电流差动保护抗CT饱和的方法和系统

摘要

本发明提供一种电流差动保护抗CT饱和的方法和系统，该方法包括以下步骤：采集被保护单元最多M侧的二次电流，并根据电流值得到采样点制动电流半波积分值，判断当前采样点制动电流半波积分值是否满足相对于一周波前的采样点制动电流半波积分值是否增加0.2In的第一条件，并判断判断所述当前采样点制动电流半波积分值是否不满足带比率制动的差动方程的第二条件，该电流差动保护抗CT饱和的方法，通过多次判断，只有当比较判断电流增加和差动方程满足时序性且只有在出现差流时才判断为区外故障CT饱和，从而能够避免其它情况引起的制动电流的变化被误判断为区外故障CT饱和，在故障消失时能快速返回，因此能更加准确的判断CT饱和闭锁差动，减小误判的几率。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统的微机继电保护技术领域，具体涉及一种电流差动保 护抗CT饱和的方法和系统。

背景技术

电力系统发生短路故障的电流特征是短路电流大，一般为额定电流的20-40 倍，非周期分量大，谐波含量高；由于电流互感器(以下简CT)铁芯磁化特性的 非线性和磁滞特性，CT饱和后二次电流波形发生缺损畸变，当电流差动保护两 侧CT饱和程度不一致时，二次电流的缺损畸变就会形成差动电流，对差动保护 造成误动的影响，一般的电流差动保护装置都采取了抗CT饱和的措施。

一般的抗CT饱和的措施有带比率制动的差动特性，但是在CT深度饱和时 仍会出现误动的情况，另一种是利用CT饱和出现的二次、三次谐波含量超过一 定比例来闭锁差动保护，效果很明显，但是在区内饱和情况下无法快速开放保 护，延长保护动作时间。传统的基于故障发生时差动电流和制动电流出现的时 序关系的方法来鉴别区外故障引起的CT饱和，能在区外饱和时投入谐波制动的 判据，在区内故障时开放差动保护，但是一般的做法区外故障或者负荷波动引 起电流突变增加时都会闭锁差动保护3-5s，若此时发生区内故障将延长保护动 作时间，因此容易引起误判。

发明内容

基于此，有必要针对降低误判的电流差动保护抗CT饱和的方法和系统。

一种电流差动保护抗CT饱和的方法，包括：

每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次电流得到每个采样点的电流 值，并根据所述采样点的电流值得到采样点制动电流半波积分值；

判断当前采样点制动电流半波积分值是否满足相对于一周波前的采样点制 动电流半波积分值增加0.2In的第一条件，其中，In为CT二次额定值；以及判 断所述当前采样点制动电流半波积分值是否不满足带比率制动的差动方程的第 二条件；

当所述第一条件满足且所述第二条件不满足时，则判断所述区外饱和计数 器的计数值是否在第一阈值至第二阈值之间；

若在第一阈值至第二阈值之间，则判断为区外故障引起的CT饱和，控制综 合谐波制动的抗CT饱和判据投入运行设定时间。

在其中一种实施方式中，所述每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次 电流得到每个采样点制动电流半波积分值的步骤包括：

每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次电流得到每个采样点的电流 值；

根据所述电流值得到采样值制动电流；

对所述采样值制动电流进行差分滤波得到差流瞬时值，并对所述差流瞬时 值进行半波积分计算得到所述采样点制动电流半波积分值。

在其中一种实施方式中，所述判断所述区外饱和计数器的计数值是否在第 一阈值至第二阈值之间的步骤之后还包括：

若所述区外饱和计数器的计数值小于所述第一阈值，则判断为区内故障引 起的CT饱和，控制比率差动保护投入；

使所述区外饱和计数器的计数值归零。

在其中一种实施方式中，当所述第一条件不满足时，则判断所述区外饱和 计数器的计数值是否大于0；

若是，则所述区外饱和计数器的计数值减1；

若否，则使所述区外饱和计数器的计数值归零；

当所述第一条件满足且所述第二条件满足时，所述区外饱和计数器的计数 值加1。

在其中一种实施方式中，所述第一阈值为3，所述第二阈值为24，所述采 样间隔为0.833ms。

一种电流差动保护抗CT饱和的系统，包括：

采集模块，用于每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次电流得到每个 采样点的电流值，并根据所述采样点的电流值得到采样点制动电流半波积分值；

第一判断模块，用于判断当前采样点制动电流半波积分值是否满足相对于 一周波前的采样点制动电流半波积分值增加0.2In的第一条件，其中，In为CT 二次额定值；

第二判断模块，用于判断所述当前采样点制动电流半波积分值是否不满足 带比率制动的差动方程的第二条件；

第三判断模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为满足且所述第二判 断模块的判断结果为不满足时，判断所述区外饱和计数器的计数值是否在第一 阈值至第二阈值之间；

控制模块，用于在所述第三判断模块的判断结果为在第一阈值至第二阈值 之间时，判断为区外故障引起的CT饱和，控制综合谐波制动的抗CT饱和判据 投入运行设定时间。

在其中一种实施方式中，所述采集模块包括：

采集单元，用于每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次电流得到每个 采样点的电流值；

计算单元，用于根据所述电流值得到采样值制动电流；

半波积分计算单元，用于对所述采样值制动电流进行差分滤波得到差流瞬 时值，并对所述差流瞬时值进行半波积分计算得到采样点制动电流半波积分值。

在其中一种实施方式中，所述控制模块，还用于在所述第三判断模块的判 断模块的判断结果为所述区外饱和计数器的计数值小于所述第一阈值时，判断 为区内故障引起的CT饱和，控制比率差动保护投入；

所述区外饱和计数器，用于在控制模块控制比率差动保护投入后，计数值 归零。

在其中一种实施方式中，还包括第四判断模块，用于在所述第一判断模块 的判断结果不满足时，判断所述区外饱和计数器的所述计数值是否大于0；

所述区外饱和计数器，还用于在所述第四判断模块的判断结果为是时，计 数值减1；

所述区外饱和计数器，还用于在所述第四判断模块的判断结果为否时，计 数值归零；

所述区外饱和计数器，还用于在所述第一判断模块的判断结果为满足且所 述第二判断模块的判断结果为满足时，计数值加1。

在其中一种实施方式中，所述第一阈值为3，所述第二阈值为24，所述采 样间隔为0.833ms。

该电流差动保护抗CT饱和的方法，通过多次判断，只有当比较判断电流增 加和差动方程满足时序性且只有在出现差流时才判断为区外故障CT饱和，从而 能够避免其它情况引起的制动电流的变化被误判断为区外故障CT饱和，在故障 消失时能快速返回，因此能更加准确的判断CT饱和闭锁差动，减小误判的几率。

附图说明

图1为一种实施方式的电流差动保护抗CT饱和的方法的流程图；

图2为一种实施方式的采集二次电流得到采样点制动电流半波积分值的方 法的流程图；

图3为与图1对应的电流差动保护抗CT饱和的方法的简易流程图。

图4为一种实施方式的电流差动保护抗CT饱和的系统的功能模块示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种电流差动保护抗CT饱和的方法，包括以下步骤：

S10：每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次电流得到每个采样点的 电流值，并根据采样点的电流值得到采样点制动电流半波积分值。

具体的，采集被保护单元最多M侧的二次电流，经采样回路得到离散化后 的电流数据量i，并根据每个采样点的数据量得到该采样点制动半波积分值。

S30：判断当前采样点制动电流半波积分值是否满足相对于一周波前的采样 点制动电流半波积分值增加0.2In的第一条件。其中，In为CT二次额定值。

该判断用于判断当前采样点的制动电流相对于一周波前的采样点的制动电 流是否增加。具体的，当前采样点k的制动电流半波积分为Ri(k)，判断当前采 样点制动电流半波积分值相对于一周波以前的采样点制动电流半波积分值是否 增加0.2In，即Ri(k)>(Ri(k-2T)+0.2In)，其中，k指第k个采样点，T为采样周期。

步骤S50：判断当前采样点制动电流半波积分值是否不满足带比率制动的差 动方程的第二条件，即Di(k)<(Ri(k)*β+Iset)，其中，Di(k)为采样点k的采样值 差动电流，Ri(k)为采样点k的采样值制动电流，β为比率制动系数，取值范围 为0.2<β<0.5，Iset为比率差动启动定值，Iset的取值范围为0.2In<Iset<0.4In。

该判断用于判断当前采样点制动电流的差动方程是否满足时序性，当其带 比率制动的差动方程不满足时，即不满足时序性，当其带比率制动的差动方程 满足，即满足时序性。

当判断第一条件满足且第二条件不满足时，则执行步骤S70：判断区外饱和 计数器的计数值是否在第一阈值至第二阈值之间。

若判断在第一阈值至第二阈值之间，则执行步骤S90：判断为区外故障引起 的CT饱和，控制综合谐波制动的抗CT饱和判据投入运行设定时间。

在具体的实施方式中，设定时间为200ms，即若区外饱和计数器的计数值在 第一阈值至第二阈值之间，则判断为区外故障引起的CT饱和，投入综合谐波制 动的抗CT饱和判据200ms，即差流二次谐波di2>di*0.15或差流三次谐波 di3>di*0.15时闭锁比率差动。

在步骤S90之后，返回步骤S10，继续采样并对采样点制动电流半波积分值 进行判断。

该电流差动保护抗CT饱和的方法，通过多次判断，只有当比较判断电流增 加和差动方程满足时序性且只有在出现差流时才判断为区外故障CT饱和，从而 能够避免其它情况引起的制动电流的变化被误判断为区外故障CT饱和，在故障 消失时能快速返回，因此能更加准确的判断CT饱和闭锁差动，减小误判的几率。

在另一种实施方式中，如图2所示，步骤S10包括：

S11：每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次电流得到每个采样点的电 流值。

具体的，采集被保护单元最多M侧的二次电流，经采样回路得到离散化后 的电流数据量i，采样间隔为0.833ms。

S12：根据电流值得到采样值制动电流。

根据公式(1)计算采样值差动电流di：

${\mathrm{di}}_{\phi }=\left|\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{i}_{\phi j}\right|---\left(1\right)$

其中，为三相，或或i为电流值，j表示第j个采样点。

根据公式(2)计算采样值制动电流

${\mathrm{ri}}_{\phi }=\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\left|i_{\phi j}\right|---\left(2\right)$

S13：对所述采样值制动电流进行差分滤波得到差流瞬时值，并对所述差流 瞬时值进行半波积分计算得到所述采样点制动电流半波积分值。

根据公式(3)进行差分滤波计算：

y(k)＝i(k)-i(k-4)(3)

其中，y为差流瞬时值，i为采样点的电流值，k表示第k个采样点。

根据公式(4)对差流瞬时值进行半波积分计算：

其中，yi为采样点制动电流半波积分值，N为每周期的采样个数。

通过将差流瞬时值进行差分滤波，有效的消除直流分量对半波积分值的精 度的影响。

请继续参阅图1和图3，在步骤S70之后，还包括：若区外饱和计数器的计 数值小于3，则执行步骤：

S91：判断为区内故障引起的CT饱和，控制比率差动保护投入。

在具体的实施方式中，第一阈值为3，所述第二阈值为24。即当区外饱和 计数器的计数值为小于3时，则判断为区内故障引起的CT饱和，控制比率差动 保护投入。

S92：使区外饱和计数器的计数值归零。

在步骤S92之后，返回步骤S10。

在另一种实施方式中，若步骤S30的判断结果不满足第一条件，即当前采 样点制动电流半波积分值相对于一周波前的采样点制动电流半波积分值未增加 0.2In，则执行步骤S31：判断区外饱和计数器的计数值是否大于0；

若是，则执行步骤S40：区外饱和计数器的计数值减1

若否，则执行步骤S41：使区外饱和计数器的计数值归零。

若判断第一条件满足且第二条件满足时，则执行步骤S71：区外饱和计数器 的计数值加1。

对于区外故障CT未饱和或者系统负荷波形引起的电流突变，将在故障后一 个周波内基本同时满足电流增加和差动方程满足时序性，且区外饱和计数器累 加后的计数值远大于3次，因此能很容易判断出来未发生CT饱和，若此时再发 生区内故障，不会误闭锁差动保护。

本发明的电流差动保护抗CT饱和的方法，将差流瞬时值进行差分滤波，有 效的消除直流分量对半波积分值的精度的影响，只有当判断电流增加和差动方 程满足时序性且只有在出现差流才判断为区外故障CT饱和，在区外故障未饱和 和负荷电流突增引起的制动电流的变化的情况下不会误判为区外故障CT饱和， 在故障消失时能快速返回，因此能更加准确的判断CT饱和闭锁差动，减小误判 的几率，具有显著的社会经济效益。

本发明还提供一种电流差动保护抗CT饱和的系统，如图4所示，包括：

采集模块10，用于每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次电流得到每 个采样点的电流值，并根据采样点的电流值得到采样点制动电流半波积分值。

具体的，采集被保护单元最多M侧的二次电流，经采样回路得到离散化后 的电流数据量i，并根据每个采样点的数据量得到该采样点制动半波积分值。

第一判断模块20，用于判断当前采样点制动电流半波积分值是否满足相对 于一周波前的采样点制动电流半波积分值增加0.2In的第一条件。其中，In为 CT二次额定值。

该判断用于判断当前采样点的制动电流相对于一周波前的采样点的制动电 流是否增加。具体的，当前采样点k的制动电流半波积分为Ri(k)，判断当前采 样点制动电流半波积分值相对于一周波以前的采样点制动电流半波积分值是否 增加0.2In，即Ri(k)>(Ri(k-2T)+0.2In)，其中，k指第k个采样点，T为采样周 期。

第二判断模块30，用于判断当前采样点制动电流半波积分值是否不满足带 比率制动的差动方程的第二条件，即Di(k)<(Ri(k)*β+Iset)，其中，Di(k)为采样 点k的采样值差动电流，Ri(k)为采样点k的采样值制动电流，β为比率制动系 数，取值范围为0.2<β<0.5，Iset为比率差动启动定值，Iset的取值范围为 0.2In<Iset<0.4In。

该判断用于判断当前采样点制动电流的差动方程是否满足时序性，当其带 比率制动的差动方程不满足时，即不满足时序性，当其带比率制动的差动方程 满足，即满足时序性。

第三判断模块50，用于在第一判断模块的判断结果为满足且第二判断模块 的判断结果为不满足时，判断区外饱和计数器的计数值是否在第一阈值至第二 阈值之间。

控制模块60，用于在第三判断模块的判断结果为在第一阈值至第二阈值之 间时，判断为区外故障引起的CT饱和，控制综合谐波制动的抗CT饱和判据投 入运行设定时间。

在具体的实施方式中，设定时间为200ms，即若区外饱和计数器的计数值在 第一阈值至第二阈值之间，则判断为区外故障引起的CT饱和，投入综合谐波制 动的抗CT饱和判据200ms，即差流二次谐波di2>di*0.15或差流三次谐波 di3>di*0.15时闭锁比率差动。

该电流差动保护抗CT饱和的系统，通过多次判断，只有当比较判断电流增 加和差动方程满足时序性且只有在出现差流时才判断为区外故障CT饱和，从而 能够避免其它情况引起的制动电流的变化被误判断为区外故障CT饱和，在故障 消失时能快速返回，因此能更加准确的判断CT饱和闭锁差动，减小误判的几率。

在另一种实施方式中，采集模块10包括：

采集单元，用于每间隔预设时间采集被保护单元M侧的二次电流得到每个 采样点的电流值。

具体的，采集被保护单元最多M侧的二次电流，经采样回路得到离散化后 的电流数据量i，采样间隔为0.833ms。

计算单元，用于根据电流值得到采样值制动电流。

根据公式(1)计算采样值差动电流di：

${\mathrm{di}}_{\phi }=\left|\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{i}_{\phi j}\right|---\left(1\right)$

其中，为三相，或或i为电流值，j表示第j个采样点。

根据公式(2)计算采样值制动电流

${\mathrm{ri}}_{\phi }=\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\left|i_{\phi j}\right|---\left(2\right)$

半波积分计算单元，用于对采样值制动电流进行差分滤波得到差流瞬时值， 并对差流瞬时值进行半波积分计算得到采样点制动电流半波积分值。

根据公式(3)进行差分滤波计算：

y(k)＝i(k)-i(k-4)(3)

其中，y为差流瞬时值，i为采样点的电流值，k表示第k个采样点。

根据公式(4)对差流瞬时值进行半波积分计算：

其中，yi为采样点制动电流半波积分值，N为每周期的采样个数。

通过将差流瞬时值进行差分滤波，有效的消除直流分量对半波积分值的精 度的影响。

在另一种实施方式中，控制模块60，还用于在第三判断模块的判断模块的 判断结果为区外饱和计数器的计数值小于第一阈值时，判断为区内故障引起的 CT饱和，控制比率差动保护投入。

在具体的实施方式中，第一阈值为3，所述第二阈值为24。

区外饱和计数器40，还用于在控制模块控制比率差动保护投入后，计数值 归零。

在另一种实施方式中，还包括第四判断模块70，用于在第一判断模块的判 断结果为否时，判断区外饱和计数器的计数值是否大于0。

区外饱和计数器40，还用于在第四判断模块的判断结果为是时，计数值减 1。

区外饱和计数器40，还用于在第四判断模块的判断结果为否时，计数值归 零。

区外饱和计数器40，还用于在第一判断模块的判断结果为满足且第二判断 模块的判断结果为满足时，计数值加1。

本发明的电流差动保护抗CT饱和的方法，将差流瞬时值进行差分滤波，有 效的消除直流分量对半波积分值的精度的影响，只有当判断电流增加和差动方 程满足时序性且只有在出现差流才判断为区外故障CT饱和，在区外故障未饱和 和负荷电流突增引起的制动电流的变化的情况下不会误判为区外故障CT饱和， 在故障消失时能快速返回，因此能更加准确的判断CT饱和闭锁差动，减小误判 的几率，具有显著的社会经济效益。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。