一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法及检测装置
阅读说明：本技术 一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法及检测装置 (Vector synthesis algorithm and detection device for main transformer differential protection hexagonal graph based on differential flow calculation ) 是由 孙竟成 杨学杰 胡新刚 孙鹏 孙立新 于洋 王龙 徐丽丽 冯照飞 刘逸 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法及检测装置,涉及变电站二次矢量检测技术领域,包括以下步骤：S1、采集变压器各侧电流、电压相量,S2、双分支电流矢量合成,S3、横向矢量合成计算主变单侧CT二次三相电流是否平衡,S4、纵向矢量合成计算差流是否合格。本发明采用多线程检测采集模式,快速对接,一次性接线即可完成变压器每侧电流六角图的测试,提高测试效率,实现数据的快速采集,矢量合成过程动态展示,并自动绘制六角图,智能分析判断测试结果,为生产一线保护人员提供决策依据,实现最优化的人机操作模式和六角图的直观显示,测试时能大大缩短了测试时间,提高了工作效率,可节省人力50％。(The invention provides a vector synthesis algorithm and a detection device of a main transformer differential protection hexagonal graph based on differential flow calculation, which relate to the technical field of secondary vector detection of a transformer substation and comprise the following steps: s1, collecting current and voltage phasors of each side of the transformer, S2, double-branch current vector synthesis, S3, transverse vector synthesis and calculation of whether the secondary three-phase current of the single-side CT of the main transformer is balanced or not, and S4, longitudinal vector synthesis and calculation of whether the differential current is qualified or not. The invention adopts a multi-thread detection acquisition mode, is in quick butt joint, can finish the test of the current hexagonal graph of each side of the transformer by one-time wiring, improves the test efficiency, realizes the quick acquisition of data, dynamically displays the vector synthesis process, automatically draws the hexagonal graph, intelligently analyzes and judges the test result, provides decision basis for production line protection personnel, realizes the optimized man-machine operation mode and the visual display of the hexagonal graph, greatly shortens the test time during the test, improves the working efficiency and can save 50 percent of manpower.)
技术领域
本发明涉及变电站二次矢量检测技术领域，特别的为一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法及检测装置。
背景技术
目前市面上的六角图测试仪仅仅是将主变各侧电流矢量测试结果展示出来，不能通过矢量合成和差流计算，得出结论，差流是否合格。经过调研电力工人在进行主变二次“六角图”测试工作时，大部分使用相位表，以一相电压相量为基准，测量主变各侧电流的幅值和相位，这种传统测试方式存在如下弊端：一是测量过程中，需多次变更测试线，增加了误碰带电回路的风险，不利于人身和设备安全；二是没有统一规范的测试流程约束作业人员的测试步骤，极易漏项，且需人工手动记录各测量的幅值和相位，费时费力且易出错；三是测试完成后，需人工计算差流，判断测试结果是否正确，极易误判；四是变电站技改大修工程现场时间紧、任务重，传统测试方法操作繁琐，工作量大，测试效率较低，影响改造工程进度。
因此，研制一种可以一次性完成接线，按一键自动采集电流、电压相量，并采用相量合成数学算法，借助计算机高效、准确计算及其数据存储、人机互动功能，固化标准化作业流程的装置，提高变压器“六角图”测试的准确性和工作效率成为必然选择。
发明内容
本发明提供的了一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法及检测装置，本发明采用多线程检测采集模式，快速对接，一次性接线即可完成变压器每侧电流六角图的测试，提高测试效率。实现数据的快速采集，矢量合成过程动态展示，并自动绘制六角图，智能分析判断测试结果，为生产一线保护人员提供决策依据，实现最优化的人机操作模式和六角图的直观显示，测试时间由原来的2小时直接缩短为10分钟，大大缩短了测试时间，测试人员由原来的4人减少到2人，提高了工作效率，可节省人力50％，该装置专业性强，目前国内市场无可替代产品。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法，包括以下步骤：
S1、采集变压器各侧电流、电压相量：测量主变各侧开关CT二次三相电流大小及相对于本侧A相电压的相位角；
S2、双分支电流矢量合成；
S3、横向矢量合成计算主变单侧CT二次三相电流是否平衡；
S4、纵向矢量合成计算差流是否合格。
本发明进一步设置为：在S1操作步骤中，采集变压器各侧电流、电压相量：测量主变各侧开关CT二次三相电流大小及相对于本侧A相电压的相位角，包括以下步骤：
S101、高压侧：以本侧A相电压θUHA为基准，θUHA＝0°，测量A相电流IHA及角度θHA，测量B相电流IHB及角度θHB，测量C相电流IHC及角度θHC；
S102、中压侧：以本侧A相电压θUHA为基准，θUHA＝0°，测量A相电流IMA及角度θMA，测量B相电流IMB及角度θMB，测量C相电流IMC及角度θMC；
S103、低压侧：以本侧A相电压θUHA为基准，θUHA＝0°，测量A相电流ILA及角度θLA，测量B相电流ILB及角度θLB，测量C相电流ILC及角度θLB。
本发明进一步设置为：在S2操作步骤中，双分支电流矢量合成，包括以下步骤：
S201、以本侧A相电压为基准，∠Ua＝0°，测量1分支A相电流IA1及角度θA1，测量1分支B相电流IB1及角度θB1，测量1分支C相电流IC1及角度θC1，测量2分支A相电流IA2及角度θA2，测量2分支B相电流IB2及角度θB2，测量2分支C相电流IC2及角度θC2；
S202、以本侧A相电压为基准，的角度为0°，为分支1测量的电流矢量，其与之间的夹角为θA1，为分支2测量的电流矢量，其与本侧A相电压之间的夹角为θA2，两个分支A相电流矢量与之间的夹角为θA1-θA2，根据余弦定理，两个分支合成后的电流矢量为
S203、根据余弦定理，可得电流的角度θA，
S204、求取的大小和角度θB、θC。
本发明进一步设置为：在S3操作步骤中，横向矢量合成计算主变单侧CT二次三相电流是否平衡是指B、C相电流矢量和为若与相位相反，大小相等，则本侧三相电流平衡；
横向矢量合成方法为：沿A相电流矢量反向画延长线，B、C两相电流 在该延长线上的投影之和大小与A相电流大小相等，B、C两相电流在A相电流矢量延长线上的投影长度计算为：其中为A相电流大小，和分别为B、C在A相电流矢量反向画延长线上的投影，θA为A相角度，θB和θC分别为B相、C相的角度。
本发明进一步设置为：在S4操作步骤中，纵向矢量合成计算差流是否合格，包括以下步骤：
S401、三角转星30°角补偿矢量合成；
S402、差流计算；
S403、判断差流是否合格。
本发明进一步设置为：在S401操作步骤中，三角转星30°角补偿矢量合成，包括以下步骤：
S4011、计算A相的电流矢量合成的最终量和夹角θ′LA，为参与高中低三侧A相电流矢量合成的最终量，和之间的夹角为θAC＝θLC-θLA，和之间的夹角为θ1， 的角度θ′LA为的角度减180°再加θ1，即θ′LA＝θLC-180°+θ1+30°；
S4012、计算B相的电流矢量合成的最终量和夹角θ′LB，为参与高中低三侧B相电流矢量合成的最终量，和之间的夹角为θBA＝θLB-θLA，和之间的夹角为θ2， 的角度θ′LB为的角度减180°再加θ2，即θ′LB＝θLA-180°+θ2+30°；
S4013、计算C相的电流矢量合成的最终量和夹角θ′LC，为参与高中低三侧B相电流矢量合成的最终量，和之间的夹角为θCB＝θLC-θLB，和之间的夹角为θ3， 的角度θ′LC为的角度减180°再加θ3，即θ′LC＝θLB-180°+θ3+30°。
本发明进一步设置为：在S402操作步骤中，差流计算，包括以下步骤：
S4021、算出三侧额定电流， 式中，Se为变压器额定容量，UHe、UMe和ULe分别为高、中、低压侧额定电压；nH、nM和nL分别为高、中、低压侧CT变比；
S4022、使用标幺化二次矢量计算差流，高压侧得到的电流相量 与高压侧基准电流作比，得到标幺化的电流相量，中压侧得到的电流相量与中压侧基准电流作比，得到标幺化的电流相量，低压侧的电流相量与低压侧基准电流作比，得到标幺化的电流相量，标幺化的三相差流即为：式中，IcdA为A相差流，IcdB为B相差流，IcdC为C相差流。
8.根据权利要求5所述的一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法，其特征在于：在S403操作步骤中，判断差流是否合格，包括以下步骤：
S4031、引入制动电流， 以制动电流为横轴，差动电流为纵轴，建立坐标系；
S4032、比率特性差流合格的判据为：Icd≤Kbl×Izd+Ics，式中，Kbl为比率制动系数，Ics为初始允许差流值，A、B、C三相差动电流和制动电流均满足比率制动差流合格的判据，则装置判定六角图测量正确，差流合格。
本发明还提供了一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量检测装置，包括检测箱本体，所述检测箱本体的顶部安装有触摸屏，所述检测箱本体的内设置有三路电流矢量数据采集单元和三路电压矢量数据采集单元。
本发明进一步设置为：所述检测箱本体的一侧安装有蓝牙打印机。
本发明提供了一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法及检测装置。具备以下有益效果：
本发明采用多线程检测采集模式，快速对接，一次性接线即可完成变压器每侧电流六角图的测试，提高测试效率。实现数据的快速采集，矢量合成过程动态展示，并自动绘制六角图，智能分析判断测试结果，为生产一线保护人员提供决策依据，实现最优化的人机操作模式和六角图的直观显示，测试时间由原来的2小时直接缩短为10分钟，大大缩短了测试时间，测试人员由原来的4人减少到2人，提高了工作效率，可节省人力50％，该装置专业性强，目前国内市场无可替代产品。
附图说明
图1为一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法的流程图；
图2为一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法中两分支矢量合成示意图；
图3为一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法中补偿低压侧三角形绕组30°角示意图；
图4为一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法中纵向矢量合成示意图；
图5为一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法中制动电流与差动电流坐标图；
图6为一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量检测装置的示意图。
图中标号说明：
100、检测箱本体；110、触摸屏；200、蓝牙打印机。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但不是对本发明的限定。
实施例：
请参照图1-6所示，一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量合成算法，包括以下步骤：
步骤一、采集变压器各侧电流、电压相量：测量主变各侧开关CT二次三相电流大小及相对于本侧A相电压的相位角。
采集变压器各侧电流、电压相量：测量主变各侧开关CT二次三相电流大小及相对于本侧A相电压的相位角，包括以下步骤：
S101、高压侧：以本侧A相电压θUHA为基准，θUHA＝0°，测量A相电流IHA及角度θHA，测量B相电流IHB及角度θHB，测量C相电流IHC及角度θHC；
S102、中压侧：以本侧A相电压θUHA为基准，θUHA＝0°，测量A相电流IMA及角度θMA，测量B相电流IMB及角度θMB，测量C相电流IMC及角度θMC；
S103、低压侧：以本侧A相电压θUHA为基准，θUHA＝0°，测量A相电流ILA及角度θLA，测量B相电流ILB及角度θLB，测量C相电流ILC及角度θLB。
步骤二、双分支电流矢量合成。
双分支电流矢量合成，包括以下步骤：
S201、以本侧A相电压为基准，∠Ua＝0°，测量1分支A相电流IA1及角度θA1，测量1分支B相电流IB1及角度θB1，测量1分支C相电流IC1及角度θC1，测量2分支A相电流IA2及角度θA2，测量2分支B相电流IB2及角度θB2，测量2分支C相电流IC2及角度θC2；
S202、以本侧A相电压为基准，的角度为0°，为分支1测量的电流矢量，其与之间的夹角为θA1，为分支2测量的电流矢量，其与本侧A相电压之间的夹角为θA2，两个分支A相电流矢量与之间的夹角为θA1-θA2，根据余弦定理，两个分支合成后的电流矢量为
S203、根据余弦定理，可得电流的角度θA，
S204、求取的大小和角度θB、θC。
步骤三、横向矢量合成计算主变单侧CT二次三相电流是否平衡。
横向矢量合成计算主变单侧CT二次三相电流是否平衡是指B、C相电流矢量和为若与相位相反，大小相等，则本侧三相电流平衡；
横向矢量合成方法为：沿A相电流矢量反向画延长线，B、C两相电流 在该延长线上的投影之和大小与A相电流大小相等，B、C两相电流在A相电流矢量延长线上的投影长度计算为：其中为A相电流大小，和分别为B、C在A相电流矢量反向画延长线上的投影，θA为A相角度，θB和θC分别为B相、C相的角度。
若上式得到的量和的大小相等，则判为三相平衡。
运用相同方法，计算中压侧横向矢量合成，若三相平衡，则检测合格。
运用相同方法，计算低压侧横向矢量合成，若三相平衡，则检测合格。
步骤四、纵向矢量合成计算差流是否合格。
高、中、低各侧三相电流平衡只是判断六角图测试合格的其中一个判据，还需要纵向合成高、中、低各侧每一相电流是否符合基尔霍夫电流定律，即判断差流大小是否合格。以A相为例，把高、中、低各侧的A相电流拿出来矢量合成，其矢量和是否为0，若接近于0，则判为合格，否则不合格，B\C相方法与A相相同。
但是纵向矢量合成首先要克服一个困难，即主变低压侧绕组为三角形接线，高、中压侧为星形接线，高、中压侧电流矢量和低压侧电流矢量不在同一条直线上，存在30°角度差，因此需要补偿30°角，使他们在一条直线上，才能进行矢量合成得到真正意义上的差流。
纵向矢量合成计算差流是否合格，包括以下步骤：
S401、三角转星30°角补偿矢量合成。
S402、差流计算。
S403、判断差流是否合格。
由于在步骤一选择了变压器的连接组别，低压侧若是三角形接线，高、低压侧电压存在30°夹角，计算差流时，要将高、低压侧电流之间存在的这30°夹角补偿掉，使高、低压侧电流矢量在同一条直线上，才能进行差流计算。
低压侧：以本侧A相电压θUHA为基准，θUHA＝0°。
测量A相电流ILA及角度θLA。
测量B相电流ILB及角度θLB。
测量C相电流ILC及角度θCB。
因主变低压侧电压超前高压侧电压30°，因此，以θUHA为基准测量得到的三相电流应加上30°后，其相位角才能与高、中压侧电流矢量在同一个电压基准之下。
为了补偿30°，使低压侧电流和高中压侧电流在同一条直线上进行矢量合成，需先做如下矢量运算：
三角转星30°角补偿矢量合成，包括以下步骤：
S4011、计算A相的电流矢量合成的最终量和夹角θ′LA，为参与高中低三侧A相电流矢量合成的最终量，和之间的夹角为θAC＝θLC-θLA，和之间的夹角为θ1， 的角度θ′LA为的角度减180°再加θ1，即θ′LA＝θLC-180°+θ1+30°；
S4012、计算B相的电流矢量合成的最终量和夹角θ′LB，为参与高中低三侧B相电流矢量合成的最终量，和之间的夹角为θBA＝θLB-θLA，和之间的夹角为θ2， 的角度θ′LB为的角度减180°再加θ2，即θ′LB＝θLA-180°+θ2+30°；
S4013、计算C相的电流矢量合成的最终量和夹角θ′LC，为参与高中低三侧B相电流矢量合成的最终量，和之间的夹角为θCB＝θLC-θLB，和之间的夹角为θ3， 的角度θ′LC为的角度减180°再加θ3，即θ′LC＝θLB-180°+θ3+30°。
以上求得矢量的角度：θ′LA、θ′LB、θ′LC为低压侧电压为基准测得的角度，若与高、中压侧电流进行纵向矢量合成，因此均加了30°角。
本装置可根据上述三角转星30°角补偿矢量合成法数学模型，动态展示合成过程，克服了纵向矢量合成低压侧与高、中压侧电流矢量30°角差的困难，下面展开纵向矢量合成差流计算的工作，即计算差流是否合格的步骤。
综上，得到高、中、低压侧矢量值如下：
高压侧A相电流IHA及角度θHA。
高压侧B相电流IHB及角度θHB。
高压侧C相电流IHC及角度θHC。
中压侧相电流IMA及角度θMA。
中压侧相电流IMB及角度θMB。
中压侧相电流IMC及角度θMC。
低压侧相电流I′LA及角度θ′LA。
低压侧相电流I′LB及角度θ′LB。
低压侧相电流I′LC及角度θ′LC。
经过矢量运算，L将各侧同相电流矢量置于一条直线上。
差流计算，包括以下步骤：
S4021、算出三侧额定电流， 式中，Se为变压器额定容量，UHe、UMe和ULe分别为高、中、低压侧额定电压；nH、nM和nL分别为高、中、低压侧CT变比；
S4022、使用标幺化二次矢量计算差流，高压侧得到的电流相量 与高压侧基准电流作比，得到标幺化的电流相量，中压侧得到的电流相量与中压侧基准电流作比，得到标幺化的电流相量，低压侧的电流相量与低压侧基准电流作比，得到标幺化的电流相量，标幺化的三相差流即为：式中，IcdA为A相差流，IcdB为B相差流，IcdC为C相差流。
以A相为例，先计算中、低压和电流矢量
限据余弦定理，可得中、低压和电流的角度为：再将中、低压和电流矢量与高压侧电流合成，得到A相纵向矢量合成结果
只需要得到合成结果的幅值，角度不需考虑。
同理B、C两相差流计算公式如下：
B相：
C相：
判断差流是否合格，包括以下步骤：
S4031、引入制动电流， 以制动电流为横轴，差动电流为纵轴，建立坐标系；
S4032、比率特性差流合格的判据为：Icd≤Kbl×Izd+Ics，式中，Kbl为比率制动系数，Ics为初始允许差流值，A、B、C三相差动电流和制动电流均满足比率制动差流合格的判据，则装置判定六角图测量正确，差流合格。
装置可根据以上纵向矢量合成法数学模型，动态展示合成过程。
本发明还提供了一种基于差流计算的主变差动保护六角图矢量检测装置，包括检测箱本体100，检测箱本体100的顶部安装有触摸屏110，检测箱本体100的内设置有三路电流矢量数据采集单元和三路电压矢量数据采集单元。
检测箱本体100的一侧安装有蓝牙打印机200。
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。