CN102156216B - 一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统主设备继电保护技术领域中的一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法。该方法利用换流变压器相电流的波形系数鉴别换流变压器励磁涌流，尤其是第一次为换流变压器充电时在系统侧产生的对称性励磁涌流。该方法较二次谐波比励磁涌流闭锁判据在识别励磁涌流尤其是系统侧对称性涌流方面、鉴别小匝间短路情况具有可靠性高的特点。

Description

一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法

技术领域

本发明属于电力系统主设备继电保护技术领域，尤其涉及一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法。

背景技术

在双极直流输电中，通常采用Y_NY和Y_ND11连接的换流变压器，换流变压器是直流输电系统中最重要的电气设备之一。为了保护换流变压器，采用了很多保护，对于每个换流变压器，均以差动保护为主保护，并配以二次谐波制动判据，同时在系统侧配以大差保护，结合二次谐波判据防止大差保护的误动。

若两换流变压器因出厂试验而导致剩磁极性不同时，当第一次为换流变压器充电时，在两个换流变压器中产生的励磁涌流的相位相差会很大，导致在系统侧合成的涌流对称性很高，近似正弦波，致使差流的二次谐波含量较低，谐波制动判据不能有效的制动差动保护，导致误动的发生。

针对目前还没有有效的直流输电换流变压器励磁涌流的检测判据及相应差动保护防误动措施，本发明利用各换流变压器相电流波形系数判别变压器励磁涌流尤其是系统侧对称性涌流，提高变压器差动保护的防误动能力。

发明内容

针对上述背景技术中提到的现有技术中没有有效检测直流输电换流变压器励磁涌流的方法的不足，本发明提出了一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法。

本发明的技术方案是，一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法，其特征是所述鉴别方法包括以下步骤：

步骤1.测量换流变压器的原边相电流和副边相电流、系统侧相电流；

步骤2.记原边相电流和副边相电流的差流为第一差流，记系统侧相电流和副边相电流的差流为第二差流；

步骤3.若第一差流或第二差流不满足纵差保护条件，则返回步骤1；，若第一差流和第二差流满足差动保护条件，则进入步骤4；

步骤4.计算原边电流在测量周期T_s内的最大值imax和最小值imin，并选取两者的绝对值小的值为ip.min，以ip.min所在时刻为中心，前后四分之一测量周期T_s为间隔各取一点，则两点之间的区域为原边电流的广义非饱和区；

步骤5.若|imax|-|imin|≥0，则广义非饱和区内的电流负向偏置，求取该区域内的最大值为ip max；

若|imax|-|imin|＜0，则广义非饱和区内的电流正向偏置，求取该区域内的最小值为ip min；

步骤6.将广义非饱和区内的电流和ip max或ip min做差，并取差值为虚拟电流i；

步骤7.求取虚拟电流i的极值i_ip，并记极值时刻为j，计算预测电流ii；

步骤8.由预测电流ii计算广义非饱和区内的波形系数R；

步骤9.判断波形系数R和设定阈值Rth的大小：

若R＜Rth，则为短路故障；

若R≥Rth，则为励磁涌流。

所述测量周期T_s为20毫秒。

所述预测电流ii的计算公式为：

${\mathrm{ii}}_k=i_{\mathrm{ip}}*\left|\sin (\frac{2\mathrm{\π}}{N}k-\frac{2\mathrm{\π}}{N}j)\right|,k=j-\frac{N}{4},L,j+\frac{N}{4}$

其中：

ii_k为预测电流ii的第k个扫描周期时刻值；

N为每个扫描周期内的采样点数。

所述N为24。

所述波形系数R的计算公式为：

$R=\frac{\frac{1}{2}|{\mathrm{ii}}_{j-\frac{N}{4}}-i_{j-\frac{N}{4}}|\·T_s+\underset{k=j-\frac{N}{4}+1}{\overset{j+\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{ii}}_k-i_k|\·T_s+\frac{1}{2}|{\mathrm{ii}}_{j+\frac{N}{4}}-i_{j+\frac{N}{4}}|\·T_s}{\frac{1}{2}\left|{\mathrm{ii}}_{j-\frac{N}{4}}\right|\·T_s+\underset{k=j-\frac{N}{4}+1}{\overset{j+\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{ii}}_k\right|\·T_s+\frac{1}{2}\left|{\mathrm{ii}}_{j+\frac{N}{4}}\right|\·T_s}$

$=\frac{|{\mathrm{ii}}_{j-\frac{N}{4}}-i_{j-\frac{N}{4}}|+2\·\underset{k=j-\frac{N}{4}+1}{\overset{j+\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{ii}}_k-i_k|+|{\mathrm{ii}}_{j+\frac{N}{4}}-i_{j+\frac{N}{4}}|}{\left|{\mathrm{ii}}_{j-\frac{N}{4}}\right|+2\·\underset{k=j-\frac{N}{4}+1}{\overset{j+\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{ii}}_k\right|+\left|{\mathrm{ii}}_{j+\frac{N}{4}}\right|}.$

所述阈值Rth的取值为Rth＝0.15。

该方法较二次谐波比励磁涌流闭锁判据在识别直流输电励磁涌流方面具有可靠性高的优点。

附图说明

图1是本发明实施例中直流输电换流变压器接线图。

图2是本发明实施例中换流变压器T1的相电流，即电流互感器TA6的电流。

图3是本发明实施例中换流变压器T2的相电流，即电流互感器TA3的电流。

图4是本发明实施例中换流变压器系统侧的相电流，即电流互感器TA1的电流。

图5是本发明实施例中换流变压器T1的A相电流波形系数分析。

图6是本发明实施例中换流变压器T2的ABC三相电流波形系数分析。

图7是本发明实施例中程序的流程图，其中：Id、Ir分别为系统侧和换流变压器副边相电流的差动电流与制动电流；Idφ、Irφ分别为换流变压器的差动电流与制动电流，φ表示Y_NY或Y_ND11换流变压器。

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，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1直流输电换流变压器接线图。其中变压器T1、T2中含有不同方向的剩磁。某一时刻，对T1、T2进行空载合闸，换流变压器中将产生初始励磁涌流，在系统侧为合成电流。

图2是本发明实施例中换流变压器T1的相电流。从图中可以看出，换流变压器的三相均有励磁涌流出现，其中A相涌流较大。

图3是本发明实施例中换流变压器T2的相电流。从图中可以看出，换流变压器的三相均有励磁涌流出现，且幅值都较大，其中A相涌流波形宽度较宽与T1的A相电流方向相反，且波宽超过180°。

图4是本发明实施例中系统侧合成电流的波形图。其中A相为正弦波，若利用二次谐波制动判据，容易出现误动。B相合成电流标准励磁涌流的特征；C相合成电流由于两个变压器的励磁涌流的出现时刻相差较大，在正反向的幅值过渡期间有小的台阶出现。

图5是本发明实施例中换流变压器T1的A相波形系数分析。虽然合成电流的三相差流满足差动保护动作条件，但T1的BC两相不满足差动保护，因此只计算T1的A相电流的波形系数，且大于门槛值0.15，保护不误动。

图6是本发明实施例中换流变压器T2的ABC三相电流的波形系数分析。合成电流的三相差流满足差动保护动作条件，T2的ABC两相也满足差动保护，计算T2的三相相电流的波形系数，大于门槛值，保护不误动。

图7是本发明实施例中程序的流程图，首先获取换流变压器两侧电流，再计算换流变压器两侧的差流，利用系统侧和副边相电流的差流与换流变压器的差流做为波形系数算法的启动元件，通过寻找换流变压器原边电流的广义非饱和区构建虚拟电流与预测电流，根据虚拟电流与预测电流的差别计算波形系数，根据波形系数的大小判别励磁涌流。

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)

1.一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法，其特征是所述鉴别方法包括以下步骤：

步骤1.测量换流变压器的原边相电流和副边相电流、系统侧相电流；

步骤2.记原边相电流和副边相电流的差流为第一差流，记系统侧相电流和副边相电流的差流为第二差流；

步骤3.若第一差流或第二差流不满足纵差保护条件，则返回步骤1；，若第一差流和第二差流满足差动保护条件，则进入步骤4；

步骤4.计算原边相电流在测量周期T_s内的最大值imax和最小值imin，并选取两者的绝对值小的值为ip.min，以ip.min所在时刻为中心，前后四分之一测量周期T_s为间隔各取一点，则两点之间的区域为原边相电流的广义非饱和区；

步骤5.若|imax|-|imin|≥0，则广义非饱和区内的电流负向偏置，求取该区域内的最大值为ipmax；

若|imax|-|imin|＜0，则广义非饱和区内的电流正向偏置，求取该区域内的最小值为ipmin；

步骤6.将广义非饱和区内的电流和ipmax或ipmin做差，并取差值为虚拟电流i；

步骤7.求取虚拟电流i的极值i_ip，并记极值时刻为j，计算预测电流ii；所述预测电流ii的计算公式为：

${\mathrm{ii}}_k=i_{\mathrm{ip}}*\left|\sin (\frac{2\mathrm{\π}}{N}k-\frac{2\mathrm{\π}}{N}j)\right|,k=j-\frac{N}{4},\·\·\·,j+\frac{N}{4},$

其中：

ii_k为预测电流ii的第k个扫描周期时刻值；

N为每个扫描周期内的采样点数；

步骤8.由预测电流ii计算广义非饱和区内的波形系数R；

步骤9.判断波形系数R和设定阈值Rth的大小：

若R＜Rth，则为短路故障；

若R≥Rth，则为励磁涌流。

2.根据权利要求1所述一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法，其特征是所述测量周期T_s为20毫秒。

3.根据权利要求1所述一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法，其特征是所述N为24。

4.根据权利要求1所述一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法，其特征是所述波形系数R的计算公式为：

$R=\frac{\frac{1}{2}|{\mathrm{ii}}_{j-\frac{N}{4}}-i_{j-\frac{N}{4}}|\·T_s+\underset{k=j-\frac{\mathrm{\π}}{4}+1}{\overset{j+\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{ii}}_k-i_k|\·T_s+\frac{1}{2}|{\mathrm{ii}}_{j+\frac{N}{4}}-i_{j+\frac{N}{4}}|\·T_s}{\frac{1}{2}\left|{\mathrm{ii}}_{j-\frac{N}{4}}\right|\·T_s+\underset{k=j-\frac{N}{4}+1}{\overset{j+\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{ii}}_k\right|\·T_s+\frac{1}{2}\left|{\mathrm{ii}}_{j+\frac{N}{4}}\right|\·T_s}$

$=\frac{|{\mathrm{ii}}_{j-\frac{N}{4}}-i_{j-\frac{N}{4}}|+2\·\underset{k=j-\frac{N}{4}+1}{\overset{j+\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{ii}}_k-i_k|+|{\mathrm{ii}}_{j+\frac{N}{4}}-i_{j+\frac{N}{4}}|}{\left|{\mathrm{ii}}_{j-\frac{N}{4}}\right|+2\·\underset{k=j-\frac{N}{4}+1}{\overset{j+\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{ii}}_k\right|+\left|{\mathrm{ii}}_{j+\frac{N}{4}}\right|}.$

5.根据权利要求1所述一种直流输电换流变压器励磁涌流的鉴别方法，其特征是所述阈值Rth的取值为Rth＝0.15。

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