一种保护装置控制方法与流程

本申请涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种保护装置控制方法及计算机可读存储介质。

背景技术：

多年来，电网发生了不少由于变压器空投导致相邻运行变压器、发电机或输电线路保护误动的事故，其中，和应涌流与这类误动事故密切相关。

和应涌流产生于与空投变压器相邻运行的变压器中，其在时域上具有暂态增大阶段和稳定衰减阶段。处于稳定衰减阶段时，在和应涌流衰减缓慢的非周期分量作用下，电流互感器ct很容易出现暂态饱和，导致测量到的差流的二次谐波含量降低。如此，对于依靠二次谐波制动的比率差动保护而言，其无法通过二次谐波制动方法来有效闭锁差动保护，于是，差动保护误动作。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种保护装置控制方法及计算机可读存储介质，解决了由于和应涌流的影响，依靠二次谐波制动的比率差动保护的二次谐波制动失效，差动保护误动作的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种保护装置控制方法，包括：

若计算得到的差流突变量大于预设突变量阈值，启动涌流/故障判断逻辑；

所述涌流/故障判断逻辑包括：

根据对应当前时刻的第一差流，计算所述第一差流的二次谐波含量；

若所述二次谐波含量大于预设二次谐波阈值，启动涌流区分逻辑；

所述涌流区分逻辑包括：

计算所述第一差流的第一非周期分量幅值；

根据所述第一非周期分量幅值以及第二非周期分量幅值，判断差流的非周期分量幅值在时域上是否存在递增区间；其中，所述第二非周期分量幅值对应第二时刻的第二差流，所述第二时刻在所述当前时刻之前；

若是，将差动保护的原始制动特性切换至预设的高制动特性，直至检测到的差流低于预设差流门槛值，切换回所述原始制动特性。

优选的，所述第二时刻与所述当前时刻相隔一个周波。

优选的，所述根据所述第一非周期分量幅值以及第二非周期分量幅值，判断差流的非周期分量幅值在时域上是否存在递增区间具体包括：

将所述第一非周期分量幅值与第二非周期分量幅值作差后除以额定电流幅值，得到非周期分量时域变化量；

判断所述非周期分量时域变化量是否大于第一预设值；其中，所述第一预设值大于0。

优选的，所述判断所述非周期分量时域变化量是否大于第一预设值之后还包括：

若是，持续计算从所述当前时刻起的预设时间段内的各个时刻对应的所述非周期分量时域变化量；其中，所述当前时刻与所述当前时刻之后的各个时刻之间相隔预设采样时间；

判断计算出的各个所述非周期分量时域变化量是否均大于所述第一预设值。

优选的，所述判断计算出的各个所述非周期分量时域变化量是否均大于所述第一预设值具体包括：

逐个判断所述非周期分量时域变化量是否大于所述第一预设值；

若是，使内置计数器加1，否则，使所述内置计数器置0；

判断所述内置计数器的最终数值是否大于或等于所述预设时间段内的采样次数。

优选的，所述若计算得到的差流突变量大于预设突变量阈值，启动涌流/故障判断逻辑之前还包括：

根据获取到的电流量，计算对应当前时刻的第一差流；

计算所述第一差流与第三差流的第一差值；

计算所述第三差流与第四差流的第二差值；

计算所述第一差值的绝对值与所述第二差值的绝对值的第三差值，将所述第三差值的绝对值作为差流突变量；

其中，所述第三差流对应第三时刻，所述第三时刻在所述当前时刻的一个周波之前；所述第四差流对应第四时刻，所述第四时刻在所述第三时刻的一个周波之前。

优选的，所述预设的高制动特性对应的特性曲线具有平线段，还具有斜率与所述原始制动特性的制动系数相同的第一斜线段与第二斜线段；

所述第一斜线段的起点与所述原始制动特性对应的特性曲线的起点相同；所述第一斜线段的终点连接所述平线段的第一端，所述平线段的第二端连接所述第二斜线段的起点；

所述第二斜线段与所述原始制动特性对应的特性曲线部分重合。

优选的，所述平线段对应的动作电流为所述预设差流门槛值的两倍。

优选的，所述若所述二次谐波含量大于预设二次谐波阈值，启动涌流区分逻辑之后还包括：

否则，返回所述若计算得到的差流突变量大于预设突变量阈值，启动涌流/故障判断逻辑。

本申请第二方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于上述第一方面任一项所述的保护装置控制方法。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种保护装置控制方法，通过将计算得到的差流突变量与预设突变量阈值进行比对，判断变压器是否出现异常情况(异常情况包括内部故障和出现涌流)，若差流突变量大于预设突变量阈值，确认变压器是出现了异常情况，启动涌流/故障判断逻辑。在涌流/故障判断逻辑中，通过对对应当前时刻的第一差流的二次谐波含量的比对，判断变压器出现的异常情况是属于出现涌流(有较高的二次谐波含量)还是内部故障(低或无二次谐波含量)，若判断出现了涌流，则启动涌流区分逻辑。涌流区分逻辑中，再根据当前时刻与第二时刻的差流的非周期分量幅值(即第一非周期分量幅值与第二非周期分量幅值)，判断差流的非周期分量幅值是否存在递增区间，若是，说明出现的涌流属于和应涌流，差动保护的二次谐波制动将在一段时间后失效，因此，将差动保护的原始制动特性切换至预设的高制动特性，和应涌流引起的差流小于高制动特性下的动作电流，差动保护不启动，躲开了和应涌流误动区，直至检测到的差流低于预设差流门槛值时，切换回原始制动特性。本申请实施例提供的保护装置控制方法，在保证内部故障时能可靠动作切除故障的基础上，还可以防止和应涌流引起误动。

附图说明

图1为本申请第一个实施例提供的一种保护装置控制方法的流程图；

图2为本申请实施例中提供的原始制动特性与预设的高制动特性各自对应的特性曲线图；

图3为本申请第二个实施例提供的一种保护装置控制方法的流程图

图4本申请实施例提供的仿真示例中的变压器并联和应涌流仿真模型的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的仿真示例中变压器t2的励磁涌流及其对应的非周期分量变化曲线图；

图6为本申请实施例提供的仿真示例中变压器t1的和应涌流及其对应的非周期分量变化曲线图；

图7为本申请实施例提供的仿真示例中对应励磁涌流计算出的非周期分量时域变化量变化曲线图；

图8为本申请实施例提供的仿真示例中对应和应涌流计算出的非周期分量时域变化量变化曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供的保护装置控制方法，意在解决由于和应涌流的影响，依靠二次谐波制动的比率差动保护的二次谐波制动失效，差动保护误动作的技术问题。

首先，对和应涌流进行介绍。和应涌流是涌流的一种，其产生于与空投变压器相邻运行的变压器中。和应涌流在时域上可以分为暂态增大阶段和稳定衰减阶段，其幅值先逐渐增大到最大值，然后再缓慢衰减，对应的，和应涌流的非周期分量也是先逐渐增大而后减小的。而相比而言，励磁涌流则从产生后便一直持续衰减，对应的，其非周期分量也是持续衰减。因此，可以利用和应涌流的非周期分量拥有递增区间，区别和应涌流与励磁涌流。

下面请参见图1，图1为本申请第一个实施例提供的一种保护装置控制方法的流程图，该方法包括：

步骤101、若计算得到的差流突变量大于预设突变量阈值，启动涌流/故障判断逻辑。

对于保护装置而言，其保护逻辑的启动需要一定的条件。具体的，对应差动保护，可以通过差流突变量来判断是否启动保护逻辑。若计算得到的差流突变量大于预设突变量阈值，可以认为变压器出现了一定的异常情况，引起了差流的突变。通常而言，可能引起差流突变的情况包括两种，一种是在外部故障或者外部影响(比如相邻变压器空投等)下出现了涌流，一种变压器内部故障引起差流，因此，启动后进入的涌流/故障判断逻辑正是为了区分是这两种情况。

需要说明的是，差流突变量的计算方法可以有多种，比如，可以根据获取到的电流量，计算对应当前时刻的第一差流，再利用当前时刻的第一差流与历史某一时刻的差流作差，计算出差流突变量。除此之外，还有其他的方法，具体在后续实施例中进行说明。

步骤102、根据对应当前时刻的第一差流，计算该第一差流的二次谐波含量。

为判断差流突变的原因是内部故障引起的还是涌流引起的，可以根据差流的二次谐波含量进行确定。涌流引起的差流会含有较高比例的二次谐波，而内部故障电流引起的差流则没有二次谐波或者二次谐波含量很低。因此，可以通过判断对应当前时刻的第一差流的二次谐波含量是否大于预设二次谐波阈值，来判断变压器是否出现了涌流。

二次谐波含量的计算可以通过快速傅氏变换fft，而预设二次谐波阈值可以设定为15％，当然，也可以设定成其他合理的数值。

步骤103、若计算出的二次谐波含量大于预设二次谐波阈值，启动涌流区分逻辑。

若计算出的二次谐波含量大于预设二次谐波阈值，确认变压器是在相邻变压器空投等影响下产生了涌流，但涌流包括有和应涌流与励磁涌流，若是励磁涌流，原有的二次谐波制动便可以有效的闭锁差动保护，但和应涌流会使二次谐波含量降低，从而使二次谐波制动失效，需要通过其他手段进行应对。因此，需要进一步对涌流进行区分，启动涌流区分逻辑。

步骤104、计算第一差流的第一非周期分量幅值。

由前文说明可知，可以利用和应涌流的非周期分量拥有递增区间而励磁涌流没有递增区间对两者进行区分。

步骤105、根据上述的第一非周期分量幅值以及第二非周期分量幅值，判断差流的非周期分量幅值在时域上是否存在递增区间。

需要说明的是，第二非周期分量幅值对应第二时刻的第二差流，而第二时刻是在当前时刻之前的一个时刻，优选的，可以选取与当前时刻正好相隔一个周波的第二时刻。如此，对于递增区间的确认可以更准确，避开一些也可能存在递增区间但并非对应和应涌流的其他情况，当然，其他的情况理论上也可以实现。具体判断时，可以利用当前时刻与第二时刻对应的非周期分量幅值的差值来判断，若差流的非周期分量幅值在时域上存在递增区间，则对应当前时刻的第一非周期分量幅值应当大于对应第二时刻的非周期分量幅值，则作差的结果应当大于0，体现出差流非周期分量的递增趋势。

步骤106、若是，将差动保护的原始制动特性切换至预设的高制动特性，直至检测到的差流低于预设差流门槛值，切换回原始制动特性。

和应涌流会使原来的二次谐波制动失效，进而使得差动保护不受二次谐波制动闭锁而在涌流作用下误动。为了防止和应涌流引起误动，并且同时还要保证内部故障时差动保护仍能可靠动作切除故障，可以通过短时增强差动保护的制动特性来实现，对应保护装置，即使其由原始制动特性切换至预设的高制动特性，从而躲过和应涌流误动区。

需要说明的是，预设的高制动特性可以有多种设置方式。由于和应涌流引起的误动一般发生在比率差动保护的拐点(对应图2的点(ir0,id0))附近区域，但和应涌流误动区的具体范围是不清楚的，图2所示的和应涌流误动区只是非准确的示意性的区域，因此在具体确定高制动特性时，需要通过多次仿真或试验。

本申请实施例提供一种可行的高制动特性，可以参考图2，图2中，虚线为原始制动特性对应的特性曲线，实线为高制动特性对应的特性曲线。其中，高制动特性对应的特性曲线具有三段，分别为第一斜线段、平线段以及第二斜线段。第一斜线段a是原始制动特性的斜线段向左平移得到的，其起点与原始制动特性对应的特性曲线的起点(0,id0)相同，而第二斜线段c与原始制动特性的斜线段的一部分重合。可见，第一斜线段a与第二斜线段c的斜率与原始制动特性的制动系数相同。

对于高制动特性的平线段b，其是原始制动特性的平线段向上平移得到的。第一斜线段a的终点连接平线段b的第一端，平线段b的第二端连接第二斜线段c的起点，从而形成完整的制动特性曲线。

平线段b对应的动作电流i'd0可以设置为预设差流门槛值id0的两倍，经仿真试验，如此设置时，和应涌流引起的差流将小于高制动特性下的动作电流，从而可以很好的躲开和应涌流误动区。当然，高制动特性还有很多其他可以躲开和应涌流误动区的设置方式，但由于和应涌流误动区的具体范围并不确定，因而不在此作具体的限定。

考虑到对切换至高制动特性会使保护范围有所损失，因此在检测到差流低于预设差流门槛值时，即说明涌流已衰减到较小值时，应当恢复至原始制动特性，即切换回原始制动特性。

本申请第一个实施例中，提供了一种保护装置控制方法，通过将计算得到的差流突变量与预设突变量阈值进行比对，判断变压器是否出现异常情况(异常情况包括内部故障和出现涌流)，若差流突变量大于预设突变量阈值，确认变压器是出现了异常情况，启动涌流/故障判断逻辑。在涌流/故障判断逻辑中，通过对对应当前时刻的第一差流的二次谐波含量的比对，判断变压器出现的异常情况是属于出现涌流(有较高的二次谐波含量)还是内部故障(低或无二次谐波含量)，若判断出现了涌流，则启动涌流区分逻辑。涌流区分逻辑中，再根据当前时刻与第二时刻的差流的非周期分量幅值(即第一非周期分量幅值与第二非周期分量幅值)，判断差流的非周期分量幅值是否存在递增区间，若是，说明出现的涌流属于和应涌流，差动保护的二次谐波制动将在一段时间后失效，因此，将差动保护的原始制动特性切换至预设的高制动特性，和应涌流引起的差流小于高制动特性下的动作电流，差动保护不启动，躲开了和应涌流误动区，直至检测到的差流低于预设差流门槛值时，切换回原始制动特性。本申请实施例提供的保护装置控制方法，在保证内部故障时能可靠动作切除故障的基础上，还可以防止和应涌流引起误动。

以上为对本申请第一个实施例提供的保护装置控制方法的详细说明，下面请参考图3，图3为本申请第二个实施例提供的一种保护装置控制方法的流程图，该方法包括：

步骤301、根据获取到的电流量，计算对应当前时刻的第一差流。

步骤302、计算第一差流与第三差流的第一差值。

步骤303、计算上述第三差流与第四差流的第二差值。

步骤304、计算上述第一差值的绝对值与上述第二差值的绝对值的第三差值，将该第三差值的绝对值作为差流突变量。

步骤301至304中，需要说明的是，第三差流是对应第三时刻的，第三时刻在当前时刻的一个周波之前；第四差流是对应第四时刻的，第四时刻是在第三时刻的一个周波之前。利用三个时刻的差流计算的差流突变量，相比只利用两个时刻计算的差流突变量而言，要更能够反映出差流突变的趋势。比如，若差流在某一段时间内没有发生突变但持续均匀变化，利用前后两个时刻计算出的差流突变量仍然可能大于预设突变量阈值，判断不准确，但若如本实施例中，利用三个时刻计算差流突变量，则计算出的差流突变量为0，不会大于预设突变量阈值，对差流突变情况的判断更准确。

步骤305、若计算得到的差流突变量大于预设突变量阈值，启动涌流/故障判断逻辑。

该步骤可以参考上述第一个实施例中的步骤101。

步骤306、根据对应当前时刻的第一差流，计算该第一差流的二次谐波含量。

该步骤可以参考上述第一个实施例中的步骤102。

步骤307、若计算出的二次谐波含量大于预设二次谐波阈值，启动涌流区分逻辑；否则，返回步骤305。

若计算出的二次谐波含量不大于预设二次谐波阈值，认为引起差流突变的原因是变压器内部故障，可以直接动作切除故障，无需执行后续为躲开和应涌流误动区的步骤，返回步骤305，重新对差流突变量进行判断。

步骤308、计算第一差流的第一非周期分量幅值。

该步骤可以参考上述第一个实施例中的步骤104。

步骤309、将第一非周期分量幅值与第二非周期分量幅值作差后除以额定电流幅值，得到非周期分量时域变化量。

非周期分量时域变化量是本实施例中定义出的指标量，可以用s(n)来表示。其具体的计算可以参考以下公式：

上述公式中，n为每周波采样点数，id(n)为对应当前时刻的第一差流的第一非周期分量幅值、id(n-n)为对应当前时刻一个周波前的第二时刻的第二差流的第二非周期分量幅值，而in为额定电流幅值。s(n)反映了差流的非周期分量幅值在时域上的变化规律，对于和应涌流，在其暂态增大阶段时s(n)>0，稳定衰减阶段时s(n)<0；而对于励磁涌流其始终满足s(n)<0。

步骤310、判断计算得到的非周期分量时域变化量是否大于第一预设值，若是，进入步骤311。

第一预设值是一个适当的大于零的整定值，其的设定是为了提高判断的准确性，避免一些其他的干扰误使s(n)>0。例如，第一预设值可以取10％。

步骤311、持续计算从当前时刻起的预设时间段内的各个时刻对应的非周期分量时域变化量。

同样为提高判断的准确性，消除数据误差的影响，可以设定在一段时间内都满足非周期分量时域变化量大于第一预设值的条件，才认定差流的非周期分量中存在递增区间，产生了和应涌流。具体的，可以持续计算当前时刻之后的各个时刻对应的非周期分量时域变化量，若从当前时刻起的预设时间段内的所有时刻均满足上述条件，则可以确认产生了和应涌流。需要注意的是，持续计算可以一直往下计算，不受预设时间段的限制，但在判断时，只需要预设时间段内的时刻满足条件即可。

可以理解的是，由于采样间隔固定，上述的当前时刻与当前时刻之后的各个时刻之间的时间间隔都是相同的，间隔的时间都等于预设采样时间。

需要注意的是，由于全周傅氏算法数据窗的影响，在涌流/故障判断逻辑启动后，第1个周波会因跨数据窗的影响而导致非周期分量时域变化量计算不正确，相应地前2个周波内计算的s(n)均是不正确的，因此对于非周期分量时域变化量是否满足条件的判断区间应至少从第3个周波开始，又因为和应涌流的暂态增大过程较长，所以并不会影响判断的可靠性。

步骤312、判断计算出的各个非周期分量时域变化量是否均大于第一预设值。

在具体实现时，可以在保护装置内置计数器，逐个判断对应预设时间段内各个时刻的差流的非周期分量时域变化量是否大于第一预设值，若是，使内置计数器加1，否则，使内置计数器置0。在完成预设时间段内所有时刻的判断后，再进一步判断内置计数器的最终数值是否大于或等于预设时间段内的采样次数。

需要说明的是，通常而言，若满足条件，内置计数器的最终数值应当等于预设时间段内的采样次数，但若对从当前时刻起的预设时间段后的时刻也进行计数(预设时间段后和应涌流的暂态增大阶段可能还未结束)，则内置计数器的最终数值则可能大于预设时间段内的采样次数。

步骤313、若是，将差动保护的原始制动特性切换至预设的高制动特性，直至检测到的差流低于预设差流门槛值，切换回原始制动特性。

该步骤可以参考上述第一个实施例中的步骤105。

本申请第二个实施例中，提供了一种保护装置控制方法，通过将计算得到的差流突变量与预设突变量阈值进行比对，判断变压器是否出现异常情况(异常情况包括内部故障和出现涌流)，若差流突变量大于预设突变量阈值，确认变压器是出现了异常情况，启动涌流/故障判断逻辑。在涌流/故障判断逻辑中，通过对对应当前时刻的第一差流的二次谐波含量的比对，判断变压器出现的异常情况是属于出现涌流(有较高的二次谐波含量)还是内部故障(低或无二次谐波含量)，若判断出现了涌流，则启动涌流区分逻辑。涌流区分逻辑中，再根据当前时刻与第二时刻的差流的非周期分量幅值(即第一非周期分量幅值与第二非周期分量幅值)，判断差流的非周期分量幅值是否存在递增区间，若是，说明出现的涌流属于和应涌流，差动保护的二次谐波制动将在一段时间后失效，因此，将差动保护的原始制动特性切换至预设的高制动特性，和应涌流引起的差流小于高制动特性下的动作电流，差动保护不启动，躲开了和应涌流误动区，直至检测到的差流低于预设差流门槛值时，切换回原始制动特性。本申请实施例提供的保护装置控制方法，在保证内部故障时能可靠动作切除故障的基础上，还可以防止和应涌流引起误动。

以上为对本申请第二个实施例提供的保护装置控制方法的详细说明，下面提供一个具体的仿真示例。

首先，可以利用pscad建立如图4所示的变压器并联和应涌流仿真模型，变压器t1和t2参数相同，容量为250mva，变比为500kv/220kv，高、低压绕组电阻为0.002pu，漏电感为0.08pu，饱和励磁特性为：0,0；0.0024,1.2；1,1.5，单位为pu。系统侧阻抗按照500kv系统典型参数取rs＝10ω，ls＝0.3h，电流互感器模型采用软件中基于j-a理论构建的仿真模型，且其参数是基于工业实用电流互感器基本参数测试和磁滞回线参数辨识得到。

当变压器t1正常运行，变压器t2空载合闸时，变压器t2的励磁涌流及其对应的非周期分量如图5所示，变压器t1的和应涌流及对应的非周期分量如图6所示，其中，纵坐标表示涌流大小，横坐标表示时间，每周波采样24点，仿真结果均采用标幺值表示。变压器t1在t2空投后一段时间才逐渐进入饱和，且峰值逐渐增大。与图5相对的，对应励磁涌流计算出的非周期分量时域变化量s(n)如图7所示，与图6相对的，对应和应涌流计算出的非周期分量时域变化量s(n)如图8所示，其中，纵坐标表示s(n)的大小，横坐标表示时间，水平线表示第一预设值。可见，和应涌流出现后的一段时间内s(n)均大于10％，而励磁涌流的非周期分量时域变化量s(n)始终小于10％。

可见，本申请实施例提供的保护装置控制方法，可以有效的识别和应涌流，识别为和应涌流后，通过将差动保护的原始制动特性切换至预设的高制动特性，使和应涌流引起的差流小于高制动特性下的动作电流，差动保护不启动，躲开了和应涌流误动区，直至检测到的差流低于预设差流门槛值时，切换回原始制动特性，实现了在保证内部故障时能可靠动作切除故障的基础上，还可以防止和应涌流引起误动。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序代码，该程序代码用于执行前述各个实施例所述的一种保护装置控制方法中的任意一种实施方式。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。