CN103795030A - 一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，继电保护装置获取变压器各侧三相电压、电流的采样值，然后计算出每相绕组的各侧电流量和电压量； 继电保护装置根据每相绕组的各侧电流量、电压量计算出各相绕组的支接导纳，支接导纳的实部为支接电导，虚部为支接电纳；整定一个电导值，支接电导大于该值一段时间，判断为变压器内部故障。通过支接导纳的特征直接区分励磁涌流与内部故障，不需要励磁涌流闭锁元件及涌流期间再故障的开放元件；即使在励磁涌流与内部故障同时存在或先后发生的时候也能正确判断；无需整定制动特性，不受负荷电流、系统振荡等的影响，可靠性好，灵敏度高。

Description

一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法

技术领域

本发明涉及继电保护领域，尤其涉及一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法。

背景技术

变压器保护中比较常见的是变压器纵联差动保护，但是传统的二次谐波制动以及间断角制动方法存在误动或者动作速度慢的问题，而且变压器两侧电流是流经不同的没有电气连接的绕组上，基尔霍夫电流定律作为变压器差动保护的基本原理只是一种近似，因此单纯依靠电流量来进行判断是非常困难的。而结合电压量进行判断则效果更好，目前已经提出了多种解决方法，其中基于励磁阻抗变化的方法有较好的应用前景，但其判据单一，只考虑了等效励磁阻抗幅值的变化，没有充分利用变压器等效励磁阻抗的信息；而基于多侧电流量电压量的变压器继电保护方法中，则同时利用了等效励磁阻抗的幅值和相角信息，并且其保护判据能够与传统距离保护一样在阻抗平面上进行整定，但是等效励磁阻抗在复阻抗平面上的运动轨迹比较复杂，有进一步研究的必要。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，该方法具有方法简便，可靠性好，灵敏度高等优点。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，包括以下步骤：

步骤一：继电保护装置获取变压器各侧三相电压、电流的采样值，然后计算出每相绕组的各侧电流量和电压量；

步骤二：继电保护装置根据每相绕组的各侧电流量、电压量计算出各相绕组的支接导纳，支接导纳的实部为支接电导，虚部为支接电纳；

步骤三：整定一个电导值，支接电导持续大于该值一个整定的动作时间，则判断为变压器内部故障。

所述步骤一中，各侧电流量电压量为相量，利用傅立叶滤波算法计算但不限于使用该滤波算法。

所述步骤一中，取由母线流向变压器的方向为规定的电流正方向，同时取母线对地为电压正方向，将变压器的两侧分别记为H侧和L侧，电流、电压、阻抗或者电阻、电感都归算到同一电压级。

所述步骤二中，根据变压器两侧的电流、电压相量，各相支接导纳的计算公式为：

$Y_g=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_d\×{\stackrel{\·}{I}}_d}{{\stackrel{\·}{U}}_H\×{\stackrel{\·}{I}}_L+{\stackrel{\·}{U}}_L\×{\stackrel{\·}{I}}_H-{\stackrel{\·}{I}}_H\×{\stackrel{\·}{I}}_L\×Z_{\mathrm{\δ}}}---\left(1\right)$

式中：Y_g即为支接导纳；Y_g＝G_g+jB_g，G_g，B_g分别为支接电导、支接电纳，Z_δ为变压器两侧绕组的短路阻抗；

分别为变压器H侧电压相量和电流相量；

分别为变压器L侧电压相量和电流相量；为变压器差动电流相量，等于两侧电流相量和。

所述变压器为多卷变压器时，指定变压器任意的两侧为H侧和L侧，支接导纳计算公式仍为公式（1），其中，将H侧和L侧的电流相量、电压相量带入公式(1)中的

将指定的变压器两侧之间的短路阻抗带入公式(1)中的Z_δ；公式(1)中的差动电流

取所有侧电流相量之和。

所述步骤三中，无内部故障时，无论是否发生涌流，支接电导是稳定不变的，其值为铁耗电阻的倒数；存在内部故障时，无论是否发生涌流，支接电导也是稳定不变的，其值接近故障电阻的倒数。

本发明适用于能够测量或者计算出每相绕组电流量和电压量的双卷和多卷变压器。通过多侧的电流量和电压量计算支接导纳，根据支接导纳的特征来判断变压器是否发生内部故障。该方法不再以差动保护为基础，而是直接识别正常情况支接电导与故障下支接电导，从而区分励磁涌流与内部故障。

本发明的有益效果：

本方法与基于多侧电流量电压量的变压器继电保护方法相比，采用支接导纳的特征来鉴别变压器故障，其意义不单纯是取分支阻抗的倒数，支接电导反映了变压器等效电路中铁耗的变化，而支接电纳则反映了磁化电感的变化，而无论变压器涌流与否，铁耗都不受其影响，因此支接电导幅值成为了较为理想的判据。但是分支阻抗的电阻部分和电抗部分都会受到涌流影响而发生变化，因此其在复阻抗平面上的轨迹比较复杂。

通过支接导纳的特征直接区分励磁涌流与内部故障，不需要励磁涌流闭锁元件及涌流期间再故障的开放元件；即使在励磁涌流与内部故障同时存在或先后发生的时候也能正确判断；无需整定制动特性，不受负荷电流、系统振荡等的影响，可靠性好，灵敏度高。

附图说明

图1 一个两卷变压器及其继电保护装置接线的简化示意图；

图2 一个两卷变压器的单相绕组及其电流、电压示意图；

图3 求解两卷变压器支接导纳的简化电路示意图；

图4 求解三卷变压器支接导纳的简化电路意图；

图5 本发明的仿真实验图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，包括以下步骤：

步骤一：继电保护装置获取变压器各侧三相电压、电流的采样值，然后计算出每相绕组的各侧电流量和电压量；

步骤二：继电保护装置根据每相绕组的各侧电流量、电压量计算出各相绕组的支接导纳，支接导纳的实部为支接电导，虚部为支接电纳；

步骤三：整定一个电导值，支接电导持续大于该值一个整定的动作时间，则判断为变压器内部故障。

实施例1：

图1中，以一个三相两卷变压器为例，变压器左侧和右侧分别称为H侧和L侧，以其A相的支接导纳的相量计算和判断为例。假设采用电流互感器TA和电压互感器TV通过测量、计算等方法，得到H侧的三相绕组的电流和电压分别是

和L侧的对应三相绕组的电流和电压分别是

和

假设两侧的电压、电流均经过了合适的变比调整，则对于A相绕组，根据图2所示，差动电流为：

可以如图3所示绘出A相绕组的等效电路图，根据该电路图可以列写A相电压方程如下：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{Ha}}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}+Z_{\mathrm{Ha}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}\×Z_{\mathrm{ga}}---\left(1\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{La}}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}\×Z_{\mathrm{La}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}\×Z_{\mathrm{ga}}---\left(2\right)$

式中，Z_Ha是H侧A相绕组的电阻和漏感抗组成的阻抗；Z_La是L侧A相绕组的电阻和漏感抗组成的阻抗，Z_ga为A相分支阻抗，等于支接导纳Y_g的倒数。

则上面两式

得到：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{Ha}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}+{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{La}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}\×(Z_{\mathrm{Ha}}+Z_{\mathrm{La}})+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}\×Z_{\mathrm{ga}}\×({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}})---\left(3\right)$

考虑到Z_Ha+Z_La＝Z_δ，其中Z_δ是变压器H侧绕组和L侧绕组之间的短路阻抗，是可以事先获得的量，因此上式经过整理就得到关于A相支接导纳Y_ga的表达式：

$Y_{\mathrm{ga}}=\frac{1}{Z_{\mathrm{ga}}}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}}{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{Ha}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}+{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{La}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}\×Z_{\mathrm{\δ}}}---\left(4\right)$

无论变压器有无内部故障，发生涌流时支接电纳的幅值会变得很大，随着涌流消退会逐渐变小；没有涌流时，支接电纳的幅值将稳定在一个很小的值上。

无内部故障时，无论是否发生涌流，支接电导是稳定不变的，其值为铁耗电阻的倒数；存在内部故障时，无论是否发生涌流，支接电导也是稳定不变的，其值接近故障电阻的倒数，比正常情况下的支接电导要大得多，有数十倍的区别。仿真情况如图5所示。

整定一个电导值，若变压器等效铁耗电阻倒数为G_b，则整定值G_set＝K×G_b,K=3-7，为了保证可靠性，设定一个延时时间T_set＝5-10ms，假设满足G_g≥G_set条件的时间长度为T,当T≥T_set时，保护动作。

其它B相和C相的计算和判断与A相完全相同，不再赘述。

实施例2：

对于多卷变压器，由于两两绕组之间的短路阻抗可以通过实验得到，因此可以根据应用情况选择两侧的电压，并用所有侧的电流计算出差流，然后按照上述相同的方式计算支接导纳，并通过支接导纳的特征判断内部故障。下面结合附图4说明多卷变压器的实施方式。

图4中，以一个三相三卷变压器为例，变压器三侧分别H侧、L侧和M侧，以其A相的支接导纳的相量计算和判断为例。假设采用电流互感器TA和电压互感器TV通过测量、计算等方法，得到H侧的三相绕组的电流和电压分别是

和L侧的对应三相绕组的电流和电压分别是

和

M侧的对应三相绕组的电流和电压分别是

和

假设三侧的电压、电流均经过了合适的变比调整，则对于A相绕组，根据图2所示，差动电流为：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ma}}$

根据图4可以列写A相H侧和L侧电压方程如下：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{Ha}}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}+Z_{\mathrm{Ha}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}\×Z_{\mathrm{ga}}---\left(1\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{La}}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}\×Z_{\mathrm{La}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}\×Z_{\mathrm{ga}}---\left(2\right)$

式中，Z_Ha是H侧A相绕组的电阻和漏感抗组成的阻抗；Z_La是L侧A相绕组的电阻和漏感抗组成的阻抗，Z_ga为A相分支阻抗，支接导纳的倒数。

则上面两式

得到：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{Ha}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}+{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{La}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}\×(Z_{\mathrm{Ha}}+Z_{\mathrm{La}})+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}\×Z_{\mathrm{ga}}\×({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}})---\left(3\right)$

考虑到Z_Ha+Z_La＝Z_δ，其中Z_δ是变压器H侧绕组和L侧绕组之间的短路阻抗，是可以事先获得的量，因此上式经过整理就得到关于A相支接导纳Y_ga的表达式：

$Y_{\mathrm{ga}}=\frac{1}{Z_{\mathrm{ga}}}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{da}}}{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{Ha}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}+{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{La}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{Ha}}\×{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{La}}\×Z_{\mathrm{\δ}}}---\left(4\right)$

无论变压器有无内部故障，支接电纳的幅值会变得很大，随着涌流消退会逐渐变小；没有涌流时，支接电纳的幅值将稳定在一个很小的值上。

无内部故障时，无论是否发生涌流，支接电导是稳定不变的，其值为铁耗电阻的倒数；存在内部故障时，无论是否发生涌流，支接电导也是稳定不变的，其值接近故障电阻的倒数，比正常情况下的支接电导要大得多，有数十倍的区别。仿真情况如图5所示。

整定一个电导值，若变压器等效铁耗电阻倒数为G_b，则整定值G_set＝K×G_b,K=3-7，为了保证可靠性，设定一个延时时间T_set＝5-10ms，假设满足G_g≥G_set条件的时间长度为T,当T≥T_set时，保护动作。

其它B相和C相的计算和判断与A相完全相同，不再赘述。

本发明提出了一种基于纵联支接电导的变压器纵联保护方法，适用于能够测量或者计算出每相绕组电流量和电压量的双卷和多卷变压器。通过多侧的电流量和电压量计算支接导纳，根据支接导纳的特征来判断变压器是否发生内部故障。该方法不再以差动保护为基础，而是直接识别正常情况支接电导与故障下支接电导，从而区分励磁涌流与内部故障。

Claims (6)

1.一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：继电保护装置获取变压器各侧三相电压、电流的采样值，然后计算出每相绕组的各侧电流量和电压量；

步骤二：继电保护装置根据每相绕组的各侧电流量、电压量计算出各相绕组的支接导纳，支接导纳的实部为支接电导，虚部为支接电纳；

步骤三：整定一个电导值，支接电导持续大于该值一个整定的动作时间，则判断为变压器内部故障。

2.如权利要求1所述的一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，其特征是，所述步骤一中，各侧电流量电压量为相量，利用傅立叶滤波算法计算。

3.如权利要求1所述的一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，其特征是，所述步骤一中，取由母线流向变压器的方向为规定的电流正方向，同时取母线对地为电压正方向，将变压器的两侧分别记为H侧和L侧，电流、电压、阻抗或者电阻、电感都归算到同一电压级。

4.如权利要求1所述的一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，其特征是，所述步骤二中，根据变压器两侧的电流、电压相量，各相支接导纳的计算公式为：

$Y_g=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_d\×{\stackrel{\·}{I}}_d}{{\stackrel{\·}{U}}_H\×{\stackrel{\·}{I}}_L+{\stackrel{\·}{U}}_L\×{\stackrel{\·}{I}}_H-{\stackrel{\·}{I}}_H\×{\stackrel{\·}{I}}_L\×Z_{\mathrm{\δ}}}---\left(1\right)$

式中：Y_g即为支接导纳；Y_g＝G_g+jB_g，G_g，B_g分别为支接电导、支接电纳，Z_δ为变压器两侧绕组的短路阻抗；

分别为变压器H侧电压相量和电流相量；

分别为变压器L侧电压相量和电流相量；

为变压器差动电流相量，等于两侧电流相量和。

5.如权利要求4所述的一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，其特征是，所述变压器为多卷变压器时，指定变压器任意的两侧为H侧和L侧，支接导纳计算公式仍为公式（1），其中，将H侧和L侧的电流相量、电压相量带入公式(1)中的

将指定的变压器两侧之间的短路阻抗带入公式(1)中的Z_δ；公式(1)中的差动电流

取所有侧电流相量之和。

6.如权利要求1所述的一种基于纵联支接电导的变压器继电保护方法，其特征是，所述步骤三中，无内部故障时，无论是否发生涌流，支接电导是稳定不变的，其值为铁耗电阻的倒数；存在内部故障时，无论是否发生涌流，支接电导也是稳定不变的，其值接近故障电阻的倒数。

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