專利名稱：一種三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，利用數(shù)據(jù)跨窗時的特征來放大啟動量，以提高故障時動作速度和動作的靈敏度。
背景技術(shù)：
在超高壓線路的微機(jī)保護(hù)中，啟動元件主要起到閉鎖和進(jìn)入故障程序的作用。在系統(tǒng)正常運(yùn)行發(fā)生異常情況時閉鎖保護(hù)，即使測量元件誤動也可保證保護(hù)不誤跳閘，提高了裝置工作的可靠性；同時，在故障時啟動整套保護(hù)，解除出口閉鎖。如果在故障時啟動元件不動作，會導(dǎo)致保護(hù)拒動，引起上一級保護(hù)越級跳閘，將同時違背繼電保護(hù)快速性和選擇性的要求。啟動元件要求能快速、可靠反應(yīng)各種類型的短路故障，而對系統(tǒng)振蕩和頻率偏移等異常運(yùn)行情況則不能誤啟動。目前，國內(nèi)微機(jī)線路保護(hù)裝置普遍采用相電流突變量或相電流差突變量作為啟動元件的啟動量，并提供了高低定值啟動元件相電流低定值啟動元件用以啟動閉鎖式方向保護(hù)的發(fā)信，但其啟動后仍進(jìn)入正常運(yùn)行程序，高定值啟動元件動作則進(jìn)入故障處理程序。鄭德山、楊德強(qiáng)、施心陵在《電工技術(shù)》2003(7)上發(fā)表的《系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)啟動元件的小波包分析》介紹了小波包的基本構(gòu)造原理及電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)存在的問題，進(jìn)行了啟動元件的小波包分析。柳煥章、李曉華、尹項(xiàng)根、陳德樹在《電力系統(tǒng)自動化》2003，27(19)上發(fā)表的《三相同時刻采樣值高靈敏啟動元件》公開了一種微機(jī)型繼電保護(hù)裝置啟動元件的基于三相同時刻的采樣值的啟動算法，這種算法不受系統(tǒng)頻率偏差的影響、在振蕩中發(fā)生故障不需要增加輔助判據(jù)就能靈敏地反映各種故障類型，但受系統(tǒng)振蕩周期的影響，振蕩周期太短可能在系統(tǒng)無故障時誤啟動。該類啟動元件的不足之處在于當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生快速振蕩時可能會誤啟動，如果再增加振蕩閉鎖元件，在振蕩中再發(fā)生故障則可能會拒動，也增加了啟動的復(fù)雜性；同時，反應(yīng)電流突變量的啟動元件在系統(tǒng)發(fā)生緩慢發(fā)展性故障和高阻接地故障時啟動靈敏度不足，因此保護(hù)裝置中還增設(shè)了零序電流啟動元件。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，利用數(shù)據(jù)跨窗時的特征來放大啟動量，以提高故障時動作速度和動作的靈敏度。
為完成上述目的，本發(fā)明采取的總體技術(shù)方案為一種三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，計算機(jī)、采樣電路、繼電器的構(gòu)成電力系統(tǒng)自動化故障判斷和保護(hù)系統(tǒng)，該方法包括以下步驟步驟一、根據(jù)保護(hù)裝置采樣電路得到的各相電流瞬時采樣值求取相間電流的差值；步驟二、計算機(jī)由相間電流值差得到其和正、負(fù)序電流的關(guān)系，計算負(fù)序電流的有效值，并將該有效值存儲于計算機(jī)存儲器中；步驟三、在求取負(fù)序電流有效值時，利用數(shù)據(jù)跨窗的特征，放大負(fù)序電流；步驟四、用正序電流量進(jìn)行制動，防止負(fù)序不平衡電流引起啟動元件誤啟動；步驟五、保護(hù)根據(jù)對靜穩(wěn)是否破壞的判斷，決定采用高、低門檻定值，并用浮動門檻來防止系統(tǒng)振蕩和頻率偏移引起誤啟動。
所述步驟2中的相間電流值差和正、負(fù)序電流的關(guān)系采用下述公式i(t)=[ia(t)-ib(t)]2+[ib(t)-ic(t)]2+[ic(t)-ia(t)]2]]> 其中I1m為正序電流幅值，I2m為負(fù)序電流幅值。
所述步驟2中的得到負(fù)序電流的有效值進(jìn)一步包括以下步驟步驟21、計算機(jī)利用對下述式子微分、取絕對值、再取T/4區(qū)間積分， 得到df(t)＝9I1mI2mcos(2ωt+)d2ωt 2I1I2=I1mI2m=118∫t0t0+T/4|f′(t)|dt=K1]]>步驟22、計算機(jī)對上述結(jié)果取T/2區(qū)間積分，求取直流分量∫t0t0+T/2f(t)dt=94(I1m2+I2m2)T;]]>I12+I22=12(I1m2+I2m2)=29T∫t0t0+T/2f(t)dt=K2]]>步驟23、計算機(jī)求出正、負(fù)電流的有效值I1=12(K2+K1+K2-K1);I2=12(K2+K1-K2-K1)]]>所述步驟3中的放大負(fù)序電流是指一個工頻周期T內(nèi)前T/2時段作為所求函數(shù)的積分區(qū)間，后T/4時段作為所求的導(dǎo)函數(shù)絕對值的積分區(qū)間。
所述步驟4中的正序制動量為當(dāng)前量和一周前量中的較小者。
所述動作量為負(fù)序電流的突變量，動作量(ΔΔI2)＝||當(dāng)前(I2)-半周前(I2)|-|半周前(I2)-一周前(I2)||。
所述步驟5中的低定值門檻定值指系統(tǒng)正常運(yùn)行、沒有靜穩(wěn)破壞時的取值。
所述步驟5中的高定值門檻指保護(hù)判斷出靜穩(wěn)破壞、系統(tǒng)發(fā)生振蕩時的定值，在系統(tǒng)發(fā)生振蕩后，降低起動元件的動作靈敏度，防止振蕩時起動元件的頻繁起動。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明構(gòu)造了相間電流采樣值差的函數(shù)，并通過該函數(shù)對三相間電流采樣差值進(jìn)行處理，得到負(fù)序電流有效值，利用數(shù)據(jù)跨窗的特征來放大啟動量，達(dá)到提高故障時動作速度和動作靈敏度的目的。用浮動門檻、正序電流制動和靜穩(wěn)破壞后提高動作門檻值的方法，來防止系統(tǒng)快速振蕩時的誤啟動現(xiàn)象，有效提高了啟動元件的動作靈敏度和可靠性。本發(fā)明提供的啟動元件不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，不受接地過渡電阻的影響，無論系統(tǒng)振蕩周期的長短，在系統(tǒng)發(fā)生任何類型的故障時均能可靠啟動，且不須另設(shè)輔助啟動元件。


圖1是本發(fā)明主流程圖；圖2是求取負(fù)序電流有效值時的數(shù)據(jù)窗安排示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
請參閱圖1本發(fā)明的主流程圖。帶處理器和存儲器的計算機(jī)、采樣電路、繼電器的構(gòu)成電力系統(tǒng)自動化故障判斷和保護(hù)系統(tǒng)，三相同時刻采樣值啟動保護(hù)的方法如下首先、根據(jù)保護(hù)裝置采樣電路得到的各相電流瞬時采樣值ia、ib、ic，求取相間電流的差值ia-ib、ib-ic、ic-ia。
如果線路電流中存在負(fù)序、零序成分，三相電流的采樣值可以表達(dá)為ia(t)＝I1msin(ωft+α)+I2msin(ωft+β)+I0sin(ωft+χ)ib(t)＝I1msin(ωft+α-120°)+I2msin(ωft+β+120°)+I0msin(ωft+χ)ic(t)＝I1msin(ωft+α+120°)+I2msin(ωft+β-120°)+I0msin(ωft+χ)由此得到 ib(t)-ic(t)=-3I1mcos(ωft+α)+3I2mcos(ωft+β)]]> [ia(t)-ib(t)]2+[ib(t)-ic(t)]2+[ic(t)-ia(t)]2]]>
=92[(I1m2+I2m2)-2I1mI2mcos(2ωft+α+β)]]]> 其中I1m為正序電流幅值，I2m為負(fù)序電流幅值，令I(lǐng)1和I2分別為正、負(fù)序電流有效值，則I1=I1m/2,]]>I2=I2m/2.]]>然后，對上述構(gòu)造的函數(shù)，經(jīng)過一系列推導(dǎo)得到負(fù)序電流的有效值。
設(shè)f(t)為如下的表達(dá)式 為求取兩倍頻交流分量的最大值，將其微分、取絕對值、再取T/4區(qū)間積分df(t)＝9I1mI2mcos(2ωt+)d2ωt 2I1I2=I1mI2m=118∫t0t0+T/4|f′(t)|dt=K1]]>為求取直流分量，將其取T/2區(qū)間取積分∫t0t0+T/2f(t)dt=94(I1m2+I2m2)T;I12+I22=12(I1m2+I2m2)=29T∫t0t0+T/2f(t)dt=K2]]>解出正、負(fù)電流的有效值I1=12(K2+K1+K2-K1);---(2)]]>I2=12(K2+K1-K2-K1)---(3)]]>由于f(t)是周期為T/2的函數(shù)，f(t)的導(dǎo)函數(shù)的絕對值是T/4的周期函數(shù)，對故障前或故障后的穩(wěn)態(tài)量求積分，只與各自的積分區(qū)間的寬度有關(guān)，與積分的時刻無關(guān)。但是在故障中即一個數(shù)據(jù)窗中，一部分是故障前的數(shù)據(jù)，另一部分是故障后的數(shù)據(jù)，此時計算結(jié)果有出入。
請參閱圖2，為了提高靈敏度，適度地放大負(fù)序電流，如圖2所示的方法安排數(shù)據(jù)窗。
在求取I2時，用到的數(shù)據(jù)窗長度為四分之三周波，前半周波用來求取K2，后四分之一周波數(shù)據(jù)用來求取K1。當(dāng)故障時刻位于(k-N/4，k)時，求取K1時用到故障后的數(shù)據(jù)，反映的是故障后的正負(fù)電流的積。K2是用故障前數(shù)據(jù)計算的，反映的是故障前的正負(fù)電流的平方和。正負(fù)電流的平方和一般故障后大于故障前，對故障后而言等效于縮小了K2。正負(fù)電流的積不變，正負(fù)電流的平方和變小，加上正序電流一般不小于負(fù)序電流的條件，這樣就放大了負(fù)序電流，縮小了正序電流。當(dāng)K2縮得過小使得K2＜K1時，令K2＝K1以滿足定義域。
接下來，用正序電流量進(jìn)行制動，來防止負(fù)序不平衡電流引起啟動元件誤啟動。
上述用到的是連續(xù)的電流量，而保護(hù)中采樣到的是離散的采樣值，用離散的采樣值求取K1和K2的方法如下K1=118Σk=-(N/4-1)0|f(tk)-f(tk-1)|]]>K2=29NΣk=-(3N/4-1)-N/2f(tk)]]>得到K1、K2后，分別用式(2)、(3)可以求得I1和I2。
啟動元件的動作方程為ΔΔI2＞k1·min{I1(k-N)，I1(k)}+ΔIZD(4)其中ΔΔI2=||I2(t)-I2(t-N2)|-|I2(t-N2)-I2(t-N)||,]]>k1為正序量制動系數(shù)，ΔIZD為固定門檻。
ΔΔI2的求取中采取浮動門檻的目的是為了削弱頻率偏移和系統(tǒng)振蕩對該啟動元件的影響。正常運(yùn)行時，由于線路換位、三相負(fù)荷不對稱、系統(tǒng)振蕩等因素都會產(chǎn)生負(fù)序分量，但是其相對于正序分量而言，只是占有很少的一部分，因此用正序量作制動能有效防止正常運(yùn)行時負(fù)序量引起啟動元件誤啟動。在動作方程(2)中，正序制動量取當(dāng)前量和一周前量中的較小者，即取min{I1(k-N)，I1(k)}，目的是為了在故障后減小制動量，提高啟動元件的靈敏度。動作量為負(fù)序電流的突變量，動作量(ΔΔI2)＝||當(dāng)前(I2)-半周前(I2)|-|半周前(I2)-一周前(I2)||。
如果連續(xù)3個采樣點(diǎn)，式(2)的動作方程都能滿足，則啟動元件瞬時啟動。
然后，保護(hù)根據(jù)對靜穩(wěn)是否破壞的判斷，來決定采用高、低門檻定值，用浮動門檻來防止系統(tǒng)振蕩和頻率偏移引起誤啟動。
系統(tǒng)振蕩會對測量得到的負(fù)序量I2產(chǎn)生較大的誤差，系統(tǒng)振蕩時容易引起啟動元件頻繁啟動，因此在保護(hù)判斷出靜穩(wěn)破壞后，要求提高制動系數(shù)和動作門檻。
表1系數(shù)k1和固定門檻的選取

在表1中，低定值門檻是系統(tǒng)正常運(yùn)行、沒有靜穩(wěn)破壞時的取值，高定值門檻是保護(hù)判斷出靜穩(wěn)破壞、系統(tǒng)發(fā)生振蕩時的定值。即在系統(tǒng)發(fā)生振蕩后，要求降低啟動元件的動作靈敏度，來防止振蕩時啟動元件的頻繁啟動。并且，正序電流越大，正序電流制動量的系數(shù)也越大。
該啟動元件啟動速度快，在正常運(yùn)行發(fā)生故障時，有很高的啟動靈敏度；系統(tǒng)振蕩時，不會誤啟動，而在振蕩又發(fā)生故障時，能可靠啟動。
最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，計算機(jī)、采樣電路、繼電器的構(gòu)成電力系統(tǒng)自動化故障判斷和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、根據(jù)保護(hù)裝置采樣電路得到的各相電流瞬時采樣值求取相間電流的差值；步驟二、計算機(jī)由相間電流值差得到其和正、負(fù)序電流的關(guān)系，計算負(fù)序電流的有效值，并將該有效值存儲于計算機(jī)存儲器中；步驟三、在求取負(fù)序電流有效值時，利用數(shù)據(jù)跨窗的特征，放大負(fù)序電流；步驟四、用正序電流量進(jìn)行制動，防止負(fù)序不平衡電流引起啟動元件誤啟動；步驟五、保護(hù)根據(jù)對靜穩(wěn)是否破壞的判斷，決定采用高、低門檻定值，并用浮動門檻來防止系統(tǒng)振蕩和頻率偏移引起誤啟動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2中的相間電流值差和正、負(fù)序電流的關(guān)系采用下述公式i(t)=[ia(t)-ib(t)]2+[ib(t)-ic(t)]2+[ic(t)-ia]2]]> 其中I1m為正序電流幅值，I2m為負(fù)序電流幅值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2中的得到負(fù)序電流的有效值進(jìn)一步包括以下步驟步驟21、計算機(jī)利用對下述式子微分、取絕對值、再取T/4區(qū)間積分， 得到df(t)＝9I1mI2mcos(2ωt+)d2ωt 2I1I2=I1mI2m=118∫0t0+T/4|f′(t)|dt=K1]]>步驟22、計算機(jī)對上述結(jié)果取T/2區(qū)間積分，求取直流分量，∫0t0+T/2f(t)dt=94(I1m2+I2m2)T;]]>I12+I22=12(I1m2+I2m2)=29T∫0t0+T/2f(t)dt=K2]]>步驟23、計算機(jī)求出正、負(fù)電流的有效值I1=12(K2+K1+K2-K1);]]>I2=12(K2+K1-K2-K1)]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟3中的放大負(fù)序電流是指一個工頻周期T內(nèi)前T/2時段作為所求函數(shù)的積分區(qū)間，后T/4時段作為所求的導(dǎo)函數(shù)絕對值的積分區(qū)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟4中的正序制動量為當(dāng)前量和一周前量中的較小者。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，其特征在于，所述動作量為負(fù)序電流的突變量，動作量(ΔΔI2)＝||當(dāng)前(I2)-半周前(I2)|-|半周前(I2)-一周前(I2)||。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟5中的低定值門檻定值指系統(tǒng)正常運(yùn)行、沒有靜穩(wěn)破壞時的取值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟5中的高定值門檻指保護(hù)判斷出靜穩(wěn)破壞、系統(tǒng)發(fā)生振蕩時的定值，在系統(tǒng)發(fā)生振蕩后，降低起動元件的動作靈敏度，防止振蕩時起動元件的頻繁起動。
全文摘要
本發(fā)明是一種三相同時刻采樣值啟動保護(hù)方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生快速振蕩時可能會誤啟動，振蕩中再發(fā)生故障可能會拒動以及啟動靈敏度不足等問題。包括采樣電路采取相間電流的值差；由相間電流值差得到其和正、負(fù)序電流的關(guān)系，計算負(fù)序電流的有效值并將該有效值存儲于存儲器中；在求取負(fù)序電流有效值時，利用數(shù)據(jù)跨窗的特征放大負(fù)序電流；用正序電流量進(jìn)行制動，防止負(fù)序不平衡電流引起啟動元件誤啟動；保護(hù)根據(jù)對靜穩(wěn)是否破壞的判斷，決定采用高、低門檻定值，并用浮動門檻來防止系統(tǒng)振蕩和頻率偏移引起誤啟動。本發(fā)明能有效提高啟動元件的動作靈敏度和可靠性，可防止系統(tǒng)快速振蕩時的誤啟動現(xiàn)象，適用于數(shù)字式高壓輸電線路繼電保護(hù)。
文檔編號H02H7/26GK1797887SQ20041010243
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者柳煥章, 李瑞生, 許慶強(qiáng), 馮秋芳, 劉千寬 申請人:許繼集團(tuán)有限公司, 許繼電氣股份有限公司