CN101320908B - 并联电抗器的匝间启动方法 - Google Patents

并联电抗器的匝间启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并联电抗器的匝间启动方法，要解决的技术问题是提高启动元件的灵敏度和可靠性。包括以下步骤：微机计算出主电抗的二次额定阻抗和小电抗的二次额定阻抗理论值，线路侧三相电压和电流的向量值，并联电抗器主电抗三相的测量阻抗，当并联电抗器主电抗三相的任一测量阻抗≤0.95×主电抗的二次额定阻抗，判定存在匝间故障，本发明与现有技术相比，利用电抗器正常时测量阻抗基本保持不变，发生匝间故障时测量阻抗显著降低的特征，电抗器区外故障时，由于测量阻抗不会变化并联电抗器匝间保护启动元件不启动，只有区内故障时才启动开放匝间保护，在保证匝间保护启动可靠性的前提下，大大提高启动的灵敏度。

Description

并联电抗器的匝间启动方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统的保护方法，特别是一种电力系统超高压、特高压电力主设备的并联电抗器匝间短路保护启动的判别方法。
背景技术
由于电力系统线路接地故障较多，接地故障后的重合闸，在此过程中暂态电流含有丰富的高次谐波，并存在电抗器与线路对地电容的能量交换，因此并联电抗器谐波过温、微振动严重造成匝间短路故障比率比较高，但目前的电抗器匝间保护启动元件因单绕组电感性电气特征的原因，其启动元件的可靠性和灵敏度一直不高，电抗器匝间保护的可靠运行和故障检测受到很大的限制。中国专利申请号03131515.5，名称为并联电抗器匝间短路保护零序阻抗判别方法，提出采用相电流周/周比较的电流变化量ΔIi大于(0.1-0.3)电抗器二次额定电流In，判定系统有扰动，作为故障出现的判别依据；匝间保护采用电抗器首端零序电流3I0大于零序监控电流Imon，且测量阻抗满足阻抗条件为依据。该启动方法存在如下缺陷：1.任何故障出现，该故障判别依据都满足，不能区分电抗器区内和区外故障；2.由于需要躲过电抗器正常工况的不平衡，零序监控电流Imon不可能取的很小，一般取电抗器额定电流的0.2倍，匝间保护的灵敏度受到限制。中国专利申请号200310106433.7，名称为高压并联电抗器匝间保护的方法，提出了相电流工频变化量制动与浮动门槛的匝间短路保护启动元件和匝间故障开放元件，提高了匝间故障开放元件灵敏度，但依然存在不能区分电抗器区内和区外故障以及电抗器小匝短路时灵敏度不高的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种并联电抗器的匝间启动方法，要解决的技术问题是提高并联电抗器匝间保护启动元件的灵敏度和可靠性。
本发明采用以下技术方案：一种并联电抗器的匝间启动方法，包括以下步骤：一、微机计算出主电抗的二次额定阻抗理论值和小电抗的二次额定阻抗理论值；二、微机获取电抗器系统的模拟量信息，计算出线路侧三相电压和电流的向量值；三、所述微机计算并联电抗器的中性点小电抗的压降，得到主电抗中心点的电压，再计算并联电抗器主电抗上ABC三相的电压降，最后计算并联电抗器主电抗ABC三相的测量阻抗；四、微机比较判断，当并联电抗器主电抗ABC三相的任一测量阻抗≤0.95×主电抗的二次额定阻抗理论值，判定为存在匝间故障，向匝间保护启动元件发出信号，匝间保护启动元件动作，所述微机计算出三相主电抗不平衡，零序电流不为零，中性点小电抗的电流不等于三相电流的向量和，电抗器的中性点小电抗的压降不再等于中性点小电抗压降计算值，电抗器主电抗上三相的电压降也不再分别为主电抗三相电压降计算值，计算的主电抗ABC三相的测量阻抗将不再是主电抗的阻抗值时，微机判断为并联电抗器区内接地和相间故障，。
本发明的微机根据人机界面输入的电抗器系统设定参数：电压互感器变比、电抗器首端电流互感器变比、主电抗器的一次额定阻抗、小电抗一次额定阻抗，计算出主电抗的二次额定阻抗理论值和小电抗的二次额定阻抗理论值。
本发明的微机通过数据采集单元，获得并联电抗器的电压和电流值，经模拟/数字转换，将并联电抗器电压和电流输入量转换为数字量，由微机将数据采集单元输出的数字量进行计算，获取线路侧三相电压和电流的向量值。
本发明的数据采集单元为微机装置内部的电流和电压小变换器及模拟/数字转换回路。
本发明的数字量为瞬时采样值。
本发明与现有技术相比，利用电抗器正常时测量阻抗基本保持不变，而发生匝间故障时测量阻抗显著降低的特征，基于相阻抗变化匝间启动，电抗器区外故障时，由于测量阻抗不会变化并联电抗器匝间保护启动元件不启动，只有区内故障时才启动开放匝间保护，在保证匝间保护启动可靠性的前提下，大大提高启动的灵敏度。
附图说明
图1是本发明实施例并联电抗器系统接线原理图。
图2是本发明实施例并联电抗器等效电路图。
图3是本发明实施例区内匝间故障电路示意图。
图4是本发明实施例接地故障电路示意图。
图5是本发明实施例相间故障电路示意图。
图6是本发明实施例区外故障电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的并联电抗器的匝间启动方法基于微机继电保护装置实现，电抗器故障后电抗器本身的相阻抗参数将降低，利用并联电抗器的测量阻抗变化的特性作为匝间保护的启动方法。包括以下步骤：
一、如图2所示，微机根据通过人机界面输入的电抗器系统设定参数：电压互感器TV变比nv、电抗器首端电流互感器TA变比na、主电抗器的一次额定阻抗ZL11、小电抗一次额定阻抗ZLso1，计算出主电抗的二次额定阻抗ZL1理论值和小电抗的二次额定阻抗ZLso理论值，计算公式如下：
ZL1＝ZL11×na/nv
ZLso＝ZLso1×na/nv
二、微机获取电抗器系统的模拟量信息：通过数据采集单元，即微机装置内部的电流和电压小变换器，获得并联电抗器的电压和电流值，经模拟/数字转换，将并联电抗器电压和电流输入量转换为数字量，为瞬时采样值，由数据处理单元，即微机CPU将数据采集单元输出的数字量进行计算，分别计算出线路测三相电压和电流的向量值Ua &、Ub &、Uc &和Ia、Ib &、Ic &，计算公式分别如下：
Figure G2008100662514D00041
Figure G2008100662514D00042
Figure G2008100662514D00043
Figure G2008100662514D00044
Figure G2008100662514D00045
Figure G2008100662514D00046
式中N为采样系统的每周波的采样点数，本实施例实现过程中N＝24，Ua(k)、Ub(k)、Uc(k)、Ia(k)、Ib(k)、Ic(k)分别为线路测三相电压和电流瞬时采样值。
三、计算并联电抗器的中性点小电抗的压降(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0，即得到主电抗中心点的电压(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0；
四、计算并联电抗器主电抗上ABC三相的电压降Ua &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Ub &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Uc &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0；
五、计算并联电抗器主电抗ABC三相的测量阻抗
Figure G2008100662514D00051
Figure G2008100662514D00053
正常无故障时Za＝ZL1，
Zb＝ZL1，Zc＝ZL1；
六、微机比较判断，当Za≤0.95×ZL1或者Zb≤0.95×ZL1或者Zc≤0.95×ZL1，判定为存在匝间故障，向匝间保护启动元件发出信号，匝间保护启动元件动作，匝间保护启动元件动作后将开放匝间保护的主判据计算和匝间保护动作跳闸出口回路正电源。
本发明的方法考虑了并联电抗器各种故障情况下匝间保护启动元件的动作情况，具体如下：
1、如图3所示，并联电抗器区内匝间故障，以区内A相匝间故障为例，匝间故障后三相主电抗不平衡，微机计算判断出零序电流
Figure G2008100662514D00054
电抗器的中性点小电抗的压降
Figure G2008100662514D00055
但电抗器主电抗上ABC三相的电压降仍然分别为Ua &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Ub &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Uc &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0，仍然可利用
Figure G2008100662514D00057
Figure G2008100662514D00058
计算主电抗的阻抗值。由于短路的匝间存在很大的环流，导致主电抗A相阻抗测量值
Figure G2008100662514D00059
明显变小，将满足Za≤0.95×ZL1，B相和C相由于其主电抗本身的阻抗参数不会变化，B相和C相测量阻抗Zb＝ZL1，Zc＝ZL1，考虑测量和计算的误差不可能达到5％，所以此时只有A相满足动作条件Za≤0.95×ZL1或者Zb≤0.95×ZL1或者Zc≤0.95×ZL1，微机向匝间保护启动元件发出信号，启动匝间保护。
2、如图4和图5所示，并联电抗器区内接地和相间故障，接地故障以区内A相接地故障为例，区内相间故障以AB相间为例，区内接地故障后，微机计算判断出三相主电抗不平衡，零序电流
Figure G2008100662514D00061
中性点小电抗的电流电抗器的中性点小电抗的压降不再等于中性点小电抗压降计算值(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0，电抗器主电抗上ABC三相的电压降也不再分别为主电抗三相电压降计算值Ua &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Ub &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Uc &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0，微机利用
Figure G2008100662514D00063
Figure G2008100662514D00064
Figure G2008100662514D00065
计算阻抗值将不再是主电抗的阻抗值，可能满足启动匝间保护动作条件，也可能不满足启动匝间保护动作条件，如满足Za≤0.95×ZL1或者Zb≤0.95×ZL1或者Zc≤0.95×ZL1时，微机向匝间保护启动元件发出信号，启动匝间保护，此时匝间保护可反映部分区内的接地故障；如不满足Za≤0.95×ZL1或者Zb≤0.95×ZL1或者Zc≤0.95×ZL1时，匝间保护将不反映该部分接地故障，区内的接地故障由分相差动和零序差动保护实现。
3、如图6所示，并联电抗器区外故障，以区外A相接地故障为例，区外A相接地故障后，微机计算判断出三相主电抗仍然平衡，零序电流
Figure G2008100662514D00066
电抗器的中性点小电抗的压降等于(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0，电抗器主电抗上ABC三相的电压降分别为Ua &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Ub &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Uc &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0，微机利用
Figure G2008100662514D00072
Figure G2008100662514D00073
计算的测量阻抗值为主电抗的阻抗值ZL1，考虑测量和计算的误差不可能达到5％，所以此时三相都不满足动作条件Za≤0.95×ZL1或者Zb≤0.95×ZL1或者Zc≤0.95×ZL1，微机不向匝间保护启动元件发出信号，不启动匝间保护。
4、如区外故障和匝间故障同时存在，区内匝间故障以A相匝间故障为例，区外故障以B相接地故障为例，区内匝间故障后三相主电抗参数不平衡，微机计算判断出零序电流电抗器的中性点小电抗的压降
Figure G2008100662514D00075
但电抗器主电抗上ABC三相的电压降仍然分别为Ua &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Ub &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0、Uc &-(Ia &+Ib &+Ic &)*ZLs0，仍然可利用
Figure G2008100662514D00077
Figure G2008100662514D00078
计算主电抗的阻抗值。由于短路的匝间存在很大的环流，导致主电抗A相阻抗测量值
Figure G2008100662514D00079
明显变小，将满足Za≤0.95×ZL1，B相和C相由于其主电抗本身的阻抗参数不会变化，B相和C相测量阻抗Zb＝ZL1，Zc＝ZL1，所以此时只有A相满足动作条件Za≤0.95×ZL1或者Zb≤0.95×ZL1或者Zc≤0.95×ZL1，微机向匝间保护启动元件发出信号，启动匝间保护。
本发明的方法利用并联电抗器匝间故障后电抗器本身的相阻抗参数将降低，电抗器的测量阻抗变化的特性作为匝间保护的启动方法。相阻抗启动判据如下：
Figure G2008100662514D000710
式中：
Figure G2008100662514D00081
为电抗器首端相电压，
Figure G2008100662514D00082
为电抗器首端相电流，Ia &、Ib &、Ic &为电抗器首端三相电流，ZLs0为中性点小电抗的零序阻抗，ZL1为主电抗的相阻抗。
并联电抗器内部匝间故障时由于存在很大的环流，相阻抗测量值变化非常明显，因此利用测量阻抗变化实现的匝间保护启动方法将具有很高的灵敏度，弥补了传统零序电流和相电流工频变化量制动与浮动门槛启动的不足。另外该启动方法反应主电抗相阻抗的变化，任何区外故障时其测量阻抗等于主电抗的相阻抗，阻抗启动元件可靠不动作，只有区内故障时才启动，安全可靠，采用相电流计算，不受最小计算电流的影响，灵敏度高。
本发明提出的匝间启动方法反应主电抗相阻抗的变化，任何区外故障时其测量阻抗等于主电抗的相阻抗，阻抗启动元件可靠不动作，只有区内故障时才启动，安全可靠。

Claims (5)

1.一种并联电抗器的匝间启动方法，包括以下步骤：一、微机计算出主电抗的二次额定阻抗理论值和小电抗的二次额定阻抗理论值；二、微机获取电抗器系统的模拟量信息，计算出线路侧三相电压和电流的向量值；三、所述微机计算并联电抗器的中性点小电抗的压降，得到主电抗中心点的电压，再计算并联电抗器主电抗上ABC三相的电压降，最后计算并联电抗器主电抗ABC三相的测量阻抗；四、微机比较判断，当并联电抗器主电抗ABC三相的任一测量阻抗≤0.95×主电抗的二次额定阻抗理论值，判定为存在匝间故障，向匝间保护启动元件发出信号，匝间保护启动元件动作，所述微机计算出三相主电抗不平衡，零序电流不为零，中性点小电抗的电流不等于三相电流的向量和，电抗器的中性点小电抗的压降不再等于中性点小电抗压降计算值，电抗器主电抗上三相的电压降也不再分别为主电抗三相电压降计算值，计算的主电抗ABC三相的测量阻抗将不再是主电抗的阻抗值时，微机判断为并联电抗器区内接地和相间故障。
2.根据权利要求1所述的并联电抗器的匝间启动方法，其特征在于：所述微机根据人机界面输入的电抗器系统设定参数：电压互感器变比、电抗器首端电流互感器变比、主电抗器的一次额定阻抗、小电抗一次额定阻抗，计算出主电抗的二次额定阻抗理论值和小电抗的二次额定阻抗理论值。
3.根据权利要求2所述的并联电抗器的匝间启动方法，其特征在于：所述微机通过数据采集单元，获得并联电抗器的电压和电流值，经模拟/数字转换，将并联电抗器电压和电流输入量转换为数字量，由微机将数据采集单元输出的数字量进行计算，获取线路侧三相电压和电流的向量值。
4.根据权利要求3所述的并联电抗器的匝间启动方法，其特征在于：所述数据采集单元为微机装置内部的电流和电压小变换器及模拟/数字转换回路。
5.根据权利要求4所述的并联电抗器的匝间启动方法，其特征在于：所述数字量为瞬时采样值。
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