CN101295869A - 变压器高可靠励磁涌流制动方法 - Google Patents

Abstract

变压器高可靠励磁涌流制动方法，包括采样、计算当前采样点的三相差动电流基波含量、二次谐波含量、设置并计算浮动门槛，利用判别式进行差动启动判断、基波含量变化特性判断、二次谐波含量对基波含量比的变化特性判断，以确定可靠闭锁或及时开放差动。本方法在传统二次谐波制动原理基础上，设置浮动门槛并实时跟踪掌握基波和二次谐波的变化特性，利用基波和二次谐波的变化特性及时分析判断变压器的运行状态，解决了现有方法在励磁涌流制动和差动保护正确快速动作之间的矛盾，确保了变压器在仅有励磁涌流的情况下可靠制动，在任何有区内故障的情况下都能正确快速动作。同时本方法降低了二次谐波制动系数的取值范围，提高了励磁涌流制动的灵敏性。

Description

变压器高可靠励磁涌流制动方法

技术领域

本发明涉及一种变压器差动保护方法，特别是一种变压器高可靠励磁涌流制动方法。

背景技术

1.

纵差保护是电气主设备的主保护，它灵敏度高、选择性好，已成功地应用于发电机、电抗器、电动机、母线等主设备上。但变压器纵差保护一直受励磁涌流问题的困扰，在变压器空载合闸或外部故障切除的情况下，将会产生可与内部短路电流相比拟的励磁涌流流入差动回路，引起变压器差动保护误动。因此在一些非内部故障的暂态过程中(如空投、区外故障)，需通过检测这种非内部故障暂态过程引起的差动电流来防止变压器差动保护误动。综合来讲，目前已有的措施可归纳为以下几种(各种方法的具体介绍可参考以下文献：[1]葛宝明等.电力变压器的励磁涌流判据及其发展方向.电力系统自动化2003，27(22)；[2]许华乔等.变压器微机差动保护涌流制动和CT故障的研究.电力系统自动化1998，22(4)；[3]刘志超.三相变压器励磁涌流及保护方案.电力系统自动化2006，30(10)；[4]承文新等.变压器差动保护涌流制动原理分析.电力系统自动化2006，30(11).)：

(1)励磁涌流含有丰富的二次谐波和偶次谐波，二次谐波含量一般情况不低于基波分量的15％，而短路电流中几乎不含有二次谐波分量，所以利用二次谐波可以识别励磁涌流，达到制动的目的；

(2)短路电流波形连续，波形间断角几乎为零，而励磁涌流波形不连续会出现间断，通过检测间断角可以识别励磁涌流；

(3)比较波形正负半波的波形对称原理；

(4)小波变换、神经网络等新手段。

2.

二次谐波制动方法是最常用的一种涌流制动方法，制动系数普遍采用导则中规定的15％-20％的制动系数。但现代变压器磁特性的变化和容量的不断增大使得涌流时二次谐波含量降低，而当系统带有长线路或用电缆线连接变压器时，内部故障电流的二次谐波含量可能较高，所以单纯的二次谐波制动原理很难确定制动比。取得过高容易造成涌流时差动误动，取得过低内部故障时差动可能延时动作甚至拒动。为防止变压器三相励磁涌流中二次谐波不能都达到制动值，一般采用或门制动的方式，即三相差动电流中有一相二次谐波含量超过定值即闭锁差动保护。目前对于二次谐波制动比K_d2的计算方法常用的有：谐波比最大相制动、按相制动和综合相制动三种。参见许正亚.变压器及中低压网络数字式保护.中国水利水电出版社。

(1)谐波比最大相制动： $K_{d2}=\max \{\frac{I_{\mathrm{da}2}}{I_{\mathrm{da}1}},\frac{I_{\mathrm{db}2}}{I_{\mathrm{db}1}},\frac{I_{\mathrm{dc}2}}{I_{\mathrm{dc}1}}\}\≥k_2,$ 其中I_da2，I_db2，I_dc2为三相差动电流二次谐波，I_da1，I_db1，I_dc1为三相差动电流基波，k₂为二次谐波制动系数，取值范围15％≤k₂≤20％。这种制动方法对励磁涌流的识别较可靠，不足之处是带有故障的变压器合闸时，非故障相对故障相也实现制动，导致差动延时动作。

(2)按相制动： $K_{d2}=\frac{I_{d2}}{\max \{I_{\mathrm{da}1},I_{\mathrm{db}1},I_{\mathrm{dc}1}\}}\≥k_2,$ 即利用差动电流最大相的二次谐波与基波的比值来制动励磁涌流。这种制动方法改善了最大相制动在带有故障合闸时保护延时动作的不足，但有时不能正确识别励磁涌流。

(3)综合相制动： $K_{d2}=\frac{\max \{I_{\mathrm{da}2},I_{\mathrm{db}2},I_{\mathrm{dc}2}\}}{\max \{I_{\mathrm{da}1},I_{\mathrm{db}1},I_{\mathrm{dc}1}\}}\≥k_2,$ 即利用三相差动电流二次谐波最大值与基波最大值的比值制动励磁涌流。这种制动方法弥补了谐波比最大相制动和按相制动的不足，但也牺牲了保护动作的速动性和涌流制动的可靠性。

目前还有采用改变制动系数来防止涌流过程中二次谐波波动造成差动误动的方法(参见徐健，等.跟踪式二次谐波制动改进方法.电力系统自动化，2007，10(10))，但在空投于内部故障时，可能由于非故障相电流中二次谐波含量高而使差动延时动作，同时要求提高制动系数也降低了涌流制动的灵敏性。同时为了避免变压器空投于内部故障或变压器在内部故障伴随较高二次谐波时的延时动作，一些用于识别内部故障以开放制动的辅助方法已经被提出，有利用相电压在内部故障时变小来识别区内故障的，参见LiuPei，And So On.Improved Operation of Differential Protection of PowerTransformers for Internal Faults.IEEE Trans.On Power Delivery.1992.10.7(4)，但变压器在匝间短路时电压变化不大，所以这种原理存在缺陷。也有利用电流向量识别区内、区外故障的，参见李永丽，等.电力变压器新型微机保护原理的研究.电力系统自动化，1995，19(7)，但在空投于故障，区外故障严重TA饱和情况下利用电流向量会误判。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有二次谐波制动方法的缺陷，提供一种基于二次谐波制动的变压器高可靠励磁涌流制动方法，保证变压器在励磁涌流情况下装置不误动，在任何有内部故障情况下快速动作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种变压器高可靠励磁涌流制动方法，具体包括如下步骤：

A、通过交流采样和含角差转换的差动电流计算得到当前采样点n的三相差动电流基波含量

和三相差动电流二次谐波含量

根据给定的差动电流启动值I_d.q(差动电流启动值I_d.q由用户给定，一般范围为变压器额定电流的0.1至2.0倍)进行差动启动判断，若

则重复本步骤；若

则进入步骤B；

B、通过(1)式对二次谐波制动比K_d2的计算和判断，识别励磁涌流，进行谐波比最大相制动，若(1)式成立，则闭锁差动并进入步骤C，否则开放差动，(1)式中k₂为二次谐波制动系数，取值范围为：10％≤k₂≤15％；

$K_{d2}=\max \{\frac{I_{\mathrm{da}2}}{I_{\mathrm{da}1}},\frac{I_{\mathrm{db}2}}{I_{\mathrm{db}1}},\frac{I_{\mathrm{dc}2}}{I_{\mathrm{dc}1}}\}\≥k_2---\left(1\right)$

C、设置并计算浮动门槛

(2)式中

为当前采样点n的浮动门槛，λ为可靠性系数，取值范围为：0.5≤λ≤1.0，为差动电流基波变化量的标幺值，

其中

为当前采样点n的前m个采样点的差动电流基波含量，m小于等于一个周波采样个数，I_n为变压器额定电流；

D、利用三相差动电流二次谐波含量对基波含量的比判断(3)式：

是否成立，若有一相差动电流二次谐波含量对基波含量的比满足(3)式则转入步骤E，否则回到步骤A；

E、判断该相的差动电流基波含量

是否满足(4)式：

并且判断该相差动电流二次谐波含量对基波含量的比是否满足(5)式：其中ε₁和ε₂为固定门槛系数，取值范围为：3％≤ε₁≤10％，3％≤ε₂≤10％，若(4)式和(5)式同时成立则开放差动，否则回到步骤A。

本发明的有益效果如下：本发明方法在传统的二次谐波制动原理基础上，设置浮动门槛并实时跟踪掌握基波含量变化特性和二次谐波含量对基波含量比的变化特性，利用这些变化特性及时分析判断变压器的运行状态，以确定可靠闭锁或及时开放差动，解决了现有方法在励磁涌流制动和差动保护正确快速动作之间的矛盾，提高了励磁涌流制动的灵敏性，确保了变压器在仅有励磁涌流的情况下可靠制动，在任何有区内故障的情况下又能正确快速动作。

同时本方法能快速区分励磁涌流和区内故障，使二次谐波制动系数k₂的取值范围由15％≤k₂≤20％适当调低到10％≤k₂≤15％，这样就提高了励磁涌流制动的灵敏性。

这种将跟踪电气量变化特性引入保护的方法不仅适用于变压器差动保护，而且对于其他电力系统的保护也具有普遍意义。

附图说明

图1为本发明变压器高可靠励磁涌流制动方法的流程框图。

图2为实施例1动模试验中变压器高压侧空投时，A相差动电流有效值波形图。

图3为实施例1动模试验中变压器高压侧空投时，B相差动电流有效值波形图。

图4为实施例1动模试验中变压器高压侧空投时，C相差动电流有效值波形图。

图5为实施例2动模试验中变压器高压侧空投A相绕组内部接地故障时，A相差动电流有效值波形图。

图6为实施例2动模试验中变压器高压侧空投A相绕组内部接地故障时，B相差动电流有效值波形图。

图7为实施例2动模试验中变压器高压侧空投A相绕组内部接地故障时，C相差动电流有效值波形图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本实用新型作进一步详细描述。但本发明不限于所给出的例子。

实施例1：按图1所示步骤，设变压器额定电流I_n＝5A；差动电流启动值I_d.q＝1A(差动电流启动值I_d.q由用户给定，一般范围为变压器额定电流的0.1至2.0倍)；二次谐波制动系数k₂＝10％；采样频率为每秒1600点，即一个周波采样32个点，m取值为一个周波采样32个点的二分之一，即m＝16，设可靠性系数λ＝1.0。

1、交流采样，获得变压器各侧的电流采样值，含角差转换的差动电流计算得到当前采样点n的三相差动电流基波含量

和三相差动电流二次谐波含量

并进行差动启动判断：变压器高压侧空投时三相差动电流有效值波形图如图2、3、4所示，根据图2、3、4计算的差动电流基波和二次谐波含量数据见表1，根据表1数据得到在空投开始20ms满足则进行下一步判断；

2、为了可靠识别励磁涌流，利用(1)式进行二次谐波制动比K_d2的计算和判断，进行谐波比最大相制动，此时K_d2＝57.0％＞10％，判断出存在励磁涌流，则闭锁差动进入下一步判断；

3、计算浮动门槛

先计算当前采样点n差动电流变化量的标幺值，以表1中第5个计算点A相为例说明。 $\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{da}1}\left(n\right)=\frac{I_{\mathrm{da}1}\left(n\right)-I_{\mathrm{da}1}(n-m)}{I_n}=\frac{12.6-12.9}{5}=-0.06,$ 计算A相当前采样点n＝5的浮动门槛：ε_A(n)＝λ*ΔI_2a(n)＝1.0*(-0.06)＝-6.0％；

4、判断A相二次谐波在第5个计算点的二次谐波含量对基波含量的比K_da2(n)＝8.0％＞(10％-6.0％)，不满足(3)式：

返回步骤1；

5、重复上述过程可计算整个空投过程，都满足K_d2≥k₂，同时都不满足(3)式：

所以在整个励磁涌流过程中都可靠闭锁差动。

实施例2：按图1所示步骤，设变压器额定电流I_n＝5A，差动电流启动值I_d.q＝1A；二次谐波制动系数k₂＝10％；采样频率为每秒2400点，即一个周波采样48个点，m取值为一个周波采样48个点的二分之一，即m＝24，设可靠性系数λ＝0.8，设固定门槛系数ε₁和ε₂的取值为ε₁＝5％，ε₂＝5％。

1、交流采样，获得变压器各侧的电流采样值，含角差转换的差动电流计算得到当前采样点n的三相差动电流基波含量

和三相差动电流二次谐波含量

并进行差动启动判断：当变压器高压侧空投A相绕组内部接地故障时，三相差动电流有效值波形图如图5、6、7所示，根据图5、6、7计算的差动电流基波和二次谐波含量数据见表2，根据表2数据得到在空投开始20ms满足

则进行下一步判断；

2、为了可靠识别励磁涌流，利用(1)式进行二次谐波制动比K_d2的计算和判断，进行谐波比最大相制动，此时K_d2＝21.7％＞10％，判断出存在励磁涌流，则闭锁差动进入下一步判断；

3、计算浮动门槛

先计算当前采样点n差动电流变化量的标幺值，以表2中第2个计算点A相为例说明， $\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{da}1}\left(n\right)=\frac{I_{\mathrm{da}1}\left(n\right)-I_{\mathrm{da}1}(n-m)}{I_n}=\frac{38.5-35.7}{5}=0.56,$ 计算A相当前采样点n＝2的浮动门槛：ε_A(n)＝λ*ΔI_2a(n)＝0.8*0.56＝44.8％；

4、判断A相二次谐波在第2个计算点的二次谐波含量对基波含量的比K_da2(n)＝4.8％＜(10％+44.8％)，满足(3)式，则进入下一步判断；

5、判断满足步骤4的该相差动电流基波含量

是否满足(4)式：

并且判断该相差动电流二次谐波含量对基波含量的比值是否满足(5)式：

取ε₁＝5％，ε₂＝5％，得

和

分别满足(4)式和(5)式，则该相开放差动，在差动动作区，差动将迅速动作。

表1变压器高压侧空投时基波和二次谐波含量数据统计

表2变压器高压侧空投A相绕组内部接地故障时，基波和二次谐波含量数据统计

Claims (4)

1、变压器高可靠励磁涌流制动方法，具体包括如下步骤：

A、通过交流采样和含角差转换的差动电流计算得到当前采样点n的三相差动电流基波含量

和三相差动电流二次谐波含量

根据给定的差动电流启动值I_d.q(差动电流启动值I_d.q由用户给定，一般范围为变压器额定电流的0.1至2.0倍)进行差动启动判断：若

则重复本步骤；若

则进入步骤B；

B、通过(1)式对二次谐波制动比K_d2的计算和判断，识别励磁涌流，进行谐波比最大相制动，若(1)式成立，则闭锁差动并进入步骤C，否则开放差动，(1)式中k₂为二次谐波制动系数，取值范围为：10％≤k₂≤15％；

$K_{d2}=\max \{\frac{I_{\mathrm{da}2}}{I_{\mathrm{da}1}},\frac{I_{\mathrm{db}2}}{I_{\mathrm{db}1}},\frac{I_{\mathrm{dc}2}}{I_{\mathrm{dc}1}}\}\≥k_2---\left(1\right)$

C、设置并计算浮动门槛

(2)式中

为当前采样点n的浮动门槛，λ为可靠性系数，取值范围为：0.5≤λ≤1.0，

为差动电流基波变化量的标幺值，

其中为当前采样点n的前m个采样点的差动电流基波含量，m小于等于一个周波采样个数，I_n为变压器额定电流；

D、利用三相差动电流二次谐波含量对基波含量的比

判断(3)式：

是否成立，若有一相差动电流二次谐波含量对基波含量的比满足(3)式则转入步骤E，否则回到步骤A；

E、判断该相的差动电流基波含量

是否满足(4)式：

并且判断该相差动电流二次谐波含量对基波含量的比是否满足(5)式：

其中ε₁和ε₂为固定门槛系数，取值范围为：3％≤ε₁≤10％，3％≤ε₂≤10％，若(4)式和(5)式同时成立则开放差动，否则回到步骤A。

2、根据权利要求1所述的变压器高可靠励磁涌流制动方法，其特征是二次谐波制动系数k₂取值为10％，采样频率为每秒1600点，差动电流基波变化量标幺值计算中的m取值为一个周波采样32个点的二分之一，即m＝16，可靠性系数λ取值为1.0。

3、根据权利要求1所述的变压器高可靠励磁涌流制动方法，其特征是二次谐波制动系数k₂取值为10％，采样频率为每秒2400点，差动电流基波变化量标幺值计算中的m取值为一个周波采样48个点的二分之一，即m＝24，可靠性系数λ取值为0.8。

4、根据权利要求1所述的变压器高可靠励磁涌流制动方法，其特征是(4)式中的固定门槛系数ε₁取值为5％，(5)式中的固定门槛系数ε₂取值为5％。

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