CN101237141A

CN101237141A - 一种避免ct并接的八侧变压器差动原理

Info

Publication number: CN101237141A
Application number: CNA2007101913021A
Authority: CN
Inventors: 陆于平
Original assignee: Guodian Nanjing Automation Co Ltd
Current assignee: Guodian Nanjing Automation Co Ltd
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2008-08-06

Abstract

本发明涉及一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：在保护配置中采用高级语言中类技术和面向对象技术，将变压器差动保护计算的电气量扩大到八侧，在组态软件中选择二侧、三侧、四侧、五侧、六侧、七侧或八侧差动保护配置，避免CT并接。本发明将变压器差动保护计算的电气量扩大到八侧，避免了CT并接的情况，减少正常时流入保护装置CT的不平衡电流，避免差动保护误动作；而且在保护配置中采用了高级语言中类技术和面向对象技术，可在组态软件中选择保护配置，可以很好地适应现场各类接线方式的差动保护配置需求。

Description

一种避免CT并接的八侧变压器差动原理

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护差动保护原理，具体讲是涉及一种避免CT并接的八侧变压器差动原理。属于电力自动化技术领域。

背景技术

目前采用的变压器差动保护存在以下问题：

1、一般采用的是固化的处理方式，不能灵活的进行保护配置。

2.最多只可以计算到六侧，如果出现多于六侧的情况，一般采取的措施是将第七侧和第八侧的CT并接到前面六侧中，这样就增加了正常时流入保护CT的不平衡电流，对保护的整定提出了更高的要求。另外，如果差动保护动作，无法确切知道是哪一侧发生了故障，给及时的排除故障设置了障碍。

所以，目前的差动保护无法完全满足现场不同的接线方式的保护配置要求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种将变压器差动保护计算的电气量扩大到八侧，避免CT并接，并可自由选择保护配置的避免CT并接的八侧变压器差动原理。

为实现上述发明目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：在保护配置中采用高级语言中类技术和面向对象技术，将变压器差动保护计算的电气量扩大到八侧，在组态软件中选择二侧、三侧、四侧、五侧、六侧、七侧或八侧差动保护配置，避免CT并接。

前述的一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：当采用传统比例制动原理时，动作方程为：

\{\begin{matrix} I_{d} > I_{q} & ; I_{z} < I_{g} \\ I_{d} > K_{z} (I_{z} - I_{g}) + I_{q} & ; I_{z} > I_{g} \end{matrix}

式中：

I_d——动作电流(即差流)

I_{d} = | {\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + {\overset{\cdot}{I}}_{3} . . . . . . . . . . + {\overset{\cdot}{I}}_{8} |

I_z——制动电流

K_z——比率制动系数，I_g——拐点电流，I_q——启动电流

都为差动保护整定值；

比例制动特性的差动为：

I_{z} = \max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{3} | . . . . . . . | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |}

标积制动特性的差动为：

……

——分别为某同名相的各侧电流；

\max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{3} | . . . . . . . | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |}

——取某同名相各侧电流中最大者；

φ——某同名相各侧电流最大者与其他侧反方向电流的夹角；

当90°＜|φ|＜180°时，标积制动I_Z取实际值；而当|φ|＜90°时，I_Z取0。

前述的一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：比例制动动作特性由无制动部分和比例制动部分两部分构成。

前述的一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：当采用双曲线渐变差动原理时，动作方程为：

\{\begin{matrix} I_{d} = K (I_{z}) I_{z} \\ K (I_{z}) = \sqrt{K_{c}^{2} + {(I_{q} / I_{z})}^{2}} \end{matrix},

可知：

I_{d} = \sqrt{{(K_{c} I_{z})}^{2} + {(I_{q})}^{2}}

\frac{{I_{d}}^{2}}{{I_{q}}^{2}} - \frac{{I_{z}}^{2}}{{(I_{q} / K_{c})}^{2}} = 1

I_d——动作电流(即差流)

I_{d} = | {\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + {\overset{\cdot}{I}}_{3} . . . . . . . . . . + {\overset{\cdot}{I}}_{8} |

I_z——制动电流

其中：

..........——分别为变压器某同名相的各侧电流；

{\overset{\cdot}{I}}_{1}^{'} = \max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} | . . . | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |}

，取某同名相各侧电流中最大者；

{\overset{\cdot}{I}}_{2}^{'} = ({\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + . . . + {\overset{\cdot}{I}}_{8}) - \max ({\overset{\cdot}{I}}_{1}, {\overset{\cdot}{I}}_{2} . . . {\overset{\cdot}{I}}_{8})

φ = &angle; ({\overset{\cdot}{I}}_{1}^{'}, {\overset{\cdot}{I}}_{2}^{'})

式中：K(I_z)为渐变的斜率；K_c为双曲线渐变制动特性的渐近线斜率；I_q为启动电流；..........

——分别为变压器某同名相的各侧电流；

为变压器某同名相各侧电流中最大者；为某同名相各侧电流矢量和与各侧电流中最大者矢量之差；φ为

和

之间的夹角。

前述的一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于差动保护涌流判别元件提供两种励磁涌流判别方法：二次谐波制动原理和波形对称原理。

本发明的有益效果是：本发明将变压器差动保护计算的电气量扩大到八侧，避免了CT并接的情况，减少正常时流入保护装置CT的不平衡电流，避免差动保护误动作；而且在保护配置中采用了高级语言中类技术和面向对象技术，可在组态软件中选择保护配置，可以很好地适应现场各类接线方式的差动保护配置需求。

附图说明

图1为传统比例制动动作特性图；

图2为双曲线渐变制动动作特性图；

图3为“或门”制动式变压器纵差保护逻辑框图；

图4为“分相”制动式变压器纵差保护逻辑框图；

图5为某电厂主变压器接线示意图；

图6为某电厂起备变接线示意图；

图7为八侧差动保护配置组态软件界面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作具体的介绍如下：

当采用传统比例制动原理或双曲线渐变差动原理是，本发明都可以适用。图1为传统比例制动动作特性图；图2为双曲线渐变制动动作特性图。

1.动作方程：

(1)传统比例制动原理的动作方程为：

\{\begin{matrix} I_{d} > I_{q} & ; I_{z} < I_{g} \\ I_{d} > K_{z} (I_{z} - I_{g}) + I_{q} & ; I_{z} > I_{g} \end{matrix}

式中：

I_d——动作电流(即差流)

I_{d} = | {\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + {\overset{\cdot}{I}}_{3} . . . . . . . . . . + {\overset{\cdot}{I}}_{8} |

I_z——制动电流

比例制动特性的差动为：

I_{z} = \max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{3} | . . . . . . . | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |}

标积制动特性的差动为：

……

——分别为某同名相的各侧电流；

\max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{3} | . . . . . . . | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |}

——取某同名相各侧电流中最大者；

φ——某同名相各侧电流最大者与其他侧反方向电流的夹角。

K_z——比率制动系数，I_g——拐点电流，I_q——启动电流都为差动保护整定值。

(2)采用双曲线渐变差动原理的动作方程为：

\{\begin{matrix} I_{d} = k {(I_{z}) I}_{z} \\ K (I_{z}) = \sqrt{{K_{c}}^{2} + {(I_{q} / I_{z})}^{2}} \end{matrix},

可知：

I_{d} = \sqrt{{(K_{c} I_{z})}^{2} + {(I_{q})}^{2}}

\frac{{I_{d}}^{2}}{{I_{q}}^{2}} - \frac{{I_{z}}^{2}}{{(I_{q} / K_{c})}^{2}} = 1

I_d——动作电流(即差流)

I_{d} = | {\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + {\overset{\cdot}{I}}_{3} . . . . . . . . . . + {\overset{\cdot}{I}}_{8} |

I_z——制动电流

其中：

..........

——分别为变压器某同名相的各侧电流；

{\overset{\cdot}{I}}_{1}^{'} = \max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} | . . . | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |}

，取某同名相各侧电流中最大者；

{\overset{\cdot}{I}}_{2}^{'} = ({\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + . . . + {\overset{\cdot}{I}}_{8}) - \max ({\overset{\cdot}{I}}_{1}, {\overset{\cdot}{I}}_{2} . . . {\overset{\cdot}{I}}_{8})

φ = &angle; ({\overset{\cdot}{I}}_{1}^{'}, {\overset{\cdot}{I}}_{2}^{'})

式中：K(I_z)为渐变的斜率；K_c为双曲线渐变制动特性的渐近线斜率；I_q为启动电流；

..........

——分别为变压器某同名相的各侧电流；

为变压器某同名相各侧电流中最大者；

为某同名相各侧电流矢量和与各侧电流中最大者矢量之差；φ为和

之间的夹角。

2.动作特性

根据动作方程作出变压器纵差保护差动元件动作特性图。传统比例制动特性由两部分构成：无制动部分和比例制动部分。速断动作区为差动速断元件动作特性。

3.涌流判别元件

提供两种励磁涌流判别方法：二次谐波制动原理和波形对称原理。在装置定义下载时，可以根据用户要求选择其中一种。

(a)二次谐波制动原理

比较各相差流中二次谐波分量对基波分量百分比(即I_2ω/I_1ω)与整定值的大小。当其大于整定值时，认为该相差流为励磁涌流。闭锁差动元件。

判别方程(制动方程)

I_2ω≥ηI_1ω

式中：I_2ω、I_1ω-某相差流中的二次谐波电流和基波电流；η-整定的二次谐波制动比。

(b)波形对称原理

通常，励磁涌流的波形是偏于时间轴一侧且有间断的波形，其正、负半周的波形相差甚大。波形对称原理的实质是：比较一个周波内电流正半波与负半波的波形是否与横轴对称。根据两个波形的差异程度，来识别形成差流的原因(是内部故障还是励磁涌流)，当识别到差流是由励磁涌流产生时，立即闭锁差动元件。

判别方法及动作方程如下：将差流微分，除去直流分量。然后比较微分后差流波形每个周期内的前半波和后半波。设微分后某个周波内前半波上的其一点电流值为I_j，后半波对应点的电流值为I_j+180，如果

| \frac{I_{j} + I_{j + 180}}{I_{j} - I_{j + 180}} | < K

则认为波形是对称的，即差流是由短路故障形成的。否则，则认为差流是励磁涌流，将差动元件闭锁。

式中K——不对称系数。

由于该判别方程实质是偶次谐波与奇次谐波之比，因此仍然可以应用谐波的概念来整定。

4.涌流制动方式

提供两种谐波制动方式：“分相”制动式及“或门”制动式。

所谓分相制动式，是指某一相差流中的二次谐波电流，只对本相的差动元件有制动作用，而对其他相无作用。而“或门”制动方式，是指在三相差流中，只要某一相差流中的二次谐波电流对基波电流之比大于整定值，便将三相差动元件闭锁。

用户可根据变压器的容量、变压器所在系统的特点，选择适宜的制动方式。

5.差动速断元件

差动速断元件，其动作不受差流波形畸变或差流中谐波的影响，而只反应差电流的有效值。当某一相差流的有效值大于整定值时，立即作用出口。

6.逻辑框图

八侧变压器差动保护的逻辑框图如图3或图4所示。图3表示“或门”制动原理纵差保护框图；图4为分相制动原理纵差保护框图。

7.TA断线判别和对策

某侧TA若断线，一般会产生差流，使差动保护误动。设置专门的TA断线判别环节，在差动保护出口前，判别出差流是TA断线所致，从而闭锁差动保护出口。

但由于TA断线有电弧暂态过程，断线初期一般电流不是迅速降为零，又由于TA断线检测时间须快于差动几十毫秒出口时间，这些都导致TA断线的正确判别十分困难。

在判定模糊不清时，本装置采取不闭锁差动的保守做法，因为一旦在发电机或变压器内部发生故障时却误判为TA断线从而闭锁差动出口，那后果是十分严重的。即TA断线判别的设计原则为：宁可TA断线判别不出来闭锁不住差动，也不短路故障时误判为TA断线从而误闭锁差动。

用电流突变方向判别TA断线，主要有以下判据：

(1)一般短路时电流是增大，断线时电流却减小。采用电流突变方向为负值作为主判据。

(2)一般不考虑异侧TA同时断线的可能性，故电流突变为负值须发生在同一侧TA。

(3)不考虑三相同时断线，即突变电流不超过2路。

(4)至少一侧的三相电流健全，TA断线侧电流必须有一相存在，另外一相或二相偏小。

(5)差流应小于解除TA断线功能差流倍数Ict整定值。

TA断线判别后的作用可选择：

(1)只发信，不闭锁差动。这是因为TA断线会产生高压及电弧危害。

(2)发信，且闭锁差动。这是目前国内一般的做法。考虑不紧急停机，但必须找机会马上停机处理。

(3)发信，闭锁差动可投退。运行时灵活性大，是上述二种方法的折中

8.短路故障时TA饱和判别和对策

电力系统严重故障时，包括区外区内故障，短路电流非常大，TA将严重饱和。有时短路电流中含有非周期衰减分量，TA饱和也会产生。上述情况下，TA传变特性变差。加上差动保护两侧TA不同变比、不同型号、不同负载，各TA回路饱和程度不一致，区外故障时差动保护的差电流加大，按正常比例制动特性将可能制动不住，产生误动。而区内故障时由于TA传变不精确，饱和产生波形畸变，差动保护也有可能被误闭锁。

保护装置利用TA饱和特征量(即TA在故障后周波内一般不会饱和)来判别TA饱和，并判断出TA饱和是因区内故障还是区外故障引起。若是区外故障时TA饱和，采用陷阱技术防止差动保护误动作。若是区内故障，差动保护不仅能正确动作，而且动作时间和灵敏度丝毫不受影响。

区外故障切除时TA饱和判别和对策：

区外故障切除后，在TA回路由故障电流向正常负荷电流转变的暂态过程中，由于各侧TA的变比型号不同及负载不同，各TA暂态过程也不一致。当故障电流中含有非周期分量时，这种TA的暂态饱和也很严重。又由于故障电流已消失，差动保护的制动电流为负荷电流，比较小，必须采取措施避免差动保护的误动。

保护装置采用反向负跃变方法检测区外故障切除时的暂态过程，并采用负荷电流门坎，自动改善差动保护性能，避免此时TA饱和时差动保护的误动。此方法不影响区内故障时差动保护的动作时间和灵敏度。

9.定值清单及整定原则

(1)比率制动系数K_z(曲线斜率)

比率制动系数K_z整定原则，按躲过变压器出口三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定(即过拐点的斜线通过出口区外故障最大差流对应点的上方)。标积制动系数与比率制动系数的取值基本相同。一般

K_z＝0.4～0.5

(2)启动电流I_q

整定原则：能可靠躲过变压器正常运行时的最大不平衡差流。一般

I_q＝(0.4～0.5)I_e

(3)拐点电流I_g

变压器各侧差动TA的型号及变比不可能相同。因此，各侧TA的暂态特性的差异较大。为躲过区外远处故障或近区故障切除瞬间产生较大不平衡差流的影响，建议拐点电流：

I_g＝(0.5～0.7)I_c

(4)二次谐波制动比η

空投变压器时，励磁涌流的大小、二次谐波分量的多少或波形畸变程度，与变压器的容量、结构、所在系统中的位置及合闸角等因素有关。为了使差动保护能可靠地躲过变压器空投时的励磁涌流，又能确保在变压器内部故障时故障电流波形有畸变(含有二次谐波分量)时，差动保护能可靠动作，应根据被保护变压器的容量、结构及在系统中的位置，整定出适当的二次谐波制动比。一般

η＝0.13～0.2

对容量较大的变压器，可取0.16～0.18；对大型发电机变压器组(发电机机端没有断路器)，可取0.18～0.20；对于距主电源较近的中小型变压器(例如启备变等)，可取0.13～0.15。

(5)差动速断倍数I_s

变压器差动速断动作倍数的整定原则，应按躲过变压器空投时的励磁涌流或外部短路时最大不平衡差流来整定。而变压器励磁涌流的大小与变压器的容量、结构、所在系统中的位置等均有关。一般

I_s＝4～10(倍)

对于大容量变压器，可取4～6；对于大型发电厂内容量较小的变压器，可取8～10；而对于远离系统的大型变压器及其中间无开关的发电机变压器组，可取4。

(6)解除TA断线功能差流倍数I_ct

差流大于I_ct整定值时，解除TA断线判别环节。一般TA断线引起的差流小于最大负荷电流，故

I_ct＝0.8～1.1(倍)

TA二次回路开路是危险的，特别是大容量变压器TA二次开路，将会造成TA绝缘损坏、保护装置或二次回路着火，还将危及人身安全。因此，建议去掉TA断线判别功能，即

I_ct＝0.1～0.2(倍)

(7)变压器额定电流I_e

变压器各侧的额定电流(TA二次值)往往是不同的。定值清单中的额定电流是指基准侧的额定电流。

基准侧差动TA二次电流的计算，可按下式进行

I_{e} = I_{N} = \frac{S_{e}}{\sqrt{3} U_{ej} n_{a}}

式中

S_e——变压器额定容量；

U_cj——基准侧额定相间电压；

n_a——基准侧差动TA变比。

(c)灵敏度校验

变压器差动保护的灵敏度要求

Ksen≥2

才能保证在区内发生各类型故障(有各种各样暂态过程)时保护动作的可靠性。

10.工程应用

图5所示为某大型电厂主变接线示意图，当从一个半断路器接线到变压器低压侧之间发生故障，为了将故障与系统隔离开，保护动作应该将与变压器低压侧连接的发电机等电器元件断开(即跳开断路器QF1～QF6)，并跳开500kV线路上的断路器QF7和QF8。这样对于变压器差动保护，它同时保护8个分支(侧)，动作出口同时跳开断路器QF1～QF8。从这个角度而言，这种特殊主接线的主变压器差动保护为八侧差动保护。

图6为某电厂起备变接线示意图，高压侧加六个分支，形成七侧差动。若取传统的变压器差动，最多只有六侧，不得不将第VI分支CT与其他侧的CT并接接入保护装置，前面列举了这种方案的缺点，故这种方案可行而不可取。利用本发明的八侧差动组态软件，可以很方便地选取七侧差动，选取制动原理和涌流判别方式。如图7所示，图7为八侧差动保护配置组态软件界面示意图。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1. 一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：在保护配置中采用高级语言中类技术和面向对象技术，将变压器差动保护计算的电气量扩大到八侧，在组态软件中选择二侧、三侧、四侧、五侧、六侧、七侧或八侧差动保护配置，避免CT并接。

2. 根据权利要求1所述的一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：当采用传统比例制动原理时，动作方程为：

\{\begin{matrix} I_{d} > I_{q}; & I_{z} < I_{g} \\ I_{d} > K_{z} (I_{z} - I_{g}) + I_{q}; & I_{z} > I_{g} \end{matrix}

式中：

I_d——动作电流(即差流)

I_{d} = | {\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + {\overset{\cdot}{I}}_{3} \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot + {\overset{\cdot}{I}}_{8} |

I_z——制动电流

K_z——比率制动系数，I_g——拐点电流，I_q——启动电流

都为差动保护整定值；

比例制动特性的差动为：

I_{z} = \max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{3} | \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |}

标积制动特性的差动为：

{\overset{\cdot}{I}}_{1}, {\overset{\cdot}{I}}_{2}, {\overset{\cdot}{I}}_{3} {\cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \overset{\cdot}{I}}_{8}

——分别为某同名相的各侧电流；

\max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{3} | \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |}

——取某同名相各侧电流中最大者；

3. 根据权利2所述的一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：比例制动动作特性由无制动部分和比例制动部分两部分构成。

4. 根据权利1所述的一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于：当采用双曲线渐变差动原理时，动作方程为：

\{\begin{matrix} I_{d} = K (I_{z}) I_{z} \\ K (I_{z}) = \sqrt{{K_{c}}^{2} + {(I_{q} / I_{z})}^{2}} \end{matrix},

可知：

I_{d} = \sqrt{{(K_{c} I_{z})}^{2} + {(I_{q})}^{2}}

\frac{{I_{d}}^{2}}{{I_{q}}^{2}} - \frac{{I_{z}}^{2}}{{(I_{q} / K_{c})}^{2}} = 1

I_d——动作电流(即差流)

I_{d} = | {\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + {\overset{\cdot}{I}}_{3} {\cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \overset{\cdot}{I}}_{8} |

I_z——制动电流

{\overset{\cdot}{I}}_{1}^{'} = \max {| {\overset{\cdot}{I}}_{1} |, | {\overset{\cdot}{I}}_{2} | \cdot \cdot \cdot | {\overset{\cdot}{I}}_{8} |},

取某同名相各侧电流中最大者；

{\overset{\cdot}{I}}_{2}^{'} = ({\overset{\cdot}{I}}_{1} + {\overset{\cdot}{I}}_{2} + \cdot \cdot \cdot + {\overset{\cdot}{I}}_{8}) - \max ({\overset{\cdot}{I}}_{1}, {\overset{\cdot}{I}}_{2} \cdot \cdot \cdot {\overset{\cdot}{I}}_{8})

φ = &angle; ({\overset{\cdot}{I}}_{1}^{'}, {\overset{\cdot}{I}}_{2}^{'})

——分别为变压器某同名相的各侧电流；

和

之间的夹角。

5. 根据权利1所述的一种避免CT并接的八侧变压器差动原理，其特征在于差动保护涌流判别元件提供两种励磁涌流判别方法：二次谐波制动原理和波形对称原理。