CN101488660A - 一种区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种继电保护技术，具体是一种区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，现有技术存在易导致变压器差动保护误动作、保护不及时的缺陷，本发明依次经过采样计算各侧电流、比率差动计算、谐波制动计算、合闸条件判断、区外故障判断、适时或门谐波制动判断和谐波增大判断，然后根据每一相的比率差动、谐波制动信号、谐波增大信号和适时或门谐波制动信号得到每一相的最终判断结果，来决定是否跳闸。既避免了误动作的产生，免去了不必要的检修，又保证了系统的安全性。

Description

一种区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法

【技术领域】

本发明涉及一种继电保护技术，具体是一种用来区分变压器励磁涌流与故障电流然后决定是否跳闸的方法。

【背景技术】

为了保证电力系统及电力变压器的安全运行，一般在其上都设有继电保护装置，一旦发现变压器区内故障，则快速将变压器从系统中切除以避免严重后果。然而变压器在运行过程中会出现励磁涌流现象，其产生的高电流信号常会被误认为是故障电流而引起跳闸，造成不必要的损失，因而需要通过收集变压器相关数据以区分励磁涌流与故障电流，并对励磁涌流可能引起的跳闸进行制动。

现有的区分励磁涌流与故障电流的判断方法主要有两种：分相制动和或门制动。

分相制动的原理如图11所示，比率差动信号反应差动电流(Icd)与制动电流(Izd)之比，当两者比值大于比率差动整定值(Kzd)并且差动电流大于差动门槛(Imk)时，比率差动信号输出逻辑1，否则输出为0。即：

Icd/Izd>Kzd

Icd>Imk

两式同时成立时，比率差动信号输出1。

谐波制动信号为该相差动电流中二次谐波(I₂cd)与基波(I₁cd)之比，当比值大于谐波比整定值(K₂zd)时，输出逻辑1。即：

I₂cd/I₁cd>K₂zd

当上式成立时，谐波制动信号逻辑1。

当跳闸信号为1时，则控制跳闸，否则则不发出跳闸信号。这种制动方法的反应速度较快，切除及时，但是容易导致变压器差动保护误动作。变压器差动保护动作后，工作人员又要进行油气分析、绝缘检查，这给工作人员带来大量的工作，又要花费一定的时间，延长了检修时间，同时，变压器和电网又要经受再次励磁涌流的冲击，影响了系统的安全性以及变压器线圈间的绝缘性。

或门制动如图12所示，这种制动方式比较可靠，但是当变压器合闸于内部故障时，或门制动易导致保护延时动作。此外，现代电力系统中远距离输电设备及静止无功补偿装置的应用，使得暂态故障电流中二次谐波含量也比较高，且衰减比较慢，采用或门制动不利于保护快速切除故障，影响了系统的安全性。

【发明内容】

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，以快速、可靠地判断区分励磁涌流与故障电流，并及时作出制动，保证系统的安全性。

为此，本发明采用以下技术方案：一种区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，其特征在于它包括下述步骤：

1)用采样器件测得变压器各侧电流，得到各相差动电流和制动电流，然后根据差动电流、制动电流与比率差动整定值和差动门槛的关系得出比率差动信号，并根据各相差动电流中二次谐波、基波与谐波比整定值的关系得出谐波制动信号；

2)测量变压器各侧无电流信号，并根据该无电流信号得出合闸条件信号；

3)测量变压器各相过流信号并根据比率差动信号得到各相区外故障信号，然后根据三相区外故障信号得出区外故障切除信号；

4)先根据三相谐波制动信号得出或门谐波制动信号，然后根据该或门谐波制动信号以及合闸条件信号和区外故障切除信号得出适时或门谐波制动信号；

5)将某时刻某相差动电流中二次谐波与基波之比和另一时刻该相差动电流中二次谐波与基波之比的差与二次谐波增大整定值进行比较，并根据比较结果和该相比率差动信号得出该相谐波增大信号。

6)根据各相的比率差动信号、谐波制动信号、适时或门谐波制动信号和谐波增大信号得出跳闸信号。

本发明将现有技术中的分相制动和或门制动优点进行结合，在判断存在涌流条件时，首先使用或门制动方案，当涌流发生一段时间后，再根据二次谐波增大情况选择分相制动和或门制动，采用该方案后，在无法判明谐波衰减情况时先投入适时或门制动，可以完全避免大涌流情况下保护出现误动，在不俱备大涌流条件或者判明谐波不增大、不是涌流的情况下，投入分相制动，这样可以加速保护在合闸于内部故障时的动作速度，既避免了误动作的产生，免去了不必要的检修，又保证了系统的安全性。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取如下技术措施：当差动电流与制动电流比值大于比率差动整定值并且差动电流大于差动门槛时，比率差动信号输出逻辑1，否则输出为0；当各相差动电流中二次谐波与基波之比大于谐波比整定值时，输出逻辑1，否则输出为0，比率差动整定值可根据公用的标准来确定。

所述的合闸条件信号由无电流信号通过合闸条件判断模块产生，当各侧无电流信号时，则输出合闸条件信号1；当任意一侧出现电流时，则对该电流信号进行延时处理，若延时结束时仍有电流信号，则输出合闸条件信号0，若延时结束时无电流信号，则输出合闸条件信号1，只有当变压器各侧有电流时才会导致跳闸。

所述的区外故障切除信号通过区外故障判断模块产生，当某相有一侧出现过流信号且该相比率差动信号为0时，则输出该相区外故障信号1，否则则输出该相区外故障信号0，当三相区外故障信号皆为0时，则对故障信号进行延时处理，若延时结束时仍无故障信号，则输出区外故障切除信号0，若延时结束时有故障信号，则输出区外故障切除信号1；当三相区外故障信号不皆为0时，则输出区外故障切除信号1，只有变压器确实出现故障时才发出切除信号。

所述的适时或门谐波制动信号通过适时或门谐波制动判断模块产生，当或门谐波制动信号为0时，则输出适时或门谐波制动信号0；当或门谐波制动信号为1时，若合闸条件信号为1，则输出适时或门谐波制动信号1，若合闸条件信号为0且区外故障切除信号为0，则输出适时或门谐波制动信号0，若合闸条件信号为0且区外故障切除信号为1，则输出适时或门谐波制动信号1。将或门谐波制动信号与合闸条件信号、区外故障切除信号进行组合，保留了或门谐波制动信号可靠性好的优点，并通过合闸条件信号、区外故障切除信号进一步提高了判断结果的可靠性。保证了正常情况下只有分相制动，不会造成保护在区内故障情况下延时动作。在出现各种恶劣涌流情况时又能投入或门制动。

所述的谐波增大信号通过谐波增大判断模块产生，当某相比率差动信号为0时，则输出谐波增大信号1，当某相比率差动信号为1时，则进行延时处理，若延时结束后比率差动信号变为0则输出谐波增大信号1；若延时结束后比率差动信号仍为1则将某时刻该相差动电流中二次谐波与基波之比和此时刻之前的另一时刻该相差动电流中二次谐波与基波之比的差与二次谐波增大整定值进行比较，若差值大于整定值时则输出谐波增大信号1，若差值小于等于整定值时则输出谐波增大信号0，有助于防止涌流导致误动。

所述的跳闸信号通过跳闸控制判断模块产生，当比率差动信号为1且谐波制动信号为0且谐波增大信号或适时或门谐波制动信号为0时则发出跳闸信号，否则则发出制动信号，制止跳闸发生。

有益效果：本发明通过将“分相制动”和“或门制动”优点有效结合，并辅以其他判断条件，既可靠制动各种励磁涌流，又能在变压器发生区内故障时能快速切除故障，保证了系统的安全性。

【附图说明】

图1为本发明的主逻辑流程图。

图2为本发明合闸条件信号的产生逻辑流程图。

图3为本发明区外故障切除信号的产生逻辑流程图。

图4为本发明适时或门谐波制动信号的产生逻辑流程图。

图5为本发明谐波增大信号的产生逻辑流程图。

图6为本发明合闸条件判断模块的原理图。

图7为本发明区外故障判断模块的原理图。

图8为本发明适时或门谐波制动判断模块的原理图。

图9为本发明谐波增大判断模块的原理图。

图10为本发明跳闸控制判断模块的原理图。

图11为现有的分相制动原理示意图。

图12为现有的或门制动原理示意图。

【具体实施方式】

如图1所示的区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，依次经过采样计算各侧电流、比率差动计算、谐波制动计算、合闸条件判断、区外故障判断、适时或门谐波制动判断和谐波增大判断，然后根据每一相的比率差动、谐波制动信号、谐波增大信号和适时或门谐波制动信号得到每一相的最终判断结果，来决定是否跳闸。

其中合闸条件信号的产生过程以及判断模块如图2、6所示，延时一般设为1秒以上，当各侧无电流时，无电流信号置逻辑1，当任意一侧出现电流时，无电流信号立即置逻辑0，此时延时返回元件保持输出逻辑1并延时后返回逻辑0。

区外故障切除信号的产生过程以及判断模块如图3、7所示，当某相有一侧出现过电流时，该相过电流信号置1，此时若该相比率差动不动作，则发出该相区外故障信号，即区外故障信号置逻辑1。三相区外故障信号经或门输出，或门输出信号通过延时返回元件保持若干时间(一般大于一秒)，当区外故障切除时，延时返回元件不立即返回，从而保证区外故障切除后，区外切除故障信号能继续输出逻辑1，并保持若干时间(一般大于一秒)。

适时或门谐波制动信号的产生过程以及判断模块如图4、8所示，当变压器空载投入或副方区外故障切除时投入或门制动，因为只有这两种情况下涌流中二次谐波含量较小，在和应涌流中，二次谐波含量较高，完全可以不必投入或门制动。因此，引入合闸条件信号与区外故障切除信号来投退或门制动，形成适时或门制动信号。

谐波增大信号的产生过程以及判断模块如图5、9所示，ka(t)表示t时刻A相差动电流中二次谐波与基波之比，ka(t-Δt)表示t减Δt时刻A相差动电流中二次谐波与基波之比，kzd为二次谐波增大整定值。当ka(t-Δt)-ka(t)>kzd时，认为A相差动电流中二次谐波含量是增大的，A相谐波增大信号置为1。为防止算法暂态过程中保护误动作，在涌流或故障发生初期，由延时返回环节保证谐波增大信号置逻辑1，即认为此时谐波是增大的。因为此时处于故障暂态过程及算法暂态过程中，无法判明谐波是否增减，把谐波增大信号置1有助于投入或门制动，防止涌流导致误动。延时时间可设为100毫秒，100毫秒过后，延时环节输出逻辑0，此时通过判别二次谐波增量情况来确定是否设置谐波增大信号。

最后，跳闸信号由跳闸控制判断模块产生(图10)，正常情况下只投入分相制动，在出现恶劣涌流情况下，投入适时或门制动，但是，如果此时发现差动电流二次谐波不增大，则取消或门制动，自动形成分相制动。

Claims (7)

1、一种区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，其特征在于它包括下述步骤：

1)用采样器件测得变压器各侧电流，得到各相差动电流和制动电流，然后根据差动电流、制动电流与比率差动整定值和差动门槛的关系得出比率差动信号，并根据各相差动电流中二次谐波、基波与谐波比整定值的关系得出谐波制动信号；

2)测量变压器各侧无电流信号，并根据该无电流信号得出合闸条件信号；

3)测量变压器各相过流信号并根据比率差动信号得到各相区外故障信号，然后根据三相区外故障信号得出区外故障切除信号；

4)先根据三相谐波制动信号得出或门谐波制动信号，然后根据该或门谐波制动信号以及合闸条件信号和区外故障切除信号得出适时或门谐波制动信号；

5)将某时刻某相差动电流中二次谐波与基波之比和另一时刻该相差动电流中二次谐波与基波之比的差与二次谐波增大整定值进行比较，并根据比较结果和该相比率差动信号得出该相谐波增大信号。

6)根据各相的比率差动信号、谐波制动信号、适时或门谐波制动信号和谐波增大信号得出跳闸信号。

2、根据权利要求1所述的区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，其特征在于当差动电流与制动电流比值大于比率差动整定值并且差动电流大于差动门槛时，比率差动信号输出逻辑1，否则输出为0；当各相差动电流中二次谐波与基波之比大于谐波比整定值时，输出逻辑1，否则输出为0。

3、根据权利要求1所述的区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，其特征在于所述的合闸条件信号由无电流信号通过合闸条件判断模块产生，当各侧无电流信号时，则输出合闸条件信号1；当任意一侧出现电流时，则对该电流信号进行延时处理，若延时结束时仍有电流信号，则输出合闸条件信号0，若延时结束时无电流信号，则输出合闸条件信号1。

4、根据权利要求1所述的区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，其特征在于所述的区外故障切除信号通过区外故障判断模块产生，当某相有一侧出现过流信号且该相比率差动信号为0时，则输出该相区外故障信号1，否则则输出该相区外故障信号0，当三相区外故障信号皆为0时，则对故障信号进行延时处理，若延时结束时仍无故障信号，则输出区外故障切除信号0，若延时结束时有故障信号，则输出区外故障切除信号1；当三相区外故障信号不皆为0时，则输出区外故障切除信号1。

5、根据权利要求1所述的区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，其特征在于所述的适时或门谐波制动信号通过适时或门谐波制动判断模块产生，当或门谐波制动信号为0时，则输出适时或门谐波制动信号0；当或门谐波制动信号为1时，若合闸条件信号为1，则输出适时或门谐波制动信号1，若合闸条件信号为0且区外故障切除信号为0，则输出适时或门谐波制动信号0，若合闸条件信号为0且区外故障切除信号为1，则输出适时或门谐波制动信号1。

6、根据权利要求1所述的区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，其特征在所述的谐波增大信号通过谐波增大判断模块产生，当某相比率差动信号为0时，则输出谐波增大信号1，当某相比率差动信号为1时，则进行延时处理，若延时结束后比率差动信号变为0则输出谐波增大信号1；若延时结束后比率差动信号仍为1则将某时刻该相差动电流中二次谐波与基波之比和此时刻之前的另一时刻该相差动电流中二次谐波与基波之比的差与二次谐波增大整定值进行比较，若差值大于整定值时则输出谐波增大信号1，若差值小于等于整定值时则输出谐波增大信号0。

7、根据权利要求1至6任一项所述的区分变压器励磁涌流与故障电流的自适应判断方法，其特征在于所述的跳闸信号通过跳闸控制判断模块产生，当比率差动信号为1且谐波制动信号为0且谐波增大信号或适时或门谐波制动信号为0时则发出跳闸信号，否则则不发出跳闸信号。

Images