基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法及系统

技术领域

本申请涉及电力系统继电保护领域，特别是涉及一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法及系统。

背景技术

随着电力系统的不断发展，母线保护作为电力系统安全运行的重要保障手段，其性能和可靠性对电力系统的稳定运行具有重要意义。传统的母线保护一般采用比率制动差动保护原理，这种保护方式在一定程度上可以有效防止区外故障对电力系统的影响。然而，在正常电网运行条件下，母线保护的接入支路电流一般不是很大，有的甚至小于最小精工电流，这就导致在电流互感器极性接反的情况下，很难通过差动电流或者其它手段进行识别，从而使得母线保护电流极性接反的风险一直长期存在。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法及系统，主要目的在于解决目前在电流互感器极性接反的情况下，很难通过差动电流或者其它手段进行识别，从而使得母线保护电流极性接反的风险一直长期存在的问题。

依据本申请第一方面，提供了一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法，该方法包括：

步骤1，采集待测母线的母线电压和多个支路中每个支路的电流互感器的支路电流，利用多个所述支路电流合成所述待测母线的差动电流，所述多个支路分别与所述待测母线相连，所述多个支路中包括变压器支路；

步骤2，利用所述变压器支路的支路电流，计算所述变压器支路的电流突变量，当所述电路突变量大于突变阈值时，进入步骤3，否则返回步骤1；

步骤3，利用所述母线电压计算复合电压，在所述复合电压满足预设条件时，计算所述差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个所述支路电流的第二幅值和第二相位，在所述差动电流大于启动门槛值时，进入步骤4，否则返回步骤1；

步骤4，在多个所述支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值，且所述第二相位与所述第一相位匹配的目标支路，当所述目标支路的数量为1时，确定所述目标支路的电流互感器极性接反，进入步骤5；

步骤5，为所述目标支路生成告警提示，将所述告警提示发送至展示终端，并返回步骤1。

可选地，所述在多个所述支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值的目标支路之后，所述方法还包括：

当所述目标支路的数量为多个时，进入步骤6；

步骤6，根据每个所述目标支路的第二幅值和第二相位，对多个所述目标支路进行排序，将排序后的多个所述目标支路发送至所述展示终端进行人工筛选。

可选地，所述待测母线的运行方式包括但不限于单母线、双母线、一个半接线、角形接线、双母单分段、双母双分段。

可选地，所述利用多个所述支路电流合成所述待测母线的差动电流，包括：

采用下述关系式合成所述差动电流，

其中，I

可选地，所述计算所述变压器支路的电流突变量，当所述电路突变量大于突变阈值时，进入步骤3，包括：

采用下述关系式计算所述电流突变量；

Max{|I

其中，I

将所述电路突变量与所述突变阈值I

当所述电路突变量大于所述突变阈值时，进入步骤3，其中，所述突变阈值I

可选地，所述在所述复合电压满足预设条件时，计算所述差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个所述支路电流的第二幅值和第二相位，包括：

对于大接地电流系统，所述复合电压采用下述关系式所示的任一电压开放判据判断所述待测母线、所述多个支路和变压器是否发生故障：

|U

|U

|3U

其中，U

当所述待测母线的相电压大于所述相电压整定值，或者所述待测母线的负序电压小于所述负序电压整定值，或者所述待测母线的零序电压小于所述零序电压整定值时，判定所述待测母线、所述多个支路和所述变压器未发生故障，确定所述复合电压满足所述预设条件，计算所述差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个所述支路电流的第二幅值和第二相位；

对于小接地电流系统，采用下述关系式所示的任一电压闭锁判据判断所述待测母线、所述多个支路和所述变压器是否发生故障：

|U

|U

其中，U

当所述待测母线的任一线电压大于所述线电压整定值，或者所述待测母线的负序电压小于所述负序电压整定值时，判定所述待测母线、所述多个支路和所述变压器未发生故障，确定所述复合电压满足所述预设条件，计算所述差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个所述支路电流的第二幅值和第二相位。

可选地，所述计算所述差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个所述支路电流的第二幅值和第二相位，包括：

将所述母线电压作为参考极性，获取同一时刻所述多个支路的支路电流，将所述多个支路电流转换为多个时域信号；

采用傅里叶算法将所述多个时域信号转换为多个频域信号，根据每个所述频域信号，提取每个所述支路电流的第二幅值和第二相位；

采用傅里叶算法将所述差动电流的时域信号转换为频域信号，根据所述频域信号提取所述差动电流的第一幅值和第一相位。

可选地，所述在所述差动电流大于启动门槛值时，进入步骤4，包括：

所述启动门槛值I

可选地，所述在多个所述支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值，且所述第二相位与所述第一相位匹配，包括：

按照电流相别分别采用下述关系式在多个所述支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值的目标支路：

|I

其中，I

按照下述关系式对所述第一相位和所述第二相位进行运算，当运算结果命中预设数值区间时，确定所述第二相位和所述第一相位匹配：

其中，

依据本申请第二方面，提供了一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别系统，用于实现权利要求1至9任一项所述的基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法，该系统包括：

电源模块，通信及管理模块，处理器模块，开入模块，开出模块；通信及管理模块、处理器、开入模块和开出模块通过总线实现信息交互；处理器模块包括第一处理器，第二处理器；交流变换器将交流电流和交流电压经过变换后通过模数转换器分别输入至第一处理器和第二处理器；开入模块包括一个开入插件，开入插件接收硬压板信号和外部开入信号；开出模块包括多个开出插件，开出插件发送跳合闸信号；通信及管理模块内置MASTER插件，通信及管理模块还连接人机接口；电源模块向通信及管理模块，处理器模块，开入模块和开出模块提供电源。

借由上述技术方案，本申请提供的一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法及系统，本申请首先，采集待测母线的母线电压和多个支路中每个支路的电流互感器的支路电流，利用多个所述支路电流合成所述待测母线的差动电流。接下来，利用所述变压器支路的支路电流，计算所述变压器支路的电流突变量。当所述电路突变量大于突变阈值时，利用所述母线电压计算复合电压。在所述复合电压满足预设条件时，计算所述差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个所述支路电流的第二幅值和第二相位。在所述差动电流大于启动门槛值时，在多个所述支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值，且所述第二相位与所述第一相位匹配的目标支路。当所述目标支路的数量为1时，确定所述目标支路的电流互感器极性接反，为所述目标支路生成告警提示，将所述告警提示发送至展示终端。在本申请实施例中，考虑到母线保护的变压器支路充电时，由于剩磁和合闸角的原因，一般会产生相当于6-8倍变压器额定电流的励磁涌流，提供了母线保护的大电流运行的暂态过程。本发明利用励磁涌流暂态突变作为启动电流，结合差动电流、电压闭锁等条件在线识别母线保护的电流互感器极性是否正常。当变压器支路的电流突变量大于突变阈值时，励磁涌流引起母线电流的增大，由于不是故障状态，电压闭锁不会动作，母线保护上各支路的电流互感器的电流和为零，即母线保护的差动电流为零。若某一支路电流极性接反，会产生差动电流，差动电流的幅值为异常支路电流的两倍，差动电流的相位和异常支路的电流相位相近。本发明根据励磁涌流过程中差动电流和支路电流的幅值及相位比较，能够准确选出极性错误支路，降低母线保护电流极性接反的风险。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法的功能逻辑示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法的双母线主接线识别方案示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别系统的架构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本申请实施例提供了一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法，如图1所示，该方法包括：

101、采集待测母线的母线电压和多个支路中每个支路的电流互感器的支路电流，利用多个支路电流合成待测母线的差动电流，多个支路分别与待测母线相连，多个支路中包括变压器支路。

102、利用变压器支路的支路电流，计算变压器支路的电流突变量，当电路突变量大于突变阈值时，进入步骤103，否则返回步骤101。

103、利用母线电压计算复合电压，在复合电压满足预设条件时，计算差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个支路电流的第二幅值和第二相位，在差动电流大于启动门槛值时，进入步骤104，否则返回步骤101。

104、在多个支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值，且第二相位与第一相位匹配的目标支路，当目标支路的数量为1时，确定目标支路的电流互感器极性接反，进入步骤105。

105、为目标支路生成告警提示，将告警提示发送至展示终端，并返回步骤101。

本实施例提供的基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法，本发明利用励磁涌流暂态突变作为启动电流，结合差动电流、电压闭锁等条件在线识别母线保护的电流互感器极性是否正常。当变压器支路的电流突变量大于突变阈值时，励磁涌流引起母线电流的增大，由于不是故障状态，电压闭锁不会动作，母线保护上各支路的电流互感器的电流和为零，即母线保护的差动电流为零。若某一支路电流极性接反，会产生差动电流，差动电流的幅值为异常支路电流的两倍，差动电流的相位和异常支路的电流相位相近。本发明根据励磁涌流过程中差动电流和支路电流的幅值及相位比较，能够准确选出极性错误支路，降低母线保护电流极性接反的风险。

进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例的实施过程，本申请实施例提供了一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法，如图2所示，该方法包括：

201、采集待测母线的母线电压和多个支路中每个支路的电流互感器的支路电流，利用多个支路电流合成待测母线的差动电流，多个支路分别与待测母线相连，多个支路中包括变压器支路。

步骤1，采集与待测母线相连的各支路的电流互感器各相电流，采集待测母线电压，其中母线的主接线包括电力系统的单母线、双母线、一个半接线、双母单分段、双母双分段等各种主接线形式，母线电压按母线段采集，需要说明的是，在实际运行时待测母线的数量可能为多个。

进一步地，采用下述公式1，利用多个支路电流合成待测母线的差动电流。

公式1：

其中，I

202、利用变压器支路的支路电流，计算变压器支路的电流突变量，当电路突变量大于突变阈值时，进入步骤203，否则返回步骤201。

步骤2，采用下述公式2计算电流突变量，需要说明的是，电流突变量为变压器支路电流的单周期突变量或多周期突变量。

公式2：Max{|I

其中，I

公式3：

其中，I

203、利用母线电压计算复合电压，在复合电压满足预设条件时，计算差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个支路电流的第二幅值和第二相位，在差动电流大于启动门槛值时，进入步骤204，否则返回步骤201。

步骤3，利用母线电压计算复合电压，具体地，根据所述母线电压，计算母线相电压、母线零序电压和母线负序电压，聚合所述母线相电压、所述母线零序电压和所述母线负序电压，得到所述复合电压。进一步地，将复合电压与预设条件进行比对。需要说明的是，对于大接地电流系统，所述复合电压采用下述公式4到公式6所示的任一电压开放判据判断所述待测母线、所述多个支路和变压器是否发生故障：

公式4：|U

公式5：|U

公式6：|3U

其中，U

对于小接地电流系统，采用下述公式7和公式8所示的任一电压闭锁判据判断所述待测母线、所述多个支路和所述变压器是否发生故障：

公式7：|U

公式8：|U

其中，U

接下来，将所述母线电压作为参考极性，获取同一时刻所述多个支路的支路电流，将所述多个支路电流转换为多个时域信号，采用傅里叶算法将所述多个时域信号转换为多个频域信号，根据每个所述频域信号，提取每个所述支路电流的第二幅值和第二相位。采用傅里叶算法将所述差动电流的时域信号转换为频域信号，根据所述频域信号提取所述差动电流的第一幅值和第一相位。

进一步地，采用下述公式9，将差动电流的第一幅值与启动门槛值进行比对，在所述差动电流大于启动门槛值时，进入步骤4，也就是执行下述步骤204。

公式9：I

其中，所述启动门槛值I

204、在多个支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值，且第二相位与第一相位匹配的目标支路，当目标支路的数量为1时，确定目标支路的电流互感器极性接反，进入步骤205，当所述目标支路的数量为多个时，进入步骤206。

步骤4，寻找幅值等于1/2差动电流的母线保护支路，当只有一条支路电流幅值等于1/2母线差动电流幅值，而且该支路电流和差动电流相位相近时，判断出该支路极性接反，进入步骤5，即执行下述步骤205。若多个支路电流幅值和角相位符合条件时进入步骤6，即执行下述步骤206，否则返回步骤1；

具体地，按照电流相别分别采用下述公式10在多个所述支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值的目标支路：

公式10：|I

其中，I

按照下述公式11对所述第一相位和所述第二相位进行运算，当运算结果命中预设数值区间时，确定所述第二相位和所述第一相位匹配。

公式11：

其中，

205、为目标支路生成告警提示，将告警提示发送至展示终端，并返回步骤201。

206、根据每个所述目标支路的第二幅值和第二相位，对多个所述目标支路进行排序，将排序后的多个所述目标支路发送至所述展示终端进行人工筛选，并返回步骤201。

步骤6，多个支路同声满足极性接反判别条件时，按照幅值误差逐一列出可疑支路，将排序后的多个所述目标支路发送至所述展示终端进行人工筛选人工参照功率方向逐一排除，找到极性错误支路。

综上所述，如图3所示，利用励磁涌流识别母线电流互感器的极性，必须母线段的电压闭锁没有动作，表示电力系统没有在故障状态，母线故障状态无法识别母线保护电流互感器的极性正确与否。图3中变压器支路的电流突变是识别励磁涌流的电流门槛，突变量的门槛应该大于变压器正常的正常负荷波动，只有变压器支路电流较大的暂态瞬间，保护启动极性在线识别逻辑。差动电流也必须大于一定的门槛值，差动电流太小，不能满足极性判别需要的幅值和相位精度，判别误差增大。符合支路极性的支路可能有一条或多条，需要保护装置分别采用不同的告警措施，通知运维人员进行处理。

双母线主接线利用励磁涌流识别母线保护电流互感器极性的方案如图4所示，图中2200、2201、2202、2203分别是母联断路器、母线支路1的断路器、母线支路2的断路器、母线支路3的断路器，1G和2G分别为对应断路器的隔离刀闸。每串断路器均含有保护需要的电流互感器，PT1和PT2分别是I母和II母的电压互感器，母线支路1定义为变压器支路。在无倒闸操作的条件下，母线I母和II母，分别通过母线上的差动电流、变压器支路电流和电压闭锁条件判别本母线段是否有变压器空充涌流，若励磁涌流状态，则根据差动电流和支路电流的幅值相位识别极性接反的支路。若双母线有倒闸操作，由于差动电流的不均匀分配，闭锁励磁涌流母线电流互感器极性校验。I母和II母分别识别各自母线电流互感器器的极性状态，分别告警，互相之间独立运算，母联电流互感器分别接入I母和II母。

本发明另一方面提出一种基于励磁涌流识别母线保护电流互感器极性的方法的系统，如图5所示，用于母线保护电流互感器极性在线校验。

系统包括电源模块，通信及管理模块，处理器模块，开入模块，开出模块；通信及管理模块、处理器、开入模块和开出模块通过总线实现信息交互；其中，

处理器模块包括第一处理器，第二处理器，交流变换器；交流变换器将交流电流和交流电压经过变换后通过模数转换器分别输入至第一处理器和第二处理器；

开入模块包括一个开入插件，开入插件接收硬压板信号和外部开入信号；

开出模块包括多个开出插件，开出插件发送跳合闸信号；

通信及管理模块内置MASTER插件，通信及管理模块还连接人机接口；

电源模块向通信及管理模块，处理器模块，开入模块和开出模块提供电源。

本申请实施例提供的方法，本发明利用励磁涌流暂态突变作为启动电流，结合差动电流、电压闭锁等条件在线识别母线保护的电流互感器极性是否正常。当变压器支路的电流突变量大于突变阈值时，励磁涌流引起母线电流的增大，由于不是故障状态，电压闭锁不会动作，母线保护上各支路的电流互感器的电流和为零，即母线保护的差动电流为零。若某一支路电流极性接反，会产生差动电流，差动电流的幅值为异常支路电流的两倍，差动电流的相位和异常支路的电流相位相近。本发明根据励磁涌流过程中差动电流和支路电流的幅值及相位比较，能够准确选出极性错误支路，降低母线保护电流极性接反的风险。

进一步地，作为图1所述方法的具体实现，本申请实施例提供了一种基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别系统，用于实现基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法，如图5所示，所述系统包括电源模块，通信及管理模块，处理器模块，开入模块，开出模块；通信及管理模块、处理器、开入模块和开出模块通过总线实现信息交互；处理器模块包括第一处理器，第二处理器；交流变换器将交流电流和交流电压经过变换后通过模数转换器分别输入至第一处理器和第二处理器；开入模块包括一个开入插件，开入插件接收硬压板信号和外部开入信号；开出模块包括多个开出插件，开出插件发送跳合闸信号；通信及管理模块内置MASTER插件，通信及管理模块还连接人机接口；电源模块向通信及管理模块，处理器模块，开入模块和开出模块提供电源。

本申请实施例提供的装置，利用励磁涌流暂态突变作为启动电流，结合差动电流、电压闭锁等条件在线识别母线保护的电流互感器极性是否正常。当变压器支路的电流突变量大于突变阈值时，励磁涌流引起母线电流的增大，由于不是故障状态，电压闭锁不会动作，母线保护上各支路的电流互感器的电流和为零，即母线保护的差动电流为零。若某一支路电流极性接反，会产生差动电流，差动电流的幅值为异常支路电流的两倍，差动电流的相位和异常支路的电流相位相近。本发明根据励磁涌流过程中差动电流和支路电流的幅值及相位比较，能够准确选出极性错误支路，降低母线保护电流极性接反的风险。

基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该待识别软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景所述的方法。

为了实现上述目的，在示例性实施例中，还提供了一种设备，该设备包括通信总线、处理器、存储器和通信接口，还可以包括输入输出接口和显示设备，其中，各个功能单元之间可以通过总线完成相互间的通信。该存储器存储有计算机程序，处理器，用于执行存储器上所存放的程序，执行上述实施例中的基于励磁涌流的母线保护电流互感器极性识别方法。

可选的，该实体设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(RadioFrequency，RF)电路，传感器、音频电路、WI-FI模块等等。用户接口可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)等，可选用户接口还可以包括USB接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)等。

存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理上述实体设备硬件和待识别软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它待识别软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现存储介质内部各组件之间的通信，以及与信息处理实体设备中其它硬件和软件之间通信。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，首先采集待测母线的母线电压和多个支路中每个支路的电流互感器的支路电流，利用多个所述支路电流合成所述待测母线的差动电流。接下来，利用所述变压器支路的支路电流，计算所述变压器支路的电流突变量。当所述电路突变量大于突变阈值时，利用所述母线电压计算复合电压。在所述复合电压满足预设条件时，计算所述差动电流的第一幅值和第一相位，计算每个所述支路电流的第二幅值和第二相位。在所述差动电流大于启动门槛值时，在多个所述支路中查询第二幅值等于1/2第一幅值，且所述第二相位与所述第一相位匹配的目标支路。当所述目标支路的数量为1时，确定所述目标支路的电流互感器极性接反，为所述目标支路生成告警提示，将所述告警提示发送至展示终端。与现有技术相比，本发明利用励磁涌流暂态突变作为启动电流，结合差动电流、电压闭锁等条件在线识别母线保护的电流互感器极性是否正常。当变压器支路的电流突变量大于突变阈值时，励磁涌流引起母线电流的增大，由于不是故障状态，电压闭锁不会动作，母线保护上各支路的电流互感器的电流和为零，即母线保护的差动电流为零。若某一支路电流极性接反，会产生差动电流，差动电流的幅值为异常支路电流的两倍，差动电流的相位和异常支路的电流相位相近。本发明根据励磁涌流过程中差动电流和支路电流的幅值及相位比较，能够准确选出极性错误支路，降低母线保护电流极性接反的风险。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。