电力系统母线差动保护CT回路接线分析方法

摘要

本发明涉及一种电力系统中继电保护CT回路的接线正确性分析方法，该方法包括以下步骤：1)获取母线继电保护线路各连接单元的参数；2)测量母线继电保护线路各连接单元的各相电流的相位和幅值；3)根据获取的参数计算并得出母线继电保护线路各连接单元二次回路正确的电流相位；4)进行比较、判断被测母线继电保护线路接线的正确性，生成对应的接线状态码；5)输出结果；6)进行原、副边合成并输出合成结果。本发明提供了一种可靠性高、使用安全简单、操作方便的电力系统母线差动保护CT回路接线分析方法。解决了现有技术中人工判断接线正确性过程复杂的技术问题。

权利要求

1.一种电力系统母线差动保护CT回路接线分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)获取母线继电保护线路各连接单元的参数：所述参数包括有功值、无功值和参考电压；所述参考电压是被测量连接单元的某一相电压或线电压；

2)测量母线继电保护线路各连接单元的各相电流的相位和幅值：分别测量各连接单元Ia、Ib、Ic相对于参考电压的相位；

3)根据获取的参数计算并得出母线继电保护线路各连接单元二次回路正确的电流相位：根据有功值和无功值计算得出参考相的电流相位，根据三相电流相位互为120°且幅值大小相等的基本条件，得出其他两相的电流相位；

4)将步骤2)中测得的母线继电保护线路各连接单元的各相电流的相位与步骤3)中经计算得到的正确的电流相位进行比较、判断被测母线继电保护线路接线的正确性，生成对应的接线状态码，接线状态码包括正确接线码和错误接线码，各接线状态码对应一种接线情况；

5)输出结果：所述输出结果包括接线正确和接线错误；若各连接单元的接线状态码均为正确接线码，则输出接线正确；若任一连接单元的接线状态码为错误接线码，则输出接线错误和各连接单元接线情况；

6)进行原、副边合成并输出合成结果

6.1)获取母线差动保护线路测量值及参数：

母线差动保护线路的测量值包括：各线路的电流有效值及相位；所述任一线路的电流有效值是该线路A、B、C、N相的电流有效值；所述各线路的电流相位是相对于参考电压的相位；所述参考电压是任一线路的线电压或相电压；

母线差动保护线路的参数包括：各线路CT变比、线路所在母线、线路供电方式及线路编号和参考相功率角；

6.2)根据母线参数对母线差动保护线路测量值进行换算，其具体实现方式是：

6.2.1)计算母线各线路的平衡系数；

6.2.2)根据母线各线路的平衡系数换算该线路的电流有效值；

6.2.3)将所有电流相位减去参考相功率角；

6.2.4)判断参考电压是否是Ua，如果是则直接执行步骤6.3)；如果不是则将参考电压转换为Ua后再执行步骤6.3；

6.3)根据步骤4)中得出的接线状态码对当前测量值进行修正对于某一连接单元，根据其接线状态码进行逆向修正；

6.4)合相并输出原边与副边合成量的角差与幅值差

判断是单母线还是双母线，并做对应的处理；

对于单母线：分别对电源侧及负荷侧进行矢量合成，得出原边A、B、C三相及副边A、B、C三相电流值，分别比较原边与副边三相电流值的角差及幅值差并输出；

对于双母线：则要分别对小差一、小差二、大差进行原副边合成，并分别输出小差一、小差二、大差的原副边三相电流值的角差及幅值差。

2.根据权利要求1所述的电力系统母线差动保护CT回路接线分析方法，其特征在于：所述步骤6.2.1)中计算母线各线路的平衡系数的计算方法为：各线路的CT变比视为其平衡系数；同时保证所有线路的平衡系数不大于4，即找出平衡系数最大的线路，将其平衡系数设为4，再将其他线路的平衡系数转换。

说明书

电力系统母线差动保护CT回路接线分析方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力系统中继电保护CT回路接线正确性分析方法，尤其涉及一种对电力系统中母线差动保护CT回路的接线是否正确、合相是否正确进行分析、判断并给出错误接线类型的分析方法。

背景技术

[0002] 对于单个CT回路接线的正确性要满足相与相之间相差120°，并且相序相同，均为正序或者负序，各相电流二次值相同。根据二次测量的电流有效值乘以CT变比计算出的一次电流值与测量回路的一次电流值相同。

[0003] 对于母线差动保护，要计算输入、输出单元的合成矢量。当所有单元都满足相角平衡，即相与相之间相差120°，并且相序相同。同时输入、输出单元合成矢量每相的矢量和为零时，即幅值相等、角度相差180°即可判定接线是正确的。

[0004] 综合上述条件归纳出母线差动CT回路接线正确的条件是：

[0005] 1)所有连接单元满足相角平衡，即相与相之间相差120°；

[0006] 2)所有连接单元相序相同且都是正序，即在向量图中顺时针依次显示为A、B、C；

[0007] 3)各连接单元CT的极性引出方式相同；

[0008] 4)各相二次电流的幅值相等；

[0009] 5)母线各连接单元的矢量和为零(即幅值相等、相角相差180°)。

[0010] 当接线错误时，正确的向量与实测的向量不相同，根据实测的相量图与计量回路分析得出的正确向量图相比较可以判断出接线错误的地方。

[0011] 接线错误的情况下一般有三种基本情况，一为某相的极性接反，如正引出接成负引出，这样就会导致电流的相位相差180°；二为某两相之间接错，如A相误接到B相，B相误接到A相，这样就会导致电流的相序错误；三为某相、某两相或者三相的CT变比用错，从而导致电源侧与负荷侧的矢量和不为零，差电流增大，会引起差动保护误动。

[0012] 电力系统继电保护CT回路接线的正确与否，直接影响供电系统的正常运行。对继电保护CT回路接线的正确性及时作出分析、判断，是变电站新建投运、检修中必不可少的重要环节，目前电力系统继电保护CT回路接线正确性分析，主要靠人工进行——尤其是主变、母线差动保护CT回路，工作人员要经过大量的计算，手工绘制电流向量图，然后再根据计算结果和向量图得出继电保护CT回路接线正确性的分析结果。整个分析过程计算量大，且需要工作人员根据经验进行判断，故存在效率低、误差大的缺点。传统人工方法分析继电保护CT回路接线正确性的流程如下：

[0013] 1)获取数据：获取母线差动保护CT回路各绕组各相的电流幅值、相位数据及相关参数。一般通过电力测量仪器获得(如使用双钳伏安相位表)，将测量的电流幅值、相位数据与计量回路的测量值做比较，判断单个CT回路接线的正确性。对于双圈主变，使用双钳伏安相位表依次测量高压侧CT及低压侧CT的各相(A、B、C、N)电流幅值及相位并与根据测量回路的有功、无功送受情况相比较确定各侧CT回路接线的正确性。

[0014] 2)计算电流：先根据额定电压及CT变比计算各侧的平衡系数，然后再根据平衡系数对电流幅值进行换算。

[0015] 3)绘制向量图：根据基准电压、电流幅值、相角等参数手工绘制向量图。

[0016] 4)分析判断：根据各个接线单元经过平衡计算后的电流值以及向量图判断CT回路接线正确性，如果接线错误需分析错误原因及纠正方法。根据母线各连接单元合成矢量应该大小相等、方向相反的基本条件判断整个差动回路接线是否正确。如果不正确，则由工作人员根据经验进行判断，给出纠正方案，此步没有标准的流程，完全由工作人员素质决定，如果没有经验，那么判断费时费力，且对于较复杂的错误情况很难判断出来。

[0017] 传统的继电保护线路接线分析的人工方法，存在下述缺点或不足：

[0018] 1、分析结果可靠性及准确性差。由于没有统一的操作规程，所以操作存在一定的随意性；另外，工作人员业务水平的高低、客观环境因素等，都会影响分析、判断的准确性。

[0019] 2、对操作人员的业务能力要求高。操作人员既要熟悉电力系统理论知识，并要具备丰富的实践经验，方能判断出继电保护CT回路接线是否正确，继而分析出错在哪里、如何修正。

[0020] 3、工作复杂程度高，工作效率低。尤其是母线连接单元数量较多时，差动CT回路分析判断过程中数据计算量大，人工操作工作效率低，费时费力，且在复杂的操作流程和大量的数据计算过程中，难免发生错误。

发明内容

[0021] 为了解决目前人工情况下对电力系统继电保护CT回路接线错误情况判断费时费力、对工作人员要求高的情况，本发明提供了一种可靠性高、使用安全简单、操作方便的电力系统母线差动保护CT回路接线分析方法。

[0022] 本发明针对上述技术问题的技术解决方案是：

[0023] 一种电力系统母线差动保护CT回路接线分析方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

[0024] 1)获取母线继电保护线路各连接单元的参数：所述参数包括有功值、无功值和参考电压；所述参考电压是被测量连接单元的某一相电压或线电压；

[0025] 2)测量母线继电保护线路各连接单元的各相电流的相位和幅值：分别测量各连接单元Ia、Ib、Ic相对于参考电压的相位；

[0026] 3)根据获取的参数计算并得出母线继电保护线路各连接单元二次回路正确的电流相位：根据有功值和无功值计算得出参考相的电流相位，根据三相电流相位互为120°且幅值大小相等的基本条件，得出其他两相的电流相位；

[0027] 4)将步骤2)中测得的母线继电保护线路各连接单元的各相电流的相位与步骤3)中经计算得到的正确的电流相位进行比较、判断被测母线继电保护线路接线的正确性，生成对应的接线状态码，接线状态码包括正确接线码和错误接线码，各接线状态码对应一种接线情况；

[0028] 5)输出结果：所述输出结果包括接线正确和接线错误；若各连接单元的接线状态码均为正确接线码，则输出接线正确；若任一连接单元的接线状态码为错误接线码，则输出接线错误和各连接单元接线情况；

[0029] 6)进行原、副边合成并输出合成结果

[0030] 6.1)获取母线差动保护线路测量值及参数：

[0031] 母线差动保护线路的测量值包括：各线路的电流有效值及相位；所述任一线路的电流有效值是该线路A、B、C、N相的电流有效值；所述各线路的电流相位是相对于参考电压的相位；所述参考电压是任一线路的线电压或相电压；

[0032] 母线差动保护线路的参数包括：各线路CT变比、线路所在母线、线路供电方式及线路编号和参考相功率角；

[0033] 6.2)根据母线参数对母线差动保护线路测量值进行换算，其具体实现方式是：

[0034] 6.2.1)计算母线各线路的平衡系数；

[0035] 6.2.2)根据母线各线路的平衡系数换算该线路的电流有效值；

[0036] 6.2.3)将所有电流相位减去参考相功率角；

[0037] 6.2.4)判断参考电压是否是Ua，如果是则直接执行步骤6.3)；如果不是则将参考电压转换为Ua后再执行步骤6.3；

[0038] 6.3)根据步骤4)中得出的接线状态码对当前测量值进行修正

[0039] 对于某一连接单元，根据其接线状态码进行逆向修正；

[0040] 6.4)合相并输出原边与副边合成量的角差与幅值差

[0041] 判断是单母线还是双母线，并做对应的处理；

[0042] 对于单母线：分别对电源侧及负荷侧进行矢量合成，得出原边A、B、C三相及副边A、B、C三相电流值，分别比较原边与副边三相电流值的角差及幅值差并输出；

[0043] 对于双母线：则要分别对小差一、小差二、大差进行原副边合成，并分别输出小差一、小差二、大差的原副边三相电流值的角差及幅值差。

[0044] 以上所述步骤6.2.1)中母线差动保护的平衡系数的计算方法是：各线路的CT变比视为其平衡系数；同时保证所有线路的平衡系数不大于4，即找出平衡系数最大的线路，将其平衡系数设为4，再将其他线路的平衡系数转换。

[0045] 本发明的优点是：

[0046] 1、分析结果可靠，准确性大幅提高。本发明所提供的电力系统继电保护CT回路的分析方法进行两次分析，针对每个CT回路和母线的差动CT回路进行判断，最终形成的分析结果中会给出完善的接线错误情况及纠正方案，无需再人为进行判断，其分析结果可靠性明显比传统的分析方法强，并且不受工作人员主观素质以及客观环境因素等方面影响，使得分析结果的准确性大幅提高。

[0047] 2、操作简单，安全可靠。本发明使电力继电保护CT回路接线分析工作简单化，只需要进行简单测量即可自动分析并给出结果，对工作人员技术水平要求大幅降低。

[0048] 3、有4路电流输入，最多可同时进行4路电流幅值、相位的测量，最多满足母线4个电流回路幅值和相位的同时测量，保证了合相时数据的准确性，避免了由于测量过程中负荷发生变化、穿越功率流向发生变化而导致的合相结果的错误。

附图说明

[0049] 图1为本发明所提供的电力系统继电保护CT回路接线分析方法的流程示意图；

[0050] 图2为本发明有功、无功送受情况与象限的关系示意图。

具体实施方式

[0051] 本发明提供的母差保护CT回路接线分析的具体流程如下：

[0052] 1)获取母线继电保护线路各连接单元的参数：

[0053] 通过测量回路、计量点或者与之相联系的变电站取得本回路的有功、无功的送受情况，根据本回路的有功、无功的送受情况、一次电流有效值等确定本设备单元二次正确的相角和电流的有效值，在测量时需选定一个参考电压，所测的电流相位是指被测电流相对于此参考电压的相位。参考电压可在测量时由操作者自行选择。

[0054] 2)测量母线继电保护线路各连接单元的各相电流的相位和幅值：

[0055] 依次测量母差各连接单元保护CT回路各相电流的相位和幅值。对母线上的某一连接单元，以此绕组的某一电压(可以是相电压或线电压)为参考电压测得Ia、Ib、Ic的相位角。用相位电压表测得二次电流的有效值(此测量值要与测量CT回路测得的一次电流按照保护回路CT的变比，计算出保护回路的二次电流有效值相等)。

[0056] 3)根据获取的参数计算并得出母线继电保护线路各连接单元二次回路正确的电流相位

[0057] 例如：通过计量回路、计量点或者与之相联系的变电站取得本回路的有功、无功的送受情况为(送受情况以母线为基准，流入母线为受、流出母线为送，送为正值、受为负值)：送有功25MW，送无功25MW，那么可以计算出tgφ＝Q/P＝1，那么通过arctg＝1，就可以得到φ＝45°而且在第一象限内，此时如果以Ua为参考电压，那么Ia的相位角即为45°，按照正序来画向量图，Ib的相位角即为165°，Ic的相位角即为285°。如果有功、无功的送受情况是送有功25MW，受无功-25MW，那么可以计算出tgφ＝Q/P＝-1，那么通过arctg-1，就可以得到φ＝135°或315°，根据有功、无功的送受情况，可以看出相位角应该在第4象限，那么相位角就应该是315°，有功、无功送受情况与象限的关系参见图2，所以此时如果以Ua为参考电压，那么Ia的相位角即为315°，按照正序来画向量图，Ib的相位角即为75°，Ic的相位角即为195°。保护CT二次电流有效值的计算与计量CT回路的变比有关，如果两个CT组别的变比相同，二次电流的有效值就相等(或者是将计量CT回路的一次电流按照变比折算后的二次电流有效值相等)。如果两个CT组别的变比不同，二次电流的有效值就不相等，需要把计量回路测得的一次电流按照保护回路CT的变比，计算出保护回路的二次电流有效值。

[0058] 4)将步骤2)中测得的母线继电保护线路各连接单元的各相电流的相位与步骤3)中经计算得到的正确的电流相位进行比较、判断被测母线继电保护线路接线的正确性，生成对应的接线状态码。

[0059] 接线状态码的实现方式：先假设6个角度状态，并用整数表示：0°时，状态码为0；60°为1；120°为2；180°为3；240°为4；300°为5。然后对各相进行对比，得到其角度的状态码，再根据状态码做对应的修正。如：接线正确的情况下，A相为0°，状态码为0，B相120，状态码为2，C相240°，状态码为4；那么得到此连接单元CT保护回路的状态码为
024。错误情况及对应的修正方法如表1所示：

[0060] 表1：错误的接线种类及其对应的接线状态码

[0061]

[0062]

[0063]

[0064] 对某一连接单元的CT二次保护回路，将各相电流实测值的相位减去第3步计算所得的参考相功率角，将计算后的各相电流值根据上表判断得出其接线状态码，根据接线状态码即可输出此连接单元CT二次保护回路的接线结果。

[0065] 将实际测量的相位与仪器根据测量回路、计量点或者与之相联系的变电站取得的正确相位相比较，很容易就判断出接线的各种错误。相重合即为接线正确，根据下表可以得出各种判断结果；

[0066]A’ B’ C’ -A’ -B’ -C’
B相与A相 C相与A相接
B相与A C相与A A相极性接 接反且当
A 接线正确 反且当前C相
相接反 相接反 反 前B相极性 极性接反
接反
B相与A相 B相与C相接
A相与B相 接线正 C相与B 接反且当 B相极性接
B 反且当前C相
接反 确 相接反 前A相极性 反 极性接反
接反
A相与C相 B相与C相
A相与C相 B相与C 接线正 接反且当 接反且当
C C相极性接反
接反 相接反 确 前A相极性 前B相极性
接反 接反

[0067] 注：A’、B’、C’为根据功率送受关系确定的正确的相位角，A、B、C为实测的相位角。表格中相交的格子中表示横行和竖行的值相等。

[0068] 根据前述方法依次得出母差各连接单元CT二次保护回路的接线的接线结果。

[0069] 例：部分接线错误向量图

[0070] 4.1)一相相位接反，例如某绕组B相极性接反下表所示：

[0071]

[0072] 4.2)两相极性接反，例如某绕组A，C相极性接反如下表所示：

[0073]

[0074]

[0075] 4.3)三相相位接反，例如某绕组A，B、C相极性接反时如下表所示：

[0076]

[0077] 4.4)两相位置相互接反，例如某绕组A，B相接反，如下表所示：

[0078]

[0079] 4.5)三相位置相互接反，例如某绕组A相错接到C相，C相错接到B相，B相错接到A相时，如下表所示：

[0080]

[0081] 4.6)两相位置相互接反，其中一相又极性接反，例如某绕组B相错接到C相，B相极性接反时，如下表所示：

[0082]

[0083] 4.7)两相位置相互接反，第三相又极性接反，例如某绕组B相错接到C相，A相极性接反时，如下表所示：

[0084]

[0085] 4.8)两相位置相互接反，这两相的极性也全接反，例如某绕组A相错接到C相，A，C相的极性接反时，如下表所示：

[0086]

[0087] 4.9)两相位置相互接反，其中一相和第三相的极性接反时，例如某绕组A相错接到B相，C相和B相的极性接反时，如下表所示：

[0088]

[0089] 4.10)两相位置相互接反，极性全部接反，例如某绕组A相错接到C相，3相相位接反时，如下表所示：

[0090]

[0091] 4.11)三相位置相互接反，其中一相极性接反，例如某绕组A相错接到B相，B相错接到C相，C相错接到A相，C相极性接反时，如下表所示：

[0092]

[0093] 4.12)三相位置相互接反，其中两相极性接反，例如某绕组A相错接到C相，C相错接到B相，B相错接到A相，A，B相极性接反时，如下表所示：

[0094]

[0095] 4.13)三相位置相互接反，极性全部接反，例如某绕组A相错接到B相，B相错接到C相，C相错接到A相时，如下表所示：

[0096]

[0097] 5)输出结果

[0098] 分析结果有两种：接线正确及接线错误。

[0099] (1)如果各连接单元的接线状态码均为024，则输出接线正确。

[0100] (2)如果有任一连接单元的接线状态码不是024，则输出接线错误；并根据第4步中的表1输出各连接单元的错误情况。

[0101] 6)进行原、副边合成并输出合成结果

[0102] 6.1)获取母线差动保护线路测量值及参数：

[0103] 通过仪表测量获得母线差动保护线路各线路的电流(A、B、C、N)有效值及相位。在测量时需选定一个参考电压，所测的所有线路的电流相位是指被测电流相对于此参考电压的相位。在整个测量过程中，测量参考一直是此电压，即母线所有线路电流的相位都是相对于此参考电压的相位。参考电压可在测量时由操作者自行选择。

[0104] 对于母线差动保护线路在进行分析前输入母线参数：包含各线路CT变比、各线路所在母线、各线路供电方式，及各线路编号(用于绘制向量图)；输入所选的参考线路(即参考电压所在的线路)、参考电压，参考相功率角(即参考电压所在相的功率角，来自计量回路)。

[0105] 测量过程中要注意母线各个连接单元的CT回路引出线是不是同名端，要保证是同名端引出。

[0106] 6.2)根据母线参数对母线差动保护线路测量值进行换算

[0107] 6.2.1)计算母线各线路的平衡系数；

[0108] 对于母线差动保护，由于各线路电压等级相同，所以可将各线路的CT变比视为其平衡系数；同时保证所有线路的平衡系数不大于4，即找出平衡系数最大的线路，将其平衡系数设为4，再将其他线路的平衡系数转换。例如所有连接单元中CT变比最大的一个单元是1200/1，将其平衡系数设为4，那么CT变比是600/1的连接单元其平衡系数即为2。

[0109] 6.2.2)根据母线各线路的平衡系数换算该线路的电流有效值

[0110] 将母线连接单元电流乘以其对应的平衡系数。如上例中，如果流入、流出母线的三相负荷电流都是600A，那么这时一次电流流入、流出的矢量和为零，贰反应在二次侧，对于CT变比为1200/1的连接单元，二次电流为0.5A，对于CT变比为600/1的连接单元，二次电流为1A，很明显二次电流在幅值上都是不相等的。按照将所有连接单元中CT变比最大的一个单元是1200/1，将其平衡系数设为4，那么CT变比是600/1的连接单元其平衡系数即为2，进行换算后二次电流都为2A，则流入、流出的二次电流的矢量和为零。

[0111] 6.2.3)将所有电流相位减去参考相功率角；

[0112] 如果参考线路接线正确，那么给所有电流相位减去参考相功率角后，其参考相电流相位应为0°。

[0113] 6.2.4)判断参考电压是否是Ua，如果是则直接执行步骤6.3)；如果不是则将参考电压转换为Ua后再执行步骤6.3；

[0114] 将参考电压转换为Ua：在测量时可以根据现场情况选择任一电压作为参考，那么参考电压有可能是Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca之一，需将参考相转换为Ua，以方便后续分析。

[0115] 根据电力系统原理有5种情况：Ub滞后Ua120°，Uc滞后Ua240°，Uab滞后Ua330°，Ubc滞后Ua90°，Uca滞后Ua210°。

[0116] 转换方式为：根据选择的参考电压，将所有的电流相位都加上对应的角度即可。具体如下：

[0117] 当参考电压为Ub时，参考绕组A相电流相角为-120°，那么只要对所有绕组各相都加上120°，即可将参考电压转换为Ua；

[0118] 当参考电压为Uc时，A相相角为-240°，给各绕组各相加240°。

[0119] 当参考电压为Uab时，A相相角为30°，给各绕组各相加330°。

[0120] 当参考电压为Ubc时，A相相角为-90°，给各绕组各相加90°。

[0121] 当参考电压为Uac时，A相相角为-210°，给各绕组各相加210°。

[0122] 6.3)根据步骤4)中得出的接线状态码对当前测量值进行修正

[0123] 对于某一连接单元，根据其接线状态码进行逆向修正。如接线状态码为324，代表A相极性接反，那么对这一绕组的A相相位加180°即完成了修正。

[0124] 6.4)合相并输出原边与副边合成量的角差与幅值差

[0125] 首先，判断是单母线还是双母线，并做对应的处理。

[0126] 对于单母线：分别对电源侧及负荷侧进行矢量合成，得出原边A、B、C三相及副边A、B、C三相电流值。分别比较原边与副边三相电流值的角差及幅值差并输出。

[0127] 对于双母线：则要分别对小差一、小差二、大差进行原副边合成，并分别输出小差一、小差二、大差的原副边三相电流值的角差及幅值差。根据此项输出内容可进一步验证步骤5)输出的分析结果。