CN103872646A - 防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法，包括步骤：检测发电机、变压器各相电流的直流分量，若某相或多相出现突增，且在之后的T₁时间内，差动保护的各相差动电流均小于启动定值，则认为出现了外部故障或和应涌流，在之后的T₂时间内闭锁比率差动保护；闭锁期间，若差动电流和相电流同步突增，则认为又发生了区内故障，解除闭锁。通过检测相电流直流分量突增与差动电流出现是否同步发生，可以区分内部故障与和应涌流（或外部故障），经短时闭锁措施防止比率差动保护的误动作，闭锁期间若再次出现内部故障，则解除闭锁，以应对转换性故障。本判据简单可靠，易于实现，且定值仍照常整定，不会降低差动保护的灵敏度。

Description

防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法

技术领域

本发明属于电力系统主设备继电保护技术领域，涉及一种防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法。

背景技术

差动保护作为发电机、变压器的主保护，能够灵敏反应机组的内部短路故障，是机组安全稳定运行的关键保护。如图1所示，当一台变压器空投充电时，与另一台并联或级联的运行变压器之间可能产生和应作用，导致运行变压器中会产生和应涌流，从而引起主变或发电机差动保护的误动。

针对和应涌流引起的主变保护误动作已提出了一些防范措施及判据，如提高差动保护定值、增加电流互感器饱和判据、利用非饱和区等效瞬时电感鉴别变压器和应涌流等。但是，提高差动保护定值会降低灵敏度；一些电流互感器饱和判据存在不可靠的缺点，实际运行中仍可能出现不能可靠制动差动保护的现象；利用非饱和区等效瞬时电感鉴别和应涌流（参见“清华大学.一种变压器内和应涌流的鉴别方法:中国,200710303746.X[P].2008-09-03.”），需要较多参数，计算较为复杂，定值整定较困难，且仅适用于变压器差动保护。

针对和应涌流引起的发电机差动保护误动作，目前尚未引起重视。和应涌流对于发电机差动来说虽然是穿越性电流，但是，若发电机两侧电流互感器特性不一致，和应涌流中的直流分量使得电流互感器的饱和程度不同，也可能导致发电机差动保护的误动作，现场已有多次类似的案例。而发电机作为电力系统的关键设备，其安全稳定运行对电力系统至关重要，而在一些电厂，特别是燃机电厂，和应涌流出现的可能性较高，急需有效的和应涌流防止差动保护误动作的方法或判据。

发明内容

本发明的目的是：利用和应涌流时相电流的直流分量突增与差动电流异步出现，提供一种防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法。

本发明采取的技术方案是：检测发电机、变压器各相电流的直流分量，若某相或多相出现突增，且在之后的T₁时间内，差动保护的各相差动电流均小于启动定值，则认为出现了外部故障或和应涌流，在之后的T₂时间内闭锁比率差动保护；闭锁期间，若差动电流和相电流同步突增，则认为又发生了区内故障，解除闭锁。

进一步地，在检测发电机、变压器各相电流的直流分量之前，还包括步骤：

装置引入各相电流互感器的二次电流，使用N点求和算法得到各相电流的直流分量：

$I_{\mathrm{dc}}\left(i\right)=\left({\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{N-1}I(i-j)\right)/N$

其中，I_dc(i)为某相电流当前的直流分量，I(i-j)为之前j个点时刻的相电流，N为求和算法的数据窗，取值为一个或多个工频周期的采样点数。

进一步地，T₁取20～60ms，T₂取1～5min。

进一步地，所述某相或多相出现突增具体指：某相或多相电流的直流分量满足：

I_dc(i)-I_dc(i-k)＞M，

其中，I_dc(i)为某相电流当前的直流分量，I_dc(i-k)为之前k个点时刻的直流分量，k取20～40，M为直流分量突增门槛，取0.05I_n～0.15I_n，I_n为机组二次额定电流值。

进一步地，在之后的T₁时间内，差动保护的各相差动电流均小于启动定值具体指：

差动电流满足：I_d.max＜I_qd.set，其中，I_d.max为三相差动电流最大值，I_qd.set为差动启动电流定值。

进一步地，闭锁期间，差动电流和相电流同步突增具体指：差动电流和相电流在T₃内相继出现突增，即满足：

其中，T₃取2～5ms；

△I_d.max为三相差动电流在△t时间窗内突增量的最大值，△I_max为各相电流在△t时间窗内突增量的最大值，△t取20～60ms；

I_th1为差动电流突增量门槛值，取0.1I_n～0.3I_n，I_n为机组二次额定电流值；

I_th2为相电流突增量门槛值，取0.1I_n～0.3I_n。

本发明的有益效果是：通过检测相电流直流分量突增与差动电流出现是否同步发生，可以区分内部故障与和应涌流（或外部故障），经短时闭锁措施防止比率差动保护的误动作，闭锁期间若再次出现内部故障，则解除闭锁，以应对转换性故障。本判据简单可靠，易于实现，且定值仍照常整定，不会降低差动保护的灵敏度。

附图说明

图1是主变空充引起相邻机组产生和应涌流示意图。

图2是本方法的流程图。

图3是出现和应涌流时，发电机相电流直流分量突增与差动保护启动时刻比较图。

图4是发电机内部故障时，发电机相电流直流分量突增与差动保护启动时刻比较图。

具体实施方式

本发明提供的技术方案中，出现和应涌流时，相电流中的直流分量首先发生突增，一段时间之后，差动电流才会出现。而内部故障时，相电流直流分量突增与差动电流几乎同时出现。利用此特征，在和应涌流出现时，短暂闭锁比率差动保护，防止发电机和变压器差动保护的误动作。

若发生转换性故障或和应涌流期间出现内部故障，本方法会先闭锁比率差动保护，为了在内部故障时刻差动保护能够快速动作，增加解除闭锁判据：差动电流和相电流同步突增。当满足此条件时，解除闭锁。

本方法整体的流程图如图2所示，检测发电机、变压器各相电流的直流分量，若某相或多相出现突增，且在之后的T₁时间内，差动保护的各相差动电流均小于启动定值，则认为出现了外部故障或和应涌流，在之后的T₂时间内闭锁比率差动保护；闭锁期间，若差动电流和相电流同步突增，则认为又发生了区内故障，解除闭锁。

以下以发电机差动保护为例，结合附图对本发明作进一步说明：

1）装置引入发电机机端、中性点电流互感器的二次电流。假设一个工频周期的采样点数为24，则使用24点求和算法得到发电机各相电流的直流分量：

$I_{\mathrm{dc}}\left(i\right)=\left({\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{23}I(i-j)\right)/24$      ①

式①中，I_dc(i)为某相电流当前的直流分量，I(i-j)为之前j个点时刻的相电流。

2）若发电机某相或多相电流的直流分量满足：

I_dc(i)-I_dc(i-24)＞0.1I_n    ②

式②中，I_dc(i)为某相电流当前的直流分量，I_dc(i-24)为之前24个点时刻的直流分量。

则记录下此时的时标t₁。

3）装置计算发电机各相电流的差动电流，若发电机差流满足：I_d.max＞I_qd.set，其中，I_d.max为发电机三相差动电流最大值，I_qd.set为发电机差动电流启动定值，此处取0.2I_n。

则记录下此时的时标t₂。

4）对t₁和t₂的大小进行判别，查看其是否满足：

t₂-t₁＞T₁    ③

式③中，T₁的范围为20～60ms，此处取40ms。

如图3所示，此图为和应涌流时发电机电流及差流波形。发电机相电流直流分量在3ms时刻发生突增，而差动保护在60ms才启动，时间差为57ms，大于40ms，满足式③。则可认为出现了外部故障或和应涌流，闭锁发电机比率差动保护3min。

如图4所示，此图为发电机内部故障时电流及差流波形。发电机相电流直流分量突增与差动保护启动发生时刻基本同步，不满足式③，认为系统出现短路故障，此时发电机差动保护按比率制动特性正常判别。

5）闭锁期间，若发电机差动电流和相电流在2ms内相继出现突增，即满足：

式④中，，△I_d.max为三相差动电流在30ms时间窗内突增量的最大值，△I_max为各相电流在30ms时间窗内突增量的最大值，I_n为机组二次额定电流值。

则认为又发生了区内故障，解除闭锁，以应对转换性故障。

Claims (6)

1.防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法，其特征是，包括步骤：检测发电机、变压器各相电流的直流分量，若某相或多相出现突增，且在之后的T₁时间内，差动保护的各相差动电流均小于启动定值，则认为出现了外部故障或和应涌流，在之后的T₂时间内闭锁比率差动保护；闭锁期间，若差动电流和相电流同步突增，则认为又发生了区内故障，解除闭锁。

2.根据权利要求1所述的防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法，其特征是：在检测发电机、变压器各相电流的直流分量之前，还包括步骤：

装置引入各相电流互感器的二次电流，使用N点求和算法得到各相电流的直流分量：

$I_{\mathrm{dc}}\left(i\right)=\left({\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{N-1}I(i-j)\right)/N$

其中，I_dc(i)为某相电流当前的直流分量，I(i-j)为之前j个点时刻的相电流，N为求和算法的数据窗，取值为一个或多个工频周期的采样点数。

3.根据权利要求1所述的防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法，其特征是：T₁取20～60ms，T₂取1～5min。

4.根据权利要求1所述的防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法，其特征是：所述某相或多相出现突增具体指：某相或多相电流的直流分量满足：

I_dc(i)-I_dc(i-k)＞M，

其中，I_dc(i)为某相电流当前的直流分量，I_dc(i-k)为之前k个点时刻的直流分量，k取20～40，M为直流分量突增门槛，取0.05I_n～0.15I_n，I_n为机组二次额定电流值。

5.根据权利要求1所述的防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法，其特征是：在之后的T₁时间内，差动保护的各相差动电流均小于启动定值具体指：

差动电流满足：I_d.max＜I_qd.set，其中，I_d.max为三相差动电流最大值，I_qd.set为差动启动电流定值。

6.根据权利要求1所述的防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法，其特征是：闭锁期间，差动电流和相电流同步突增具体指：差动电流和相电流在T₃内相继出现突增，即满足：

其中，T₃取2～5ms；

△I_d.max为三相差动电流在△t时间窗内突增量的最大值，△I_max为各相电流在△t时间窗内突增量的最大值，△t取20～60ms；

I_th1为差动电流突增量门槛值，取0.1I_n～0.3I_n，I_n为机组二次额定电流值；

I_th2为相电流突增量门槛值，取0.1I_n～0.3I_n。

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