基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，首先建立一次设备的数学模型；然后设定两个定值：阈值Ybset和时间定值tset；接着计算一次设备每一相的平衡点差导纳Yb；对一次设备每一相进行判断，如果某一相满足Yb＞Ybset的时间大于等于tset则判定该相故障；如果一次设备任意一相故障则判定该一次设备发生故障。本发明专利技术实现了电力系统一次设备的主保护，提高了保护的灵敏度，并对一次设备区内任意点任何故障具有相同的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统继电保护领域，尤其是一种电力系统一次设备的差动保护方法。
技术介绍
电力系统中各种一次设备都是价格高昂的贵重设备。当这些一次设备发生短路故障时，巨大短路电流产生的热效应和电动力将对它们造成巨大的破坏。为了减少各种故障对一次设备的破坏，各种一次设备都配置了能够反映该设备内部故障的主保护，目前各种一次设备配置的主保护主要是电流差动保护。电流差动保护是基于基尔霍夫电流定律构成的一种保护。基尔霍夫电流定律指出，任何时刻，流进电路上任何一个节点的所有支路的电流和为0。但是目前大部分一次设备基本上都是取流进其等效电路上某一个节点的部分支路的电流和来作为电流差动保护的差电流(例如主变差动保护计算差电流时没有计及励磁支路，线路差动保护计算差电流时没有计及分布电容支路)。这使得在一次设备正常运行时，电流差动保护的差电流就有一定的数值，其值等于未计及的部分支路的电流和。为了躲过这个数值，电流差动保护的整定值必须适当抬高，这在一定程度上降低了电流差动保护的灵敏度。另外，在一次设备不同短路点发生不同类型故障时，电流差动保护的差电流数值相差较大，导致电流差动保护对不同短路点发生不同类型故障时的灵敏度差异较大。
技术实现思路
本专利技术的目的：为了保护电力系统一次设备，本专利技术提供一种基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法。本专利技术的技术方案：本专利技术所述的一种基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，该方法包括以下步骤：(1)一次设备包括A相、B相和C相，建立一次设备A相、B相和C相的数学模型；(2)设定阈值Ybset和时间定值tset；(3)对于一次设备的A相，B相和C相，计算每一相的平衡点差导纳Yb；(4)对于一次设备的A相，B相和C相，如果某一相的平衡点差导纳持续满足Yb＞Ybset的时间大于等于tset，则判定该相故障；(5)对于一次设备的A相，B相和C相，如果其中任意一相故障，则判定该一次设备发生故障。本专利技术的有益效果：本专利技术通过建立一次设备的数学模型，并设定阈值Ybset和时间定值tset，通过计算平衡点差导纳Yb，并与Ybset相比较，判断一次设备是否故障。一次设备正常运行或者发生区外故障时，所有四端网络计算出来的平衡点电压相等，所有四端网络计算出来的平衡点电流之和为0，此时的平衡点差导纳为0，这使得保护的整定值可以适当降低，保护的灵敏度得到了一定的提高；并且一次设备无论区内发生任何故障，平衡点端口往各个设备端口看进去的等效导纳都是一样的，保护计算出来的平衡点差导纳是一个固定值，保护对一次设备区内任何故障具有相同的灵敏度。附图说明图1：发电机单相的数学模型。具体实施方式下面以发电机这种一次设备为例对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，不能以此来限制本专利技术的保护范围。该方法包括以下步骤：1、建立发电机的数学模型：(1a)发电机的数学模型指的是单相的数学模型，对于A相，B相和C相都适用；(1b)定义设备端口。图1中X11-X12和X21-X22为发电机的设备端口，其中X11-X12为发电机机端的保护安装处，X21-X22为发电机中性点的保护安装处。设备端口X11-X12处的电压和电流即为机端电压和机端电流。设备端口X21-X22处的电压和电流即为中性点电压和中性点电流；(1c)定义平衡点。图1中B点为发电机单相绕组上的任意一点，称为发电机的平衡点，B-G为发电机的平衡点端口；(1d)定义平衡点端口为发电机的平衡点与地构成的端口。图1中Z1为平衡点到发电机机端保护安装处的等效阻抗，Z2为平衡点到发电机中性点保护安装处的等效阻抗。(1e)定义各个设备端口与平衡点端口之间的四端网络。图1中NET1为X11-X12到B-G的四端网络，NET2为X21-X22到B-G的四端网络；(1f)发电机的数学模型为一个等效电路，其设备端口与平衡点端口之间的四端网络中，除了共用一个平衡点端口之外，各个四端网络之间没有任何连线。2、设定阈值Ybset和时间定值tset；3、对于发电机的A相，B相和C相，分别执行步骤(3a)-(3h)，计算每一相的平衡点差导纳Yb：(3a)对设备端口X11-X12和X21-X22处的电压和电流进行采样，作为采样数据，
每个周波采样n点；(3b)对所述采样数据开辟缓冲区进行存储，每个模拟量存储2n+1点；(3c)对于每个模拟量，用当前点减去两个周波前对应点的数据得到故障分量的采样值；(3d)对所述采样值开辟缓冲区进行存储，每个模拟量存储n点；(3e)对所述采样值进行傅里叶变换，得到设备端口X11-X12处电压的故障分量电流的故障分量设备端口X21-X22处电压的故障分量和电流的故障分量(3f)根据所述电压的故障分量电流的故障分量依据基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律和欧姆定律计算两个四端网络的平衡点电压和平衡点电流，平衡点端口处的电压称为平衡点电压，平衡点端口处的电流称为平衡点电流：(i)四端网络NET1的平衡点电压(ii)四端网络NET1的平衡点电流(iii)四端网络NET2的平衡点电压(iv)四端网络NET2的平衡点电流(3g)计算两个四端网络的平衡点导纳；(i)四端网络NET1的平衡点导纳(ii)四端网络NET2的平衡点导纳(3h)计算发电机的平衡点差导纳Yb＝|Yb1+Yb2|。4、对于发电机的A相，B相和C相，如果某一相满足Yb＞Ybset的时间大于等于时间定值tset，则判定该相故障；5、对于发电机的A相，B相和C相，如果其中任意一相故障则判定该发电机发生故障。该方法同样适用于线路、电动机、变压器、母线、电抗器、电容器等其他一次设备，只是在定义设备端口、平衡点以及四端口网络时略有不同。(1)定义一次设备的设备端口：(i)线路的设备端口指的是线路的首端和末端的保护安装处。(ii)发电机的设备端口指的是被保护绕组的首端和末端的保护安装处。(iii)电动机的设备端口指的是被保护绕组的首端和末端的保护安装处。(iv)变压器的设备端口指的是变压器各侧的保护安装处。(v)母线的设备端口指的是母线各个支路的保护安装处。(vi)电抗器的设备端口指的是电抗器首端和末端的保护安装处。(vii)电容器的设备端口指的是电容器首端和末端的保护安装处。(2)定义一次设备的平衡点：(i)线路的平衡点定义为线路上的任何一点。(ii)发电机的平衡点定义为被保护绕组上的任何一点。(iii)电动机的平衡点定义为被保护绕组上的任何一点。(iv)变压器的平衡点定义为等效电路上励磁支路与各个漏阻抗支路的交叉点。(v)母线的平衡点定义为母线本身。(vi)电抗器的平衡点定义为被保护绕组上的任何一点。(vii)电容器的平衡点定义为电容器上的任何一点。(3)定义一次设备各个设备端口与平衡点端口之间的四端网络：(i)线路各个设备端口与平衡点端口之间的四端网络为各个设备端口到平衡点端口之间的一段线路的π型等效电路。(ii)发电机各个设备端口与平衡点端口之间的四端网络为各个设备端口到平衡点端口之间的一段绕组的等效阻抗。(iii)电动机各个设备端口与平衡点端口之间的四端网络为各个设备端口到平衡点端口之间的一段绕组的等效阻抗。(iv)变压器各个设备端口与平衡点端口之间的四端网络为各个设备端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)一次设备包括A相、B相和C相，建立一次设备A相、B相和C相的数学模型；(2)设定阈值Ybset和时间定值tset；(3)对于一次设备的A相，B相和C相，计算每一相的平衡点差导纳Yb；(4)对于一次设备的A相，B相和C相，如果某一相的平衡点差导纳持续满足Yb＞Ybset的时间大于等于tset，则判定该相故障；(5)对于一次设备的A相，B相和C相，如果其中任意一相故障，则判定该一次设备发生故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)一次设备包括A相、B相和C相，建立一次设备A相、B相和C相的数学模型；(2)设定阈值Ybset和时间定值tset；(3)对于一次设备的A相，B相和C相，计算每一相的平衡点差导纳Yb；(4)对于一次设备的A相，B相和C相，如果某一相的平衡点差导纳持续满足Yb＞Ybset的时间大于等于tset，则判定该相故障；(5)对于一次设备的A相，B相和C相，如果其中任意一相故障，则判定该一次设备发生故障。2.根据权利要求1所述的基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，其特征在于，步骤(1)包括：(1a)建立一次设备单相的数学模型，对于A相，B相和C相都适用；(1b)定义一次设备的设备端口；(1c)定义一次设备的平衡点；(1d)定义一次设备的平衡点端口为一次设备的平衡点与地构成的端口；(1e)定义一次设备各个设备端口与平衡点端口之间的四端网络。3.根据权利要求2所述的基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，其特征在于，所述数学模型为一个等效电路；所述等效电路中，除了共用一个平衡点端口之外，各个四端网络之间没有任何连线。4.根据权利要求2或3所述的基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，其特征在于，所述计算平衡点差导纳的步骤如下：(3a)假设一次设备单相的设备端口总数为N；(3b)对每个设备端口处的电压和电流进行采样，作为采样数据，每个周波采样n点；(3c)对所述采样数据开辟缓冲区进行存储，每个模拟量存储2n+1点；(3d)对于每个模拟量，用当前点减去两个周波前对应点的数据得到故障分量的采样值；(3e)对所述采样值开辟缓冲区进行存储，每个模拟量存储n点；(3f)对所述采样值进行傅里叶变换,得到设备端口处电压的故障分量和电流的故障分量(3g)根据所述电压的故障分量、电流的故障分量，依据基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律和欧姆定律计算各个四端网络的平衡点电压和平衡点电流(3h)计算所述平衡点电流与所述平衡点电压的比值，即作为各个四端网络的平衡点导纳Ybi,(i＝1,2,…,N)；(3i)计算各个平衡点导纳的和的绝对值，即Yb＝|Yb1+Yb2+,…,+YbN|，作为一次设备的平衡点差导纳Yb。5.根据权利要求1或2或3所述的基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，其特征在于，所述一次设备为电力系统中的线路、发电机、电动机、变压器、母线、电抗器或电容器。6.根据权利要求2或3所述的基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法，其特征在于，所述设备端口包括：(i)线路的设备端口为线路的首端和末端的保护安装处；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑作伟，郝后堂，揭萍，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32