CN101162835A

CN101162835A - 基于差动保护的磁可控电抗器匝间故障的保护方法

Info

Publication number: CN101162835A
Application number: CNA2007101314928A
Authority: CN
Inventors: 陈松林; 文继锋; 程晓; 李力; 李九虎; 郑玉平; 沈国荣
Original assignee: NR Electric Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: CN101162835B

Abstract

基于差动保护的磁可控电抗器匝间故障的保护方法，由比例差动方法、工频变化量零序电流方法、峰值检测方法、控制绕组电压平衡方法和TA饱和方法共同组成：比例差动方法：通过比率差动方法的动作方程；工频变化量零序电流方法：ΔI₀＞kΔI_0dt+I_0th；峰值检测方法：|I_f1－I_f2|＞k₁I_f；控制绕组电压平衡方法：U_f1＞U_setXORU_f2＞U_set；本发明解决了磁可控电抗器双分支绕组并联接线方式的匝间故障传统保护方案失效的难题，在匝间故障情况下具有很高的灵敏度，又能防止区外故障等任何非正常情况下匝间差动保护误动。

Description

基于差动保护的磁可控电抗器匝间故障的保护方法

一、技术领域

本发明涉及可控电抗器匝间故障差动保护方法，尤其是以基于比例差动方法(或元件)、工频变化量零序电流方法、峰值检测方法、控制绕组电压平衡方法、TA饱和方法的可控电抗器匝间故障保护的新方法。

二、技术背景

远距离交流输电线路最理想的运行方式为线路所输送的负荷同线路的自然功率相等。此时沿线路任意一点的电压和电流的比值不变，而且都等于线路的特征阻抗，即在线路上只有电压和电流的入射波而无反射波存在，沿线路各点电压也是相等且同相的。但在现代电力系统中，线路所输送的负荷时刻都在变化，即输送功率有可能在0～Pn之间变化，对于长距离超高压交流输电线路，阻抗不匹配将会导致过电压运行，尤其在线路接近空载时最为严重。一般认为，在线路上装设并联超高压电抗器是限制工频过电压的有效措施，但如果超高压电抗器容量不可调节，那么线路补偿度是固定的，当系统运行方式变化较大时，设计线路补偿度过高或过低都将给系统运行带来问题；并且为避免当出现故障操作时，形成瞬间空载长线而产生不能容许的过电压，我国的超高压电抗器均不装设专用断路器而永久性地将高压电抗器接入线路，结果使得在线路潮流增大时需要在受端投入容性补偿，以维持负荷侧电压运行在许可的水平。这样不仅不便于运行控制，而且增加电网损耗。因此，对于运行方式变化较大的远距离交流输电线路，要求并联超高压电抗器能够平滑(自动)地调节自身的容量，以便适应不同潮流下的线路补偿需求。

同时可控电抗器本身也能完成固定并联电抗器的所有功能：

1.可靠的无功功率和电压调节手段

2.限制工频过电压

3.抑制潜供电流、减低恢复电压，保证重合闸成功率

4.消除发电机自励磁

5.限制操作过电压

6.补偿线路容性功率，稳定电网电压

7.减少开关操作次数，降低维护运行成本

8.抑制系统功率振荡

9、减低网损

由上可见，可控电抗器比固定电抗器有更加广阔的应用空间，也是目前电抗器发展的必然方向。

电抗器的匝间短路是一种比较多见的一种内部故障形式，当短路匝数很少时，一相匝间短路引起的三相电流不平衡，有可能很小，很难被继电保护装置检出；且不管短路匝间多大，纵差保护总是不反应匝间短路故障。为此对于高压并联电抗器必须考虑其它高灵敏度且可靠安全的匝间短路保护。

磁可控电抗器是可控电抗器中一种重要的类型，它具有调节速度快，成本低等特点，磁可控电抗一般具有两个绕组，通过改变流过控制绕组的直流电流，改变绕组的饱和程序，进而达到改变电抗器容量的目的，正是由于这种特殊的接线方式和工作原理，导致了磁可控电抗器的匝间故障情况下的电气量特征和传统的固定并联电抗器有较大的不同，导致基于零序功率方向和零序阻抗方法的匝间保护原理不能够适应这种双分支(两个绕组)注入直流的并联绕组接线方式，需要寻找一个新的方法来解决这个问题。磁可控电抗器的基本工作原理如图1所示：

磁可控电抗器可分为交流绕组和控制绕组，交流绕组由两个并联的线圈TA2、TA3而成，同时这两个线圈分别与各自对应的控制绕组线圈TV2、TV3绕制在同一个铁芯上，正常工作情况下，整流器输出直流电流，在铁芯中产生直流磁通使其饱和，这样，交流绕组的两个分支分别呈现正向饱和和反向饱和，但两个分支的电流之和依然为一正弦信号，随着改变直流电流的大小发生变化，铁芯的饱和度随之发生变化，最终导致了流过电抗器的电流发生变化，实现了电抗器容量可调的目的。由于正常情况下交流绕组的两个分支流过的并非正弦电流，导致其在发生匝间故障之后电气特征和传统的固定电抗有较大差别，所以它的匝间保护方法也必然和传统的固定电抗器有所差别。

三、发明内容

本发明的目的是：提出一种新型的基于差动保护原理的匝间保护新方法，该保护不受系统非全相、区外故障(包括区外故障的切除后的恢复过程，区外转换性故障)和任何非正常运行工况等运行方式的影响，在电抗器发生匝间故障情况下快速切除故障。

本发明的技术方案是：基于差动保护的磁可控电抗器匝间故障的保护方法，由比例差动方法、工频变化量零序电流方法、峰值检测方法、控制绕组电压平衡方法、TA饱和方法共同组成：

1)比例差动方法：其比率差动方法的动作方程可描述如下：

\{\begin{matrix} I_{d} > I_{cdqd} \\ I_{d} > K_{b} I_{r} \\ I_{r} = \max {| I_{2} |, | I_{3} |} \\ I_{d} = | {\dot{I}}_{2} + {\dot{I}}_{3} | \end{matrix}

其中I₂和I₃两个电抗分支电流，I_cdqd为匝间保护起动定值，K_b为匝间保护制动系数。保护中同时设置了高值比例差动和低值比例差动保护，低值比例差动保护需要经过TA饱和方法闭锁才能够出口，高值比例差动通过自身的高起动值高斜率具有很高的抗TA饱和的性能，通过这种高、低值比例差动相结合的方法，装置即能够反映轻微的匝间故障，又能防止在励磁调节调节过程中由于直流磁通的变化导致TA可能产生的饱和导致匝间差动保护误动。

2)工频变化量零序电流方法

ΔI₀＞kΔI_0dt+I_0th

其中：ΔI_0dt为浮动门坎，随着相电压变化量输出增大而逐步自动提高，k为某一比例常数，在本例中一般取为1.25。ΔI₀为相电压的半周积分值，I_0th为固定门坎。

电抗器发生单相匝间故障之后，三相平衡被破坏，导致电抗器中流过了一定的零序电流方法，为了灵敏的检测这个零序电流的突变，装置中设置了工频变化量零序电流方法，同时引入工频变化量浮动门槛的该方法也可以防止系统或者电抗器固有三相不平衡导致零序电流方法失效。

3)峰值检测方法

|I_f1-I_f2|＞k₁I_f

其中I_f1为1分支电流峰值，I_f2为2分支电流峰值，I_f为两个分支峰值电流最大值。

为了防止励磁系统在调节过程中，两个分支电流将出现相位偏移而出现差电流的情况，保护中设置了两分支电流峰值检测方法，可以有效地防止励磁系统调节等过程中出现的两分支电流相位偏移的情况下匝间差动保护误动。

4)控制绕组电压平衡方法

U_f1＞U_set XOR U_f2＞U_set

其中U_f1和U_f2为控制绕组两分支电压，由于旁路断路器合并之后，绕组两端电压降为0，通过设置合适的门槛定值Uset，可以正确的判断控制绕组旁路断路器不对应的情况。

由于磁可控电抗器控制绕组侧增加了旁路断路器，在系统出现三相不对称的情况下，通过合并旁路断路器的方式来保护控制系统中的阀片，但如果两对控制绕组的旁路断路器不同期合闸情况下，会在匝间差动保护差回路中形成很大的差电流，为了防止这种情况出现，保护中设置了控制绕组电压平衡方法，在两对控制绕组的旁路断路器不同期合闸情况下，闭锁匝间差动保护，防止保护在这种情况下误动作。

本发明的效果是：首次将比例差动方法、工频变化量零序电流方法、峰值检测方法、控制绕组电压平衡方法引入到可控电抗器匝间保护中，既提供了灵敏的可控电抗匝间保护，又能防止了在各种外部短路情况下以及任何非正常运行工况下的误动作。有效解决了可控电抗器匝间保护的速动性与安全性的矛盾。

四、附图说明

图1是磁可控电抗器的工作原理图

图2是本发明保护的逻辑元件示意图

五、具体实施方式

1)比例差动方法：其比率差动方法的动作方程可描述如下：

\{\begin{matrix} I_{d} > I_{cdqd} \\ I_{d} > K_{b} I_{r} \\ I_{r} = \max {| I_{2} |, | I_{3} |} \\ I_{d} = | {\dot{I}}_{2} + {\dot{I}}_{3} | \end{matrix}

其中I₂和I₃两个电抗分支电流，I_cdqd为匝间保护起动定值，起动定值需要躲过正常运行情况最大的不平衡电流，一般取值为0.1～0.5Ie，K_b为匝间保护制动系数，为了获得较高的灵敏度，同时兼顾保护可靠性，K_b的一般取值为0.1～0.6。

2)工频变化量零序电流方法

ΔI₀＞kΔI_0dt+I_0th

其中：ΔI_0dt为浮动门坎，随着相电压变化量输出增大而逐步自动提高，k为某一比例常数，在本例中一般取为1.25。ΔI₀为相电压的半周积分值，I_0th为固定门坎，固定门槛可取较灵敏值，一般取0.1In左右。

3)峰值检测方法

|I_f1-I_f2|＞k₁I_f

其中I_f1为磁可控电抗器交流绕组的两个分支中第1分支电流峰值，I_f2为第2分支电流峰值，I_f为两个分支峰值电流最大值。k₁是比例系数，可取一较小值，一般取0.05～0.5。

4)控制绕组电压平衡方法

U_f1＞U_set XOR U_f2＞U_set

其中U_f1和U_t2为控制绕组两分支电压，由于旁路断路器合并之后，绕组两端电压降为0，通过设置合适的门槛定值Uset，该值可参考线路出口三相金属性断路下的残压的取值，可以正确的判断控制绕组旁路断路器不对应的情况。一般取值范围是？或与何相关？)，可以正确的判断控制绕组旁路断路器不对应的情况。

5)本保护完成的逻辑图如图1：图中的元件即方法。由于采取了上述全新的匝间差动保护原理，解决了磁可控电抗器双分支绕组并联接线方式的匝间故障传统保护方案失效的难题，在匝间故障情况下本匝间差动保护具有很高的灵敏度，又能防止区外故障等任何非正常情况下匝间差动保护误动，使可控电抗器匝间保护的速动性与安全性同时兼顾。

从本逻辑可以看出若TA饱和闭锁元件、TA瞬时断线闭锁元件没有动作，且同时峰值检测元件开放元件、比率差动起动元件元件动作时，则匝间差动保护动作。

由于采取了上述全新的匝间差动保护原理，解决了磁可控电抗器双分支绕组并联接线方式的匝间故障传统保护方案失效的难题，在匝间故障情况下本匝间差动保护具有很高的灵敏度，又能防止区外故障等任何非正常情况下匝间差动保护误动，使可控电抗器匝间保护的速动性与安全性同时兼顾。

Claims

1.基于差动保护的磁可控电抗器匝间故障的保护方法，其特征是由比例差动方法、工频变化量零序电流方法、峰值检测方法、控制绕组电压平衡方法和TA饱和方法共同组成：

1)比例差动方法：其比率差动方法的动作方程可描述如下：

\{\begin{matrix} I_{d} > I_{cdqd} \\ I_{d} > K_{b} I_{r} \\ I_{r} = \max {| I_{2} |, | I_{3} |} \\ I_{d} = | {\dot{I}}_{2} + {\dot{I}}_{3} | \end{matrix}

其中I₂和I₃两个电抗分支电流，I_cdqd为匝间保护起动定值，K_b为匝间保护制动系数；

2)工频变化量零序电流方法

ΔI₀＞kΔI_0dt+I_0th

其中：ΔI_0dt为浮动门坎，随着相电压变化量输出增大而逐步自动提高，k为某一比例常数，ΔI₀为相电压的半周积分值，I_0th为固定门坎；

3)峰值检测方法

|I_f1-I_f2|＞k₁I_f

其中I_f1为磁可控电抗器交流绕组的两个分支中第1分支电流峰值，I_f2为第2分支电流峰值，I_f为两个分支峰值电流最大值；

4)控制绕组电压平衡方法

U_f1＞U_set XOR U_f2＞U_set

其中U_f1和U_f2为控制绕组两分支电压，Uset为门槛定值。