CN102097785B - 一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了供电系统主设备继电保护技术领域的一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法。该方法利用牵引变压器的合闸时刻与差流的出现时刻存在时间差的原理来鉴别牵引变压器内的和应涌流。该方法适用于任何形式的三相变压器，识别速度快、可靠性高，且不受谐波影响。

Description

一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法

技术领域

本发明属于供电系统主设备继电保护技术领域，尤其涉及一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法。

背景技术

差动保护作为牵引变电所变压器的主保护应用在牵引变压器的保护上有很多的不足之处。作为牵引变压器的主保护，其正确动作率也一直很低。当一台牵引变压器正在运行，而另一台处于备用的牵引变压器低压侧真空断路器绝缘性能不好时，经常会发生备用变压器合闸，从而产生励磁涌流；同时导致运行牵引变压器产生级联和应涌流。级联和应涌流与励磁涌流共同作用，一方面使电流互感器发生饱和的可能性增大，另一方面使差流的对称性增强，结果导致运行中的牵引变压器差动保护发生误动作。这种误动具有隐蔽性，对列车运行、供电、设备检修和铁路安全运输生产构成威胁。

目前，对和应涌流引起误动的问题已经提出了一些防范措施，如适当提高差动保护定值、断开运行牵引变压器等。但提高差动保护的整定值会降低差动保护的灵敏度，特别是不利于小匝间短路故障保护动作。由于和应涌流中存在的大量直流分量而导致的电流互感器饱和，更易使差动保护误动作。已有提出通过增加电流互感器饱和判据来防止差动保护误动作的方法，在一定程度上提高了差动保护的可靠性。已有利用差电流中的综合谐波(二次谐波、三次谐波)的含量作为牵引变压器差动保护的闭锁判据，但该闭锁判据会增加内部故障拒动或延缓动作的可能。

目前还没有特别针对牵引变电所变压器和应涌流的检测及相应差动保护防误动作的措施，常用的方法是利用励磁涌流(主要是指牵引变压器空载合闸时产生的初始涌流)判据或电流互感器饱和判据在和应涌流产生时闭锁差动保护，但这种方法的实际效果并不好。本发明利用牵引变压器的合闸时刻与差流的出现时刻存在时间差的原理来判别牵引变压器和应涌流的发生，可以降低由和应涌流而导致差动保护误动作的几率。

发明内容

针对上面技术背景中描述的现有方法对和应涌流的识别精度低的不足，本发明提出了一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法。

本发明的技术方案是，一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤1：牵引变电所正在运行的牵引变压器的电流互感器分别采集原边绕组、副边绕组的相电流数据；所述正在运行的牵引变压器的原边电压互感器采集原边绕组的相电压数据；

步骤2：计算正在运行的牵引变压器的原边相电压的负序值；

步骤3：计算相邻的负序相电压的平均值的比值k；

步骤4：判断步骤3得到的相邻负序电压的平均值的比值k和设定的突变检测门槛阈值kth的大小；

若k≥kth，则相邻牵引变压器发生合闸操作、系统出现故障、牵引供电突加或突减负荷引起系统波动；

若k＜kth，则相邻牵引变压器没有发生合闸操作；

步骤5：判断步骤4中k≥kth时刻运行牵引变压器差流Id的状态，并记录该时刻为t1；

若t1时刻差流Id满足差动保护条件，则牵引变压器发生励磁涌流或内部故障电流；

若t1时刻差流Id不满足差动保护条件，则牵引变压器发生和应涌流、外部故障电流或系统波动；

步骤6：判断步骤(5)中差流不满足差动保护情况，检测差流Id＞Iop.min的时刻t2，Iop.min为正在运行变压器差动保护最小动作量；

步骤7：判别Δt＝t2-t1，是否存在时间差，T为工频周期：

Δt≥T/2，需进一步确认；

Δt＜T/2，系统出现故障；

步骤8：判断步骤(7)中Δt≥T/2的情况：t2之前设定时长到t2时间段内，相邻负序电压平均值的比值k是否大于或等于设定的阈值kth：

k≥kth，则系统出现转换性故障；

k＜kth，则为和应涌流。

所述步骤3中相邻负序电压的平均值的比值k是由以下公式求得：

$k=\frac{\frac{1}{j}\underset{i=n-j+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(i\right)}{\frac{1}{j}\underset{m=n-j}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(m\right)}=\frac{\underset{i=n-j+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(i\right)}{\underset{m=n-j}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(m\right)}$

其中，i、m为采样点序号；U₂为正在运行的牵引变压器计算的负序电压；j＝3，表示负序电压U₂的连续三点。

所述步骤4中设定的突变检测门槛阈值kth＝2。

所述步骤7中T为工频周期，T＝20毫秒。

所述步骤8中设定时长为3毫秒。

该方法适用于任何的三相牵引变压器，不仅适用于含有三角形接法的牵引变压器，还适用于不含三角形接法的牵引变压器，在识别和应涌流方面具有识别速度快、可靠性高、不受谐波影响的特点。

附图说明

图1是本发明实施例中牵引变电所变压器级联运行接线图，其中S1、S2、S3表示开关。

图2是本发明实施例中运行牵引变压器T1原边侧的相电流。

图3是本发明实施例中运行牵引变压器T1副边侧的相电流。

图4是本发明实施例中运行牵引变压器T1原边侧的相电压。

图5是本发明实施例中运行牵引变压器两侧T1绕组相电流的差流。

图6是本发明实施例中牵引变电所运行牵引变压器和应涌流识别过程分析，即和应涌流的鉴别结果。

图7是本发明实施例中程序的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是不例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

下面结合附图来说明一下本发明的原理和具体的实施方式：

图1是牵引变电所变压器级联运行接线图。其中牵引变压器T1处在正常运行状态，某一时刻，牵引变压器T2进行空载合闸。空载合闸牵引变压器中将产生初始励磁涌流，运行牵引变压器中将产生和应涌流现象。

通过牵引变电所运行中的牵引变压器原副两侧绕组的电流互感器和电压互感器，获取原边绕组、副边绕组的相电流以及原边绕组的相电压，分别对应图2、图3、图4，并计算出两侧的差流。图2是本发明实施例中运行牵引变压器T1原边侧的电流，A、B、C三相均有和应涌流出现，其中A相在0.445秒时开始发生和应涌流。图3是本发明实施例中运行牵引变压器T1副边侧的励磁电流，也就是空投牵引变压器的励磁涌流，从图中可以看出副边侧的三相励磁涌流变化明显。图4是本发明实施例中运行牵引变压器T1原边侧A、B、C三相的相电压的波形，从图中可以看出与运行中的牵引变压器相级联的牵引变压器，在合闸时刻对运行中的牵引变压器相电压的影响不明显。

计算三相相电压的负序电压值，并计算相邻的负序电压平均值的比值k：

$k=\frac{\frac{1}{j}\underset{i=n-j+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(i\right)}{\frac{1}{j}\underset{m=n-j}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(m\right)}=\frac{\underset{i=n-j+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(i\right)}{\underset{m=n-j}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(m\right)}$

其中：i，m为采样点序号；U₂为正在运行中的牵引变压器的负序电压；j＝3，表示负序电压U₂的连续三点；图5是本发明实施例中运行牵引变压器T1的差流，从差流的波形中可以看出，在各相和应涌流的出现时刻，测量电流在零值附近的波动明显，可知差流中的扰动较大。定义kth为比值突变检测门槛值，牵引变压器正常运行时，负序电压平均值比值不会发生突变，考虑一定裕量，取kth＝2。记录k≥kth的时刻为t1，检测t1时刻的差流状态，若t1时刻差流不满足差动保护判据，则记检测差流大于最小动作值的时刻为t2；

检测t1，t2存在时间差，若二者存在时间差，并且(t2-3ms)～t2期间不存在比值突变，则可以判断运行变压器发生和应涌流。如图6所示，从图(a)中可以看出，在有相邻变压器发生合闸时，系统的不平衡度增加，负序电压发生突变；从图(b)可以看出，负序电压平均值的比值在近似合闸时刻的k值较大，随后又稳定在1附近。从图(c)可以看出，A相在0.4244秒时刻k＞kth，并且基波含量小于0.5安，考虑扰动情况下可以设置一个ε，ε可以取为差动保护最小动作量的值；A相差流为IdA，当IdA＜ε，即可认为无差流。在0.456秒时刻差流开始增大，当IdA＞ε并且k＜kth，即可认为出现和应涌流，闭锁差动保护。

图7是本发明实施例中程序的流程图，首先获取运行牵引变压器两侧绕组的相电压、相电流，再计算牵引变压器相电压的负序值，计算相邻的三点平均值的比值并记录突变时刻t1，检测运行牵引变压器差流的状态，若差流不满足差动保护，记录差流大于差动保护最小动作量的时刻t2，若t1、t2时刻存在时间差，并且(t2-3ms)～t2期间不存在比值突变，可鉴别运行牵引变压器发生和应涌流。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤1：牵引变电所正在运行的牵引变压器的电流互感器分别采集原边绕组、副边绕组的相电流数据；所述正在运行的牵引变压器原边的电压互感器采集原边绕组的相电压数据；

步骤2：计算正在运行的牵引变压器的原边相电压的负序值；

步骤3：计算相邻的负序相电压的平均值的比值k；

步骤4：判断步骤3得到的相邻负序电压的平均值的比值k和设定的突变检测门槛阈值kth的大小：

若k≥kth，则相邻牵引变压器发生合闸操作、系统出现故障、牵引供电突加或突减负荷引起系统波动；

若k＜kth，则相邻牵引变压器没有发生合闸操作；

步骤5：判断步骤4中k≥kth时刻运行牵引变压器差流Id的状态，并记录该时刻为t1；

若t1时刻差流Id满足差动保护条件，则牵引变压器发生励磁涌流或内部故障电流；

若t1时刻差流Id不满足差动保护条件，则牵引变压器发生和应涌流、外部故障电流或系统波动；

步骤6：判断步骤5中差流不满足差动保护情况，检测差流Id＞Iop.min的时刻t2，Iop.min为正在运行变压器差动保护最小动作量；

步骤7：判别Δt＝t2-t1，是否存在时间差，T为工频周期：

若Δt≥T/2，需进一步确认；

若Δt＜T/2，系统出现故障；

步骤8：判断步骤7中Δt≥T/2的情况：t2之前设定时长到t2时间段内，相邻负序电压平均值的比值k是否大于或等于设定的阈值kth：

k≥kth，则系统出现转换性故障；

k＜kth，则为和应涌流。

2.根据权利要求1所述一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法，其特征是所述步骤3中相邻负序电压的平均值的比值k是由以下公式求得：

$\frac{\frac{1}{j}\underset{i=n-j+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(i\right)}{\frac{1}{j}\underset{m=n-j}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(m\right)}=\frac{\underset{i=n-j+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(i\right)}{\underset{m=n-j}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_2\left(m\right)}$

其中，i、m为采样点序号；U₂为正在运行的牵引变压器计算的负序电压；j＝3，表示负序电压U₂的连续三点。

3.根据权利要求1所述一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法，其特征是所述步骤4中设定的突变检测门槛阈值kth＝2。

4.根据权利要求1所述一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法，其特征是所述步骤7中T为工频周期，T＝20毫秒。

5.根据权利要求1所述一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法，其特征是所述步骤8中设定时长为3毫秒。

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