距离保护方法、计算机设备和计算机可读存储介质与流程

1.本技术涉及电网技术领域，特别是涉及一种距离保护方法、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术：

2.随着城市轨道交通的大规模建设，对地泄漏的杂散电流日趋严重。而随着电网技术的发展，出现了对输电线路距离保护的技术。现有技术主要围绕恒定直流影响下距离保护的动作特性开展，其对距离保护的影响因素及影响形式的分析尚不够精确。

技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够更全面与更精确分析影响因素与影响形式的距离保护方法、计算机设备和计算机可读存储介质。
4.第一方面，本技术提供了一种距离保护方法，所述方法包括：
5.获取工频电流数据、杂散电流数据、电流互感器参数和电力系统模型数据；
6.根据所述工频电流数据和所述杂散电流数据获取电流互感器的一次电流；
7.根据所述一次电流和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的二次电流；
8.根据所述二次电流获取当前时刻的偏磁量；
9.当发生暂态故障时，根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流；
10.将所述暂态二次电流作为阻抗继电器的输入电流，所述输入电流包括基波分量和谐波分量；
11.根据所述基波分量进行距离保护。
12.在其中一个实施例中，所述根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流之前，还包括：
13.当未发生暂态故障时，根据所述偏磁量、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流。
14.在其中一个实施例中，所述根据所述偏磁量、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流包括：
15.根据所述偏磁量获取偏磁铁耗；
16.根据所述偏磁铁耗获取励磁支路电流；
17.根据所述励磁支路电流、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流。
18.在其中一个实施例中，所述电流互感器参数包括所述电流互感器的一次侧绕组匝数和二次侧绕组匝数，根据以下公式获取所述二次电流：
19.20.式中，i2为所述二次电流，i1为所述一次电流，ie为所述励磁支路电流，n1为所述一次侧绕组匝数，n2为所述二次侧绕组匝数。
21.在其中一个实施例中，所述根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流，包括：
22.根据所述电力系统模型数据获取发生暂态故障时所述电流互感器的暂态一次电流；
23.根据所述偏磁量、所述电流互感器参数和所述暂态一次电流获取所述暂态二次电流。
24.在其中一个实施例中，所述电力系统模型数据包括无偏磁时故障电流稳态峰值、短路初始时电压相角和影响时间，根据以下公式获取发生暂态故障时所述电流互感器的所述暂态一次电流：
[0025][0026]
式中，i1(t)为所述暂态一次电流，t为所述影响时间，if为所述故障电流稳态峰值，θ为所述电压相角，t
p
为所述电流互感器的一次时间常数。
[0027]
在其中一个实施例中，所述根据所述基波分量距离保护，包括：
[0028]
根据所述基波分量获取测量阻抗；
[0029]
当所述测量阻抗的模值不大于预设整定阻抗的模值时，距离保护动作；
[0030]
当所述测量阻抗的模值大于预设整定阻抗的模值时，距离保护不动作。
[0031]
在其中一个实施例中，根据以下公式获取所述测量阻抗：
[0032][0033]
式中，zm为所述测量阻抗，z1为线路正序单位阻抗，l为故障点到保护继电器的距离，为所述基波分量，为流过保护继电器的测量电流，为另一供电端的故障电流，rg为过渡电阻。
[0034]
第二方面，本技术还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0035]
第三方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0036]
上述距离保护方法、计算机设备和计算机可读存储介质，通过分析杂散电流对电流互感器的饱和特性的影响，根据杂散电流数据分析获取未发生暂态故障时电流互感器的二次电流和发生暂态故障时电流互感器的暂态二次电流，进一步综合分析杂散电流与电流互感器饱和对距离保护的影响，即以二次电流的基波分量为依据分析距离保护的动作特性，能够更全面且更精确地进行距离保护。
附图说明
[0037]
图1为一个实施例中距离保护方法的流程图之一；
[0038]
图2为一个实施例中杂散电流在电力系统的流通路径的示意图；
[0039]
图3为一个实施例中杂散电流作用下#1主变中性点侵入电流的示意图；
[0040]
图4为一个实施例中基于pscad的杂散电流数据的获取与处理示意图；
[0041]
图5为一个实施例中极限磁滞回线与小磁滞回环的示意图；
[0042]
图6为一个实施例中不同偏磁下铁耗的示意图；
[0043]
图7为一个实施例中电流互感器等效分析模型的示意图；
[0044]
图8为一个实施例中距离保护模块结构框图；
[0045]
图9为一个实施例中双侧电源时杂散电流影响下两种阻抗元件的动作特性的示意图；
[0046]
图10为一个实施例中距离保护方法的流程图之二；
[0047]
图11为一个实施例中故障电压、故障电流基波的提取及正序、负序、零序电流的计算的结构示意图；
[0048]
图12为一个实施例中测量阻抗的计算及与阻抗继电器特性的比较示意图；
[0049]
图13为一个实施例中杂散电流影响下的铁芯磁通变化的示意图；
[0050]
图14为一个实施例中不同饱和程度下故障后第一周期的测磁通变化的示意图；
[0051]
图15为一个实施例中不同饱和程度下故障后第一周期的测量阻抗对比的示意图；
[0052]
图16为一个实施例中不同饱和程度下的电流对比的示意图；
[0053]
图17为一个实施例中不同饱和程度下基波幅值变化示意图；
[0054]
图18为一个实施例中不同饱和程度下基波相位变化示意图；
[0055]
图19为一个实施例中不同饱和程度下故障后第一周期的测量阻抗对比的示意图；
[0056]
图20为一个实施例中不同饱和程度下故障后第二周期的测量阻抗对比的示意图；
[0057]
图21为一个实施例中不同饱和程度下故障后第三周期的测量阻抗对比的示意图；
[0058]
图22为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
[0059]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0060]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术实施例的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术实施例。
[0061]
在其中一个实施例中，如图1所示，提供了一种距离保护方法，本实施例以该方法应用于终端进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括终端和服务器的系统，并通过终端和服务器的交互实现。本实施例提供一种输电线路的距离保护方法，在本实施例中，所述方法包括以下步骤：
[0062]
步骤100，获取工频电流数据、电流互感器参数和电力系统模型数据。
[0063]
步骤200，根据所述工频电流数据和所述杂散电流数据获取电流互感器的一次电流。
[0064]
步骤300，根据所述一次电流和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的二次
电流。
[0065]
步骤400，根据所述二次电流获取t时刻的偏磁量。
[0066]
步骤500，当发生暂态故障时，根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流。
[0067]
步骤600，将所述暂态二次电流作为阻抗继电器的输入电流，所述输入电流包括基波分量和谐波分量。
[0068]
步骤700，根据所述基波分量进行距离保护。
[0069]
根据地铁杂散电流监测系统，所述杂散电流干扰严重时，泄漏的所述杂散电流造成附近地电位变化，从而使得区域内交流系统受到影响，引发各种偏磁现象，所述杂散电流在电力系统中的流通路径如图2所示。在本实施例中，在对获取的轨道交通所述杂散电流数据处理时，利用处理过的受控电压源模拟因泄露的所述杂散电流造成的电位变化，进而使得所述杂散电流得以侵入电力系统。
[0070]
为明确所述杂散电流特征，在本实施例中，利用直流霍尔传感器和便携式数据采集装置对所述杂散电流对变压器中性点的侵入电流展开测试。测试对象为南方电网某站所述杂散电流作用下#1主变中性点侵入电流，如图3所示。由于采样间隔为2s的间隔较长，可认为测得的数据为直流变化趋势，对所获取的所述杂散电流进行pscad处理，如图4所示，处理后的数据与注入变压器的所述杂散电流等值。
[0071]
由图3可得，主变中性点杂散电流呈现以下特点：一是中性点电流呈周期性分布，以日为周期循环，且每日00：00～06：00时段内接近0a，其余时间内在-20～30a之间不断变化；二是中性点所述杂散电流存在一段时间或正或负的电流持续，在早晚上下班高峰时存在更剧烈的电流变化且具有骤变幅度更大，骤变差值可达40a，且无明显变化规律。
[0072]
当轨道交通所述杂散电流入侵城市电网时，城市电网的输电线路、避雷线及大地中均会存在所述杂散电流的分量，且以输电线路中流通的直流电流为主，由此就导致所述电流互感器一次侧为工频电流与低幅值低频直流的叠加电流。当输电线路中流经所述杂散电流时，电流互感器的所述一次电流为：式中，i1为所述工频电流数据，id为所述杂散电流数据。id仅为i1的1％左右，且存在较长的持续时间。所述电流互感器参数包括所述电流互感器的变比，根据所述变比和所述一次电流可以计算获取所述二次电流。
[0073]
保护用所述电流互感器的准确限值系数很大且二次负载远低于额定值，相比于铁芯极限传变时的磁滞回线而言，额定状态下所述电流互感器铁芯的工作磁滞回环很小，如图5所示。其中，图5(a)中虚线为所述电流互感器在极限传变情况时的极限磁滞回线，图5(b)所示为所述一次电流额定下的磁滞回环。
[0074]
由于额定交流磁密相比于极限磁滞回线极小，且在偏磁较小时铁磁基本无增长，即所述励磁支路电流不会发生变化，这表明所述一次电流中的直流分量会被完全传变至二次侧，此时铁心内出现偏磁现象。小磁滞回环因此沿图5(a)中折线表示的所述电流互感器铁心磁化曲线上下移动，当直流电流值为正时，偏磁增长并会导致磁滞回线沿磁化曲线线性上升，当直流电流值为负时，偏磁减小并会导致磁滞回线沿磁化曲线线性下降。第一段几乎垂直于x轴，此段表示所述电流互感器的线性传变区间，这也表明保护用所述电流互感器一次交流电流为额定电流的状态下可承担很大的偏磁。
[0075]
根据法拉第定律可计算所述电流互感器的磁通：
[0076][0077]
式中，t为所述影响时间，b
dc
为所述偏磁量。
[0078]
在杂散电流影响下所述电流互感器的磁通存在缓慢增长，其原因在于杂散电流幅值相对于工频电流幅值过小，而杂散电流幅值大小会影响磁通的增长斜率，杂散电流幅值越大，所述电流互感器的磁通增长越快，而杂散电流于定值附近的持续时间越大，所述电流互感器的磁通增长越大。反向的电流部分则有消磁的效果，磁通变化与杂散电流幅值的关系与正向电流相同。
[0079]
在本实施例中，对距离保护的分析是基于传统距离保护的电路逻辑。本实施例对距离保护的方法，通过分析所述杂散电流对所述电流互感器的饱和特性的影响，进一步综合分析所述杂散电流与所述电流互感器饱和对距离保护的影响，更全面且更精确地分析了距离保护的影响因素与影响形式，对距离保护精准动作具有现实意义。
[0080]
在其中一个实施例中，所述根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流之前，还包括：当未发生暂态故障时，根据所述偏磁量、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流。若当前时刻为t，则令t＝t+δt表示下一时刻，以此通过每时刻的所述二次电流依次获取每时刻的偏磁量。在本实施例中，可通过所述杂散电流数据构建输电线路所述电流互感器的等效分析模型，以此获取所述二次电流，进而可获取未发生暂态故障时每时刻的偏磁量。
[0081]
在其中一个实施例中，所述根据所述偏磁量、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流包括：
[0082]
根据所述偏磁量获取偏磁铁耗。
[0083]
在本实施例中，将正弦电流供电时的铁耗分为三项：磁滞损耗、涡流损耗以及附加损耗，而直流偏磁影响的主要是磁滞损耗，且涡流损耗可忽略不计，则有所述偏磁铁耗计算模型：
[0084][0085]
式中，p
fe
为直流偏磁影响下的偏磁铁耗，bm为无直流偏磁下额定交流励磁时的交流磁密幅值，b
dc
为直流带来的所述偏磁量，p
h0
为同等磁密幅度下无偏磁的交流损耗。bm＝0.05t时计算模型如图6所示。
[0086]
可见，低偏磁所带来的附加铁耗可忽略不计，当偏磁的绝对值增大到一定数值，偏磁铁耗开始增加。随着偏磁升高至1.4t以上铁耗逐渐增大并于1.7t以上出现急剧增长态势。
[0087]
根据所述偏磁铁耗获取励磁支路电流。
[0088]
结合所述偏磁铁耗与所述励磁支路电流的关系式：有：
[0089][0090]
式中，p
fe
为所述偏磁铁耗；ie为所述励磁支路电流电流值。
[0091]
又由于所述偏磁量：
[0092][0093]
励磁电阻的大小与主磁通相关，在额定一次电流作用下铁芯主磁通极小且基本保持恒定，励磁电阻默认为常数，故因所述偏磁量增大而增加的所述偏磁铁耗会以所述励磁支路电流的增大得以平衡。
[0094]
结合以上公式可知，所述偏磁量的增大会增加所述偏磁铁耗，使得所述励磁支路电流出现更大的直流偏置，所述偏磁量绝对值增长速率也因此而减缓。根据全电流定律并结合如图5(a)中磁化曲线第二段及图5(b)分析，铁芯饱和区相比于线性传变区间要维持同样的磁通变化需更大的交流励磁参与，而使所述励磁支路电流的交流分量变大并发生畸变。
[0095]
随着所述偏磁量绝对值的增大，所述偏磁铁耗及所述励磁支路电流的偏置逐渐增大，直至低频电流完全用于所述励磁支路电流以平衡所述偏磁铁耗，磁通在与偏磁同向的低频电流作用下不再增长且所述二次电流低频分量为0，磁滞回环保持恒定。而在反向电流作用下产生消磁现象，从而使得所述电流互感器对所述杂散电流的传变回到上述两个阶段。
[0096]
而当所述电流互感器在所述杂散电流影响时含有剩磁时，铁芯可承受剩磁同向偏磁的增长裕度便会进一步缩小，线性传变区缩小；而对于反向偏磁则会增大偏磁承受裕度及线性传变区的大小。
[0097]
根据所述励磁支路电流、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流。
[0098]
在本实施例中，由于输电线路中所述杂散电流导致的侵入电流相对于工频电流而言幅值很小，所述电流互感器铁芯磁滞涡流损耗及铁芯磁通都受持续直流影响呈现持续缓慢变化，铁芯达到饱和状态需要一定的时间过程，故对于大工频电流小直流电流下的励磁特性，励磁电阻的影响不可忽略。
[0099]
考虑铁心损耗的电磁式电流互感器的等效电路如图7所示，其中r1、l1、rm、lm分别为所述电流互感器的一次绕组电阻、电抗、等效励磁电阻与励磁电抗；r2、r
l
分别为所述电流互感器的二次绕组电阻和二次负载电阻(忽略电抗)，二者合为二次阻抗r2；i1、i2、ie分别为折算到二次侧的所述一次电流、所述二次电流以及所述励磁支路电流；e为用于表征激磁的励磁阻抗上的感应电动势。根据上述参数可以获取所述二次电流。
[0100]
在其中一个实施例中，参考图7，所述电流互感器参数包括所述电流互感器的一次侧绕组匝数和二次侧绕组匝数，根据以下公式获取所述二次电流：
[0101][0102]
式中，i2为所述二次电流，i1为所述一次电流，ie为所述励磁支路电流，n1为所述一次侧绕组匝数，n2为所述二次侧绕组匝数。
[0103]
在本实施例中，通过所述杂散电流数据构建输电线路所述电流互感器的等效分析模型，实现以所述杂散电流获取当未发生暂态故障时所述电流互感器的二次电流。
[0104]
在其中一个实施例中，所述根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流，包括：根据所述电力系统模型数据获取发生暂态故障时所述电流互感器的暂态一次电流。进而根据所述暂态一次电流和未发生暂态故障时的所述偏磁量，以及所述电流互感器参数获取所述暂态二次电流。
[0105]
在其中一个实施例中，所述所述电力系统模型数据包括无偏磁时故障电流稳态峰值和短路初始时电压相角和影响时间，根据以下公式获取发生暂态故障时所述电流互感器的所述暂态一次电流：
[0106][0107]
式中，i1(t)为所述暂态一次电流，t为所述影响时间，if为所述故障电流稳态峰值，θ为所述电压相角，t
p
为所述电流互感器的一次时间常数。
[0108]
发生暂态故障在本实施例中，在所述杂散电流影响时间δts时发生暂态故障，发生暂态故障瞬间，所述电流互感器的铁芯磁通及所述暂态一次电流有：
[0109][0110][0111]
式中，由于im《《if，且考虑短路电流100％偏移，即θ＝0时的情况，此时所述暂态一次电流为：
[0112][0113]
结合电磁感应关系及所述电流互感器二次侧电路方程可解得正常传变时所述电流互感器的励磁磁通为:
[0114][0115]
式中，ts为所述电流互感器的二次时间常数。
[0116]
在其中一个实施例中，所述根据所述基波分量距离保护，包括：根据所述基波分量获取测量阻抗。当所述测量阻抗的模值不大于预设整定阻抗的模值时，距离保护动作；当所述测量阻抗的模值大于预设整定阻抗的模值时，距离保护不动作。
[0117]
在本实施例中，可根据所述暂态二次电流的所述基波分量构建距离保护模型。所述基波分量包括模值与相位，所述预设整定阻抗是指阻抗继电器动作的最大阻抗，所述预设整定阻抗的模值相当于方向圆特性阻抗继电器的特性圆的直径。当故障发生于所述杂散
电流的影响时间内，所述杂散电流的对于铁心的影响会以类似剩磁的方式对所述电流互感器起始饱和时间及暂态饱和产生影响，进而可能影响相关继电保护动作。
[0118]
对于双端供电网络距离保护，保护模块结构框图如图8所示，假设线路正序单位阻抗为z1，故障点到保护继电器的距离为l。在图2所示的系统中，可知流过保护继电器的测量电流为im+id，而此时故障点电流变为im+id+in，则有保护测量处的电压为：
[0119][0120]
相比之下，im》》id，则双侧电源条件下阻抗继电器的所述测量阻抗为保护测量处的电压与所述暂态二次电流的所述基波分量之比，且id可忽略。
[0121]
经上述推导分析可知，当输电线路发生区内故障时，短路电流由双侧电源提供，由于所述杂散电流的存在会导致所述电流互感器传变特性发生畸变即所述暂态二次电流的所述基波分量发生变化，从而使得阻抗继电器的所述测量阻抗发生变化，由此可能会引起距离保护装置的不正确动作。
[0122]
在本实施例中以方向圆特性阻抗继电器为例进行分析，其结果如图9所示。在不考虑所述电流互感器饱和而导致所述暂态二次电流畸变的情况时的动作特性，所述测量阻抗变化如图9中的虚线所示；考虑所述电流互感器饱和而导致所述暂态二次电流畸变时的阻抗继电器的动作特性，所述测量阻抗的变化如图9中的实线所示。结合图9分析，虚线所示的所述测量阻抗的模值小于所述方向圆特性阻抗继电器的特性圆的直径，即不大于所述预设整定阻抗的模值，因此距离保护动作；实线所示的所述测量阻抗的模值大于所述预设整定阻抗的模值，因此距离保护不动作。
[0123]
由于所述杂散电流导致所述电流互感器存在磁通偏移，发生暂态故障时所述暂态一次电流突然增大且磁通骤升，因暂态磁通和偏磁的叠加导致所述电流互感器暂态饱和，从而发生所述暂态二次电流的畸变，此时所述暂态二次电流低频分量极小。所述暂态二次电流的幅值与相位的不正常传变会使得所述测量阻抗变化，引起距离保护的不正确动作，在方向圆特性阻抗继电器中的情况更为严重。当所述杂散电流导致的磁通增长较大或故障位于距离保护末端时，距离保护的不正确动作会更为严重。
[0124]
在其中一个实施例中，根据以下公式获取所述测量阻抗：
[0125][0126]
式中，zm为所述测量阻抗，z1为线路正序单位阻抗，l为故障点到保护继电器的距离，为所述基波分量，为流过保护继电器的测量电流，为另一供电端的故障电流，rg为过渡电阻。
[0127]
在其中一个实施例中，如图10所示，步骤100获取工频电流数据、杂散电流数据、电流互感器参数和电力系统模型数据。步骤200根据所述工频电流数据和所述杂散电流数据获取电流互感器的一次电流。步骤300根据所述一次电流和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的二次电流。步骤400根据所述二次电流获取当前时刻的偏磁量。
[0128]
步骤410当未发生暂态故障时，根据所述偏磁量获取偏磁铁耗，步骤420根据所述偏磁铁耗获取励磁支路电流，步骤430根据所述励磁支路电流、所述一次电流和所述电流互
感器参数获取下一时刻的所述二次电流，具体地，所述电流互感器参数包括所述电流互感器的一次侧绕组匝数和二次侧绕组匝数，根据以下公式获取所述二次电流：式中，i2为所述二次电流，i1为所述一次电流，ie为所述励磁支路电流，n1为所述一次侧绕组匝数，n2为所述二次侧绕组匝数。
[0129]
步骤510当发生暂态故障时，根据所述电力系统模型数据获取所述电流互感器的暂态一次电流，具体地，所述电力系统模型数据包括无偏磁时故障电流稳态峰值、短路初始时电压相角和影响时间，根据以下公式获取发生暂态故障时所述电流互感器的所述暂态一次电流：式中，i1(t)为所述暂态一次电流，t为所述影响时间，if为所述故障电流稳态峰值，θ为所述电压相角，t
p
为所述电流互感器的一次时间常数。步骤520根据所述偏磁量、所述电流互感器参数和所述暂态一次电流获取所述暂态二次电流。步骤600将所述暂态二次电流作为阻抗继电器的输入电流，所述输入电流包括基波分量和谐波分量。步骤710根据所述基波分量获取测量阻抗，具体地，根据以下公式获取所述测量阻抗：式中，zm为所述测量阻抗，z1为线路正序单位阻抗，l为故障点到保护继电器的距离，为所述基波分量，为流过保护继电器的测量电流，为另一供电端的故障电流，rg为过渡电阻。步骤720当所述测量阻抗的模值不大于预设整定阻抗的模值时，距离保护动作；当所述测量阻抗的模值大于预设整定阻抗的模值时，距离保护不动作。
[0130]
在本实施例中，结合所述杂散电流及直流偏磁影响下所述电流互感器局部暂态饱和的产生机理，分析了由所述杂散电流引起的所述电流互感器饱和现象及其对输电线路距离保护的影响，实现对距离保护的影响因素与影响形式的分析更全面与精确化。所述杂散电流的低幅值高持续时间的影响会使得所述电流互感器磁通增长从而影响稳态及暂态情况的传变，以致于所述测量阻抗出现幅值与相位的偏移从而导致距离保护出现欠范围拒动。
[0131]
对比高压直流输电(hvdc)及中断控制器(gic)造成的偏磁直流，轨道交通所述杂散电流的整体幅值较小但波动更为剧烈，频率成分更加丰富。并且轨道交通所述杂散电流一般在高等级电网中通过输电线路传播，对整个片网内的电磁式设备均有所影响。在所述杂散电流导致的直流偏磁影响下，电磁式电流互感器内部磁通将会呈现更为复杂且持续的变化，从而更易引起所述电流互感器传变特性的改变，进而影响到电网继电保护的性能。
[0132]
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图图1与图10中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图图1与图10中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0133]
基于上述分析，依据图2建立220kv输电线路仿真模型。两端功角差为20
°
，线路额定电流为2400a，线路正序单位阻抗z1＝0.0258+0.2941ω/km，零序单位阻抗0.181+0.8579ω/km，阻抗继电器采用方向圆特性，距离保护的保护范围为线路全长的85％。所述电流互感器模型基于220kv，线路保护用所述电流互感器数据构建，基本数据如表1所示。
[0134]
表1电流互感器参数
[0135][0136]
输电线路距离保护模型的搭建分两步：
[0137]
1.故障电压、故障电流基波的提取及正序、负序、零序电流的计算，如图11所示。
[0138]
2.所述测量阻抗的计算及与阻抗继电器特性的比较，如图12所示。
[0139]
以图3所示的所述杂散电流叠加工频电流为例探讨工频电流叠加所述杂散电流影响下的铁心磁通变化情况，如图13所示。由于目前存在的所述杂散电流幅值较小且同向幅值持续时间较短，对于保护用所述电流互感器的偏磁影响较小，所述电流互感器完全处于线性传变区间，不影响稳态及暂态时的传变。
[0140]
实际中随轨道交通及电力系统的发展，所述杂散电流的幅值有所增长，为实现所述杂散电流对线路距离保护影响的分析，利用所述杂散电流叠加直流电流进行仿真分析。
[0141]
如图3所示所述杂散电流叠加20a直流分量由一侧变压器中性点注入，以仿真较为严重情况下的所述杂散电流引起所述电流互感器饱和对继电保护的影响，于40％线路处仿真出现单相接地非金属性故障时所述测量阻抗的变化并分析其原因。其中，选择40％线路处的目的为尽可能清晰地看出杂散电流的影响，且不因为过于靠近保护末端而轻易拒动；现阶段实际工程发生的故障大多为非金属性故障。
[0142]
当所述杂散电流对偏磁影响较小，发生故障时的磁通在第一周期内并未达到所述电流互感器的饱和磁通值。不同饱和程度下故障后第一周期的测磁通变化和所述测量阻抗对比的示意图分别如图14和图15所示。所述暂态二次电流及所述基波分量在第一周期内不会产生畸变，故障后第一周期的所述测量阻抗的计算与无偏磁影响时相同，距离保护得以正确判断并动作，如图15所示，0.02s为一周期，50s为故障开始时间，图15中右侧由圆外直入圆内的直线可理解为第一周期。其中，z
circle
、zm、z
m1
分别为阻抗继电器的特性圆、无所述
杂散电流影响下及有所述杂散电流影响下的所述测量阻抗变化。
[0143]
当所述杂散电流影响下的偏磁较大而导致所述电流互感器的所述暂态二次电流于第一周期内便发生畸变时，所述测量阻抗的变化则更为复杂。图16为所述杂散电流影响下不同时间发生单相短路接地故障时的电流波形。取无所述杂散电流影响发生故障时所述电流互感器的所述暂态二次电流i做对比，ia、ib、ic分别为在所述杂散电流影响下33.88s、36.66s、43.24s情况下的所述电流互感器二次侧的故障电流波形。可以看出，在严重所述杂散电流影响一段时间后，所述电流互感器对于故障电流的传变在第一周期便出现误差，所述杂散电流带来的偏磁越大，所述电流互感器的饱和程度越大，电流畸变也越大。
[0144]
阻抗继电器对于所述测量阻抗的计算是基于所述暂态二次电流的所述基波分量，故对不同饱和程度下的所述基波分量的变化进行分析。图17和图18分别表示不同饱和程度下所述电流互感器的所述暂态二次电流的所述基波分量的幅值与相位变化，i
a1
、i
b1
、i
c1
分别表示在所述杂散电流影响下33.88s、36.66s、43.24s情况下的所述基波分量。
[0145]
由图17和图18可知，所述电流互感器饱和会使得所述基波分量的幅值减小以及相位偏移减小，在继电保护未切除故障的情况下所述暂态二次电流的所述基波分量的幅值与相位的变化会逐渐接近于正常情况。结合图15分析可知，所述基波分量的幅值及相位偏移的减小会使得所述测量阻抗相比于正常情况下会出现向“右下方”偏移的现象。不同饱和程度的影响差别体现在故障电流的前两周期，影响时间越长，所述电流互感器的饱和程度越大，所述暂态二次电流畸变越大，所述基波分量的幅值畸变越大、相位偏移畸变越大，所述测量阻抗也就随着饱和程度的加深越发的偏向“右下方”。图19、图20和图21分别为故障发生于所述电流互感器的不同饱和程度时，前三个周期所述测量阻抗的变化情况对比图。其中，0.02s为一周期，均取故障后第一个0.02s为第一周期，第二个0.02s为第二周期，第三个0.02s为第三周期，zm、z
m1
、z
m2
、z
m3
分别为无所述杂散电流影响下及所述杂散电流影响33.88s、36.66s、43.24s情况下的所述测量阻抗变化。
[0146]
基于此，能够清楚的得到：无所述杂散电流影响下，所述测量阻抗在第一周期便处于距离保护范围之内，距离保护装置可在第一周期内正确动作并及时切除故障；而当存在所述杂散电流影响时，第一周期内所述测量阻抗由于存在于第一象限内的偏移而处于距离保护范围之外，直至第二周期所述测量阻抗方才介入距离保护保护范围，且在较大饱和程度下(所述杂散电流影响时间为30s时)第二周期的所述测量阻抗处于距离保护保护范围边界；不同饱和程度下故障后的所述基波分量于第三周期变化趋于一致，但所述基波分量的幅值与相位仍低于正常情况，所述测量阻抗仍存在一定偏移。可以推断，故障点距离阻抗继电器越远，越容易发生前几个周期内的距离保护欠范围拒动，随着所述电流互感器所述暂态二次电流逐步接近于正常情况下的电流，距离保护方才有所动作。其中，所述测量阻抗是否处于距离保护保护范围内则依据所述测量阻抗的模值是否不大于预设整定阻抗的模值。
[0147]
因此，输电线路中存在的所述杂散电流会以影响所述电流互感器磁通的方式对所述电流互感器的暂态传变特性产生影响，从而影响到距离保护的正确动作。所述杂散电流正向幅值越大且影响时间越长，越容易使得所述电流互感器暂态情况下发生饱和，所述基波分量的幅值与相位幅度更大，所述测量阻抗出现的偏移更大，距离保护前几周期内的欠范围拒动的情况会更严重。
[0148]
本实施例分析了所述杂散电流影响下所述电流互感器的传变特性的变化及其对
距离保护的影响。输电线路中存在的所述杂散电流会以影响所述电流互感器磁通的方式对所述电流互感器的传变特性产生影响，当所述杂散电流造成的偏磁较小时，所述杂散电流不会影响距离保护的正确动作；而偏磁较大时，所述杂散电流使得故障时所述电流互感器的所述暂态二次电流在第一周期内出现传变误差，所述测量阻抗出现幅值的增大与相位的偏移，从而导致距离保护可能出现前几周期内的欠范围拒动现象。随着轨道交通与电网系统的进一步发展，所述杂散电流对于电力系统的影响会更为严重，研究电网所述杂散电流及其对所述电流互感器传变特性问题具有更加重要的现实意义。
[0149]
本技术实施例还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述线路规划方法的步骤。
[0150]
本领域技术人员可以理解，图22中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图22中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0151]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述距离保护方法的步骤。
[0152]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(reram)、磁变存储器(magnetoresistive random access memory，mram)、铁电存储器(ferroelectric random access memory，fram)、相变存储器(phase change memory，pcm)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
[0153]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0154]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种距离保护方法，其特征在于，所述方法包括：获取工频电流数据、杂散电流数据、电流互感器参数和电力系统模型数据；根据所述工频电流数据和所述杂散电流数据获取电流互感器的一次电流；根据所述一次电流和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的二次电流；根据所述二次电流获取当前时刻的偏磁量；当发生暂态故障时，根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流；将所述暂态二次电流作为阻抗继电器的输入电流，所述输入电流包括基波分量和谐波分量；根据所述基波分量进行距离保护。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流之前，还包括：当未发生暂态故障时，根据所述偏磁量、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述偏磁量、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流包括：根据所述偏磁量获取偏磁铁耗；根据所述偏磁铁耗获取励磁支路电流；根据所述励磁支路电流、所述一次电流和所述电流互感器参数获取下一时刻的所述二次电流。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电流互感器参数包括所述电流互感器的一次侧绕组匝数和二次侧绕组匝数，根据以下公式获取所述二次电流：式中，i2为所述二次电流，i1为所述一次电流，i
e
为所述励磁支路电流，n1为所述一次侧绕组匝数，n2为所述二次侧绕组匝数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流，包括：根据所述电力系统模型数据获取发生暂态故障时所述电流互感器的暂态一次电流；根据所述偏磁量、所述电流互感器参数和所述暂态一次电流获取所述暂态二次电流。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电力系统模型数据包括无偏磁时故障电流稳态峰值、短路初始时电压相角和影响时间，根据以下公式获取发生暂态故障时所述电流互感器的所述暂态一次电流：式中，i1(t)为所述暂态一次电流，t为所述影响时间，i
f
为所述故障电流稳态峰值，θ为所述电压相角，t
p
为所述电流互感器的一次时间常数。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述基波分量距离保护，包括：
根据所述基波分量获取测量阻抗；当所述测量阻抗的模值不大于预设整定阻抗的模值时，距离保护动作；当所述测量阻抗的模值大于预设整定阻抗的模值时，距离保护不动作。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据以下公式获取所述测量阻抗：式中，z
m
为所述测量阻抗，z1为线路正序单位阻抗，l为故障点到保护继电器的距离，为所述基波分量，为流过保护继电器的测量电流，为另一供电端的故障电流，r
g
为过渡电阻。9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

技术总结

本申请涉及一种距离保护方法、计算机设备和计算机可读存储介质。所述方法包括：获取工频电流数据、杂散电流数据、电流互感器参数和电力系统模型数据；根据所述工频电流数据和所述杂散电流数据获取电流互感器的一次电流；根据所述一次电流和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的二次电流；根据所述二次电流获取当前时刻的偏磁量；当发生暂态故障时，根据所述偏磁量、所述电力系统模型数据和所述电流互感器参数获取所述电流互感器的暂态二次电流；将所述暂态二次电流作为阻抗继电器的输入电流，所述输入电流包括基波分量和谐波分量；根据所述基波分量进行距离保护。本方法能更全面且更精确地进行距离保护。面且更精确地进行距离保护。面且更精确地进行距离保护。