CN103336197B - 一种变压器涌流闭锁的判别方法 - Google Patents

一种变压器涌流闭锁的判别方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变压器涌流闭锁的判别方法，步骤如下：1）判断变压器是否为空载合闸；2）当变压器非空载合闸时，采用常规方法判断是否启动保护闭锁，当变压器为空载合闸时，采用波形系数法判断故障或涌流，若判断为涌流则启动保护闭锁，若判断为故障则开放保护闭锁。本发明可更好的判断对称性涌流，解决变压器空投时对于对称性涌流差动保护容易误动的问题。

Description

一种变压器涌流闭锁的判别方法
技术领域
本发明涉及一种变压器涌流闭锁的判别方法。
背景技术
变压器是电力系统中必不可少的重要设备，为防止变压器在发生内部故障时严重损坏，通常大容量的变压器都要设置电流差动保护作为主保护；电流差动保护的基本原理为基尔霍夫定律。在变压器进行空载合闸和外部故障恢复时，通常都会伴有励磁涌流的产生，易造成电流差动保护的误动作。目前较多采用的是二次谐波闭锁原理。
在高压直流输电系统中，换流站由于其非线性特性而不再具有典型的工频电源特征；交流母线上的滤波器是针对稳态特征谐波和非特征谐波而设计的，并没有考虑故障暂态过程中的谐波。这使得换流变压器进行空载合闸和外部故障恢复时，励磁涌流的持续时间会相应加长。另外，在特高压直流输电领域，星星接换流变和星角接换流变通常都同时投切，使得空载合闸时励磁涌流的波形更加怪异。这些都将大大影响二次谐波闭锁的功能，容易导致变压器差动保护的延时动作或拒动。
发明内容
本发明的目的是提供一种变压器涌流闭锁的判别方法，用以解决变压器进行空载合闸时对于对称性涌流差动保护容易误动的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种变压器涌流闭锁的判别方法，步骤如下：
1）判断变压器是否为空载合闸；
2）当变压器非空载合闸时，采用常规方法判断是否启动保护闭锁，当变压器为空载合闸时，采用波形系数法判断故障或涌流，若判断为涌流则启动保护闭锁，若判断为故障则开放保护闭锁。
空载合闸判决条件如下：
（1）变压器投入系统前，各侧相电流小于预设的无流门槛值且持续时间达到预设的第一时间定值；
（2）变压器投入系统瞬间，变压器至少有一侧相电流小于无流门槛，且变压器最大的相差动电流大于预设的启动门槛达到预设的第二时间定值，即max(IdA,IdB,IdC)＞启动门槛，式中，max(IdA,IdB,IdC)表示三相差动电流的最大值；
当满足如上两条件时，认为变压器为空载合闸。
波形系数法具体如下：
（1）当满足变压器差动保护启动条件时，以保护启动时刻前0.25周波为计时起点，计算1周波内的电流最大值Imax与电流最小值Imin，并选取Imax与Imin中绝对值小的值记为Ip。min；
（2）以Ip。min为中心分别向前向后求取1/4周期，以该点为中心，预测一个标准正弦波；
（3）将实际波形与预测的标准正弦波的吻合程度定义为波形系数R，并计算波形系数R；
（4）当波形系数R小于预设值ε时，判断为短路故障，允许保护跳闸；当波形系数R大于或等于预设值ε时，判断为励磁涌流，闭锁保护跳闸。
常规方法包括二次谐波闭锁法，具体采用的二次谐波闭锁法原理如下：
采用二次谐波单相闭锁三相方案，
Id(f2)＞Kf2×Id(f1)，
式中，Id(f2)、Id(f1)分别表示三相中的一相差动电流的二次谐波分量与基波分量，Kf2为二次谐波制动系数，当一相差动电流的二次谐波含量Id(f2)大于预设的二次谐波定值Kf2×Id(f1)时，闭锁三相差动保护。
本发明的有益效果是：采用本发明的方案后，解决了二次谐波闭锁的缺点，在不对原有的保护平台提出更高要求的前提下，既确保了变压器差动保护的动作速度，同时也保证了在正常涌流（尤其是对称性涌流）的情况下能够可靠的闭锁变压器差动保护，防止变压器差动保护的误动作。
附图说明
图1是一种适用于变压器涌流闭锁的综合判据流程框图；
图2是变压器空载合闸逻辑框图；
图3是系统构成模型及故障点位置示意图；
图4是大差比例差动保护逻辑框图（以A相为例）；
图5是空载合A-O0开关，产生对称性涌流时新老判据大差差动保护动作示意图；
图6是空载合A-O0开关，没有产生对称性涌流时新老判据大差差动保护动作示意图；
图7是K3点A相接地，手动进行换流变空载合闸时新老判据大差差动保护动作示意图；
图8是电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为本发明提出的变压器励磁涌流闭锁的判别方法流程框图。具体步骤如下：
1、采样变压器的各侧相电流；
2、根据采集的各侧相电流判断是否满足变压器空载合闸条件：
图2为变压器空载合闸逻辑框图，具体判断逻辑如下：
1）变压器投入系统前，变压器各侧相电流均小于预设的无流门槛值，且该状态持续预设的时间定值1；
2）变压器投入系统时，变压器至少有一侧相电流小于无流门槛，变压器最大的相差动电流大于预设的启动门槛值，且该状态持续预设的时间定值2；
3）满足上述1）、2）,则判定为变压器满足空载合闸条件，此时空载合闸标志置1，否则认为不满足空载合闸条件。
3、若满足空载合闸条件，则进入波形系数法计算流程，具体的流程如下：
1）判断是否满足保护启动条件，如果满足，进入2），2）如图8所示，采集一周数据：以保护启动时刻前0.25周波为计时起点，计算1周波内的电流最大值Imax与电流最小值Imin，并选取Imax与Imin中绝对值小的值记为Ip。min（图8中Ip。min为Imin），3）构建标准正弦波：以Ip。min为中心分别向前向后求取1/4周期，以该点为中心，预测一个标准正弦波（图8中以Imin为中心，预测一个标准正弦波），4）将实际波形与预测的标准正弦波的吻合程度定义为波形系数R，并计算波形系数R，5）将波形系数R与预设的定值ε比较（ε取值范围可定为0.15至0.20之间），当波形系数R小于预设值ε，判定为短路故障，允许保护跳闸，当波形系数R大于或等于预设值ε，判定为励磁涌流，闭锁保护跳闸。
若不满足空载合闸条件，则进入二次谐波闭锁计算流程，具体的流程如下：
1）判断是否满足保护启动条件，如果满足，进入2），2）采集保护启动后一周波数据，3）计算二次谐波系数K，4）将二次谐波系数K与预设的定值比较，当二次谐波系数K小于预设值，判定为短路故障，允许保护跳闸，当二次谐波系数K大于或等于预设值，闭锁保护跳闸。
上述方法中采用二次谐波闭锁保护的计算流程属于现有技术，在此不再赘述。
图3为系统构成模型及故障点位置示意图，合A-O0开关为变压器空载合闸。换流变压器大差保护的保护范围包括换流变引线、星星变压器和星角变压器。换流变压器大差保护需要采集TA1、TA2、TA4和TA7四个电流量。
图4为以A相为例的换流变大差保护的逻辑框图。图1中，当A相波形系数R大于预设定值或A相二次谐波系数K大于预设定值时，图4中的A相励磁涌流闭锁标志置1，此时，换流变大差保护将闭锁保护出口。
采用本发明所述的方法后，能够确保变压器差动保护的动作速度，并在正常励磁涌流的情况下可靠的闭锁保护，与老式的单纯靠二次谐波闭锁有显著的优点，具体对比说明如图5、6、7所示。
图5为空载合A-O0开关时，星星变、星角变产生的励磁涌流，由于星星变、星角变剩磁的影响，换流变大差保护感受到的涌流为对称性涌流，原来的老判据采用的是二次谐波判据，换流变大差保护没有被闭锁，会发生误动现象；采用本发明的新方案后，换流变大差保护没有发生误动。
图6为空载合A-O0开关，星星变、星角变产生的励磁涌流，该涌流非对称性涌流，此时新老判据均没有发生误动现象。新老判据对比如表1所示：
表1
故障类型 老判据 新判据 备注
空载合A-O0开关，产生对称性涌流 保护误动作 保护不动作 图5所示
空载合A-O0开关，没有产生对称性涌流 保护不动作 保护不动作 图6所示
如图7所示为当图3中K3点发生A相接地故障时，空载合开关A-O0于故障时，新老判据下的对比说明。
新老判据的结果对比如表2所示：
表2
从表2可知，在空载合闸时，采用了新的闭锁判据后，大大提高了空载合闸于故障的动作速度。
与原有闭锁方案相比，本发明提供了一种用于变压器励磁涌流闭锁的判别方法，在变压器正常运行时，仍然采用常规方法（如利用传统的二次谐波闭锁判据）；在变压器空载合闸时，采用了一种非二次谐波的全新判据，以此确保变压器差动保护的可靠性与快速性。

Claims (3)

1.一种变压器涌流闭锁的判别方法，其特征在于，步骤如下：
1)判断变压器是否为空载合闸；
2)当变压器非空载合闸时，采用常规方法判断是否启动保护闭锁，当变压器为空载合闸时，采用波形系数法判断故障或涌流，若判断为涌流则启动保护闭锁，若判断为故障则开放保护闭锁；
所述的空载合闸判决条件如下：
(1)变压器投入系统前，各侧相电流小于预设的无流门槛值且持续时间达到预设的第一时间定值；
(2)变压器投入系统瞬间，变压器至少有一侧相电流小于无流门槛，且变压器最大的相差动电流大于预设的启动门槛达到预设的第二时间定值，即max(IdA,IdB,IdC)＞启动门槛，式中，max(IdA,IdB,IdC)表示三相差动电流的最大值；
当满足如上两条件时，认为变压器为空载合闸，此时空载合闸标志置1，否则认为不满足空载合闸条件。
2.根据权利要求1所述的一种变压器涌流闭锁的判别方法，其特征在于，所述的波形系数法具体如下：
(1)当满足变压器差动保护启动条件时，以保护启动时刻前0.25周波为计时起点，计算1周波内的电流最大值Imax与电流最小值Imin，并选取Imax与Imin中绝对值小的值记为Ip。min；
(2)以Ip。min为中心分别向前向后求取1/4周期，以Ip。min为中心，预测一个标准正弦波；
(3)将实际波形与预测的标准正弦波的吻合程度定义为波形系数R，并计算波形系数R；
(4)当波形系数R小于预设值ε时，判断为短路故障，允许保护跳闸；当波形系数R大于或等于预设值ε时，判断为励磁涌流，闭锁保护跳闸。
3.根据权利要求1所述的一种变压器涌流闭锁的判别方法，其特征在于，所述的常规方法包括二次谐波闭锁法，具体采用的二次谐波闭锁法原理如下：
采用二次谐波单相闭锁三相方案，
Id(f2)＞Kf2×Id(f1)，
式中，Id(f2)、Id(f1)分别表示三相中的一相差动电流的二次谐波分量与基波分量，Kf2为二次谐波制动系数，当一相差动电流的二次谐波分量Id(f2)大于预设的二次谐波定值Kf2×Id(f1)时，闭锁三相差动保护。
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