光学差动保护用光计算系统及方法

本发明属于电力系统继电保护。

背景技术：

1、继电保护是电网安全防御体系的重要组成部分，是提高系统安全性和稳定性最直接手段，对保证电力系统的安全经济运行、防止事故发生和扩大起到关键性的决定作用。继电保护是电力系统的重要组成部分，离开了继电保护，电力系统将无法运行。基于工频量的传统差动保护由于原理上具有绝对的选择性，是当前电力系统中主要电气设备的主保护，这种保护原理具有灵敏度高，简单可靠和动作速度快等诸多优点。

2、光学差动保护是电力系统的新概念，与传统工频量差动保护相比，光学差动保护是以光学电流互感器作为测量手段，不存在电磁式电流互感器的磁饱和问题，在原理上利用瞬时值作为保护用特征量，而不再提取工频分量，保留了能够全面反应故障的全波形信息，能够提高保护的可靠性。目前，光学差动保护主要应用在线路保护中。

3、然而，将光学差动保护引入变压器保护领域时，需要解决由于变压器变比和连接组别引起的保护对象两侧线路电流幅值和相位不相等的问题。在正常运行和区外故障情况下，根据线路模型的假设，保护对象的两侧电流基本相同，差流接近零，光学差动保护可靠不动作。然而，在变压器模型中，变压器变比导致了两侧线路工频电流存在固定的倍数关系，并且电力系统中通常采用星三角连接的变压器，高低压侧不同的接线方式使得两侧线路工频电流存在固定的相位差。因此，直接将变压器星形侧电流和三角形侧电流引入差动保护将导致差流过大，容易触发保护误动作。

技术实现思路

1、本发明是为了解决将光学差动保护应用在变压器保护时，变压器两侧电流幅值和相位不对应的问题，现提供光学差动保护用光计算系统及方法。

2、光学差动保护用光计算系统，包括：光源1、分束器2、第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4、第三光学电流互感器5、合束器6和处理单元7；

3、光源1射出的光信号经分束器2平均分为3束光强相同的光信号，3束光强相同的光信号分别入射至第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4、第三光学电流互感器5，第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4和第三光学电流互感器5射出的光信号均入射至合束器6，合束器6的出射光入射至所述处理单元7；

4、所述第一光学电流互感器3和第三光学电流互感器5的法拉第磁光元件分别位于变压器被保护相的高压侧和低压侧，所述第二光学电流互感器4的法拉第磁光元件位于变压器被保护相邻相的高压侧，所述变压器在正常运行情况下其被保护相和邻相的高压侧相位差与被保护相的低压侧相位相同，所述第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4和第三光学电流互感器5的法拉第磁光元件能够感知各自所在侧电流产生的磁场，且所述第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4和第三光学电流互感器5的光路与各自所在侧电流方向的夹角满足：

5、

6、其中，θya为第一光学电流互感器3的光路与其所在侧电流方向的夹角，θyb为第二光学电流互感器4的光路与其所在侧电流方向的夹角，θda为第三光学电流互感器5的光路与其所在侧电流方向的夹角，nt为变压器变比；

7、所述处理单元7包括以下单元：

8、滤波单元：用于采用滤波电路检测第三光学电流互感器输出光信号的载波信号jdc和调制波信号jac，

9、调制比计算单元：用于根据下式计算调制比m：

10、

11、差动电流计算单元：用于根据下式计算差动电流id：

12、

13、其中，v为光学电流互感器中法拉第磁光元件的菲尔德常数，l为光学电流互感器中法拉第磁光元件的磁场积分与该光学电流互感器所测电流的比值。

14、进一步的，上述第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4、第三光学电流互感器5的内部组成结构相同，且均包括准直器、起偏器、faraday磁光元件和检偏器，

15、入射光经准直器准直后入射至起偏器变为偏振光，该偏振光经过faraday磁光元件并在faraday磁光元件所在磁场的调制下产生旋转，旋转后的偏振光经过检偏器射出。

16、进一步的，光学元件之间均通过多模光纤传递光信号。

17、进一步的，上述光源1为sld光源，且其出射光的波长为850nm。

18、光学差动保护用光计算方法，该方法基于一种变压器光学差动保护用光计算系统实现，该系统包括：光源1、分束器2、第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4、第三光学电流互感器5和合束器6；

19、光源1射出的光信号经分束器2平均分为3束光强相同的光信号，3束光强相同的光信号分别入射至第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4、第三光学电流互感器5，第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4和第三光学电流互感器5射出的光信号均入射至合束器6；

20、所述第一光学电流互感器3和第三光学电流互感器5的法拉第磁光元件分别位于变压器被保护相的高压侧和低压侧，所述第二光学电流互感器4的法拉第磁光元件位于变压器被保护相邻相的高压侧，所述变压器在正常运行情况下其被保护相和邻相的高压侧相位差与被保护相的低压侧相位相同，所述第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4和第三光学电流互感器5的法拉第磁光元件能够感知各自所在侧电流产生的磁场，且所述第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4和第三光学电流互感器5的光路与各自所在侧电流方向的夹角满足：

21、

22、其中，θya为第一光学电流互感器3的光路与其所在侧电流方向的夹角，θyb为第二光学电流互感器4的光路与其所在侧电流方向的夹角，θda为第三光学电流互感器5的光路与其所在侧电流方向的夹角，nt为变压器变比；

23、所述光学差动保护用光计算方法为：

24、采用滤波电路检测第三光学电流互感器输出光信号的载波信号jdc和调制波信号jac，

25、根据下式计算调制比m：

26、

27、根据下式计算差动电流id：

28、

29、其中，v为光学电流互感器中法拉第磁光元件的菲尔德常数，l为光学电流互感器中法拉第磁光元件的磁场积分与该光学电流互感器所测电流的比值。

30、进一步的，上述第一光学电流互感器3、第二光学电流互感器4、第三光学电流互感器5的内部组成结构相同，且均包括准直器、起偏器、faraday磁光元件和检偏器，

31、入射光经准直器准直后入射至起偏器变为偏振光，该偏振光经过faraday磁光元件并在faraday磁光元件所在磁场的调制下产生旋转，旋转后的偏振光经过检偏器射出。

32、进一步的，上述光学元件之间均通过多模光纤传递光信号。

33、进一步的，上述光源1为sld光源，且其出射光的波长为850nm。

34、本发明的有益效果在于：

35、(1)本发明提出的光学差动保护用光计算方法及系统在差动电流光计算实现方案层面解决了将线路中的光差保护直接应用于变压器保护领域存在的保护对象两侧电流相位和幅值不对应问题。对于变压器保护而言，由于保护对象两侧电流的相位和幅值不匹配，将星形侧和三角形侧电流直接引入差动回路会导致差流过大问题。为解决这个问题，变压器光学差动保护判据中的差动电流在形式上转换为三个不同比例待测电流瞬时值的加减法运算。采用并联方式的光计算方案实现系统是通过三条并联模拟光路的光信号相加合成来实现faraday旋光角的光学加减法运算，进而实现变压器光学差动保护所需的不同比例电流瞬时值的加减法计算，即差动电流计算。

36、(2)本发明采用的光学电流互感器没有测量频带的限制，且不存在磁饱和问题，能够准确反映光学差动保护所需电流信号，提高了保护的可靠性。

37、(3)光学电流互感器能高保真反映变压器的励磁涌流，为快速有效检测和识别变压器励磁涌流，防止保护误动作提供了良好的测量手段。