电阻变化影响，因此其外电路可用一个电流源imx代替。图4中旁路断路器接触电阻rml串联在i段母线和ii段母线上，等效电阻rm1和等效电阻rm2并联电流源imx，接触电阻rg1和接触电阻rg2并联电流源imx。

通过与现有测控装置数据通信获取实时的负荷电流、状态位置、变位信息；获取的状态位置和变位信息，主要是为了知道当前i段母线和ii段母线上各连接了哪些线路或元件，以便对连接于同一母线上的线路负荷电流进行代数和运算。

依据等效模型和误差降低算法对采集到的数据信息进行处理运算；根据等效模型，由电桥电路的分析可知，如果设图5模型中rg1＝rg2，rm1＝rm2。则接触电阻rml支路中电流为0，相当于倒排操作中隔离刀闸g1合闸正常接触良好，其接触电阻rg1为正常值，与隔离刀闸g2的接触电阻rg2相当。此时，接触电阻rml支路中电流较小或为0。一旦隔离刀闸g1合闸异常，接触不良，相当于在接触电阻rg1上附加了一个△rg1。此时就会在接触电阻rml支路中产生与之相对应的电流。也就是说，除上述理想情况外，在rm1≠rm2情况下只要能计算出两条母线之间的传输电流的情况下，接触电阻rml支路电流的变化可以间接地反映接触电阻rg1的变化，具体的，隔离刀闸g1合上后在分流的作用下，母联断路器的电流iml会起变化，这个变化的增量可以间接地反映接触电阻rg1的变化，从而实现通过分析母联断路器电流变化来判定隔离刀闸g1的合闸情况。当i段母线和ii段母线上功率平衡，i段母线和ii段母线之间没有电流传输了则不能通过分析母联断路器电流变化来判定隔离刀闸g1的合闸情况。

在实际工程中，等效电阻rm1与等效电阻rm2并不相等，接触电阻rg1与接触电阻rg2也有一定的离散范围。系统运行方式和负荷电流变化也会对旁路断路器接触电阻rml支路的电流产生很大影响，以及电流互感器误差特性等因素都会对上述计算和判别形成不同程度的误差和干扰，需通过适当的误差降低算法和措施来尽可能地加以排除。

本发明所提供的误差降低算法如下：

(a)在g1合闸情况下，母联断路器的电流iml与接触电阻rg1存在确定的正比关系，则用iml/imx来表征接触电阻rg1的大小并作为判别g1合闸是否完全的主要判据，由于电网的潮流(负荷)始终在不同的变化之中，单纯用母联断路器电流变化增量无法区分是隔离刀闸g1合闸异常引起的还是电网潮流变化造成的。因此用iml/imx作为判据可以排除电网潮流变化造成的改变。其中，imx为隔离刀闸g1为合闸时流过母联断路器的电流，imx可从母差保护获取或采集各相应线路元件的测量数据后计算获取，计算的启动条件通过获取g1的变位信号获得。

(b)考虑到发生不完全合闸通常只会一相或两相(三相同时发生且基本一致的情况概率太低可以不予考虑)。因此必然会反映到母联电流iml三相不平衡或三相的iml/imx不平衡上面来。如果将母联电流iml的增量△iml，或iml/imx的不平衡增量△(iml/imx)作为接触电阻rg1变化的辅助判据。

(c)由于等效模型中的imx通过∑ii或∑iii计算所得，因此可以使运用误差均衡的方法来降低误差。

(d)通过在非故障情况下测量∑ii、∑iii及母联电流iml的相对误差，并按动态生成一个修正值，在启动计算时进行修正。根据基尔霍夫定律，流入母线的所有支路电流的代数和为0。若不为0，这个差值就是误差值。通过按一定时间周期连续采样计算将可获得不同潮流下对应的误差值，趋于稳定后存入数据库。供计算修正所用。

(e)根据母差保护整定的方法，将运算结果用一个1.3～1.5的系数进行修正。

综合运用上述算法和措施，可使计算结果的误差降到最低。

对得到的运算结果进行判定，当运算结果判定隔离刀闸合闸异常时输出闭锁信号或告警信息。

实施本发明所述方法的载体可以是一个软件插件或软件模块，嵌入已有测控装置、监控系统或防误操作装置/系统中。也可设计成独立物理装置通过数据通信与现有装置/系统并列运行。甚至可以通过61850协议融入已有变电站自动化系统发挥效能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。