CN106950450B - 继电保护装置二次回路故障的预警方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种继电保护装置二次回路故障的预警方法和设备，该方法包括：S1，获取多个相互关联的继电保护装置的录波文件；S2，根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的第一继电保护装置，则判定所述第一继电保护装置的二次回路存在故障；否则，判定为不存在故障。通过判断多个相关联的继电保护装置中是否存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的继电保护装置，不仅可以检测继电保护装置内部的稳态故障，而且能有效识别二次回路的间歇性隐含故障并发出预警信号，便于及时排除隐患，维持电力系统的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备领域，具体涉及继电保护装置二次回路故障的预警方法和设备。
背景技术
二次回路是对一次设备的工作进行监视、控制、测量、调节和保护的电气回路，该回路由测量仪表、继电器、控制和信号元件，自动装置、继电保护装置、电流、电压互感器等按一定的要求连接而成。
其中，继电保护电气信号二次测量回路由继电保护装置外部的电流/电压互感器、信号传输导线，以及继电保护装置内部的信号变送器(电压变送器及电流变送器)、信号调理电路(低通滤波器等)和A/D转换器等环节组成。一旦这些环节中任何一个出现故障，如互感器特性发生突变、信号传输线侵入干扰信号、信号变送器失效或A/D转换器受损等，都将影响电气信号参数测量结果的准确性。
为了检测二次回路的故障，现有技术通常采用试灯、绝缘电阻表或万用表等专用设备进行检测。其中传统的方式是万用表量测电位法，即通过采用万用表分段量回路电位，若回路对地存在正负110V电位即可判断回路为通路，否则为断路。
但是，上述方法只适用于回路的永久性故障，即回路上带电或不带电的状态。继电保护二次测量回路故障发生的前期，很多故障是间歇性发生的，故障现象不严重，不会立即导致继电保护误动，属于隐含性故障。这些故障难以被传统检测手段发现，但如果放任不管，很可能会发展成为严重故障，导致电气测量结果出现严重误差，致使继电保护装置不正确动作，威胁电力系统的安全稳定运行。
发明内容
针对现有技术中存在的对二次回路间歇性隐含故障进行检测的能力较差的缺陷，本发明提供继电保护装置二次回路故障的预警方法和设备。
本发明的一方面提供继电保护装置二次回路故障的预警方法，包括：S1，获取多个相互关联的继电保护装置的录波文件；S2，根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的第一继电保护装置，则判定所述第一继电保护装置的二次回路存在故障；否则，判定为不存在故障。
其中，当所述步骤S2中判定为不存在故障后，所述方法还包括：S3，根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的测量值有差异的第二继电保护装置，则判定所述第二继电保护装置的二次回路存在故障。
其中，所述测量值包括被触发启动时刻和/或所测母线电压的基波幅值。
其中，所述步骤S1中相互关联的继电保护装置是指：在联接相同母线的不同线路上分别布置的继电保护装置。
其中，所述步骤S3中的若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的被触发启动时刻有差异的第二继电保护装置包括：若判断第k个所述继电保护装置的被触发启动时刻满足下式，则所述第k个继电保护装置为所述第二继电保护装置：
其中，ti为第i个所述继电保护装置被触发启动的时刻，M为被触发启动的所述继电保护装置的总数，ΔT＝1/f，其中f为采样频率。
其中，所述步骤S3中的若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的所测母线电压的基波幅值有差异的第二继电保护装置包括：若判断第k个所述继电保护装置的所测母线电压的基波幅值满足下式，则所述第k个继电保护装置为所述第二继电保护装置：
其中，Ui为第i个所述继电保护装置被触发启动后的所测母线电压的基波幅值，M为被触发启动的所述继电保护装置的总数，UN为母线的额定电压，Kres为可靠系数。
本发明另一方面提供继电保护装置二次回路故障的预警设备，包括：获取模块，用于获取多个相互关联的继电保护装置的录波文件；第一预警模块，用于根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的第一继电保护装置，则判定所述第一继电保护装置的二次回路存在故障；否则，判定为不存在故障。
其中，所述设备还包括：第二预警模块，当所述第一预警模块中判定为不存在故障后，用于根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的测量值有差异的第二继电保护装置，则判定所述第二继电保护装置的二次回路存在故障。
其中，所述测量值包括被触发启动时刻和/或所测母线电压的基波幅值。
其中，所述相互关联的继电保护装置是指：在联接相同母线的不同线路上分别布置的继电保护装置。
本发明提供的继电保护装置二次回路故障的预警方法和设备，通过判断多个相关联的继电保护装置中是否存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的继电保护装置，不仅可以检测继电保护装置内部的稳态故障，而且能有效识别二次回路的间歇性隐含故障并发出预警信号，便于及时排除隐患，维持电力系统的安全运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的继电保护装置二次回路故障的预警方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的继电保护装置二次回路故障的预警方法的流程示意图；
图3为本发明另一实施例提供的模拟网络的示意图；
图4为本发明实施例提供的继电保护装置二次回路故障的预警设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例利用了微机保护装置的故障录波文件来识别二次回路的间歇性隐含故障。其中，二次回路可以指变压站继电保护装置二次测量回路，但本发明实施例的保护范围不限于此。
继电保护在以下情况会被触发启动：(1)电力系统发生故障或扰动，引起电压或电流的一次信号发生突变，并使微机保护装置的信号采样值发生突变；(2)继电保护电气信号二次测量回路出现故障，引起微机保护装置的信号采样值发生突变。对于微机保护装置来说，其启动算法会检测到信号的突变，并启动保护算法。
对于上述情况(1)，如果故障发生在继电保护装置的保护范围内，则装置会发出保护动作信号；如果故障或扰动发生在继电保护装置的保护范围外，则保护装置在完成故障处理程序后会复归，不发出动作信号。
对于上述情况(2)，如果二次回路的故障较为严重，则继电保护装置可能误动；但在一般情况下，如故障的初期，由于二次回路的故障不够严重或持续时间不够长，则不会使继电保护装置误动，但在此种情况下仍然需要及时诊断。
比较造成保护启动的上述情况(1)和(2)。在上述情况(1)中，由于电气信号的相关性，某一电气信号的突变，一般会同时引起其相关信号的突变，如短路故障导致电流信号突然增大，同时会导致相关电压信号的突降。而在上述情况(2)中，由于二次回路的独立性，二次回路故障引起的信号采样值的突变，不会使得其它相关电气信号的采样值也发生突变。利用这一差异，可以区分引起继电保护启动的原因。
图1为本发明实施例提供的继电保护装置二次回路故障的预警方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：S1，获取多个相互关联的继电保护装置的录波文件；S2，根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的第一继电保护装置，则判定所述第一继电保护装置的二次回路存在故障并发出预警信号；否则，不发出预警信号。
在步骤S1中，当相互关联的多个继电保护装置中的部分被触发启动，在其故障处理完成后，读取各继电保护装置分别生成的录波文件。目前继电保护大部分采用微机保护装置进行保护，当电力系统出现故障或扰动时，微机保护装置启动并进行故障录波。
其中，故障录波是继电保护的重要组成部分，通过故障量的启动，记录下故障前后一段时间内电气量与非电气量的变化过程，并生成录波文件，以达到协助故障追忆分析的目的。录波文件可以包含多个电气量，如电压、电流和功率等。
在步骤S2中，根据步骤S1获取的录波文件进行判断。若相互关联的多个继电保护装置中的某一个装置被触发启动，而其他装置均未被触发启动时，则表明电力系统的电路没有发生故障，而只是该被触发启动的装置的二次回路发生了故障，才造成了唯一的继电保护装置启动了保护。因此，可以发出预警信号。
若相互关联的多个继电保护装置中某一个装置未被触发启动，而其他装置均被触发启动，则表明电力系统的电路发生了故障，而该未被触发启动的装置没有启动保护则是由于该装置的二次回路发生了故障，才造成了其未启动保护。因此，也可以发出预警信号。
当多个继电保护装置中不存在唯一启动或唯一未启动的第一继电保护装置，则判断不存在含有故障的二次回路，不发出预警信号。
本发明实施例提供的继电保护装置二次回路故障的预警方法，通过判断多个相关联的继电保护装置中是否存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的继电保护装置，不仅可以检测继电保护装置内部的稳态故障，而且能有效识别二次回路的间歇性隐含故障并发出预警信号，便于及时排除隐患，维持电力系统的安全运行。
基于上述实施例，当所述步骤S2中判定为不存在故障后，所述方法还包括：S3，根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的测量值有差异的第二继电保护装置，则判定所述第二继电保护装置的二次回路存在故障。
如果步骤S2中判断没有唯一的被触发启动或唯一的未被触发启动的第一继电保护装置，则在S2中不发出预警信号，那么实施例提供的方法可以根据录波文件对被触发启动的继电保护装置进行进一步判断。
在步骤S3中，如果各继电保护装置的特定的同种测量值之间的差异较小，则表明各二次回路均为正常；若某一继电保护装置的测量值与其他装置的区别较大，则表明该装置的二次回路可能发生了故障，可以发出预警信号。通过对多个关联继电保护装置的特定的同种测量值之间进行比较，能准确判断各二次回路的隐含性故障。
基于上述实施例，其中，所述测量值包括被触发启动时刻和/或所测母线电压的基波幅值。具体地，可以选择继电保护装置的被触发启动时刻作为特定的测量值，也可以选择继电保护装置所测量的电压的基波幅值作为特定的测量值，对相互关联的多个继电保护装置进行比较。若其中某个装置与其他装置的差异较大，则可以判断该装置的二次回路存在隐含性故障，发出预警信号。其中，可以选择上述两个特定测量值中的一个作为判定值，也可以将两个同时选择。
基于上述实施例，其中，所述步骤S1中相互关联的继电保护装置是指：在联接相同母线的不同线路上分别布置的继电保护装置。具体地，可以布置变电站同一母线上不同路线上装设的继电保护装置互为关联装置，多关联装置的对比能有效抑制外部故障或扰动的干扰。
基于上述实施例，其中，所述步骤S3中的若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的被触发启动时刻有差异的第二继电保护装置包括：若判断第k个所述继电保护装置的被触发启动时刻满足下式，则所述第k个继电保护装置为所述第二继电保护装置：
其中，ti为第i个所述继电保护装置被触发启动的时刻，M为被触发启动的所述继电保护装置的总数，ΔT＝1/f，其中f为采样频率。
具体地，如果多个继电保护装置中的一个的被触发启动时刻满足上述公式，则表明该装置的启动时刻与其他装置的启动时刻差异较大，该装置的二次回路中存在隐含性故障，发出预警信号。通过相互关联的装置被触发启动时刻的差异，有效地检测了继电保护装置内部间歇性瞬时故障。
基于上述实施例，其中，所述步骤S3中的若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的所测母线电压的基波幅值有差异的第二继电保护装置包括：若判断第k个所述继电保护装置的所测母线电压的基波幅值满足下式，则所述第k个继电保护装置为所述第二继电保护装置：
其中，Ui为第i个所述继电保护装置被触发启动后的所测母线电压的基波幅值，M为被触发启动的所述继电保护装置的总数，UN为母线的额定电压，Kres为可靠系数，可靠系数的取值范围为0.05～0.1。
具体地，如果多个继电保护装置中的一个的所测母线电压的基波幅值满足上述公式，则表明该装置的所测母线电压的基波幅值与其他装置的所测母线电压的基波幅值差异较大，该装置的二次回路中存在隐含性故障，发出预警信号。通过各装置所测量的电压的基波幅值来检测装置内部测量回路的稳态性能。
为了进一步说明上述实施例提供的方法，图2为本发明另一实施例提供的二次回路故障预警的方法的流程示意图，图3为本发明另一实施例提供的模拟网络的示意图。
如图3所示，利用Matlab/Simulink搭建模型，进行模拟试验。该网络由一根汇流母线和四根与母线连接的线路组成，图中F为故障位置，R1～R4为继电保护装置。
在第一个举例中，R1～R4的测量回路均不存在隐含性故障，在F处设置三相接地短路故障，进行仿真测试。如图2所示，具体步骤如下：
步骤1：布置R1～R4为互为关联的继电保护装置；
步骤2：在1000ms时刻设置故障。R1～R4分别在1001ms、1001ms、1002ms和1001ms被触发启动。在其故障处理完成后，读出其故障录波文件；
步骤3：R1～R4均被触发启动，不发出预警信号；
步骤4：比对R1～R4被触发启动的时刻是否存在差异，存在t1＝1001ms、t2＝1001ms、t3＝1002ms和t4＝1001ms，其中采样频率f为2000赫兹。根据前述式(1)，对t1～t4分别进行计算，均不满足式(1)，不发出预警信号；
步骤5：比对R1～R4被触发启动后所测量的电压的基波幅值是否存在差异，存在U1＝0.232、U2＝0.246、U3＝0.249和U4＝0.253(均为标幺值)。根据前述式(2)，对U1～U4分别进行计算，均不满足式(2)，不发出预警信号。
以上诊断步骤中均未发出预警信号，判定R1～R4的测量回路均不存在隐含性故障，此诊断结果与预设相符合。
在第二个举例中，在R4的测量回路设置一个隐含性故障，在F处设置三相接地短路故障，进行仿真测试。本例中所设置的隐含性故障为电压变送器输出被短路，所获得的电压变送器结果被置零，但本发明实施例的保护范围不限于此。如图2所示，具体步骤如下：
步骤1：布置R1～R4为互为关联的继电保护装置；
步骤2：在1000ms时刻设置故障。R1～R4分别在1001ms、1001ms、1002ms和1001ms被触发启动。在其故障处理完成后，读出其故障录波文件；
步骤3：R1～R4均被触发启动，不发出预警信号；
步骤4：比对R1～R4被触发启动的时刻是否存在差异，存在t1＝1001ms、t2＝1001ms、t3＝1002ms和t4＝1001ms，其中采样频率f为2000赫兹。根据前述式(1)，对t1～t4分别进行计算，均不满足前述式(1)，不发出预警信号；
步骤5：比对R1～R4被触发启动后所测量的电压的基波幅值是否存在差异，存在U1＝0.232、U2＝0.246、U3＝0.249和U4＝0.012kV(均为标幺值)，根据前述式(2)，对U1～U4分别进行计算，其中有
满足前述式(2)，判定R4的测量回路存在隐含性故障，发出预警信号。以上诊断步骤判定R4的测量回路存在隐含性故障，与预设相符合。因此，上述两个举例能够说明本发明实施例提供的方法能实现对二次回路的隐含性故障的预警。应当说明的是，上述举例提供的方法的步骤和顺序仅为了说明上述实施例，本实施例的保护范围不限于此。
图4为本发明实施例提供的继电保护装置二次回路故障的预警设备的结构示意图，如图4所示，该设备包括：获取模块401，用于获取多个相互关联的继电保护装置的录波文件；第一预警模块402，用于根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的第一继电保护装置，则判定所述第一继电保护装置的二次回路存在故障；否则，判定为不存在故障。
具体地，当相互关联的多个继电保护装置中的部分被触发启动，在其故障处理完成后，获取模块401读取各继电保护装置分别生成的录波文件。目前继电保护大部分采用微机保护装置进行保护，当电力系统出现故障或扰动时，微机保护装置启动并进行故障录波。
具体地，第一预警模块402根据获取模块401获取的录波文件进行判断。若相互关联的多个继电保护装置中的某一个装置被触发启动，而其他装置均未被触发启动时，则表明电力系统的电路没有发生故障，而只是该被触发启动的装置的二次回路发生了故障，才造成了唯一的继电保护装置启动了保护。因此，第一预警模块402可以发出预警信号。
若相互关联的多个继电保护装置中某一个装置未被触发启动，而其他装置均被触发启动，则表明电力系统的电路发生了故障，而该未被触发启动的装置没有启动保护则是由于该装置的二次回路发生了故障，才造成了其未启动保护。因此，第一预警模块402也可以发出预警信号。
当多个继电保护装置中不存在唯一启动或唯一未启动的第一继电保护装置，则判断不存在含有故障的二次回路，第一预警模块402不发出预警信号。
本发明实施例提供的继电保护装置二次回路故障的预警设备，通过判断多个相关联的继电保护装置中是否存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的继电保护装置，不仅可以检测继电保护装置内部的稳态故障，而且能有效识别二次回路的间歇性隐含故障并发出预警信号，便于及时排除隐患，维持电力系统的安全运行。
基于上述实施例，所述设备还包括：第二预警模块，当所述第一预警模块402中判定为不存在故障后，用于根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的测量值有差异的第二继电保护装置，则判定所述第二继电保护装置的二次回路存在故障。
具体地，若第一预警模块402中没有唯一的被触发启动或唯一的未被触发启动的继电保护装置，则第二预警模块可以根据录波文件对被触发启动的继电保护装置进行进一步判断。
如果各继电保护装置的特定的同种测量值之间的差异较小，则表明各二次回路均为正常；若某一继电保护装置的测量值与其他装置的区别较大，则表明该装置的二次回路可能发生了故障，第二预警模块可以发出预警信号。通过对多个关联继电保护装置的特定的同种测量值之间进行比较，能准确判断各二次回路的隐含性故障。
基于上述实施例，其中，所述测量值包括被触发启动时刻和/或所测母线电压的基波幅值。具体地，第二预警模块可以选择继电保护装置的被触发启动时刻作为特定的测量值，还可以选择继电保护装置所测量的电压的基波幅值作为特定的测量值，对相互关联的多个继电保护装置进行比较。若其中某个装置与其他装置的差异较大，则第二预警模块可以判断该装置的二次回路存在隐含性故障，进一步发出预警信号。其中，可以选择上述两个特定测量值中的一个作为判定值，也可以将两个同时选择。
基于上述实施例，其中，所述相互关联的继电保护装置是指：在联接相同母线的不同线路上分别布置的继电保护装置。
本发明提供的继电保护装置二次回路故障的预警方法和设备，通过判断多个相关联的继电保护装置中是否存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的继电保护装置，不仅可以检测继电保护装置内部的稳态故障，而且能有效识别二次回路的间歇性隐含故障并发出预警信号，便于及时排除隐患，维持电力系统的安全运行。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种继电保护装置二次回路故障的预警方法，其特征在于，包括：
S1，获取多个相互关联的继电保护装置的录波文件；
S2，根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的第一继电保护装置，则判定所述第一继电保护装置的二次回路存在故障；否则，判定为不存在故障；
其中，当所述步骤S2中判定为不存在故障后，所述方法还包括：
S3，根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的测量值有差异的第二继电保护装置，则判定所述第二继电保护装置的二次回路存在故障；
其中，所述测量值包括被触发启动时刻和/或所测母线电压的基波幅值；
其中，所述步骤S3中的若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的被触发启动时刻有差异的第二继电保护装置包括：
若判断第k个所述继电保护装置的被触发启动时刻tk满足下式，则所述第k个继电保护装置为所述第二继电保护装置：
其中，ti为第i个所述继电保护装置被触发启动的时刻，M为被触发启动的所述继电保护装置的总数，ΔT＝1/f，其中f为采样频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中相互关联的继电保护装置是指：
在联接相同母线的不同线路上分别布置的继电保护装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中的若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的所测母线电压的基波幅值有差异的第二继电保护装置包括：
若判断第k个所述继电保护装置的所测母线电压的基波幅值Uk满足下式，则所述第k个继电保护装置为所述第二继电保护装置：
其中，Ui为第i个所述继电保护装置被触发启动后的所测母线电压的基波幅值，M为被触发启动的所述继电保护装置的总数，UN为母线的额定电压，Kres为可靠系数。
4.一种继电保护装置二次回路故障的预警设备，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取多个相互关联的继电保护装置的录波文件；
第一预警模块，用于根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在唯一被触发启动或唯一未被触发启动的第一继电保护装置，则判定所述第一继电保护装置的二次回路存在故障；否则，判定为不存在故障；
其中，还包括：
第二预警模块，当所述第一预警模块中判定为不存在故障后，用于根据所述录波文件，若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的测量值有差异的第二继电保护装置，则判定所述第二继电保护装置的二次回路存在故障；
其中，所述测量值包括被触发启动时刻和/或所测母线电压的基波幅值；
其中，若所述继电保护装置中存在与其他所述继电保护装置的被触发启动时刻有差异的第二继电保护装置包括：
若判断第k个所述继电保护装置的被触发启动时刻tk满足下式，则所述第k个继电保护装置为所述第二继电保护装置：
其中，ti为第i个所述继电保护装置被触发启动的时刻，M为被触发启动的所述继电保护装置的总数，ΔT＝1/f，其中f为采样频率。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述相互关联的继电保护装置是指：
在联接相同母线的不同线路上分别布置的继电保护装置。
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