基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法

摘要

本发明公开了一种基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，快速识别断路器开关的跳开状态，从而防止断路器失灵保护因为开关跳开后产生的拖尾电流而误动的方法，识别过程用时短，解决了断路器失灵保护在较短动作延时条件下受断路器开关跳开后产生的拖尾电流影响而误动作的问题，在原有的失灵逻辑中加入断路器跳开识别标志的闭锁信号，通过快速识别拖尾电流，做出断路器已经跳开的推断，迅速闭锁失灵保护逻辑，防止失灵保护因拖尾电流而误动作，同时，由于识别拖尾电流逻辑耗时短，在条件允许时可以进一步缩短失灵保护的固有动作延时，对维持电力系统运行的动态稳定性有积极的意义，具有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术

断路器失灵保护是指电力系统发生故障时，在故障元件保护发出跳令而断路器本体拒动的条件下，能够快速跳开相邻断路器来切除故障的一种保护。在220kV及以上的电力系统中，均配置有断路器失灵保护。

随着电力系统结构的日益复杂，为保证电力系统运行的稳定性，通常失灵保护的动作延时较短且返回整定门槛较低。导致当电力系统发生故障时，故障元件保护正确动作发出跳令，若断路器开关在电流非零时跳开切除故障，由于CT(电流互感器)中的磁通不能突变为0，在CT的二次侧将会产生一个带有呈指数衰减的直流分量特点的电流分量，这种电流分量也被称作拖尾电流，受故障切除时电流大小和CT二次回路时间常数的影响，该拖尾电流幅值可能需经过十几个周波才会衰减为0，这可能导致断路器失灵保护的电流判据返回过慢而造成失灵保护误动作，扩大停电范围。

在目前的工程应用中，通常是增加失灵保护的动作延时来躲过拖尾电流防止失灵保护误动，但这对电力系统运行的动稳特性维持相当不利，是当前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中通过增加失灵保护的动作延时来躲过拖尾电流防止失灵保护误动，对电力系统运行的动稳特性维持相当不利的问题。本发明的基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，在原有的失灵逻辑中加入断路器跳开识别标志的闭锁信号，通过快速识别拖尾电流，做出断路器已经跳开的推断，迅速闭锁失灵保护逻辑，防止失灵保护因拖尾电流而误动作，同时，由于识别拖尾电流逻辑耗时短，在条件允许时可以进一步缩短失灵保护的固有动作延时，对维持电力系统运行的动态稳定性有积极的意义，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，电力系统发生故障时，在失灵保护元件启动的条件下，进入拖尾电流识别逻辑；否则，不进行拖尾电流识别；

步骤(B)，进入拖尾电流识别逻辑，读取当前原始A相电流采样点的采样值，并进行取绝对值处理；

步骤(C)，根据步骤(B)读取的原始A相电流采样点的采样值，并进行差分计算；

步骤(D)，对步骤(B)得到的A相电流的采样点取绝对值后，对采样点求斜率；

步骤(E)，判断采样点斜率的保号性，是否满足保号条件；

(E1)若当前时刻采样点的斜率同上一时刻的采样点斜率的正负号相同，则该采样点的斜率保号性满足条件；

(E2)若当前时刻采样点的斜率同上一时刻的采样点斜率的正负号不同，则该采样点的斜率保号性不满足条件；

步骤(F)，判断采样点是否进入延时逻辑，计算延时时间；

(F1)若当前时刻采样点斜率的保号性满足条件，但上一时刻的采样点斜率的保号性不满足条件，则记录当前时刻T，以当前时刻T为起点，启动延时时间为1/2周波的时间继电器；

(F2)若当前时刻采样点斜率、上一时刻的采样点斜率的保号性均满足条件，以T时刻为起点进行延时时间累加；

(F3)若当前时刻采样点斜率的保号性不满足条件，复归时间继电器，将记录的起始时刻T以及进行的延时时间累加同时清零；

步骤(G)，对步骤(C)差分后A相电流的采样点，进行半波积分计算；

步骤(H)，若步骤(F)得到的延时时间大于1/2个周波且步骤(G)的半波积分值小于整定门槛，则判断A相的当前电流为拖尾电流，将A相断路器跳开标志置位，闭锁A相失灵保护，防止A相断路器的失灵保护因拖尾电流而误动作，并保存当前采样点的保号性满足条件；否则，将断路器断开标志复位；

步骤(I)，重复步骤(A)-步骤(H)，对B相和C相的当前电流进行拖尾电流的识别，判断断路器开关的跳开状态。

前述的基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，其 特征在于：步骤(H)所述整定门槛的整定应在躲过正常负荷电流的基础上，保证线路末端金属性短路时灵敏度不小于1.5，取值范围0.05In-10In，In为CT二次额定电流。

前述的基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，其特征在于：步骤(E)判断采样点斜率的保号性是根据拖尾电流的波形呈现单调性的特点，利用波形斜率的保号性对其进行有效识别。

前述的基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，其特征在于：步骤(H)和步骤(I)为A、B、C三相的分相失灵保护，各相识别出的断路器断开标志分别用于闭锁各相的失灵保护；对于A、B、C三相失灵保护，将A、B、C三相的断路器断开标志进行与逻辑后，将合成后的断路器断开标志用于闭锁三相失灵保护。

本发明的有益效果是：本发明的基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，在原有的失灵逻辑中加入断路器跳开识别标志的闭锁信号，通过快速识别拖尾电流，做出断路器已经跳开的推断，迅速闭锁失灵保护逻辑，防止失灵保护因拖尾电流而误动作，同时，由于识别拖尾电流逻辑耗时短，在条件允许时可以进一步缩短失灵保护的固有动作延时，对维持电力系统运行的动态稳定性有积极的意义，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是断路器闭合时的CT一次电流和二次电流的示意图。

图2是断路器跳开后的CT一次电流和二次电流的示意图。

图3是故障电流和拖尾电流的波形图。

图4是本发明快速识别断路器跳开的逻辑图。

图5是本发明基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法的流程图。

图6是本发明的断路器分相失灵保护的逻辑图。

图7是本发明的断路器三相失灵保护逻辑图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明做进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，断路器闭合时的CT一次电流和二次电流的示意图，为满足磁势关系，一次交流电从CT极性端进，二次感应电流从CT极性端出，虚线表示一次电流所产生的主磁通，电流和磁通满足右手螺旋定理。

如图2所示，当断路器跳开后，CT一次侧电流为0，由于铁芯中磁通不能突变，二次电流将维持断路器跳开前的大小，方向同跳开时相反，随时间呈指数形式的衰减，即出现CT二次侧电流拖尾的现象，由于铁芯磁通以固定方向衰减，因此，拖尾电流呈现直流特点。

如图3所示，电力系统的故障电流和拖尾电流波形，A点为断路器实际跳开点，A点向右为拖尾波形，A点向左为故障电流波形。由于拖尾电流的存在，计算的电流幅值直到B点才满足失灵保护返回条件，若该返回时间超过失灵保护动作延时，将造成失灵保护误动作。

通过对波形的分析可得，拖尾电流波形具有单调性特点而故障电流波形则呈现周期性变化的特点，且拖尾电流的幅值处于不断衰减的 状态，这构成拖尾电流和故障电流的两大显著区别，因此识别电流波形斜率的变化和幅值大小成为区分故障电流和拖尾电流的一种途径。

通过上述的描述，断路器跳开后，CT二次侧出现的拖尾电流呈现出以指数形式衰减的直流分量特点，其电流波形具有单调性的特点，在衰减期内波形的斜率具有保号性的特点，即波形斜率的正负性不会发生改变。进一步分析可知，对拖尾电流波形进行取绝对值处理后，其波形在衰减期内也必将呈单调的特性。不仅如此，拖尾电流进行差分处理后的半波积分值还呈现出快速衰减的特点，而断路器跳开前的故障电流波形具有周期性特点，波形的增减特性交替出现，其波形在1个周波内必会出现斜率正负性的改变。对其波形取绝对值后，仅在1/2个周波之内，波形斜率也将会出现正负性的改变，同时利用故障差分电流的半波积分值与拖尾差分电流半波积分值衰减速度的不同也可以识别拖尾电流。

基于上述分析，本发明的基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，如图4及图5所示，包括以下步骤，

步骤(A)，电力系统发生故障时，在失灵保护元件启动的条件下，进入拖尾电流识别逻辑；否则，不进行拖尾电流识别；

步骤(B)，进入拖尾电流识别逻辑，读取当前原始A相电流采样点的采样值，并进行取绝对值处理；

步骤(C)，根据步骤(B)读取的原始A相电流采样点的采样值，并进行差分计算；

步骤(D)，对步骤(B)得到的A相电流的采样点取绝对值后， 对采样点求斜率；

步骤(E)，判断采样点斜率的保号性，是否满足保号条件；

(E1)若当前采样点的斜率同上一时刻的采样点斜率的正负号相同，则该采样点的斜率保号性满足条件；

(E2)若当前采样点的斜率同上一时刻的采样点斜率的正负号不同，则该采样点的斜率保号性不满足条件；

这里判断采样点斜率的保号性是根据拖尾电流的波形呈现单调性的特点，利用波形斜率的保号性对其进行有效识别；

步骤(F)，判断采样点是否进入延时逻辑，计算延时时间；

(F1)，若当前时刻采样点斜率的保号性满足条件，但上一时刻的采样点斜率的保号性不满足条件，则记录当前时刻T，以当前时刻T为起点，启动延时时间为1/2周波的时间继电器；

(F2)，若当前时刻采样点斜率、上一时刻的采样点斜率的保号性均满足条件，则以T时刻为起点进行延时时间累加；

(F3)，若当前采样点斜率的保号性不满足条件，则复归延时，将记录的起始时刻T以及进行的延时时间累加同时清零；

步骤(G)，对步骤(C)差分后A相电流的采样点，进行半波积分计算；

步骤(H)，若步骤(F)得到的延时时间大于1/2个周波且步骤(G)的半波积分值小于整定门槛，则判断A相的当前电流为拖尾电流，将A相断路器跳开标志置位，防止A相断路器失灵保护因拖尾电流而误动作，并保存当前采样点的保号性满足条件；否则，将A 相断路器断开标志复位，所述整定门槛的整定应在躲过正常负荷电流的基础上，保证线路末端金属性短路时灵敏度不小于1.5，取值范围0.05In-10In，In为CT二次额定电流；

步骤(I)，重复步骤(A)-步骤(H)，对B相和C相的当前电路进行拖尾电流的识别。

所述步骤(H)和步骤(I)为A、B、C三相的分相失灵保护，各相识别出的断路器断开标志分别用于闭锁各相的失灵保护；对于A、B、C三相失灵保护，将A、B、C三相的断路器断开标志进行与逻辑后，将合成后的断路器断开标志用于闭锁三相失灵保护。

下面介绍一下本发明基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法的具体实施例，

(1)从数据缓冲区中读A相电流的采样点；

(2)将A相电流当前采样点分别进行取绝对值处理和差分处理，差分公式如式(1)所示；

(3)若在连续的1/2个周波内取绝对值处理后的波形未出现斜率正负性改变，判据如式(2)所示，且经差分后数据的半波积分值小于整定门槛P，则判定该电流为拖尾电流，给断路器跳开识别标志置1；否则，至少一个条件不满足时，复归断路器跳开识别标志；

y(k)＝x(k)-x(k-N)(1)

$\left(\begin{array}{c}{S}_{cur}=k_{cal\_N}\\ S_{pre}=k_{cal\_N-1}\\ S_{char}=XNOR(S_{cur},S_{pre})\\ S_{final}=T_{1/2cycle}\left[S_{char}\right]\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中x(k)表示原始采样点序列中当前点数据，x(k-N)表示原始采样点序列中超前x(k)数据N个采样点的数据，N代表差分点数，y(k)表示经差分后新采样点序列中当前点的数据，k_{cal_N}代表当前计算斜率的正负性，k_{cal_N-1}表示上一次计算斜率的正负性，正用“1”表示，负用“0”表示；S_char表示识别拖尾电流的瞬时标志，XNOR表示同或运算逻辑，此条逻辑表示如果满足保号性，则输出为1，S_final表示经1/2周波延时后的状态输出；

(4)保存当前点计算斜率的正负性，如式(3)所示，

k_{cal_N-1}＝k_{cal_N}(3)

(5)按照相同的逻辑进行其余两相(B相和C相)拖尾电流的识别。

如图6所示，本发明的分相失灵保护判断的逻辑判断图，在原有的失灵逻辑中加入“断路器跳开识别标志”闭锁信号，通过快速识别拖尾电流，做出断路器已经跳开的推断，迅速闭锁失灵保护逻辑，防止失灵保护因拖尾电流而误动作；如图7所示，本发明的三相失灵保护判断的逻辑判断图，将A、B、C三相的断路器断开标志进行与逻辑后，将合成后的断路器断开标志用于闭锁三相失灵保护。

综上所述，本发明的基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法，在原有的失灵逻辑中加入断路器跳开识别标志的闭锁信号，通过快速识别拖尾电流，做出断路器已经跳开的推断，迅速闭锁失灵保护逻辑，防止失灵保护因拖尾电流而误动作，同时，由于识别拖尾 电流逻辑耗时短，在条件允许时可以进一步缩短失灵保护的固有动作延时，对维持电力系统运行的动态稳定性有积极的意义，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。