CN103762552A - 变压器绕组匝间短路故障继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器绕组匝间短路故障继电保护方法，它首先测量变压器高压侧各采样时刻的三相电压和三相电流，进行Park矩阵变换，计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电压，计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电流，计算变压器绕组匝间短路故障系数，然后判断变压器绕组匝间短路故障系数大于0.1是否成立，若成立，则判断变压器发生绕组匝间短路故障，跳开变压器各侧断路器。本发明方法使得保护动作性能不受励磁电流、过渡电阻和负荷电流的影响，动作性能正确可靠，能有效防止故障变压器一直运行导致变压器绕组变形，确保变压器设备安全。

Description

变压器绕组匝间短路故障继电保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种变压器绕组匝间短路故障继电保护方法。

背景技术

电力系统广泛应用的220kV变压器通常采用三相三绕组变压器。为了保证相电势接近于正弦波，为三次谐波提供通路，三相三绕组变压器必有一组绕组采用三角形接线，因此其接线方式为△/Y/Y接线。

电流差动保护是变压器的主保护，为使正常运行时电流差动量为零，需将变压器两组Y侧电流换算到△侧或将△侧电流换算到两组Y侧，以消除不平衡电流。为了消除不平衡电流，目前主要采用将两组Y侧电流换算到△侧的电流补偿方式和将△侧电流换算到两组Y侧的电流补偿方式，但这两种变换方式变换后的电流差动量都不能正确反应变压器励磁电流的影响，造成作为变压器主保护的电流差动保护动作可靠性受影响，也使得利用二次谐波判别励磁涌流和短路故障的方法可靠性偏低。

变压器发生绕组匝间短路故障时，故障电流小，故障特征不明显，差动电流常常小于制动电流，电流差动保护判据无法满足，保护无法正确动作跳开变压器各侧断路器，导致故障变压器一直运行，容易引起变压器绕组变形，严重威胁电力设备安全。

发明内容

本发明提供了一种变压器绕组匝间短路故障继电保护方法，其克服了背景技术中所述现有技术的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

变压器绕组匝间短路故障继电保护方法，它包括如下依序步骤：

步骤1，保护装置测量变压器高压侧各t采样时刻的三相电压u_a(t)、u_b(t)、u_c(t)和三相电流i_a(t)、i_b(t)、i_c(t)；

步骤2，保护装置计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电压u_d(t)、u_q(t)：

$\left[\begin{array}{c}{u}_d\left(t\right)\\ u_q\left(t\right)\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ωt}& \cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\ωt}& -\sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\left(t\right)\\ u_b\left(t\right)\\ u_c\left(t\right)\end{array}\right]$

其中：ω为电力系统角频率，t为采样时间；

步骤3，保护装置计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电流i_d(t)、i_q(t)：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\left(t\right)\\ i_q\left(t\right)\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ωt}& \cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\ωt}& -\sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\left(t\right)\\ i_b\left(t\right)\\ i_c\left(t\right)\end{array}\right]$

其中：ω为电力系统角频率，t为采样时间；

步骤4，保护装置计算变压器绕组匝间短路故障系数k：

$k=\frac{u_d\left(t\right)i_d\left(t\right)+u_q\left(t\right)i_q\left(t\right)}{\sqrt{{\left[u_d\left(t\right)\right]}^2+{\left[u_q\left(t\right)\right]}^2}\sqrt{{\left[i_d\left(t\right)\right]}^2+{\left[i_q\left(t\right)\right]}^2}};$

步骤5，保护装置判断变压器绕组匝间短路故障系数k大于0.1是否成立，若成立，则判断变压器发生绕组匝间短路故障，保护装置发出动作跳闸信号，跳开变压器各侧断路器，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明方法首先测量变压器高压侧各采样时刻的三相电压和三相电流，进行Park矩阵变换，计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电压，计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电流，计算变压器绕组匝间短路故障系数，然后判断变压器绕组匝间短路故障系数大于0.1是否成立，若成立，则判断变压器发生绕组匝间短路故障，跳开变压器各侧断路器。本发明方法利用变压器绕组匝间短路故障时变压器能量消耗主要为有功功率这一特征进行变压器绕组匝间短路故障检测，保护动作性能不受励磁电流、过渡电阻和负荷电流的影响，动作性能正确可靠，能有效防止故障变压器一直运行导致变压器绕组变形，确保变压器设备安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了应用本发明方法的△/Y/Y接线变压器示意图。

具体实施方式

请查阅图1，本实施例中，保护装置通过电压传感器和电流传感器测量变压器高压侧各t采样时刻的三相电压u_a(t)、u_b(t)、u_c(t)和三相电流i_a(t)、i_b(t)、i_c(t)；

进而，保护装置计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电压u_d(t)、u_q(t)：

$\left[\begin{array}{c}{u}_d\left(t\right)\\ u_q\left(t\right)\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ωt}& \cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\ωt}& -\sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\left(t\right)\\ u_b\left(t\right)\\ u_c\left(t\right)\end{array}\right]$

其中：ω为电力系统角频率，t为采样时间；

进而，保护装置计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电流i_d(t)、i_q(t)：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\left(t\right)\\ i_q\left(t\right)\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ωt}& \cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\ωt}& -\sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\left(t\right)\\ i_b\left(t\right)\\ i_c\left(t\right)\end{array}\right]$

其中：ω为电力系统角频率，t为采样时间；

最后，保护装置计算变压器绕组匝间短路故障系数k：

$k=\frac{u_d\left(t\right)i_d\left(t\right)+u_q\left(t\right)i_q\left(t\right)}{\sqrt{{\left[u_d\left(t\right)\right]}^2+{\left[u_q\left(t\right)\right]}^2}\sqrt{{\left[i_d\left(t\right)\right]}^2+{\left[i_q\left(t\right)\right]}^2}};$

保护装置判断变压器绕组匝间短路故障系数k大于0.1是否成立，若成立，则判断变压器发生绕组匝间短路故障，保护装置发出动作跳闸信号，跳开变压器各侧断路器，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。

本发明方法首先测量变压器高压侧各采样时刻的三相电压和三相电流，进行Park矩阵变换，计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电压，计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电流，计算变压器绕组匝间短路故障系数，然后判断变压器绕组匝间短路故障系数大于0.1是否成立，若成立，则判断变压器发生绕组匝间短路故障，跳开变压器各侧断路器。

本发明方法利用变压器绕组匝间短路故障时变压器能量消耗主要为有功功率这一特征进行变压器绕组匝间短路故障检测，保护动作性能不受励磁电流、过渡电阻和负荷电流的影响，动作性能正确可靠，能有效防止故障变压器一直运行导致变压器绕组变形，确保变压器设备安全。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (1)

1.变压器绕组匝间短路故障继电保护方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

步骤1，保护装置测量变压器高压侧各t采样时刻的三相电压u_a(t)、u_b(t)、u_c(t)和三相电流i_a(t)、i_b(t)、i_c(t)；

步骤2，保护装置计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电压u_d(t)、u_q(t)：

$\left[\begin{array}{c}{u}_d\left(t\right)\\ u_q\left(t\right)\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ωt}& \cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\ωt}& -\sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\left(t\right)\\ u_b\left(t\right)\\ u_c\left(t\right)\end{array}\right]$

其中：ω为电力系统角频率，t为采样时间；

步骤3，保护装置计算变压器高压侧在dq坐标轴上各t采样时刻正序电流i_d(t)、i_q(t)：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\left(t\right)\\ i_q\left(t\right)\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ωt}& \cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\ωt}& -\sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\left(t\right)\\ i_b\left(t\right)\\ i_c\left(t\right)\end{array}\right]$

其中：ω为电力系统角频率，t为采样时间；

步骤4，保护装置计算变压器绕组匝间短路故障系数k：

$k=\frac{u_d\left(t\right)i_d\left(t\right)+u_q\left(t\right)i_q\left(t\right)}{\sqrt{{\left[u_d\left(t\right)\right]}^2+{\left[u_q\left(t\right)\right]}^2}\sqrt{{\left[i_d\left(t\right)\right]}^2+{\left[i_q\left(t\right)\right]}^2}};$

步骤5，保护装置判断变压器绕组匝间短路故障系数k大于0.1是否成立，若成立，则判断变压器发生绕组匝间短路故障，保护装置发出动作跳闸信号，跳开变压器各侧断路器，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。

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