一种基于波形特征的母线自适应差动保护方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于波形特征的母线自适应差动保护方法及系统，判断母线保护装置的启动元件是否满足启动判据条件；当判断出启动元件满足启动判据条件时，启动差动保护；差动保护包括大差元件保护、小差元件保护以及辅助判据；当辅助判据判断出未存在支路发生互感器饱和时，当小差元件保护动作识别出故障母线时，将非故障母线的一个或多个穿越电流，基于方向特征进行标记，根据标记的方向特征将穿越电流在大差制动电流计算中进行抵消补偿；当大差元件保护动作时，将大差元件保护判断结果和小差元件保护的判断结果进行逻辑与运算，获取出口结果；基于出口结果，切除母联和与小差元件保护动作的母线相联的断路器。件保护动作的母线相联的断路器。件保护动作的母线相联的断路器。

A method and system of bus adaptive differential protection based on waveform characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种基于波形特征的母线自适应差动保护方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统继电保护
，更具体地，涉及一种基于波形特征的母线自适应差动保护方法及系统。

技术介绍

[0002]母线是电力系统中最重要的元件之一。母线保护通常采用差动保护原理。差动保护由于其原理简单，不受系统振荡影响诸多优势得到了最广泛的应用。母线差动保护主要由差动启动元件、大差元件、小差元件、CT饱和检测元件、电压闭锁元件、运行方式识别元件构成。单母线主接线属于固定连接方式的主接线，差动保护主要由大差元件、CT饱和检测元件、电压闭锁元件构成，大差元件既是区内故障判别元件，也是故障母线选择元件。
[0003]母线差动保护根据母线上所有连接元件(母联和分段除外)电流采样值计算出大差电流，构成大差比率差动元件，用以区分母线区内和区外故障。由各段母线上所有连接元件(包括母联和分段)电流采样值计算出各段母线的小差电流值，构成小差比率差动元件，用以选择故障母线。
[0004]图1为母线差动保护启动元件程序逻辑框图。
[0005]以IM为例，
[0006]1.差动启动元件程序逻辑。
[0007]母线差动保护的启动元件由大差动电流越限y1启动(大差动受复合电压h1闭锁)、母线电压突变启动、各支路电流突变启动三个部分组成，它们组成或门逻辑h2。
[0008]启动元件由“和电流突变量”和“差电流越限”两个判据组成。“和电流”是指母线上所有连接支路电流的绝对值之和“差电流”是指所有连接支路电流和的绝对值I
j
为母线上第j个连接支路的电流。启动元件分相动作，分相返回。
[0009]1)和电流突变量判据
[0010]当任一相的和电流突变量大于突变量门槛时，该相启动元件动作。其表达式为：Δi
r
＞ΔI
dset
ꢀꢀꢀ
(1)
[0011]式中：Δi
r
为和电流瞬时值比前一周波的突变量；ΔI
dset
为突变量门槛值。
[0012]2)差电流越限判据
[0013]当任一相的差电流大于差动保护启动电流定值时，该相启动元件动作。
[0014]其表达式为
[0015]I
d
＞I
dset
ꢀꢀꢀ
(2)
[0016]式中：I
d
为分相大差动电流；I
dset
为差动保护启动电流定值。
[0017]图2为母线差动保护启动元件程序逻辑框图
[0018]说明：为了防止有时电压和电流突变不能使启动元件动作，所以将大差动电流越限作为另一个启动元件动作的后备条件，其判据为：
[0019]id>idset，及i段的复合电压iukf和ii段的复合电压iiukf动作，它们组成与门再
与母线电压、电流突变量启动构成或门的逻辑关系，去启动保护系统。
[0020]差动判据的动作方程如下：
[0021]|i1+i2+
…
+i
n
|≥I0ꢀꢀꢀ
(3)
[0022]|i1+i2+
…
+i
n
|≥Kr
·
(|i1|+|i2|+
…
+|i
n
|)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0023]式中i1、i2、
…
、i
n
为支路电流，I0为差动电流门坎值，Kr为制动系数，装置内部比率系数一般为0.3
‑
0.8。
[0024]表1比例系统性能表
[0025][0026]但是，在实际应用中母线差动保护区外故障电流互感器的饱和问题和汲出电流问题，成为影响其安全性和可靠性的主要因素。
[0027]对于双母线接线形式的母线保护，通常配置有大差和小差元件。大差元件用来判别是否在其保护范围内发生故障，而小差元件用来选择故障母线，并进行切除。前者是必要条件，后者是充分条件。为了安全性，在装置实现中常采用将两个条件取与逻辑后出口。
[0028]双母线分列运行且两条母线通过周边电力网络形成电气连接时，当其中一条母线故障且另一条健全母线上存在供电电源。此供电电源向故障点提供的故障电流必然通过与非故障母线相连接的支路流出非故障母线，并通过与故障母线相连接的支路流向故障点，对于常规比率差动算法，这些电流对大差的差动电流没有影响，却增大了制动电流，从而导致大差比率制动判据的灵敏度下降，在严重的情况下可导致由于大差元件拒动引起的整套母差保护拒动。因此，在这种情况下有的厂家处理方式为内部降低大差比率制动系数。对于双母线双分段接线形式也存在类似的问题。在高压和超高压系统中广泛采用的3/2断路器接线甚至接有平行短线路的双母线方式中，母线发生区内故障伴有汲出电流的情况多有发生，此时电流差动式母线保护的灵敏度会下降，严重时可能拒动。
[0029]对于区外故障电流互感器(TA)饱和问题，需要为母线保护设置专门的TA饱和检测元件。根据区外故障TA饱和时，差流与制动电流出现不同步，可采用时差法来鉴别TA饱和，但饱和较严重时，时差的精确测量存在一定困难；可计算差流谐波含量的抗TA饱和方法，易受系统故障电流谐波的干扰而误判TA饱和，使得母线内部故障时差动保护可能被闭锁，甚至导致保护拒动。也可从TA饱和的物理本质出发，提出磁制动的母线保护方案，虽然能较准确地识别饱和，但是需对母线上所联元件的每个TA都要进行计算，运算量太大，且运算时所需要的二次负载电阻R、二次负载电感L以TA的励磁曲线饱和点(拐点)磁链值难以整定。除
此之外，电流差动原理在整定时受母线运行方式的影响较大，使得保护在满足选择性和灵敏度上发生困难。
[0030]因此，需要一种技术，以实现基于波形特征的母线自适应差动保护。

技术实现思路

[0031]本专利技术技术方案提供一种基于波形特征的母线自适应差动保护及系统，以解决如何基于波形特征进行母线自适应差动保护的问题。
[0032]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于波形特征的母线自适应差动保护方法，所述方法包括：
[0033]判断母线保护装置的启动元件是否满足启动判据条件；
[0034]当判断出所述启动元件满足启动判据条件时，启动差动保护；所述差动保护包括大差元件保护、小差元件保护以及辅助判据，大差元件保护与小差元件保护的判据根据向量和与绝对值和的关系式决定；
[0035]当所述辅助判据判断出未存在支路发生互感器饱和时，当所述小差元件保护动作识别出故障母线时，将非故障母线的一个或多个穿越电流，基于方向特征进行标记，根据标记的方向特征将穿越电流在大差制动电流计算中进行抵消补偿；当所述大差元件保护动作时，将大差元件保护判断结果和小差元件保护的判断结果进行逻辑与运算，获取出口结果；基于所述出口结果，切除母联和与小差元件保护动作的母线相联的断路器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于波形特征的母线自适应差动保护方法，所述方法包括：判断母线保护装置的启动元件是否满足启动判据条件；当判断出所述启动元件满足启动判据条件时，启动差动保护；所述差动保护包括大差元件保护、小差元件保护以及辅助判据，大差元件保护与小差元件保护的判据根据向量和与绝对值和的关系式决定；当所述辅助判据判断出未存在支路发生互感器饱和时，当所述小差元件保护动作识别出故障母线时，将非故障母线的一个或多个穿越电流，基于方向特征进行标记，根据标记的方向特征将穿越电流在大差制动电流计算中进行抵消补偿；当所述大差元件保护动作时，将大差元件保护判断结果和小差元件保护的判断结果进行逻辑与运算，获取出口结果；基于所述出口结果，切除母联和与小差元件保护动作的母线相联的断路器。2.根据权利要求1所述的方法，当所述小差元件保护不动作时，将非故障母线的一个或数个穿越电流在大差动元件制动电流计算中进行信号调整，基于常规母线保护的动作判据和动作逻辑进行判断，并给出出口结果；当所述大差元件保护不动作时，将大差元件保护的判断结果和小差元件保护的判断结果进行逻辑与运算，获取出口结果；当所述出口结果为不动作时，则认为是区外故障，母线保护延时后返回。3.根据权利要求1所述的方法，当所述辅助判据判断出存在支路发生互感器饱和时，当发生区内故障时，小差元件保护各支路采样点电流的幅值方向相同，进行相应的饱和电流的幅值恢复；当发生区外故障时，小差元件保护的区外故障支路的采样点方向与其他支路的采样点方向相反，进行相应的饱和电流的幅值恢复。4.根据权利要求1所述的方法，当发生区内故障时，通过判断采样点电流的方向特征，将判断出非饱和互感器的流入电流减去流出电流得到非饱和互感器的合电流，结合非饱和互感器的合电流、互感器负载与饱和特性曲线关系、饱和支路的初始采样点共同拟合出不受互感器饱和影响的支路电流，替代饱和支路电流。5.根据权利要求1所述的方法，通过穿越电流的补偿和动作电流的幅值恢复，代入常规母线保护的动作判据和动作逻辑进行判断出口，使得保护装置在区内故障时的灵敏度不受汲出电流和互感器饱和的影响，快速动作出口。6.根据权利要求1所述的方法，当发生区外故障时，通过判断采样点方向的特征，非饱和互感器的流入电流减去流出电流得到非饱和互感器的合电流，结合非饱和互感器的合电流、互感器负载与饱和特性曲线关系、饱和支路的初始采样点共同拟合出不受互感器饱和影响的支路电流，替代饱和支路电流，7.根据权利要求1所述的方法，通过穿越电流的补偿和动作电流的幅值恢复，代入常规母线保护的动作判据和动作逻辑进行判断出口，使得母线保护装置在区外故障时的灵敏度不受汲出电流和饱和的影响，能快速和可靠的闭锁母线保护。8.一种基于波形特征的母线自适应差动保护系统，所述系统包括：判断单元，用于判断母线保护装置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，王惠平，夏烨，张逸帆，刘宇，刘丹，张晓莉，杨国生，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：