一种正序极化电压的计算方法及装置

摘要

本发明涉及一种正序极化电压的计算方法及装置，包括通过检测Y/△变压器单端电源系统电源侧的零序电流分量、零序电压分量和三相电压幅值，判断Y/△变压器单端电源系统电源侧是否发生单相非全相再故障；当Y/△变压器单端电源系统电源侧发生单相非全相再故障时，则判断第一相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，第一相电流为Y/△变压器单端电源系统电源侧三相电压中、电压幅值大于电压设定门槛值的相电压对应的相电流；如果第一相电流的幅值大于电流设定门槛值，则第一相电流对应的相电压作为正序极化电压。本发明提供的正序极化电压的计算方法，获得的正序极化电压相位在故障发生前后保持不变，提高了距离保护装置保护动作开启的有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种正序极化电压的计算方法及装置。

背景技术

距离保护是一种继电保护装置，该装置能够反映在输电线路中的故障点与距离保护安装处之间的距离，并能够根据距离的远近确定开启保护的动作时间。距离保护的核心元件为阻抗继电器，阻抗继电器用于测量短路阻抗，当短路阻抗小于整定阻抗时，阻抗继电器开启保护。阻抗继电器包括幅值比较式阻抗继电器和相位比较式阻抗继电器，其中，相位比较式阻抗继电器的动作条件为90°≤Arg(U1/U2)≤270°，其中，U2为补偿电压、是反映短路阻抗与整定阻抗比较结果的工作电压，U1为极化电压、是判断U2相位变化的参考电压。

在一般电力系统中，正序电压由于具备故障前与故障后相位保持不变的特性，因此常用作判断U2相位变化的参考电压，即将正序电压作为极化电压。距离保护根据U2相位变化确定是否开启保护，其中，当距离保护的保护区正方向上发生故障时，故障如果位于保护区内则称为区内故障，此时阻抗继电器应立即动作；当距离保护的保护区反方向上发生故障时，则将故障直接判为区外故障，此时阻抗继电器不应动作。正序电压相位基于三相电压相位计算而成，通过对三相电压进行矢量分解、平移，得到正序电压及其对应相位。

但是，当电力系统为Y/△(Y侧为电源侧、△侧为负荷侧)变压器单端电源系统且电网系统处于非全相运行状态时，如果电源侧其它相发生再故障，则电源侧非全相电压幅值与健全相电压幅值几乎相等，但是相位差别较大，使得基于电源侧三相电压相位计算而成的正序电压相位发生偏移，使得正序电压相位在故障前与故障后存在较大的相位差，导致距离保护在区外故障时可能发生误动，而在区内故障时可能发生拒动，此时正序电压不再适合作为极化电压。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种正序极化电压的计算方法及装置。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种正序极化电压的计算方法，包括：

通过检测Y/△变压器单端电源系统电源侧的零序电流分量、零序电压分量和三相电压幅值，判断所述Y/△变压器单端电源系统电源侧是否发生单相非全相再故障；

当所述Y/△变压器单端电源系统电源侧发生单相非全相再故障时，则判断第一相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，所述第一相电流为所述Y/△变压器单端电源系统电源侧三相电压中、电压幅值大于电压设定门槛值的相电压对应的相电流；

如果所述第一相电流的幅值大于电流设定门槛值，则将所述第一相电流对应的相电压作为正序极化电压。

优选地，通过检测所述Y/△变压器单端电源系统电源侧的零序电流分量与零序电压分量，判断所述Y/△变压器单端电源系统电源侧是否发生单相非全相再故障包括：

当Y/△变压器单端电源系统电源侧发生故障时，则判断所述Y/△变压器单端电源系统电源侧是否存在零序电流分量；

如果所述Y/△变压器单端电源系统电源侧存在所述零序电流分量，则判断所述Y/△变压器单端电源系统电源侧是否不存在零序电压分量；

如果所述Y/△变压器单端电源系统电源侧不存在所述零序电压分量，则判断所述Y/△变压器单端电源系统电源侧三相电压中，是否存在两相电压的幅值大于电压设定门槛值、另一相电压的幅值低于所述电压设定门槛值；

如果所述Y/△变压器单端电源系统的电源侧三相电压中，存在两相电压的幅值大于所述电压设定门槛值、另一相电压的幅值低于所述电压设定门槛值，则所述Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生单相非全相再故障。

优选地，所述方法还包括：

如果所述第一相电流的幅值小于电流设定门槛值，则所述第一相电流对应的所述相电压为非全相。

优选地，所述方法还包括：

判断第二相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，所述第二相电流为所述Y/△变压器单端电源系统的三相电压中，电压幅值小于所述电压设定门槛值的相电压对应的相电流；

如果所述第二相电流的幅值大于电流设定门槛值，则所述第二相电流对应的所述相电压为故障相。

优选地，所述电压设定门槛值为三相电压额定电压的80％。

根据本发明实施例的第二方面，还提供一种正序极化电压的计算装置，所述装置包括:

单相非全相再故障判断模块：用于检测Y/△变压器单端电源系统电源侧的零序电流分量、零序电压分量和三相电压幅值，判断所述Y/△变压器单端电源系统电源侧是否发生单相非全相再故障；

健全相判断模块：用于当所述Y/△变压器单端电源系统电源侧发生单相非全相再故障时，则判断第一相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，所述第一相电流为所述Y/△变压器单端电源系统电源侧三相电压中、电压幅值大于电压设定门槛值的相电压对应的相电流；

正序极化电压输出模块：用于当所述第一相电流的幅值大于电流设定门槛值时，则将所述第一相电流对应的相电压输出为正序极化电压。

优选地，所述装置还包括：

非全相判断模块：用于当所述第一相电流的幅值小于电流设定门槛值时，则将所述第一相电流对应的所述相电压判断为非全相。

优选地，所述装置还包括：

故障相判断模块：用于判断第二相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，所述第二相电流为所述Y/△变压器单端电源系统的三相电压中，电压幅值小于所述电压设定门槛值的相电压对应的相电流；

如果所述第二相电流的幅值大于电流设定门槛值，则所述第二相电流对应的所述相电压判断为故障相。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明实施例提供的正序极化电压的计算方法，通过检测Y/△变压器单端电源系统电源侧的零序电流分量、零序电压分量和三相电压，判断Y/△变压器单端电源系统电源侧发生故障时，故障类型是否为单相非全相再故障；当故障类型为单相非全相再故障时，通过判断第一相电流的幅值大于电流设定门槛值，其中，第一相电流为Y/△变压器单端电源系统的三相电压中，电压幅值大于电压设定门槛值的相电压对应的相电流，得到第一相电流对应的相电压为健全相；将健全相的电压作为正序极化电压。本发明实施例在Y/△变压器单端电源系统处于非全相运行工况、Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生非全相再故障时，通过检测三相电压的电压幅值并与电压设定幅值相比较、检测三相电压的电流幅值并与电流设定幅值相比较选取健全相，利用健全相电压在故障前与故障后相位不变的特性，将健全相电压作为正序极化电压，有效解决了Y/△变压器单端电源系统发生非全相再故障时、区外故障误动而区内故障拒动的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种Y/△变压器单端电源系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种正序极化电压计算方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种判断单相非全相故障方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种正序极化电压计算装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种故障相和非全相的判别示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种故障相和非全相的判别示意图；

图7为本发明实施例提供的第三种故障相和非全相的判别示意图；

图5-7中，符号表示为：

U0-零序电压，I0-零序电流，Un-额定电压，In-额定电流，Ua-A相电压，Ub-B相电压，Uc-C相电压，Ia-A相电流，Ib-B相电流，Ic-C相电流，k1-零序电压设定门槛系数，k2-第一故障电压设定门槛系数，k3-零序电流设定门槛系数，k4-第二故障电压设定门槛系数，k5-第一故障电流设定门槛系数，k6-第二故障电流设定门槛系数。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参见图1，为本发明实施例提供的Y/△变压器单端电源系统的结构示意图。Y/△变压器单端电源系统中Y侧为电源侧，△侧为负荷侧，当Y/△变压器处于单相非全相运行状态时，如果发生其他相单相接地故障，电源侧发生故障时，如果此时系统正处于非全相运行状态，则正序电压相位在故障前后发横偏移，不适合用作距离保护的正序极化电压。

参见图2，为根据一示例性实施例示出的一种正序极化电压计算方法的流程示意图，具体包括如下步骤：

S110：通过检测Y/△变压器单端电源系统电源侧的零序电流分量、零序电压分量和三相电压幅值，判断Y/△变压器单端电源系统电源侧是否发生单相非全相再故障。

由于Y/△变压器单端电源系统的△侧为三角形结构，三相电压向量和始终为0，在电源侧存在非全相且其它相发生再故障时，非全相电压幅值与健全相电压幅值几乎相等，但是相位差别较大，因此为了确保正序极化电压故障前后的正序电压相位一致，本发明通过判断电源侧发生单相非全相再故障，从而选取健全相电压作为正序极化电压，有效解决了现有正序极化电压计算时由于利用三相电压相位导致正序极化电压故障前后的正序电压相位不一致的问题。参见图3，为本发明实施例提供的一种判断单相非全相故障方法的流程示意图，Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生单相非全相再故障的具体判断过程包括：

S1101：当Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生故障时，判断Y/△变压器单端电源系统的电源侧是否存在零序电流分量。

具体的，当Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生不对称接地故障时，电源侧存在零序电流分量；当电源侧发生不接地故障或三相故障时，电源侧不存在零序电流分量。因此，通过检测电源侧是否存在零序电流分量，可以判断电源侧发生的故障类型。

S1102：如果Y/△变压器单端电源系统的电源侧存在零序电流分量，则判断Y/△变压器单端电源系统的电源侧是否不存在零序电压分量。

具体的，根据Y/△变压器单端电源系统的电源侧存在零序电流分量，判断电源侧发生不对称接地故障。

进一步的，如果Y/△变压器单端电源系统的运行工况为全相运行，当电源侧发生不对称接地故障时，电源侧则存在零序电压分量；如果Y/△变压器单端电源系统的运行工况为非全相运行，当电源侧发生不对称接地故障时，电源侧则不存在零序电压分量。因此，当电源侧存在零序电流分量时，通过检测电源侧是否存在零序电压分量，可以判断Y/△变压器单端电源系统的运行工况是否为非全相运行。

S1103：如果Y/△变压器单端电源系统的电源侧不存在零序电压分量，则判断Y/△变压器单端电源系统的电源侧三相电压中是否存在两相电压的幅值大于电压设定门槛值、另一相电压的幅值低于所述电压设定门槛值。

具体的，根据Y/△变压器单端电源系统的电源侧不存在零序电压分量，判断Y/△变压器单端电源系统的运行工况为非全相运行。

进一步的，当Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生单相非全相再故障时，由于Y/△变压器△侧为三角形结构，决定了该状态下电源侧三相电压向量和为0。因此，通过检测电源侧三相电压中是否存在两相电压的幅值大于电压设定门槛值、另一相电压的幅值低于电压设定门槛值，可以判断电源侧是否发生单相非全相再故障。

本实施例中，电压设定门槛值为三相电压额定电压的80％，当然，电压设定门槛值可以根据Y/△变压器单端电源系统的电压等级、应用场景等具体设置，都应属于本发明的保护范围。

S1104：如果Y/△变压器单端电源系统的电源侧三相电压中存在两相电压的幅值大于电压设定门槛值、另一相电压的幅值低于电压设定门槛值，则Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生单相非全相再故障。

具体的，将检测到的Y/△变压器单端电源系统的三相电压幅值分别与电压设定门槛值作比较，如果存在两相电压的幅值大于电压设定门槛值、另一相电压的幅值低于电压设定门槛值，并且，根据步骤S1102得到电源侧存在零序电流分量、步骤S1103得到电源侧不存在零序电压分量，因此，判断Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生单相非全相再故障。

S120：如果Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生单相非全相再故障，则判断第一相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，第一相电流为Y/△变压器单端电源系统的电源侧三相电压中，电压幅值大于电压设定门槛值的相电压对应的相电流。

具体的，根据步骤S1104判断Y/△变压器单端电源系统的电源侧发生单相非全相再故障，则基于三相电压计算的正序电压相位不适合用作距离保护的正序极化电压相位，而健全相电压相位在故障前后保持不变，因此健全相电压相位适合用作距离保护的正序极化电压相位。

根据健全相的电压幅值高于设定门槛值、电流幅值因负荷电流以及故障点引起的零序电流而高于设定门槛值的特点，利用步骤S1104得到三相电压中电压幅值大于电压设定门槛值的两相电流，通过检测两相电流对应的两组第一相电流，判断两组第一相电流中是否存在其中一组第一相电流的幅值大于电流设定门槛值。

本实施例中，电流设定门槛值根据Y/△变压器单端电源系统的电压等级、应用场景等具体设置，本发明不再做具体限定。

S130：如果第一相电流的幅值大于电流设定门槛值，则将第一相电流对应的相电压作为正序极化电压。

具体的，根据步骤S120判断得到两组第一相电流中存在其中一组第一相电流的幅值大于电流设定门槛值，并且，根据步骤S1104得到两组第一相电流对应的相电压均大于电压设定门槛值，因此，第一相电流的幅值大于电流设定门槛值的相为健全相，将健全相电压作为正序极化电压。由于健全相电压相位在故障前后保持不变，因此，将健全相电压作为正序极化电压，阻抗继电器不会在区外故障时发生误动、在区内故障时发生拒动，达到继电保护的目的。

进一步的，如果第一相电流的幅值小于电流设定门槛值，则第一相电流对应的相电压为非全相。判断第二相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，第二相电流为Y/△变压器单端电源系统的三相电压中，电压幅值小于电压设定门槛值的相电压对应的相电流；如果第二相电流的幅值大于电流设定门槛值，则第二相电流对应的相电压为故障相。根据三相电压中非全相和故障相的判别结果，可对系统运行状态、故障类型及故障特点做进一步分析。

结合上述正序极化电压计算方法，本发明实施例还提供了一种正序极化电压计算装置，参见图4，为本发明实施例提供的一种应用于Y/△变压器单端电源系统的正序极化电压计算装置，该正序极化电压计算装置包括：

单相非全相再故障判断模块:用于检测Y/△变压器单端电源系统电源侧的零序电流分量、零序电压分量和三相电压幅值，判断Y/△变压器单端电源系统电源侧是否发生单相非全相再故障。

具体的，在Y/△变压器单端电源系统电源侧，检测A、B、C三相电压的零序电压分量、零序电流分量和A、B、C三相电压的幅值，如果系统存在零序电流分量、不存在零序电压分量且A、B、C三相电压的幅值中存在两相电压幅值大于电压设定幅值、另一相电压幅值小于电压设定幅值，则判断系统处于单相非全相运行状态，且在系统电源侧发生了单相非全相再故障。

健全相判断模块：用于当Y/△变压器单端电源系统电源侧发生单相非全相再故障时，则判断第一相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，第一相电流为Y/△变压器单端电源系统电源侧三相电压中、电压幅值大于电压设定门槛值的相电压对应的相电流。

具体的，当通过单相非全相再故障判断模块判断Y/△变压器单端电源系统电源侧发生单相非全相再故障时，检测A、B、C三相电压对应的相电流，其中，将三相电压中、电压幅值大于电压设定门槛值的相电压对应的相电流定义为第一相电流，判断第一相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，如果第一相电流的幅值大于电流设定门槛值，则判断该相为健全相。

正序极化电压输出模块：用于当第一相电流的幅值大于电流设定门槛值时，则将第一相电流对应的相电压输出为正序极化电压。

具体的，通过健全相判断模块得到健全相，即第一相电流的幅值大于电流设定门槛值对应的相电压，将该相电压作为正序极化电压，将该相相位作为正序极化电压相位。

在本发明又一实施例中，所述装置还包括：

非全相判断模块：用于当第一相电流的幅值小于电流设定门槛值时，则将第一相电流对应的相电压判断为非全相。

故障相判断模块：用于判断第二相电流的幅值是否大于电流设定门槛值，其中，第二相电流为Y/△变压器单端电源系统的三相电压中，电压幅值小于电压设定门槛值的相电压对应的相电流；

如果第二相电流的幅值大于电流设定门槛值，则第二相电流对应的相电压判断为故障相。

图5是根据本发明一示例性实施例示出的一种故障相和非全相的判别示意图。根据零序电压与零序电流的定义，当U0＜k1×Un+I0×Z0时，则判定系统不存在零序电压；当3I0＞k3×In时，则判定系统存在零序电流。当Ub＞k2×Un，即B相电压幅值大于第一电压设定门槛值，则判定B相为非故障相；当Uc＞k2×Un时，即C相电压幅值大于第一电压设定门槛值，则判定C相为非故障相；当Ua＜k4×Un，即A相电压幅值小于第二电压设定门槛值，则A相可能为故障相。根据系统电源侧存在零序电流、不存在零序电压、三相电压中存在两相电压幅值大于电压设定门槛值且另一相电压幅值小于电压设定门槛值判定系统发生单相非全相再故障。

进一步的，当A相电压幅值小于第二电压设定门槛值时，如果Ia＞k6×In，即A相电流大于第二故障电流设定门槛值，则判定A相为故障相，即系统发生单相非全相再故障的故障相为A相；当B相电压幅值大于第一电压设定门槛值时，如果Ib＜k5×In，即B相电流小于第一故障电流设定门槛值，则判定B相为非全相；当C相电压幅值大于第一电压设定门槛值时，如果Ic＜k5×In，即C相电流小于第一故障电流设定门槛值，则判定C相为非全相。

当A相为故障相、B相为非全相时，则C相为健全相，将C相电压作为正序极化电压，将C相电压相位作为正序极化电压相位；当A相为故障相、C相为非全相时，则B相为健全相，将B相电压作为正序极化电压，将B相电压相位作为正序极化电压相位。

图6、图7分别为B相为故障相、C相为故障相时，系统发生单相非全相故障、故障相和非全相的判别示意图，其判别内容与上述实施例类似，在此不再赘述。

由上述实施例可见，本发明提供的正序极化电压的计算方法，通过检测Y/△变压器单端电源系统电源侧的零序电流分量、零序电压分量和三相电压，判断系统是否发生单相非全相再故障，当系统发生单相非全相再故障时，通过检测A、B、C三相电压与A、B、C三相电流，判断健全相、故障相与非全相，并选取健全相电压作为正序极化电压，选取健全相电压相位作为正序极化电压相位，由于健全相电压在故障前、故障后相位保持不，因此将健全相电压作为正序极化电压有效避免了正序极化电压相位偏移引起的距离保护装置在区外故障时可能发生误动、区内故障时可能发生拒动的情况，提高了距离保护装置保护动作开启的精确性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。