CN102983550B

CN102983550B - 一种基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法

Info

Publication number: CN102983550B
Application number: CN201210446383.6A
Authority: CN
Inventors: 熊小伏; 王嫱
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing Fengji Intelligent Technology Research Institute Co ltd; Xiong Xiaofu
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2032-11-09
Also published as: CN102983550A

Abstract

本发明公开了一种基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，先根据各电流互感器采集得到的电流数据计算出每相绕组原边侧与副边侧电流之比，再得到相邻两时刻电流比变化量；然后进行保护延时启动判据，成立时开启保护延时，否则重复保护延时启动判据；接着进行保护动作条件成立判断，不成立重复保护延时启动判据，如果成立，进行变压器抽头调节判定，若不是变压器抽头调节，则保护装置即可动作，跳开变压器各侧的断路器，切除绕组故障；本方法不受变压器外部故障或内部其他类型故障造成的三相不平衡电流的影响，能提高保护动作的灵敏度，同时具有良好的选择性，从而显著提高变压器匝间短路保护正确动作率。

Description

一种基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法

技术领域

本发明涉及内置绕组互感器三相变压器匝间短路保护方法，具体涉及一种基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，属于电力主设备保护技术领域。

背景技术

电力变压器作为电力系统中大量使用的电气主设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。传统三相变压器普遍采用纵差保护和瓦斯保护双重配置作为主保护。其中，传统纵差保护的电流互感器装设在变压器到断路器之间的引出线上，流过差动继电器的电流在变压器正常运行或外部故障时为不平衡电流，在内部故障时为总的故障电流，为了满足选择性，差动继电器的动作电流必须大于最大不平衡电流。但对于匝间短路，当短路的匝数较小时，其短路匝故障电流很大但反映到变压器引出线的电流变化很小，传统的差动保护对其不灵敏，这将可能导致故障继续发展恶化，从而影响系统运行的安全。为了避免这种情况的发生，传统保护中常常需要借助瓦斯保护来完成绕组匝间短路保护的目的。但是对于干式变压器，没有瓦斯继电器，这时内部匝间故障保护就成为一大问题。

因此，设计一种高度灵敏、不受其他类型故障时三相不平衡电流影响的新型匝间保护十分必要，本方法就在新型内置绕组互感器基础上基于电流比变化量来有效解决这一问题。

发明内容

针对现有变压器匝间短路保护中差动保护的整定值设定较高，而匝间短路的保护测量值较低，保护不能有效识别的问题，本发明提供一种基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，它不受变压器外部故障或内部其他类型故障造成的三相不平衡电流的影响，能提高保护动作的灵敏度，同时具有良好的选择性，从而显著提高变压器匝间短路保护正确动作率。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

一种基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，本方法采用启动判别加延时验证的保护模式，按如下步骤进行：

（1）在三相变压器每相绕组原边侧与副边侧安装电流互感器，且同一绕组原边侧与副边侧电流互感器完全相同，由电流互感器采集每相绕组原边侧与副边侧入线端电流；

（2）根据各电流互感器采集得到的电流数据计算出每相绕组原边侧与副边侧电流之比，再以为时间间隔，得到相邻两时刻电流比变化量，，令此电流比变化量为启动电流比变化量；所述时间间隔按躲过匝间故障暂态过程考虑，取3～5个周波；

（3）以电流互感器采集到的电流数据均不为零、且任意相启动电流比变化量的绝对值大于设定的保护整定值这两个条件为保护延时启动判据，当启动条件成立时，开启保护延时；否则重复步骤（3）进行保护延时启动判断；

（4）令保护延时启动后每相绕组原边侧与副边侧电流比与延时前对应相绕组原边侧与副边侧电流比之差为动作电流比变化量，若三相中任意一相的动作电流比变化量大于设定的保护整定值，且启动后的延时大于设定的延时校验时间，则保护动作条件成立，进入下一步；否则重复步骤（3）重新开始延时启动条件的判定；设定的延时校验时间按系统故障到故障消除的时间计算，为5～10s；

（5）进行变压器抽头调节判定，若不是变压器抽头调节，则认为是匝间短路故障，保护装置即可动作，跳开变压器各侧的断路器，切除绕组故障。

本发明计算原边侧与副边侧的电流比及相邻时间间隔的电流比变化量；在变压器正常运行情况下，内部绕组磁通结构不变，电流比保持恒定，相邻时刻的电流比变化量几乎为0。当变压器绕组匝间短路时，等效于内部绕组匝数的变化，此时电流比变化量的绝对值超过保护动作整定值。但当变压器发生其他类型故障时，电流比变化量也可能大于保护整定值，此时保护应闭锁；由于轻微匝间短路故障能允许较长时间存在，但其他类型故障会被纵差保护及时切除，因此采取启动判别加延时动作的方式来躲过其他类型故障的影响。

与现有技术相比，采用本发明的匝间短路保护方法具有如下有益效果：

1）采用本发明启动判别加延时验证的方法，不受外部故障或内部其他故障的影响，能够正确识别微小的匝间短路，从而显著提高变压器匝间短路保护的灵敏度，并且在干式变压器中也同样适用。

2）当变压器出现其他类型故障时，在延时整定时间内被变压器纵差保护切除，而匝间短路故障可以待延时后再行处理，由于此延时元件的设立，使本保护具有良好的选择性，从而显著提高保护的正确动作率。

3）由于绕组各侧三相装设的电流互感器的变比、型号参数完全相同，且保护不受外部故障时三相不平衡电流的影响，因此保护整定值设定较低，轻微匝间短路引起的保护测量值的变化也可以被有效辨识，保护的可靠性较高。

总之，采用本发明保护方法不受其他类型故障的影响，可以有效辨识变压器内部匝间短路的微小电流比的变化，具有高灵敏性、选择性及正确动作率。

附图说明

图1 为绕组内置互感器三相变压器Y/Δ接线时所采集电流位置图。

图2 为绕组内置互感器三相变压器Y/y接线时所采集电流位置图。

图3为采用电磁式电流互感器时，微机变压器保护硬件部分连接图。

图4为采用光电式/电子式电流互感器的数字式变压器保护的分层分布连接图。

图5为基于电流比变化量的三相变压器绕组匝间短路保护逻辑图。

具体实施方式

在变压器正常运行情况下，内部磁通结构不变，电流比基本保持恒定，相邻时刻的电流比变化量几乎为0。当变压器绕组匝间短路时，等效于内部绕组匝数的变化，从而电流比变化，变化量的绝对值超过保护动作整定值。当变压器发生其他类型故障时，电流比差值也可能大于保护整定值，但此时保护应闭锁。匝间短路故障能允许较长时间存在，但其他类型故障会被纵差保护及时切除。利用允许带故障运行时间存在差异的特性，本发明采取启动判别加延时动作的方式来躲过其他类型故障对匝间短路保护的影响，当检测到启动电流比变化量大于保护整定值时，保护延时元件启动，按整定的动作时间延时，延时后电流比与正常运行时电流比相比，若其差值仍然超过动作整定值且不为变压器抽头调节则保护装置动作，且同时跳开变压器各侧的断路器切除绕组故障。这种基于电流比变化量的匝间短路保护方式不受其他类型故障的影响，可以识别变压器内部匝间短路的微小电流比的变化，有效的识别并切除故障从而杜绝其发展成为更严重故障的可能，且具高灵敏性、选择性及正确动作率。下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明具体实现步骤如下：

1、采集内置绕组互感器三相变压器绕组入线端的电流：

电流采集采用电磁式、光电式或者电子式电流互感器；电磁式电流互感器采集电流，经过电缆传到微机变压器保护装置实现匝间保护；或者采用光电式、电子式电流互感器，经过光纤传到合并器及数字式变压器保护装置实现匝间保护。

以图1的Y/Δ接线绕组内置互感器三相变压器为例说明如下：分别采集原边侧CTA2与副边侧CTa2的入线端电流、，原边侧CTB2与副边侧CTb2的入线端电流、，原边侧CTC2与副边侧CTc2的入线端电流、。

——原边侧A相入线端电流互感器的电流值；

——原边侧B相入线端电流互感器的电流值；

——原边侧C相入线端电流互感器的电流值；

——副边侧a相入线端电流互感器的电流值；

——副边侧b相入线端电流互感器的电流值；

——副边侧c相入线端电流互感器的电流值；

图2 为绕组内置互感器三相变压器Y/y接线时所采集电流位置图。图1和图2中黑色粗实线表示引出线，标注的电流为需要采集的电流值。图3为采用电磁式电流互感器时，微机变压器保护硬件部分连接图。电磁式电流互感器（CT）实时采集的电流数据通过电缆传输到保护室，经过模拟低通滤波器（ALF）滤波、采样保持（S/H）、模拟切换开关（MUX）、模/数转换（A/D）后得到实时的数字信号。

2、计算保护延时启动条件中各相绕组匝数启动电流比变化量

发生匝间短路时，等效于变压器绕组的匝数改变，反映在变压器两侧电流的比值将会改变，因此可通过监视和判断变压器两侧电流的比值的变化来识别变压器内部是否出现了匝间短路；以为时间间隔，将采集到的电流数据，通过保护软件计算出各相的匝数变比如式（1），进一步计算出各相启动电流比变化量如式（2）：

（1）

（2）

式中 ——A相绕组电流比；

——B相绕组电流比；

——C相绕组电流比；

——数据处理时间间隔，可取3~5个周波；

——A相启动电流比变化量测量值；

——B相启动电流比变化量测量值；

——C相启动电流比变化量测量值；

3、设定保护整定值

考虑到变压器绕组每侧的互感器型号等参数完全相同，变压器正常运行情况下电流比变化量主要受互感器变比误差的影响，该误差主要由互感器计算变比与实际变比不一致引起的：

（3）

式中 ——电流比变化量保护整定值；

α——保护动作系数，可取1.2~1.3；

——电流比变化量最大误差；

其中：

（4）

式中 ——变压器原边侧互感器变比；

——变压器副边侧互感器变比；

——变压器额定匝数比；

4、延时启动条件判定

匝间短路保护的延时启动条件为：

（5）

且（6）

5、保护动作条件判定

若式（5）、（6）都成立，则保护延时元件启动，并记录下变压器正常运行时的电流比，延时开始后计算绕组动作电流比变化量：

（7）

式中 ——延时后A相动作电流比变化量测量值；

——延时后B相动作电流比变化量测量值；

——延时后C相动作电流比变化量测量值；

——系统记录的A相延时前的电流比；

——系统记录的B相延时前的电流比；

——系统记录的C相延时前的电流比；

则匝间短路保护的动作条件为：

（8）

（9）

式中， ——启动后的保护延时；

——保护延时校验时间，一般可取5～10s；

若式（8）、（9）不同时成立，则保护运算回到第4步，重新开始延时启动条件的判定；若同时成立，则进行抽头调节检测。

6、三相变压器抽头调节判断

对于此三相有载调压变压器，当变压器调节抽头时，三相电流比同时上升或降低，且变化量相同，匝间短路不可能三相同时发生，因此可根据这一特性来区分分接头调整与匝间短路。当变压器i相（i=a,b,c）成立时，令逻辑变量（i=a,b,c）。因此，当时，为变压器抽调节；当则不是抽头调节，为匝间短路，利用该附加保护判据可判定变压器是否为抽头调节。当动作条件成立且不为抽头调节时，保护装置动作，同时跳开变压器各侧的断路器；同时，根据显示的事件记录，提醒运行检修人员去排除故障。

本发明逻辑比较与输出执行关系如图5：

构成绕组保护的逻辑中：

对于延时启动元件与动作元件，三相间是逻辑“或”的关系，即只要任意一相的测量值大于保护整定值，该元件启动；启动电流元件、启动元件、延时元件、动作元件、变压器抽头调节检测之间构成逻辑“与”的关系，当变压器两侧电流均不为0、启动电流比变化量测量值大于整定值时，延时元件启动，等到延时大于整定时间即延时元件输出为1后，若动作电流比变化量测量值大于整定值，且不是变压器抽头调节，则保护装置动作，同时跳开变压器各侧的断路器；并且，根据显示的事件记录，提醒运行检修人员去排除故障。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，其特征在于，按如下步骤进行：

(1)在三相变压器每相绕组原边侧与副边侧安装电流互感器，且同一绕组原边侧与副边侧电流互感器完全相同，由电流互感器采集每相绕组原边侧与副边侧入线端电流；

(2)根据各电流互感器采集得到的电流数据计算出每相绕组原边侧与副边侧电流之比n(t)，再以Δt为时间间隔，得到相邻两时刻电流比变化量Δn_q(t)，Δn_q(t)＝n(t)-n(t-Δt)，令此电流比变化量为启动电流比变化量；

(3)以电流互感器采集到的电流数据均不为零、且任意相启动电流比变化量的绝对值大于设定的保护整定值这两个条件为保护延时启动判据，当启动条件成立时，开启保护延时；否则重复步骤(3)进行保护延时启动判断；

(4)令保护延时启动后每相绕组原边侧与副边侧电流比与延时前对应相绕组原边侧与副边侧电流比之差为动作电流比变化量Δn_r(t)，若三相中任意一相的动作电流比变化量大于设定的保护整定值，且启动后的延时大于设定的延时校验时间，则保护动作条件成立，进入下一步；否则重复步骤(3)重新开始延时启动条件的判定；

(5)进行变压器抽头调节判定，若不是变压器抽头调节，则认为是匝间短路故障，保护装置即动作，跳开变压器各侧的断路器，切除绕组故障。

2.根据权利要求1所述的基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，其特征在于：第(4)步所述的设定的延时校验时间按系统故障到故障消除的时间计算，为5～10s。

3.根据权利要求1所述的基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，其特征在于：第(2)步所述的时间间隔Δt按躲过匝间故障暂态过程考虑，取3～5个周波。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，其特征在于：第(1)步所述的电流互感器为电磁式电流互感器；电磁式电流互感器采集电流，经过电缆传到微机变压器保护装置实现匝间保护。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，其特征在于：第(1)步所述的电流互感器为光电式或者电子式电流互感器；光电式或者电子式电流互感器，经过光纤传到合并器及数字式变压器保护装置实现匝间保护。

6.根据权利要求1所述的基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法，其特征在于：第(3)步和第(4)步所述的保护整定值按公式Δn_set＝α|Δn|设定，式中Δn_set为保护整定值；α为保护动作系数，取1.2～1.3；Δn为电流比变化量最大误差，按公式计算，式中，n_T1为变压器原边侧互感器变比；n_T2为变压器副边侧互感器变比；n_T为变压器额定匝数比。