CN100359775C

CN100359775C - 一种降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法

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Publication number: CN100359775C
Application number: CNB2005100439575A
Authority: CN
Inventors: 潘贞存; 丛伟; 王瑞; 丁磊
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: CN1725590A

Abstract

本发明属于电力系统继电保护领域，涉及一种降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法。本发明的特征为：通过逻辑比较安装在变压器各侧以及中低压母线各出线处的测量元件的动作状态，快速确定出故障点的位置，以较小的动作时限切除故障设备，实现降压变电站中变压器的快速后备保护和中低压侧母线的主保护功能。本发明通过站内的通信网络或直接的物理连线，汇集和比较各测量元件的动作信息，准确地判断出故障的位置并以较小的时限切除故障设备；它克服了现有变压器后备保护和母线保护动作时间长、灵敏度低的缺点，极大地改善了保护的性能，能有效地减少故障造成的损失。

Description

一种降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法

所属技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，主要涉及一种基于纵联比较原理的降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法。

背景技术

在电力系统中，占总数三分之二以上的变电站均为降压变电站，降压变压器及其中低压侧的母线是降压变电站中的重要设备。目前，变压器均以差动保护和瓦斯保护作为内部故障的主保护，而一般采用分侧独立安装的过电流保护，包括一般的延时过电流保护、低电压闭锁过流保护、复合电压闭锁过流保护等作为后备保护。降压变压器中低压侧的母线一般不装设专门的继电保护装置，母线的故障主要依靠变压器中低压侧的后备保护动作来切除，一般动作时间都比较长。变压器中低压侧的后备保护承担着中低压母线主保护及其出线后备保护的双重任务，而变压器高压侧后备保护除作为变压器内部故障的后备保护外，还要作为中低压侧母线及其出线的后备保护。为保证保护动作的选择性，要求三侧后备保护在灵敏度和动作时限上必须相互配合，一般要求高压侧后备保护的灵敏度应低于中低压侧，而动作时间方面要求t_高压侧＞t_中压侧＞t_低压侧。由于低压侧的动作时间通常要与低压侧出线的II段或III段相配合，其取值一般要在1秒以上，所以中压侧和高压侧的动作时间将会更长，在有些的情况下，高压侧的延时可能达到3秒以上。可见，按照目前的保护配置方式，变压器中低压侧母线的故障时，或变压器内部故障但其主保护拒动时，需要经过较长的时间才能将故障切除。此外，在某些情况下，高压侧后备保护的保护范围可能达不到低压侧母线，使低压侧母线仅有简单的延时过流保护作为唯一保护，一旦该保护拒动，故障无法自动切除，将引起事故扩大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种简单可靠、动作迅速、灵敏度较高、基于纵联比较原理的降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法。

本发明是通过以下方式实现的：

提出了一种降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法，其特征是：

(1)在变压器的各侧、中低压母线的出线处以及母线联络开关处装设能够反映故障方向的测量元件：在变压器的中低压侧都没有电源的情况下，以按躲过最大负荷电流整定的过电流元件作为测量元件；在中压侧或低压侧有电源、或中低压侧都有电源的情况下，在有电源的一侧以及连接电源的出线处用方向元件作为测量元件；

(2)规定变压器高压侧方向元件的正方向为由高压母线指向被保护变压器，中低压侧方向元件的正方向由被保护变压器指向中低压母线，出线处方向元件的正方向由母线指向线路，母联断路器处方向元件的正方向由被保护母线指向另一条母线；

(3)当高压侧测量元件动作而中低压侧的测量元件均不动作时，判断为变压器内部故障；

(4)当中、低压侧任一侧的测量元件动作时，就判断为该侧故障：若该侧与所述变压器直接相连的一段母线上各出线处及联络断路器处的测量元件都不动作，判断为该段母线故障，保护装置动作，快速跳开与该段母线相连的所有电源进线；任一出线处或联络断路器处的测量元件动作时，判断为该出线或另一条母线故障(即为被保护变压器和母线的区外故障)，起动后备保护逻辑，在出线、母联保护或断路器拒动的情况下，延时跳开连接在该段母线上的所有电源进线。

上述降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法，其特征是测量元件的动作信息，即各测量元件的状态量，通过变电站内部高速通信网(以太网、光纤等)或直接的物理连线来传送。

与现有的技术相比，本发明基于纵联比较原理的降压变压器及其中低压母线的继电保护方法有如下优点：它通过逻辑比较安装在各侧的测量元件的动作信息，可以准确的判断出故障的位置，为中、低压侧母线提供快速主保护，并大大缩短变压器内部故障后备保护的动作时限；它不需要变压器各侧后备保护动作时限配合，变压器内部故障而差动主保护拒动时，只需要躲过励磁涌流就可以直接跳三侧开关；中、低压母线上发生故障时，无须延时等待就能够快速地将故障母线切除；母线以外的出线或联络断路器以外的另一条母线发生故障时(对本保护系统来说，相当于外部故障)，只需要按照传统的配置模式，也能够起到后备保护的作用。即采用本发明所提出的方案后，能够加快变压器故障和中低压母线故障的切除速度，且不会影响对中低压侧出线的后备保护功能。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明通过变电站内部通信网传送状态量的示意图；

图3为本发明通过直接物理连线传送状态量的示意图；

图4为图3中逻辑单元一的原理框图；

图5为图3中逻辑单元二的原理框图；

图6为图3中逻辑单元三的原理框图。

图中：

111为变压器高压侧的测量元件，351为变压器中压侧的测量元件，101为变压器低压侧的测量元件，353、354为中压侧母线各出线处的测量元件(仅示出了两条出线的情况，具体实现时，按实际的出线条数配置测量元件)，352为中压侧联络断路器处的测量元件，103、104为低压侧母线各出线处的测量元件(仅示出了两条出线的情况，具体实现时，按实际的出线条数配置测量元件)，102为低压侧联络断路器处的测量元件；

QF1、QF2、QF3分别为变压器各侧的断路器，QF4、QF5分别为中、低压侧的母线联络断路器；

1为逻辑比较单元，2为变电站内部高速通信网，3为物理连线；4为逻辑单元一，5为逻辑单元二，6为逻辑单元三；

t₁为母线主保护的出口延时，t₂为低压侧后备保护的动作时限，t₃为中压侧后备保护的动作时限，t₄为变压器内部故障时后备保护的动作时限。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的一个最佳实施例。

以附图1所示的中低压侧都没有电源的110kV降压变电站为例，本实例仅考虑变电站只有一台变压器的情况，对于常见的有两台或三台变压器的情况，只要配备两套或三套同样的保护系统即可以实现。本实例中的变压器为三绕组变压器，变比为110/35/10kV；中、低压侧母线都只考虑只有两条出线和一个联络断路器的情况，对于出线条数多于两条的情况，只需要按实际出线条数配备测量元件的数量，保护的构成逻辑与本实例完全一样。

在被保护变压器的三侧、中低压母线的各出线处和母线联络断路器处，各装设一个按躲过最大负荷电流整定的过电流元件作为测量元件，其中各出线和母联断路器处的测量元件也可以与出线和母联保护中的第III段复用。该过电流元件既可以是微机型的，也可以是电磁型的，本实例考虑用微机型。在电力系统发生故障时，各测量元件均作出反映，根据故障点的位置分别给出动作或不动作的状态信息。这些测量元件动作的状态信息，以数字信号或继电器干接点的形式输出，当以数字信号的形式输出时，需要通过站内通信网络(如以太网)将各测量元件的输出汇集到纵联逻辑比较单元(附图2的模块1)；而在以继电器干接点的形式输出时，则需要用物理连线把所有测量元件的输出汇集到纵联逻辑比较单元(附图3的模块1)。

逻辑比较单元用一台可编程逻辑控制器(PLC)来实现，也可以用其他微型计算机系统(单片机、工控机等)来实现。它在逻辑上包含三个单元，即逻辑单元一、逻辑单元二和逻辑单元三，如图3中的模块4、5、6所示。逻辑单元一的原理框图如图4所示，它用来判断变压器的内部故障；逻辑单元二的原理框图如图5所示，它用来判断变压器中压侧的母线故障及外部故障；逻辑单元三的原理框图如图6所示，它用来判断变压器低压侧的母线故障及外部故障。

在单电源运行方式下，过电流元件动作，说明故障发生在电源与保护安装点之外，否则，说明故障发生在电源与保护安装点之间或其他支路上。通过对各过电流测量元件动作状态的比较，就能快速的判断出故障的区段，并按照预定的逻辑将故障设备切除。

当测量元件111动作，而351和101都不动作时，说明发生变压器内部故障。如果变压器的差动保护或瓦斯保护动作，则在各侧断路器断开后，111返回，本保护系统也将返回；如果差动保护拒动，则t₄延时后跳开电源侧的断路器，如图4所示。t₄按照躲开励磁涌流的持续时间来整定，对于中小容量的降压变压器来说，由于励磁涌流衰减较快，t₄一般不超过0.5～1s。

当测量元件351动作时，说明中压侧有故障。若352、353、354都不动作时，说明故障点一定在中压侧母线上，此时保护以较短延时t₁跳开QF2、QF4；当352、353、354中任一个动作时，说明故障点不在被保护的母线上，而是在母线联络断路器另一侧或出线上，若母联断路器的保护或出线的保护正确动作，则在故障切除后351及另一个已经动作了的测量元件(352、353、354中的任一个)返回；若母联断路器的保护或出线的保护拒动，则本保护以与母联或出线后备保护延时相配合时限t₃跳开QF2、QF4，如图5所示。t₁是为提高动作的可靠性而设置的延时时间，其取值不超过50ms，t₃的取值与目前采用的后备保护一致，在出线保护动作延时的基础上，增加一个时间级差Δt。图5所示的逻辑既能够完成中压侧母线的快速主保护功能，也兼备出线的备保护功能。

低压侧故障的情况如图6所示，它与图5所示的中压侧故障的情况完全一致。

对于中、低压侧有电源的情况，在变压器有电源的侧和出线中有电源的支路，采用基于故障分量的方向元件作为其测量元件，各方向元件的参考方向有以下规定：变压器高压侧的方向元件为从高压侧母线指向变压器，中、低压侧的方向元件为从变压器指向本侧母线；中、低压母线各出线处的方向元件为从母线指向出线；母联断路器处的方向元件为从被保护母线指向母联开关。在此规定下，系统中任何一个部位故障时，方向测量元件的动作状态都与单侧电源情况下过电流元件的动作状态完全一致，因而通过图4、5、6所示的比较逻辑，同样能够快速地判断出故障的位置，完成快速的继电保护功能。

Claims

1、一种降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法，其特征是：

第一步：在变压器的各侧、中低压母线的出线处以及母线联络开关处装设能够反映故障方向的测量元件：在变压器的中低压侧都没有电源的情况下，以按躲过最大负荷电流整定的过电流元件作为测量元件；在中压侧或低压侧有电源、或中低压侧都有电源的情况下，在有电源的一侧以及连接电源的出线处用方向元件作为测量元件；

第二步：规定变压器高压侧方向元件的正方向为由高压母线指向被保护变压器，中低压侧方向元件的正方向由被保护变压器指向中低压母线，出线处方向元件的正方向由母线指向线路，母联断路器处方向元件的正方向由被保护母线指向另一条母线；

第三步：当高压侧测量元件动作而中低压侧的测量元件均不动作时，判断为变压器内部故障；

第四步：当中、低压侧任一侧的测量元件动作时，就判断为该侧故障：若该侧与所述变压器直接相连的一段母线上各出线处及联络断路器处的测量元件都不动作，判断为该段母线故障，保护装置动作，快速跳开与该段母线相连的所有电源进线；任一出线处或联络断路器处的测量元件动作时，判断为该出线或另一条母线故障，起动后备保护逻辑，在出线、母联保护或断路器拒动的情况下，延时跳开连接在该段母线上的所有电源进线。

2、根据权利要求1所述的一种降压变压器及其中低压侧母线的继电保护方法，其特征是：各侧测量元件的动作状态信息通过变电站内高速通信网或直接物理连线来传送。