基于小波理论的变电站母差保护防误操作闭锁方法和装置与流程

本发明涉及一种变电站母差保护防误操作的闭锁方法和闭锁装置。

背景技术：

目前常用的微机型母差保护是利用电流突变量启动，为了防止在某些情况下母差保护误动，再利用复合电压进行闭锁的方式进行工作的。

某变电站220kV开关合并单元更换工作，在工作结束时由于工作人员将有关压板(包括软压板)顺序投错，造成母差保护误动，造成大面积停电事故。在事故发生时，一次主系统是正常运行，既无故障又无低电压，此时复合电压应该处于闭锁状态，理应阻止母差保护出口跳闸。

现有的母差保护技术中，普遍用复合电压的原理来闭锁母差保护的出口，这种方式在一般情况下可以很好地闭锁母差保护，但是在系统震荡或电压互感器二次回路断线等情况下，就满足了闭锁解除的条件，此时复合电压闭锁解除，而如果此时发生二次回路的误操作(比如上述事故)或电流互感器二次回路断线等情况时，母差保护就会出口跳闸，给电力系统和电力用户都造成损失，而智能站中的合并单元，就是将电流、电压合并在一起的装置，合并单元检修，就意味着电流、电压回路同时退出了母差保护，母差保护失去复合电压闭锁，如果在恢复过程中没有按规定步骤进行恢复，则很有可能造成母差保护误动。

在实施本发明的过程中，本发明人认为：对于像母差保护这样重要的保护设备，应该不断提高保护的可靠性，使保护装置该动的一定要动，不该动的一定不要乱动。为避免压板错投操作而导致母差保护动作的再次发生，有必要在现有的复合电压闭锁方式基础上，引入其他的闭锁方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁方法，以解决压板错投操作造成的母差保护动作。

本发明的目的还在于提供基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁装置，以解决压板错投等二次操作造成的母差保护动作。

为此，本发明一方面提供了一种基于小波理论的变电站母差保护闭锁方法，包括母差保护的启动环节和闭锁环节，其中，在母差保护的闭锁环节至少使用小波分析，对母差保护动作进行控制，包括以下步骤：对一次系统的电流、电压分别进行采样以获得电流和电压的数值和波形的步骤；对电压、电流波形进行分析，识别故障波形的步骤；以及根据识别到的故障波形对母差保护动作进行控制的步骤。

进一步地，上述母差保护的启动环节包括：将采样的电流的数值与设定的动作值进行比较，若在设定的动作值范围内，则母差保护不启动、否则母差保护启动。

进一步地，上述闭锁方法还包括在母差保护的闭锁环节使用复合电压计算以判断电压是否正常，其中，根据复合电压是否正常和识别到的故障波形对母差保护动作进行控制。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁方法，包括以下步骤：对一次系统的电流、电压分别进行采样以获得电流和电压的数值和波形的步骤一；将采样的电流的数值与设定的动作值进行比较，若在设定的动作值范围内，则母差保护不启动、否则启动母差保护的步骤二；将采样的电压进行复合电压计算，并判断电压是否正常的步骤三；将采样的电流和电压波形分别进行小波分析，识别故障波形的步骤四；以及根据电压是否正常和识别到的故障波形来执行闭锁母差保护或母差出口跳闸动作的步骤五，其中，若电压或波形二者之一正常，则闭锁母差保护，若二者均不正常，其执行母差出口跳闸。

进一步地，上述步骤一还包括对采集的电流和电压信号进行滤波。

本发明还提供了一种基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁装置，包括：采样模块，用于对一次系统的电流、电压分别进行采样以获得电流和电压的数值和波形；母差保护启动模块，用于将采样的电流的数值与设定的动作值进行比较，若在设定的动作值范围内，则母差保护不启动、否则启动母差保护；复合电压闭锁模块，用于将采样的电压进行复合电压计算，并判断电压是否正常；小波闭锁模块，用于将采用的电流和电压波形分别进行小波分析，识别故障波形；逻辑判断模块，用于根据复合电压是否正常和是否存在故障波形来确定母差保护出口模块的动作，其中，若电压或波形二者之一正常，则判定闭锁母差保护，若二者均不正常，其判定母差出口跳闸；以及母差保护出口模块，用于根据逻辑判断模块的判定结果进行动作。

进一步地，上述采样模块为一次系统上配置的母差保护装置。

针对目前母差保护在闭锁方面存在的不足之处，本发明提出使用当前比较先进的小波理论进行母差保护的闭锁。因为小波既取自电流的波形又取自电压的波形。当电压回路断线时，有电流的波形可以判断，当电流回路断线时，有电压波形可以判断；当系统震荡，又遇二次回路误操作时，同时有电流、电压波形可以供判断，即使再发生类似前次的二次回路误操作，只要有任意一路电流接入或电压接入，就可以提供小波判据，母差保护完全可以进行闭锁，而不至于误动跳闸；当发生保护范围内故障时，由于电流、电压波形的判断均为故障，故解除闭锁，使母差保护可靠跳闸。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁方法的流程图；

图2是根据本发明一实施例的基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁装置的结构框图；

图3是根据本发明另一实施例的基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁方法的流程图；以及

图4是根据本发明另一实施例的基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁装置的结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1至图3示出了根据发明的一些实施例。

基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁方法，包括以下步骤：对一次系统的电流、电压分别进行采样以获得电流和电压的数值和波形的步骤一；将采样的电流的数值与设定的动作值进行比较，若在设定的动作值范围内，则母差保护不启动、否则启动母差保护的步骤二；将采样的电压进行复合电压计算，并判断电压是否正常的步骤三；将采样的电流和电压波形分别进行小波分析，判断波形是否正常的步骤四；以及根据电压是否正常和波形是否正常来执行闭锁母差保护或母差出口跳闸动作的步骤五，其中，若电压或波形二者之一正常，则闭锁母差保护，若二者均不正常，其执行母差出口跳闸。

上述闭锁方法的具体流程如图3所示，详细描述如下：

S21：利用现有的母差保护装置通过对一次系统的电流、电压信号进行采样；

S23：对步骤S21采样的电流和电压信号进行滤波；

S25：将步骤S23获得的电流和电压信号提取电流、电压的数值和波形，接下来分别执行步骤S27、步骤S29、步骤S31；

S27：将步骤S25获取的电流的数值与设定的动作值进行比较；

S39：接下来判断电流是否正常，若在设定的动作值范围内，则认定电流正常，若超出动作值，则认定电流不正常；若认定电流不正常，则转到步骤S47，若认定电流不正常，则转到步骤S43；

S29：将步骤S25获取的电流、电压的数值进行复合电压计算，该步骤中，低压、负序、零序三者合成复合电压,三者之一达到条件、复合电压闭锁将开放，其中，该复合电压计算为本领域技术人员所熟知，在此不作赘述；

S37：根据步骤S29的计算结果，判断电压是否正常，若正常则执行步骤S41，若不正常则执行步骤S45；

S31：根据步骤S25获得的电流和电压的波形进行小波分析，提取故障波形，接下来执行步骤S35；

S35：根据步骤S31的分析结果，判断波形是否正常，若存在故障波形不正常，则执行步骤S45，若波形正常则执行步骤S41；

S41：若经过复合电压计算后判定的电压正常、或经过小波分析后的波形正常，则闭锁母差保护。其中，小波分析和复合电压计算二者之间的关系是：若电压正常，则波形一定正常；若电压不正常，经小波分析后的波形有可能正常，也有可能不正常。根据本步骤，只要二者有一个正常，则执行步骤S43---闭锁母差保护，即复合电压计算后电压不正常而波形正常，则闭锁母差保护，母差出口不跳闸，从而解决现有技术中符合电压计算后电压不正常而母差出口跳闸的问题；

S43：闭锁母差保护，此时母差出口无法跳闸，之后返回步骤S21，继续采样，采样频率的设定沿袭现有的复合电压闭锁方式即可；

S45：若电压不正常并且波形也不正常，则执行步骤S47；

S47：若电流不正常、电压不正常并且波形也不正常，则执行步骤S49；以及

S49：执行母差出口跳闸动作，一次系统断电。

根据本发明的闭锁方法，利用现有的母差保护装置通过对系统的电流、电压进行采样、滤波得到保护装置需要的电流和电压数值和波形，将保护装置测量得来的电流值与事先预存在保护装置中的规定动作值进行比较，如果在规定动作值以内，母差保护不启动，否则就启动母差保护。在启动母差保护的前提下，母差保护装置判断一次主系统的状态，如果复合电压或小波的波形在规定范围内或正常波形，即系统处于正常运行状态，那么就会闭锁母差保护，使母差保护不能出口跳闸，否则使母差保护能够出口跳闸。在本发明中，由于小波闭锁方式比复合电压闭锁更精确，因而能够弥补复合电压闭锁的一些缺陷。

在一实施例中，如图2所示，基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁装置，包括：

采样模块10，用于对一次系统的电流、电压分别进行采样以获得电流和电压的数值和波形；

母差保护启动模块20，用于将采样的电流的数值与设定的动作值进行比较，若在设定的动作值范围内，则母差保护不启动、否则启动母差保护；

复合电压闭锁模块30，用于将采样的电压进行复合电压计算，并判断电压是否正常；

小波闭锁模块30，用于将采用的电流和电压波形分别进行小波分析，判断波形是否正常；

逻辑判断模块40，用于根据复合电压是否正常和波形是否正常来确定母差保护出口模块的动作，其中，若电压或波形二者之一正常，则判定闭锁母差保护，若二者均不正常，其判定母差出口跳闸；以及

母差保护出口模块50，用于根据逻辑判断模块的判定结果进行动作。

针对目前母差保护在闭锁方面存在的不足之处，本发明提出使用当前比较先进的小波理论进行母差保护的闭锁。因为小波既取自电流的波形又取自电压的波形。当电压回路断线时，有电流的波形可以判断，当电流回路断线时，有电压波形可以判断；当系统震荡，又遇二次回路误操作时，同时有电流、电压波形可以供判断，即使再发生类似西藏这样的二次回路误操作，只要有任意一路电流接入或电压接入，就可以提供小波判据，母差保护完全可以进行闭锁，而不至于误动跳闸；当发生保护范围内故障时，由于电流、电压波形的判断均为故障，故解除闭锁，使母差保护可靠跳闸。

基于小波理论的母差保护闭锁回路，来实现防止母差保护误动，具体应对场景如下：

1、当一次主系统正常运行或系统震荡时，由于此时系统电压、电流的波形是正常的正弦波，没有故障波形，而且母差回路里面的差流也在规定值以下，所以母差保护不动作。

2、当母差二次电流回路断线或二次回路有误操作，导致二次差流增大，达到规定动作值而动作，但由于系统正常运行，这种基于小波理论的闭锁装置测量不到任何故障波形信息，故而闭锁了跳闸回路，因此不会出口跳闸。

3、当发生母线三相短路时，此时由于是对称短路，可能不会出现复合电压，但是在短路瞬间，系统的电流、电压一定会发生变化，这时由于我们采用了小波理论的技术，就可以捕捉到故障瞬间的故障波形信息，故解除闭锁，使母差保护能正常出口跳闸。

4、当电压回路断线时又发生母线三相短路，此时由于电压回路失电而无法启动复合电压闭锁装置，但采用小波理论的保护装置已经通过故障电流波形的变化感受到了故障的存在，此时就会解除闭锁，让母差保护直接出口跳闸。

5、当正常运行的系统发生震荡同时又有一批大电动机启动，此时系统母线电压很低，接近三相短路，电流、电压又发生巨大的波动，电流数值可能很大，但此时系统正常，故差流不大。由于震荡时系统是对称的，没有复合电压出现，同时虽然系统波动很大，但没有故障波形出现，它是有规律的变化，不满足小波条件，此时即使再发生电压回路断线的情况，母差保护也是不会出口跳闸的。

在实施上述实施例的过程中，本发明人认识到小波分析在母差保护闭锁环节具有独立用途，能够单独使用，不依赖于复合电压闭锁的方式，也能够与其他闭锁方式组合使用，然而基于可靠性考虑，优选小波闭锁与复合电压闭锁组合使用。

下面对变电站母差保护的闭锁环节独立使用小波分析的闭锁方法进行描述。其中，闭锁环节是指母差保护启动之后控制母差出口是否跳闸的环节。

该闭锁方法在变电站母差保护的闭锁环节使用小波分析，对母差保护动作进行控制，包括以下步骤：对一次系统的电流、电压分别进行采样以获得电流和电压的数值和波形的步骤；对所述电压、电流波形进行分析，提取故障波形的步骤；以及根据识别到的故障波形对母差保护动作进行控制的步骤。

上述闭锁方法的具体流程如图3所示，详细描述如下：

S21：利用现有的母差保护装置通过对一次系统的电流、电压信号进行采样；

S23：对步骤S21采样的电流和电压信号进行滤波；

S25：将步骤S23获得的电流和电压信号提取电流、电压的数值和波形，接下来分别执行步骤S27、步骤S31；

S27：将步骤S25获取的电流的数值与设定的动作值进行比较；

S39：接下来判断电流是否正常，若在设定的动作值范围内，则认定电流正常，若超出动作值，则认定电流不正常；若认定电流不正常，则转到步骤S47，若认定电流不正常，则转到步骤S43；

S31：根据步骤S25获得的电流和电压的波形进行小波分析，提取故障波形，接下来执行步骤S35，在本步骤中，电流、电压波形正常时为正弦波形，故障波形为母线发生如下故障所对应的波形，母线故障类型如下：母线单相接地故障、二相短路故障、三相短路故障、两相接地短路故障，本发明通过小波分析识别上述母线故障对应的电力波形，即发生故障时的电流波形和电压波形；

S35：根据步骤S31的分析结果，判断特征波形是否正常，若存在不正常的故障波形，则执行步骤S47，若波形正常则执行步骤S43；

S43：闭锁母差保护，此时母差出口无法跳闸，之后返回步骤S21，继续采样，采样频率的设定沿袭现有的复合电压闭锁中使用的采样频率；

S47：若电流不正常、电压不正常并且波形也不正常，则执行步骤S49；以及

S49：执行母差出口跳闸动作，一次系统断电。

在图3所示的闭锁方法的具体流程中，母差保护启动环节由步骤S37和S39确定母差是否启动，若电流不正常则启动，若电流正常则闭锁母差保护。在母差保护启动环节，还可以通过其他方式来确定母差保护是否启动。

在另一实施例中，如图4所示，基于小波理论的变电站母差保护防误操作的闭锁装置，包括：

采样模块10，用于对一次系统的电流、电压分别进行采样以获得电流和电压的数值和波形；

母差保护启动模块20，用于将采样的电流的数值与设定的动作值进行比较，若在设定的动作值范围内，则母差保护不启动、否则启动母差保护；

小波闭锁模块30，用于将采用的电流和电压波形分别进行小波分析，判断波形是否正常；

逻辑判断模块40，用于根据小波闭锁模块30判断结果来确定母差保护出口模块的动作，其中，在启动母差保护的前提下，若波形正常，则判定闭锁母差保护，若波形不正常，其判定母差出口跳闸；以及

母差保护出口模块50，用于根据逻辑判断模块的判定结果进行动作。即选择性地闭锁母差保护或者令母差出口跳闸。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。