和應湧流下電流互感器飽和的預測和檢測方法

2023-04-24 16:05:06

和應湧流下電流互感器飽和的預測和檢測方法
【專利摘要】提供了一種電流互感器飽和預測方法，包括：檢測變壓器的高壓側電流互感器輸出的第一電流，並檢測變壓器的低壓側電流互感器輸出的第二電流；計算所述第一電流的第一基波矢量、第一DC分量和第一總有效值，並計算所述第二電流的第二基波矢量、第二DC分量和第二總有效值；以及根據所述第一基波矢量、所述第一DC分量、所述第一總有效值、所述第二基波有效值、所述第二DC分量和所述第二總有效值，產生電流互感器飽和預測信號。所述方法可以在由於電流互感器飽和引起變壓器差動保護之前有效地預測到電流互感器飽和或者檢測到電流互感器飽和，從而可以有效地避免變壓器差動保護誤動。
【專利說明】和應湧流下電流互感器飽和的預測和檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發電廠及變電站自動化系統的繼電保護，並且更具體地涉及一種和應湧流下電流互感器(CT)飽和的預測和檢測方法。
【背景技術】
[0002]在電力系統中往往存在幾個並聯或串聯連接的變壓器。如果其中至少一個變壓器投入運行，則有時可能會在這些變壓器之間產生和應湧流。
[0003]通常，在變壓器高壓側和低壓側分別安裝高壓側電流互感器和低壓側電流互感器，通過這兩個電流互感器實現變壓器差動保護。長時間的和應湧流可能造成用於變壓器差動保護的高壓側或低壓側電流互感器飽和，並且進而導致差動保護誤動。
[0004]在一側電流互感器飽和之後，其電感將降低，這將造成該電流互感器的阻抗角降低並且也造成該電流互感器輸出的電流幅度降低。在此情況下，飽和電流互感器的電流將超前於未飽和電流互感器(即正常的另一側電流互感器)的電流，飽和電流互感器的輸出電流與未飽和電流互感器的輸出電流之間的矢量差被稱為差動電流。隨著電流互感器飽和深度增加，飽和電流互感器的輸出電流與未飽和電流互感器的輸出電流之間的角度差將變得更大，即，所述差動電流的角度將變得更大，並且所述差動電流中的DC分量也將變得更大。最終，當一側電流互感器深度飽和而另一側電流互感器正常工作時，所述差動電流將大得足以觸發變壓器差動保護，從而造成差動保護誤動。
[0005]目前在一些變電站自動化系統產品中，例如，施耐德公司的Micom P40平臺的產品，沒有採取任何方法來防止差動保護誤動。而且，使用者也經常會抱怨出現這種差動保護誤動的問題。
[0006]因此，需要一種能夠檢測這種電流互感器飽和並且防止差動保護誤動的方式。

【發明內容】

[0007]考慮到上述問題而提出了本發明。本發明提供了一種電流互感器飽和預測方法，其通過檢測和應湧流情況下變壓器高壓側和低壓側分別設置的電流互感器輸出的高壓側電流和低壓側電流，並根據其變化特性進行電流互感器飽和預測，可以在由於電流互感器飽和引起變壓器差動保護之前有效地預測到電流互感器即將飽和或者檢測到電流互感器飽和，從而可以有效地避免變壓器差動保護誤動。
[0008]根據本發明一方面，提供了一種電流互感器飽和預測方法，在變壓器的高壓側連接第一電流互感器，在變壓器的低壓側連接第二電流互感器，所述第一電流互感器和所述第二電流互感器用於變壓器差動保護，所述電流互感器飽和預測方法包括:檢測所述第一電流互感器輸出的第一電流，並檢測所述第二電流互感器輸出的第二電流；計算所述第一電流的第一基波矢量、第一 DC分量和第一總有效值，並計算所述第二電流的第二基波矢量、第二 DC分量和第二總有效值；以及根據所述第一基波矢量、所述第一 DC分量、所述第一總有效值、所述第二基波有效值、所述第二 DC分量和所述第二總有效值，產生電流互感器飽和預測信號。
[0009]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中相位超前的一個為超前電流矢量，而另一個為滯後電流矢量，並且所述產生電流互感器飽和預測信號包括:在所述第一電流和所述第二電流滿足基本飽和判定條件、並且滿足至少一個附加飽和判定條件時，產生電流互感器飽和預測信號，所述基本飽和判定條件包括以下至少一項:所述第一DC分量與所述第一總有效值的比率大於DC比率閾值、且作為所述超前電流矢量和所述滯後電流矢量的角度差的電流矢量角度差在預定角度差範圍之內；以及所述第二 DC分量與所述第二總有效值的比率大於所述DC比率閾值、且所述電流矢量角度差在所述預定角度差範圍之內。
[0010]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述附加飽和判定條件包括以下至少一項:所述超前電流矢量的有效值隨著飽和的加深越來越小；所述電流矢量角度差隨著飽和的加深越來越大；作為所述第一電流與所述第二電流之差的差動電流的直流分量隨著飽和的加深越來越大；所述第一電流和所述第二電流的同時刻相關係數大於第一預定閾值；以及所述第一電流和所述第二電流的周期相關係數大於第二預定閾值。
[0011]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述超前電流矢量的有效值隨著飽和的加深越來越小包括以下至少一項:第二時刻的所述超前電流矢量的有效值小於第一時刻的所述超前電流矢量的有效值的第一預定倍數；以及
[0012]第一時刻的所述超前電流矢量的有效值與所述第二時刻的所述超前電流矢量的有效值之差與所述第一時刻的所述超前電流矢量的有效值之比大於第一預定比率，其中，所述第一時刻在所述第二時刻之前。
[0013]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述電流矢量角度差隨著飽和的加深越來越大包括以下至少一項:第四時刻的所述電流矢量角度差大於第三時刻的所述電流矢量角度差的第二預定倍數；以及第四時刻的所述電流矢量角度差與所述第三時刻的所述電流矢量角度差之差與所述第三時刻的所述電流矢量角度差之比大於第二預定比率，其中，所述第三時刻在所述第四時刻之前。
[0014]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述差動電流的直流分量隨著飽和的加深越來越大包括以下至少一項:第六時刻的所述差動電流的直流分量大於第五時刻的所述差動電流的直流分量的第三預定倍數；以及第六時刻的所述差動電流的直流分量與所述第五時刻的所述差動電流的直流分量之差與所述第五時刻的所述差動電流的直流分量之比大於第三預定比率，其中，所述第五時刻在所述第六時刻之前。
[0015]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述基本飽和判定條件還可以包括:所述超前電流矢量的有效值大於第一有效值閾值。
[0016]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述附加飽和判定條件還包括以下至少一個:所述超前電流矢量的有效值小於所述滯後電流矢量的有效值的第四預定倍數；以及作為所述第一電流與所述第二電流之差的差動電流的直流分量與所述差動電流的總有效值之比大於第四預定比率。
[0017]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述電流互感器飽和預測信號標識與超前電流矢量對應的電流互感器，其中，所述超前電流矢量為所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中超前的一個。[0018]所述電流互感器飽和預測方法還包括:在作為所述第一電流與所述第二電流之差的差動電流的有效值大於差動電流有效值閾值時，產生電流互感器飽和檢測信號，其中，所述電流互感器飽和檢測信號標識與超前電流矢量對應的電流互感器，其中，所述超前電流矢量為所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中超前的一個。
[0019]在所述電流互感器飽和預測方法中，所述變壓器為三相變壓器，每相分別包括與該相對應的所述第一電流互感器和所述第二電流互感器。
[0020]根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法，通過根據和應湧流情況下變壓器高壓側和低壓側分別設置的電流互感器輸出的高壓側電流和低壓側電流的變化特性進行電流互感器飽和預測與檢測，可以有效地預測到電流互感器飽和的情況，從而避免出現由於電流互感器的飽和而觸發變壓器差動保護，相應地避免了變壓器差動保護誤動的出現，提高了電力系統工作的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]通過結合附圖對本發明的實施例進行詳細描述，本發明的上述和其它目的、特徵、優點將會變得更加清楚，其中:
[0022]圖1是根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法的流程圖；
[0023]圖2是示意性地圖示根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法的示例實現方式的圖；
[0024]圖3是示意性地圖示根據本發明實施例的基本飽和判定條件的實現方式的圖；
[0025]圖4是示意性地圖示根據本發明實施例的附加飽和判定條件I的示例實現方式的圖；
[0026]圖5是示意性地圖示根據本發明實施例的附加飽和判定條件2的示例實現方式的圖；
[0027]圖6是示意性地圖示根據本發明實施例的附加飽和判定條件3的示例實現方式的圖；
[0028]圖7是示意性地圖示根據本發明實施例的附加飽和判定條件4的示例實現方式的圖；
[0029]圖8是示意性地圖示根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法的示例實現方式的圖；
[0030]圖9A是示意性地圖示單相系統在正常工作狀態下在變壓器高壓側和低壓側分別連接的高壓側電流互感器和低壓側電流互感器的示意圖；
[0031]圖9B是示意性地圖示單相系統在變壓器故障狀態下在變壓器高壓側和低壓側分別連接的高壓側電流互感器和低壓側電流互感器的示意圖；以及
[0032]圖10是示意性地圖示三相系統在變壓器高壓側和低壓側分別連接的高壓側電流互感器和低壓側電流互感器的示意圖。
【具體實施方式】
[0033]首先，將參考圖9A和9B來簡要介紹變壓器差動保護。如圖9A所示，在變壓器高壓側和低壓側分別連接高壓側電流互感器(下文中被稱為第一電流互感器)和低壓側電流互感器(下文中稱為第二電流互感器)，利用所述高壓側電流互感器和所述低壓側電流互感器來進行變壓器差動保護。具體地，檢測所述高壓側電流互感器的輸出電流和所述低壓側電流互感器的輸出電流，並且在這兩個輸出電流之間的差動電流幅值超過一定值時，將觸發變壓器差動保護，如圖9B所示。然而，如【背景技術】部分所描述的，在電力系統中出現和應湧流的情況下，長時間的和應湧流可能造成高壓側電流互感器或低壓側電流互感器飽和，隨著飽和不斷加深，所述高壓側電流互感器的輸出電流和所述低壓側電流互感器的輸出電流之間的差動電流的幅度和角度都不斷增加，並且當差動電流超過一定程度時，將觸發變壓器差動保護。在這種情況下，並非由於變壓器本身故障而是由於作為檢測傳感器的電流互感器的飽和而觸發的差動保護，這樣的變壓器差動保護屬於變壓器差動保護誤動，應該被識別出來並且應該被避免。
[0034]基於此，發明人提出了一種能夠基於所檢測的所述高壓側電流互感器的輸出電流和所述低壓側電流互感器的輸出電流來有效地預測變壓器兩側的電流互感器是否可能出現飽和的方法。
[0035]將參考圖1來描述根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法100。如上所述，在變壓器的高壓側連接第一電流互感器，在變壓器的低壓側連接第二電流互感器，所述第一電流互感器和所述第二電流互感器用於提供變壓器差動保護電流。
[0036]根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法100在步驟SlOl開始。
[0037]在步驟S110，檢測所述第一電流互感器輸出的第一電流il，並檢測所述第二電流互感器輸出的第二電流i2。
[0038]在步驟S120，計算所述第一電流的第一基波矢量11、第一 DC分量Ildc和第一總有效值I lrms，並計算所述第二電流的第二基波矢量12、第二 DC分量I2dc和第二總有效值I2rmSo應了解，這裡術語「總有效值」表示按照所檢測的瞬時電流值計算的總有效值，其包括了所檢測的電流的基波分量、DC分量、以及所有諧波分量。。
[0039]在步驟S130，根據所述第一基波矢量I1、所述第一 DC分量Ildc、所述第一總有效值I lrms、所述第二基波有效值12、所述第二 DC分量I2dc和所述第二總有效值I2rms，產生電流互感器飽和預測信號。
[0040]最後，根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法100在步驟S199結束。
[0041]鑑於上述步驟SllO和S120的實現方式是本領域公知的，因此在此不再進行贅述。
[0042]下面將進一步結合附圖來闡述根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法100中的步驟S130的具體實現方式。
[0043]如前所述，在所述高壓側電流互感器或所述低壓側電流互感器由於和應湧流的存在而發生飽和時，發生飽和的那個電流互感器被稱為飽和電流互感器，而另一個電流互感器則被稱為正常電流互感器。
[0044]在理想情況下，所述高壓側電流互感器輸出的第一電流應當與所述低壓側電流互感器輸出的第二電流相位一致，並且歸一化後的第一電流的幅度也應當與歸一化後的第二電流的幅度一致。然而，在實際應用中，由於電力系統中的各種因素，可能導致相位和/或幅度的不一致，在這種不一致超過一定程度時通過觸發變壓器差動保護來進行電力系統的保護。
[0045]在具體描述步驟S130之前，首先介紹在變壓器差動保護中存在的幾種現象或準則。應注意，在下面的描述中，所述高壓側電流互感器輸出的第一電流和所述低壓側電流互感器輸出的第二電流都已經經過歸一化變換，從而可以直接將第一電流和第二電流的幅度直接進行比較。
[0046]1.基本要求
[0047]在電力系統中出現和應湧流的情況下，在變壓器的高壓側和低壓側至少一側中出現和應湧流，在出現和應湧流那一側的電流互感器的輸出電流中相應地存在DC分量，並且該DC分量在該側電流互感器的輸出電流中的比重應超過預定比重。
[0048]在出現和應湧流那一側的電流互感器飽和時其輸出電流的電流矢量超前於另一側的電流互感器的輸出電流的電流矢量，並且該超前的角度應在預定角度差範圍之內。所述預定角度差範圍保證了所述電流互感器已經出現了一定程度的飽和並且也保證了所述電流互感器仍未完全或深度飽和。
[0049]2.幅度準則
[0050]對於高壓側電流互感器和低壓側電流互感器之一飽和的情況，其中飽和電流互感器的輸出電流的基波有效值小於正常電流互感器的輸出電流的基波有效值，並且隨著飽和電流互感器飽和程度的加深，飽和電流互感器的輸出電流的基波有效值不斷減小，嚴重飽和電流互感器的輸出電流的基波有效值將低於輕度飽和電流互感器的輸出電流的基波有效值。
[0051]3.角度準則
[0052]對於高壓側電流互感器和低壓側電流互感器而言，其中飽和電流互感器輸出的電流的基波角度超前於正常電流互感器輸出的電流的基波角度，將飽和電流互感器輸出的電流的基波矢量與正常電流互感器輸出的電流的基波矢量之差作為差動電流，並且隨著飽和電流互感器飽和程度的加深，所述差動電流的差動角度不斷增加，即，飽和電流互感器的飽和程度越深，所述差動電流的差動角度越大。
[0053]4.DC分量準則
[0054]當高壓側電流互感器或低壓側電流互感器正在進入飽和時，將逐漸開始在所述差動電流中出現DC分量，並且隨著飽和電流互感器飽和程度的加深，所述差動電流中出現的DC分量也逐漸增加，然而，所述差動電流中的DC分量與所述差動電流的總有效值的比率隨著飽和電流互感器飽和程度的加深變化卻很小。
[0055]5.偏差準則
[0056]在高壓側電流互感器和低壓側電流互感器都沒有飽和的情況下，高壓側電流互感器輸出的第一電流和低壓側電流互感器輸出的第二電流之間的差動電流很小，並且第一電流和第二電流的相關性很強。
[0057]然而，在任一電流互感器飽和的情況下，第一電流和第二電流之間的差動電流變大，並且第一電流和第二電流的相關性變差。
[0058]基於上述基本要求和各種其它準則來進行電流互感器飽和預測。應了解，上述基本要求是電流互感器飽和的基本必要條件，除此之外，可以再根據上述至少一項準則來避免飽和預測錯誤，從而進一步保證飽和預測的準確性。
[0059]具體地，在根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法中，在步驟S120或S130中，檢測所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中相位超前的那個基波矢量並將其作為超前電流矢量，而將另一個作為滯後電流矢量。超前電流矢量實際上對應於可能出現飽和的電流互感器輸出的電流，而滯後電流矢量實際上對應於正常電流互感器輸出的電流。
[0060]然後，在步驟S130中，在所述第一電流和所述第二電流滿足基本飽和判定條件、並且滿足至少一個附加飽和判定條件時，產生電流互感器飽和預測信號。圖2也示出了步驟S130的示例實現方式，其中的電流互感器飽和預測警報模塊在接收到高電平的輸入信號時產生電流互感器飽和預測警報信號或電流互感器飽和預測信號，電流互感器飽和閉鎖信號用於閉鎖差動保護。
[0061]如前所述，按照所述基本要求來設定所述基本飽和判定條件，因此所述基本飽和條件可以包括以下至少一項:所述第一 DC分量與所述第一總有效值的比率大於DC比率閾值、且作為所述超前電流矢量和所述滯後電流矢量的角度差的電流矢量角度差在預定角度差範圍之內；以及所述第二DC分量與所述第二總有效值的比率大於所述DC比率閾值、且所述電流矢量角度差在所述預定角度差範圍之內。
[0062]在一個示例中，在高壓側電流互感器飽和而低壓側電流互感器正常的情況下，第
一DC分量Ildc與第一總有效值Ilrms的比率應大於預定DC比率閾值Kdc，並且所述第一基波矢量(即，所述超前電流矢量)和所述第二基波矢量(即，所述滯後電流矢量)的角度差的電流矢量角度差應在預定角度差範圍之內。
[0063]在另一示例中，在高壓側電流互感器正常而低壓側電流互感器飽和的情況下，第
二DC分量I2dc與第二總有效值I2rms的比率應大於預定DC比率閾值Kdc，並且所述第二基波矢量(即，所述超前電流矢量)和所述第一基波矢量(即，所述滯後電流矢量)的角度差的電流矢量角度差應在預定角度差範圍之內。
[0064]此外，為了使得所述基本飽和判定條件更為嚴格，即相應地使得電流互感器飽和預測更為準確，可以在所述基本飽和判定條件中併入其它基本的條件。
[0065]例如，所述基本飽和判定條件可以包括以下至少一項:第一基波矢量Il
[0066]的幅度大於預定幅度閾值，所述第一 DC分量與所述第一總有效值的比率大於DC比率閾值，並且作為所述超前電流矢量和所述滯後電流矢量的角度差的電流矢量角度差在預定角度差範圍之內；以及所述第二基波矢量12的幅度大於預定幅度閾值，所述第二DC分量與所述第二總有效值的比率大於所述DC比率閾值，並且所述電流矢量角度差在所述預定角度差範圍之內。
[0067]在此情況下，在一個示例中，在高壓側電流互感器飽和而低壓側電流互感器正常的情況下，第一基波矢量Il的幅度Illl應大於預定幅度閾值K0，第一 DC分量Ildc與第一總有效值Ilrms的比率應大於預定DC比率閾值Kdc，並且所述第一基波矢量(B卩，所述超前電流矢量)和所述第二基波矢量(即，所述滯後電流矢量)的角度差的電流矢量角度差應在預定角度差範圍之內。
[0068]在另一示例中，在高壓側電流互感器正常而低壓側電流互感器飽和的情況下，第二基波矢量12的幅度112 I大於預定幅度閾值K0，第二 DC分量I2dc與第二總有效值I2rms的比率應大於預定DC比率閾值Kdc，並且所述第二基波矢量(B卩，所述超前電流矢量)和所述第一基波矢量(即，所述滯後電流矢量)的角度差的電流矢量角度差應在預定角度差範圍之內。
[0069]如圖3所示，示出了該基本飽和判定條件的判定情況，其中虛線部分表示可選項，實線部分表示必選項，並且其中「&」表示「與」關係，「+」表示「或」關係。
[0070]在圖3中，I Il I表示第一基波矢量Il的幅度，112 I表示第二基波矢量12的幅度，Ildc表不第一 DC分量，Ilrms表不第一總有效值，I2dc表不第二 DC分量，I2rms表不第二總有效值，Ilead表示超前電流矢量，I lag表示滯後電流矢量，例如在第一基波矢量Il超前第二基波矢量12的情況下，Ilead=Il且Ilag=I2，反之，在第二基波矢量12超前第一基波矢量Il的情況下，Ilead=I2且Ilag=Il, KO表示所述預定幅度閾值，Kdc表示所述預定DC比率閾值，Ka表示所述預定角度差範圍的下限，Kb表示所述預定角度差範圍的上限。
[0071]作為示例，可以例如具有以下取值:KO=0.1，Kdc=0.1，Ka=0.2，Kb=L O。顯然，本發明範圍當然不限於此，可以根據實際應用情況設定其它的取值。
[0072]可以根據上述各種準則來設計附加飽和判定條件，因此所述附加飽和判定條件包括以下至少一項:所述超前電流矢量的有效值隨著飽和的加深越來越小(幅度準則)；所述電流矢量角度差隨著飽和的加深越來越大(角度差準則);
[0073]作為所述第一電流與所述第二電流之差的差動電流的直流分量隨著飽和的加深越來越大(DC分量準則)；第一電流和第二電流的同時刻相關係數大於第一預定閾值(偏差準則)；以及所述第一電流和第二電流的周期相關係數大於第二預定閾值(偏差準則)。
[0074]下面將對上述附加飽和判定條件逐一介紹。
[0075]關於幅度準則，如前面所描述的，隨著飽和電流互感器飽和程度的加深，飽和電流互感器的輸出電流的基波有效值不斷減小，嚴重飽和電流互感器的輸出電流的基波有效值將低於輕度飽和電流互感器的輸出電流的基波有效值，並且所述基波有效值減小的速率大於預定速率。
[0076]在一個示例中，在高壓側電流互感器飽和的情況下，在其飽和程度隨時間流逝而加深時，該高壓側電流互感器輸出的第一電流的第一基波矢量Ii的幅度I Ii I (即基波有效值)隨時間流逝而不斷減小，並且其減小的速率大於預定速率。
[0077]例如，以預定時間間隔(S卩，預定採樣周期)採樣第一電流，相應地在每個採樣時刻計算第一電流的第一基波矢量II。在第一採樣時刻計算第一基波矢量Il (tl)，並且在其後的第二採樣時刻計算第一基波矢量Il (t2)，在第一採樣時刻與第二採樣時間之間可以包含至少一個所述預定時間間隔(即，預定採樣周期)。第一基波矢量Il(t2)的幅度(即，有效值)小於第一基波矢量Il (tl)的幅度(即，有效值)的第一預定倍數K2，或者第一基波矢量Il (t2)的幅度與第一基波矢量Il (tl)的幅度之差與第一基波矢量Il (tl)的幅度之比大於第一預定比率K2』。
[0078]在另一示例中，在低壓側電流互感器飽和的情況下，可以類似地設定附加飽和判定條件。
[0079]例如，在第一採樣時刻計算第二基波矢量12 (tl)，並且在其後的第二採樣時刻計算第二基波矢量I2(t2)，在第一採樣時刻與第二採樣時間之間可以包含至少一個所述預定時間間隔(即，預定採樣周期)。第二基波矢量I2(t2)的幅度(即，有效值)小於第二基波矢量I2(tl)的幅度(即，有效值)的第一預定倍數K2，或者第二基波矢量I2(t2)的幅度與第二基波矢量12 (tl)的幅度之差與第二基波矢量12 (tl)的幅度之比大於第一預定比率K2』。
[0080]更進一步，可以在該附加飽和判定條件中併入另一幅度關係，S卩，飽和電流互感器的輸出電流的有效值(I Ileadl )小於正常電流互感器的輸出電流的有效值(I Ilagl )的第四預定倍數κι。
[0081]更優選地，在超前電流矢量Ilead與滯後電流矢量Ilag之間的角度差在第二預定角度差範圍內時，才進行該附加飽和判定條件的判定，所述第二預定角度差範圍的下限可以表示為al，所述第二預定角度差範圍的上限可以表示為
[0082]a0，這裡，應滿足以下關係:a0≥Kb>al≥Ka。
[0083]在圖4中給出了該附加飽和判定條件，其中，Ilead表示超前電流矢量Ilead的有效值，Illagl表示滯後電流矢量Ilag的有效值，其中虛線框表示可選的，虛線框下的兩個實線框至少存在一個，並且其中「&」表示「與」關係，「 + 」表示「或」關係。
[0084]作為示例，可以例如採用以下取值:K1=0.98，Κ2=0.95，al=0.5，a0=20。顯然，本發明不限於此，可以根據實際情況採用其它取值。
[0085]關於角度準則，如前面所描述的，隨著飽和電流互感器飽和程度的加深，作為飽和電流互感器輸出的電流的基波矢量與正常電流互感器輸出的電流的基波矢量之差的所述差動電流的差動角度不斷線性增加，並且所述差動角度增加的速率大於預定速率。
[0086]可以以預定時間間隔(即，預定採樣周期)採樣第一電流和第二電流，相應地在每個採樣時刻計算第一電流和第二電流的差動角度。具體地，在第三採樣時刻計算差動角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t3),在第四採樣時刻計算差動角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag))(t4)。所述第三採樣時刻可以是也可以不是所述第一採樣時刻，所述第四採樣時刻可以是也可以不是所述第二採樣時刻。例如，所述第四採樣時刻與所述第三採樣時刻之間的時間間隔可以為基波周期。
[0087]在一個示例中，第四採樣時刻計算的差動角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t4)大於第三採樣時刻計算的差動角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t3)的第二預定倍數K3。
[0088]在另一示例中，第四採樣時刻計算的差動角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t4)與第三採樣時刻計算的差動角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t3)之差與所述第三採樣時刻計算的差動角度(Arg(Ilead)-Arg(Ilag)) (t3)之比大於第二預定比率K3』。
[0089]圖5中示出了該附加飽和判定條件,其中，Arg(Ilead)表示超前電流矢量的矢量角度，Arg(Ilag)表示滯後電流矢量Ilag的矢量角度，並且其中兩個實線框至少存在一個，並且其中「 + 」表示「或」關係。
[0090]作為示例，可以例如採用以下取值:K3=1.1。顯然，本發明不限於此，可以根據實際情況採用其它取值。
[0091]關於DC分量準則，如前面所描述的，隨著飽和電流互感器飽和程度的加深，所述差動電流中出現的DC分量也逐漸增加。因此，可以相應地設計其相應的附加飽和判定條件。
[0092]可以以預定時間間隔(即，預定採樣周期)採樣第一電流和第二電流，相應地在每個採樣時刻計算第一電流和第二電流的差動角度。具體地，在第五採樣時刻計算差動電流中的DC分量Idiff_dc (t5)，在第六採樣時刻計算差動電流中的DC分量Idiff_dc (t6)。所述第六採樣時刻與所述第五採樣時刻之間的時間間隔可以為所述預定採樣周期的整數倍，例如，所述第六採樣時刻可以在所述第五採樣時刻之後近似等於基波周期。
[0093]在一個示例中，第六採樣時刻的所述差動電流的DC分量Idiff_dc(t6)大於第五時刻的所述差動電流的DC分量Idiff_dc (t5)的第三預定倍數K4。[0094]在另一示例中，第六採樣時刻的所述差動電流的DC分量Idiff_dc(t6)與所述第五採樣時刻的所述差動電流的DC分量Idiff_dc(t5)之差與所述第五採樣時刻的所述差動電流的DC分量Idiff_dc(t5)之比大於第三預定比率K4』。
[0095]在該附加飽和判定條件中，還可以併入另一條件，在第六採樣時刻計算差動電流中的DC分量為Idiff_dc (t6)並且差動電流的總有效值為Idiff_rms (t6)，此時該DC分量Idiff_dc(t6)與該總有效值Idiff_rms (t6)之比大於第四預定比率K5。
[0096]在圖6中示意性地示出了該附加飽和判定條件，其中虛線框是可選的，虛線框上的兩個實線框至少存在一個，並且其中「&」表示「與」關係，「 + 」表示「或」關係。
[0097]作為示例，可以例如採用以下取值:K4=l.1，Κ5=0.2。然而，本發明不限於此，可以根據需要採用其它取值。
[0098]關於偏差準則，如前面所述的，在任一電流互感器飽和的情況下，並且第一電流和第二電流的相關性變差。例如，所述相關性包括以下兩種:同時刻相關性、以及周期相關性。優選地，為了提高相關性預測的精度，在這兩種相關性條件都滿足時才進行預測。
[0099]下面以每個基波周期提取四次基波有效值(每次相差90° )為例來描述同時刻相關性以及周期相關性。
[0100]對於所採樣的第一電流和第二電流，按照每個基波周期提取四次基波有效值的方式，對於高壓側電流互感器獲得連續的五個以上第一電流基波有效值，例如分別表示為Η1、Η2、Η3、Η4和Η5 ;對於低壓側電流互感器獲得連續的五個以上第二電流基波有效值，例如分別表示為L1、L2、L3、L4和L5。
[0101]關於同時刻相關性，對於各計算時刻，可以如下地計算Hl和LI之間的相關係數HLlU H2和L2之間的相關係數HL22、以及H3和L3之間的相關係數HL33。相關係數越大表明相應計算時刻的第一電流基波有效值和第二電流基波有效值之間的差異越大，即相關係數越大表明相關性(相似性)越差。
[0102]HL11=|H1-L11/min(Hl, LI)
[0103]HL22= IH2-L2 | /min (H2, L2)
[0104]HL33=IH3-L3|/min(H3, L3)
[0105]其中，min表示求最小值。
[0106]然後，可以得到以上所計算的相關係數HL11、HL22和HL33中的最大值，即最大相關係數，HLMAX=max (HHL11, HL22, HL33)。
[0107]關於周期相關性，對於第一電流，可以每隔一個基波電流有效值地計算同側相關係數H13、H24和H35，對於第二電流，可以每隔一個基波電流有效值地計算同側相關係數L13、L24 和 L35。
[0108]H13=(Hl-H3)/min(Hl，H3)
[0109]H24= (H2-H4) /min (H2, H4)
[0110]H35= (H3-H5) /min (H3, H5)
[0111]L13=(Ll-L3)/min(Ll, L3)
[0112]L24=(L2-L4)/min(L2, L4)
[0113]L35=(L3-L5)/min(L3, L5)
[0114]對於H13和L13，如果H13和L13的絕對值都大於第一同側相關性閾值，或者H13和L13的符號相反並且H13和L13的絕對值都大於第二同側相關性閾值，所述第二同側相關性閾值小於所述第一同側相關性閾值，例如可以採用以下取值，第一同側相關性閾值等於
0.15，第二同側相關性閾值等於0.02，則可以如下地計算兩側相關係數:HL13=|H13-L13|/max (H13, L13)。如果上述條件不成立，則無需計算HL13，即HL13無效。
[0115]對於H24和L24，如果H24和L24的絕對值都大於第一同側相關性閾值，或者H24和L24的符號相反並且H24和L24的絕對值都大於第二同側相關性閾值，則類似地計算兩側相關係數:HL24= IH24-L24 | /max (H24, L24)。如果上述條件不成立，則無需計算HL24，即HL24無效。
[0116]對於H35和L35，如果H35和L35的絕對值都大於第一同側相關性閾值，或者H35和L35的符號相反並且H35和L35的絕對值都大於第二同側相關性閾值，則類似地計算兩側相關係數:HL35= IH35-L35 | /max (H35, L35)。如果上述條件不成立，則無需計算HL35，即HL35無效。
[0117]如果H13、H24和H35都有效，則可以如下地計算周期相關性:
[0118]HL= (HL13+HL24+HL35)/30
[0119]如果H13、H24和H35中只有兩個有效(例如，H13和H35有效，H24無效)，則可以如下地計算周期相關性:
[0120]HL= (HL13+HL35)/20
[0121]在所計算的同時刻最大相關係數HLMAX大於第一預定閾值K6或者在所計算的周期相關性HL大於第二預定閾值K7時，可以預測可能出現電流互感器飽和。所述第一預定閾值例如可以取值為0.05，所述第二預定閾值例如可以取值為0.20。優選地，在所計算的同時刻最大相關係數HLMAX大於第一預定閾值K6並且在所計算的周期相關性HL大於第二預定閾值K7時，才預測可能出現電流互感器飽和。
[0122]為了使得相關性預測更為準確，無論是同時刻相關性還是周期相關性，還可以併入輔助相關性判據。所述輔助相關性判據可以為:在兩個相鄰基波周期中計算的且時間間隔為一個基波周期的兩個第一基波有效值中的最小值與最大值的比率大於第五預定比率K8。例如所述第五預定比率K8可以取值為0.8。
[0123]在圖7中示出了該相關性附加飽和判定條件，其中K6表示所述第一預定閾值，K7表示所述第二預定閾值，K8表示所述第五預定比率。
[0124]作為示例，可以例如採用以下取值:K6=0.2，K7=0.05，K8=0.8。然而，本發明不限
於此，可以根據實際需要採用其它取值。
[0125]儘管上面以每個基波周期提取四次基波有效值為例來描述同時刻相關性以及周期相關性，然而本發明不限於此，可以每個基波周期提取η個(例如，η=6, 7，8等等)基波有效值並且使用相鄰兩個基波周期中計算的至少連續η+1個基波有效值來計算同時刻相關性以及周期相關性。
[0126]具體地，在步驟S130中，在滿足基本飽和判定條件的前提下，如果還滿足上述附加飽和判定條件中至少一個的情況下，可以產生所述電流互感器飽和預測信號，即，可以在電流互感器深度飽和並觸發差動保護之前，有效地產生所述電流互感器飽和預測信號。例如，所述電流互感器飽和預測信號可以標識與超前電流矢量對應的電流互感器，即高壓側電流互感器或低壓側電流互感器。[0127]另外，根據本發明實施例，還可以在所述差動電流的基波有效值Ildiffl大於差動電流基波有效值閾值時，產生電流互感器飽和檢測信號，閉鎖變壓器差動保護。所述電流互感器飽和檢測信號可以標識與超前電流矢量對應的電流互感器，即高壓側電流互感器或低壓側電流互感器。
[0128]圖8中示意性地圖示根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法的示例實現方式。可以參考圖2-圖7理解圖8所示的實現方式，在此不再進行贅述。
[0129]上面以單相系統為例，描述了根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法。然而，應了解，本發明不限於此，本發明實施例的電流互感器飽和預測方法可以簡單地應用於三相系統，例如可以對於三相系統中的每一相單獨地應用根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法，如圖10所示。
[0130]利用根據本發明實施例的電流互感器飽和預測方法，根據和應湧流情況下變壓器高壓側和低壓側分別設置的電流互感器輸出的高壓側電流和低壓側電流的變化特性，進行電流互感器飽和預測與檢測，可以有效地預測到電流互感器飽和的情況，從而避免出現由於電流互感器的飽和而觸發變壓器差動保護，相應地避免了變壓器差動保護誤動的出現，提高了電力系統工作的可靠性。
[0131]儘管這裡已經參考附圖描述了示例實施例，應理解上述示例實施例僅僅是示例性的，並且不意圖將本發明的範圍限制於此。本領域普通技術人員可以在其中進行各種改變和修改，而不偏離本發明的範圍和精神。所有這些改變和修改意在被包括在所附權利要求所要求的本發明的範圍之內。
【權利要求】
1.一種電流互感器飽和預測方法，在變壓器的高壓側連接第一電流互感器，在變壓器的低壓側連接第二電流互感器，所述第一電流互感器和所述第二電流互感器用於變壓器差動保護，所述電流互感器飽和預測方法包括: 檢測所述第一電流互感器輸出的第一電流，並檢測所述第二互感器輸出的第二電流；計算所述第一電流的第一基波矢量、第一 DC分量和第一總有效值，並計算所述第二電流的第二基波矢量、第二 DC分量和第二總有效值；以及 根據所述第一基波矢量、所述第一 DC分量、所述第一總有效值、所述第二基波有效值、所述第二 DC分量和所述第二總有效值，產生電流互感器飽和預測信號。
2.如權利要求1所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中相位超前的一個為超前電流矢量，而另一個為滯後電流矢量，並且所述產生電流互感器飽和預測信號包括:在所述第一電流和所述第二電流滿足基本飽和判定條件、並且滿足至少一個附加飽和判定條件時，產生電流互感器飽和預測信號， 所述基本飽和判定條件包括以下至少一項: 所述第一 DC分量與所述第一總有效值的比率大於DC比率閾值、且作為所述超前電流矢量和所述滯後電流矢量的角度差在預定角度差範圍之內；以及 所述第二 DC分量與所述第二總有效值的比率大於所述DC比率閾值、且所述電流矢量角度差在所述預定角度差範圍之內。
3.如權利要求2所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述附加飽和判定條件包括以下至少一項: 所述超前電流矢量的有效值隨著飽和的加深越來越小； 所述電流矢量角度差隨著飽 和的加深越來越大； 作為所述第一電流與所述第二電流之差的差動電流的直流分量隨著飽和的加深越來越大； 所述第一電流和所述第二電流的同時刻相關係數大於第一預定閾值；以及 所述第一電流和所述第二電流的周期相關係數大於第二預定閾值。
4.如權利要求3所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述超前電流矢量的有效值隨著飽和的加深越來越小包括以下至少一項: 第二時刻的所述超前電流矢量的有效值小於第一時刻的所述超前電流矢量的有效值的第一預定倍數；以及 第一時刻的所述超前電流矢量的有效值與所述第二時刻的所述超前電流矢量的有效值之差與所述第一時刻的所述超前電流矢量的有效值之比大於第一預定比率， 其中，所述第一時刻在所述第二時刻之前。
5.如權利要求3所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述電流矢量角度差隨著飽和的加深越來越大包括以下至少一項: 第四時刻的所述電流矢量角度差大於第三時刻的所述電流矢量角度差的第二預定倍數；以及 第四時刻的所述電流矢量角度差與所述第三時刻的所述電流矢量角度差之差與所述第三時刻的所述電流矢量角度差之比大於第二預定比率， 其中，所述第三時刻在所述第四時刻之前。
6.如權利要求3所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述差動電流的直流分量隨著飽和的加深越來越大包括以下至少一項: 第六時刻的所述差動電流的直流分量大於第五時刻的所述差動電流的直流分量的第三預定倍數；以及 第六時刻的所述差動電流的直流分量與所述第五時刻的所述差動電流的直流分量之差與所述第五時刻的所述差動電流的直流分量之比大於第三預定比率， 其中，所述第五時刻在所述第六時刻之前。
7.如權利要求2所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述基本飽和判定條件還包括:所述超前電流矢量的有效值大於第一有效值閾值。
8.如權利要求3所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述附加飽和判定條件還包括以下至少一個: 所述超前電流矢量的有效值小於所述滯後電流矢量的有效值的第四預定倍數；以及 作為所述第一電流與所述第二電流之差的差動電流的直流分量與所述差動電流的總有效值之比大於第四預定比率。
9.如權利要求1所述的電流互感器飽和預測方法，其中， 所述電流互感器飽和預測信號標識與超前電流矢量對應的電流互感器，其中，所述超前電流矢量為所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中超前的一個。
10.如權利要求1所述的電流互感器飽和預測方法，還包括: 在作為所述第一電流與所述第二電流之差的差動電流的有效值大於差動電流有效值閾值時，產生電流互感器飽和檢測閉鎖`信號。 其中，所述電流互感器飽和檢測信號標識與超前電流矢量對應的電流互感器，其中，所述超前電流矢量為所述第一基波矢量和所述第二基波矢量中超前的一個。
11.如權利要求1一 10中任何一項所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述變壓器為三相變壓器，每相分別包括與該相對應的所述第一電流互感器和所述第二電流互感器。
12.如權利要求1一 10中任何一項所述的電流互感器飽和預測方法，其中，所述變壓器中流過和應湧流。
【文檔編號】G01R31/00GK103869180SQ201210551425
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月18日 優先權日:2012年12月18日
【發明者】宋聚忠 申請人:施耐德電器工業公司