基于短数据窗的输电线路正序电流分相差动保护方法

摘要

本发明公开了一种基于短数据窗的输电线路正序电流分相差动保护方法。它首先将输电线路两端各采样时刻的三相电流瞬时值转换到αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的电流瞬时值，计算αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的正序电流瞬时值，对αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的正序电流瞬时值进行坐标轴反变换得到输电线路两端各采样时刻的三相正序电流瞬时值，然后利用输电线路两端各采样时刻的三相正序电流瞬时值构成正序电流分相差动保护判据。本发明方法算法原理简单，程序实现容易，运算量少，计算速度快，可极大提高继电保护动作速度。具有选相功能，动作性能不受过渡电阻和负荷电流影响，适用于完成故障后整个故障过程的输电线路主保护功能。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种基于短数据窗输电线路正序电流分相差动保护方法。

背景技术

由于不受电力系统运行方式和电网结构影响且具有天然的选相功能，电流差动保护一直是各种电压等级输电线路的主保护。电流差动保护可分为突变量电流差动保护和稳态量电流差动保护。由于突变量只在线路故障后两周波内短时存在，因此，突变量电流差动保护只适用于故障后两周波内的输电线路主保护功能。由于突变量电流差动保护和稳态量电流差动保护算法用到的电流相量需要整周波数据窗计算得到，导致突变量电流差动保护和稳态量电流差动保护算法固有延时为一周波，算法快速性不够强，无法适用于特高压交流输电线路主保护。

稳态量电流差动保护算法用到的电流相量包含负荷电流，重负荷输电线路单相高阻接地故障时，故障电流分量很小，甚至小于负荷电流，造成差动电流量小于制动电流量，导致重负荷输电线路发生永久性单相高阻接地故障时稳态量电流差动保护出现拒动作，由零序电流差动保护作为其后备保护跳开三相输电线路，对电网造成强大冲击，容易引起电网运行失稳。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有选相功能，动作性能不受过渡电阻和负荷电流影响的，利用1/4周期短数据窗实现输电线路正序电流分相差动保护方法。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

基于短数据窗输电线路正序电流分相差动保护方法，它包括如下依序步骤：

(1)保护装置实时采集输电线路在m变电站保护安装处各t采样时刻的A、B、C三相电流瞬时值i_mA(t)、i_mB(t)、i_mC(t)，实时采集输电线路在n变电站保护安装处各t采样时刻的A、B、C三相电流瞬时值i_nA(t)、i_nB(t)、i_nC(t)；

(2)保护装置将m变电站保护安装处各t采样时刻的A、B、C三相电流瞬时值i_mA(t)、i_mB(t)、i_mC(t)转换到αβ0坐标轴下t采样时刻的电流瞬时值i_mα(t)、i_mβ(t)、i_m0(t)：

$>\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{m\alpha }}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{m\beta }}\left(t\right)\\ i_{m0}\left(t\right)\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{mA}}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{mB}}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{mC}}\left(t\right)\end{array}\right)$>

(3)保护装置将n变电站保护安装处各t采样时刻的A、B、C三相电流瞬时值i_nA(t)、i_nB(t)、i_nC(t)转换到αβ0坐标轴下t采样时刻的电流瞬时值i_nα(t)、i_nβ(t)、i_n0(t)：

$>\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{n\alpha }}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{n\beta }}\left(t\right)\\ i_{n0}\left(t\right)\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{nA}}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{nB}}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{nC}}\left(t\right)\end{array}\right)$>

(4)保护装置计算αβ0坐标轴下m变电站保护安装处t采样时刻的正序电流$>i_{\mathrm{m\alpha }}^{+}\left(t\right),i_{\mathrm{m\beta }}^{+}\left(t\right),i_{m0}^{+}\left(t\right):$>

$>i_{\mathrm{m\alpha }}^{+}\left(t\right)={0.5i}_{\mathrm{m\alpha }}\left(t\right)-{0.5i}_{\mathrm{m\beta }}(t-\frac{T}{4})$>

$>i_{\mathrm{m\beta }}^{+}\left(t\right)={0.5i}_{\mathrm{m\alpha }}(t-\frac{T}{4})+{0.5i}_{\mathrm{m\beta }}\left(t\right)$>

$>i_{m0}^{+}\left(t\right)=i_{m0}\left(t\right)$>

其中，为αβ0坐标轴下β轴方向采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；i_mβ(t)为αβ0坐标轴下β轴方向t采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；为αβ0坐标轴下α轴方向采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；i_mα(t)为αβ0坐标轴下α轴方向t采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；T为基波周期时间；i_m0(t)为αβ0坐标轴下0轴方向t采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；

(5)保护装置计算αβ0坐标轴下n变电站保护安装处t采样时刻的正序电流$>i_{\mathrm{n\alpha }}^{+}\left(t\right),i_{\mathrm{n\beta }}^{+}\left(t\right),i_{n0}^{+}\left(t\right):$>

$>i_{\mathrm{n\alpha }}^{+}\left(t\right)={0.5i}_{\mathrm{n\alpha }}\left(t\right)-{0.5i}_{\mathrm{n\beta }}(t-\frac{T}{4})$>

$>i_{\mathrm{n\beta }}^{+}\left(t\right)={0.5i}_{\mathrm{n\alpha }}(t-\frac{T}{4})+{0.5i}_{\mathrm{n\beta }}\left(t\right)$>

$>i_{n0}^{+}\left(t\right)=i_{n0}\left(t\right)$>

其中，为αβ0坐标轴下β轴方向采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；i_nβ(t)为αβ0坐标轴下β轴方向t采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；为αβ0坐标轴下α轴方向采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；i_nα(t)为αβ0坐标轴下α轴方向t采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；T为基波周期时间；i_n0(t)为αβ0坐标轴下0轴方向t采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；

(6)保护装置计算m变电站保护安装处t采样时刻的A、B、C相正序电流瞬时值

$>\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{mA}}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{mB}}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{mC}}^{+}\left(t\right)\end{array}\right)=1.5{\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{m\alpha }}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{m\beta }}^{+}\left(t\right)\\ i_{m0}^{+}\left(t\right)\end{array}\right)$>

(7)保护装置计算n变电站保护安装处t采样时刻的A、B、C相正序电流瞬时值

$>\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{nA}}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{nB}}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{nC}}^{+}\left(t\right)\end{array}\right)=1.5{\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{n\alpha }}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{n\beta }}^{+}\left(t\right)\\ i_{n0}^{+}\left(t\right)\end{array}\right)$>

(8)保护装置判断是否成立，若成立，则保护装置向A相输电线路两端的断路器发送跳闸信号；保护装置判断是否成立，若成立，则保护装置向B相输电线路两端的断路器发送跳闸信号；保护装置判断是否成立，若成立，则保护装置向C相输电线路两端的断路器发送跳闸信号；其中，k₁为整定系数；I_set为整定电流门槛值。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明方法首先将输电线路两端各采样时刻的三相电流瞬时值转换到αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的电流瞬时值，计算αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的正序电流瞬时值，对αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的正序电流瞬时值进行坐标轴反变换得到输电线路两端各采样时刻的三相正序电流瞬时值，然后利用输电线路两端各采样时刻的三相正序电流瞬时值构成正序电流分相差动保护判据。本发明方法不涉及复杂的复数运算，只涉及到简单的实数代数运算，算法原理简单，程序实现容易，运算量少，计算速度快，可极大提高继电保护动作速度。本发明方法具有选相功能，动作性能不受过渡电阻和负荷电流影响，适用于完成故障后整个故障过程的输电线路主保护功能。本发明方法利用1/4周期短数据窗实现输电线路主保护功能，输电线路单相高阻接地故障时能正确可靠动作跳开故障相。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为应用本发明的输电系统示意图。

具体实施方式

图1为应用本发明的输电系统示意图。图1中CT为电流互感器。本实施例中，保护装置实时采集输电线路在m变电站保护安装处各t采样时刻的A、B、C三相电流瞬时值i_mA(t)、i_mB(t)、i_mC(t)，实时采集输电线路在n变电站保护安装处各t采样时刻的A、B、C三相电流瞬时值i_nA(t)、i_nB(t)、i_nC(t)。

保护装置将m变电站保护安装处各t采样时刻的A、B、C三相电流瞬时值i_mA(t)、i_mB(t)、i_mC(t)转换到αβ0坐标轴下t采样时刻的电流瞬时值i_mα(t)、i_mβ(t)、i_m0(t)：

$>\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{m\alpha }}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{m\beta }}\left(t\right)\\ i_{m0}\left(t\right)\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{mA}}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{mB}}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{mC}}\left(t\right)\end{array}\right)$>

保护装置将n变电站保护安装处各t采样时刻的A、B、C三相电流瞬时值i_nA(t)、i_nB(t)、i_nC(t)转换到αβ0坐标轴下t采样时刻的电流瞬时值i_nα(t)、i_nβ(t)、i_n0(t)：

$>\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{n\alpha }}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{n\beta }}\left(t\right)\\ i_{n0}\left(t\right)\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{nA}}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{nB}}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{nC}}\left(t\right)\end{array}\right)$>

保护装置计算αβ0坐标轴下m变电站保护安装处t采样时刻的正序电流$>i_{\mathrm{m\alpha }}^{+}\left(t\right),i_{\mathrm{m\beta }}^{+}\left(t\right),i_{m0}^{+}\left(t\right):$>

$>i_{\mathrm{m\alpha }}^{+}\left(t\right)={0.5i}_{\mathrm{m\alpha }}\left(t\right)-{0.5i}_{\mathrm{m\beta }}(t-\frac{T}{4})$>

$>i_{\mathrm{m\beta }}^{+}\left(t\right)={0.5i}_{\mathrm{m\alpha }}(t-\frac{T}{4})+{0.5i}_{\mathrm{m\beta }}\left(t\right)$>

$>i_{m0}^{+}\left(t\right)=i_{m0}\left(t\right)$>

其中，为αβ0坐标轴下β轴方向采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；i_mβ(t)为αβ0坐标轴下β轴方向t采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；为αβ0坐标轴下α轴方向采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；i_mα(t)为αβ0坐标轴下α轴方向t采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；T为基波周期时间；i_m0(t)为αβ0坐标轴下0轴方向t采样时刻的m变电站保护安装处的电流瞬时值；t为采样时间。

保护装置计算αβ0坐标轴下n变电站保护安装处t采样时刻的正序电流$>i_{\mathrm{n\alpha }}^{+}\left(t\right),i_{\mathrm{n\beta }}^{+}\left(t\right),i_{n0}^{+}\left(t\right):$>

$>i_{\mathrm{n\alpha }}^{+}\left(t\right)={0.5i}_{\mathrm{n\alpha }}\left(t\right)-{0.5i}_{\mathrm{n\beta }}(t-\frac{T}{4})$>

$>i_{\mathrm{n\beta }}^{+}\left(t\right)={0.5i}_{\mathrm{n\alpha }}(t-\frac{T}{4})+{0.5i}_{\mathrm{n\beta }}\left(t\right)$>

$>i_{n0}^{+}\left(t\right)=i_{n0}\left(t\right)$>

其中，为αβ0坐标轴下β轴方向采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；i_nβ(t)为αβ0坐标轴下β轴方向t采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；为αβ0坐标轴下α轴方向采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；i_nα(t)为αβ0坐标轴下α轴方向t采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值；T为基波周期时间；i_n0(t)为αβ0坐标轴下0轴方向t采样时刻的n变电站保护安装处的电流瞬时值。

保护装置计算m变电站保护安装处t采样时刻的A、B、C相正序电流瞬时值$>i_{\mathrm{mA}}^{+}\left(t\right),i_{\mathrm{mB}}^{+}\left(t\right),i_{\mathrm{mC}}^{+}\left(t\right):$>

$>\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{mA}}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{mB}}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{mC}}^{+}\left(t\right)\end{array}\right)=1.5{\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{m\alpha }}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{m\beta }}^{+}\left(t\right)\\ i_{m0}^{+}\left(t\right)\end{array}\right)$>

保护装置计算n变电站保护安装处t采样时刻的A、B、C相正序电流瞬时值$>i_{\mathrm{nA}}^{+}\left(t\right),i_{\mathrm{nB}}^{+}\left(t\right),i_{\mathrm{nC}}^{+}\left(t\right):$>

$>\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{nA}}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{nB}}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{nC}}^{+}\left(t\right)\end{array}\right)=1.5{\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{n\alpha }}^{+}\left(t\right)\\ i_{\mathrm{n\beta }}^{+}\left(t\right)\\ i_{n0}^{+}\left(t\right)\end{array}\right)$>

保护装置判断是否成立，若成立，则保护装置向A相输电线路两端的断路器发送跳闸信号；其中，k₁为整定系数；I_set为整定电流门槛值。

保护装置判断是否成立，若成立，则保护装置向B相输电线路两端的断路器发送跳闸信号；其中，k₁为整定系数；I_set为整定电流门槛值。

保护装置判断是否成立，若成立，则保护装置向C相输电线路两端的断路器发送跳闸信号；其中，k₁为整定系数；I_set为整定电流门槛值。

本发明方法首先将输电线路两端各采样时刻的三相电流瞬时值转换到αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的电流瞬时值，计算αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的正序电流瞬时值，对αβ0坐标轴下输电线路两端各采样时刻的正序电流瞬时值进行坐标轴反变换得到输电线路两端各采样时刻的三相正序电流瞬时值，然后利用输电线路两端各采样时刻的三相正序电流瞬时值构成正序电流分相差动保护判据。本发明方法不涉及复杂的复数运算，只涉及到简单的实数代数运算，算法原理简单，程序实现容易，运算量少，计算速度快，可极大提高继电保护动作速度。本发明方法具有选相功能，动作性能不受过渡电阻和负荷电流影响，适用于完成故障后整个故障过程的输电线路主保护功能。本发明方法利用1/4周期短数据窗实现输电线路主保护功能，输电线路单相高阻接地故障时能正确可靠动作跳开故障相。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。