CN104052024B - 基于绕组电阻特性的变压器绕组故障继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于绕组电阻特性的变压器绕组故障继电保护方法。本发明分别计算变压器两组Y侧的零序电压和零序电流，分别将变压器两组Y侧的零序电压和零序电流按对应变比折算到变压器△侧，将变压器两组Y侧绕组参数按对应变比折算到变压器△侧，计算变压器三侧绕组的电压向量，计算变压器电流矩阵，然后计算变压器三侧绕组的电阻矩阵并与整定门槛值构成变压器分侧绕组故障继电保护判据。本发明方法利用变压器三侧绕组电阻特性实现三相三绕组变压器分侧绕组故障继电保护，动作性能不受变压器励磁电流、过渡电阻和负荷电流的影响，动作性能准确可靠，实现三相三绕组变压器分侧绕组故障跳开对应侧断路器，有效防止故障范围扩大。

Description

基于绕组电阻特性的变压器绕组故障继电保护方法

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基于绕组电阻特性的变压器绕组故障继电保护方法。

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不高。

电流差动保护的保护判据是基于基尔霍夫电流定理提出，将三相三绕组变压器看做一个整体进行故障检测。由于220kV三相三绕组变压器的220kV侧与500kV电网相连，220kV三相三绕组变压器的110kV侧与110kV电网相连，220kV三相三绕组变压器的10kV侧与10kV配电网相连，当电流差动保护检测到三相三绕组变压器发生故障，则将三相三绕组变压器三侧断路器全部跳开，这种保护跳闸方式会对各电压等级电网造成较大冲击，不利于电网安全稳定运行，同时也造成10kV配电网非计划停电，影响社会工农业正常生产。

发明内容

为了实现三相三绕组变压器分侧绕组故障跳开对应侧断路器，有效防止故障范围扩大，本发明提供一种动作性能不受励磁电流、过渡电阻和负荷电流影响的基于绕组电阻特性变压器绕组故障继电保护方法。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

基于绕组电阻特性的变压器绕组故障继电保护方法，它包括如下依序步骤：

(1)保护装置测量变压器两组Y侧的三相绕组电压u_a2、u_b2、u_c2和u_a3、u_b3、u_c3，测量变压器两组Y侧的三相绕组电流i_a2、i_b2、i_c2和i_a3、i_b3、i_c3，测量变压器△侧的环流i_D；

(2)保护装置计算变压器两组Y侧的零序电压 和零序电流

(3)保护装置计算变压器三侧绕组的电压向量：

其中，分别表示变压器两组Y侧的零序电压u₀₂、u₀₃按变比折算到△侧的零序电压；分别表示变压器两组Y侧的零序电流i₀₂、i₀₃按变比折算到△侧的零序电流；分别表示变压器两组Y侧绕组自漏磁通对应的漏电感L₂、L₃按变比的平方折算到△侧的漏电感；L₁为变压器△侧绕组自漏磁通对应的漏电感；n₁为变压器△侧绕组匝数；n₂、n₃为变压器两组Y侧绕组匝数；表示变压器△侧环流i_D的导数；表示i′₀₂的导数；表示i′₀₃的导数；表示变压器两组Y侧的互漏磁通对应的漏电感m₂₃按变比的平方折算到△侧的漏电感；表示变压器△侧与两组Y侧的互漏磁通对应的漏电感m₁₂、m₁₃按变比的平方折算到△侧的漏电感；

(4)保护装置计算变压器电流矩阵

(5)保护装置计算变压器三侧绕组的电阻矩阵

其中，r₁为变压器△侧的电阻；r₂′、r₃′分别表示变压器两组Y侧的电阻按变比折算到△侧的电阻；

(6)保护装置判断r₁＞r_1set是否成立，若成立，则判断变压器△侧绕组发生故障，跳开变压器△侧的断路器；保护装置判断r₂′＞r_2set是否成立，若成立，则判断r₂′对应的变压器Y侧绕组发生故障，跳开r₂′对应的变压器Y侧的断路器；保护装置判断r₃′＞r_3set是否成立，若成立，则判断r₃′对应的变压器Y侧绕组发生故障，跳开r₃′对应的变压器Y侧的断路器；其中，r_1set为r₁整定门槛值；r_2set为r₂′整定门槛值；r_3set为r₃′整定门槛值。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明方法利用变压器三侧绕组电阻特性实现三相三绕组变压器分侧绕组故障继电保护，动作性能不受变压器励磁电流、过渡电阻和负荷电流的影响，动作性能准确可靠，实现三相三绕组变压器分侧绕组故障跳开对应侧断路器，有效防止故障范围扩大。

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为应用本发明方法的△/Y/Y接线变压器示意图。

具体实施方式

图1为应用本发明方法的△/Y/Y接线变压器示意图。本实施例中，保护装置测量变压器两组Y侧的三相绕组电压u_a2、u_b2、u_c2和u_a3、u_b3、u_c3，测量变压器两组Y侧的三相绕组电流i_a2、i_b2、i_c2和i_a3、i_b3、i_c3，测量变压器△侧的环流i_D。

保护装置计算变压器两组Y侧的零序电压

保护装置计算变压器两组Y侧的零序电流

保护装置将变压器两组Y侧的零序电压u₀₂、u₀₃按变比折算到△侧的零序电压其中，n₁为变压器△侧绕组匝数；n₂、n₃为变压器两组Y侧绕组匝数。

保护装置将变压器两组Y侧的零序电流i₀₂、i₀₃按变比折算到△侧的零序电流

保护装置将变压器两组Y侧的互漏磁通对应的漏电感m₂₃按变比的平方折算到△侧漏电感其中，n₁为变压器△侧绕组匝数；n₂、n₃为变压器两组Y侧绕组匝数。

保护装置将变压器△侧与两组Y侧的互漏磁通对应的漏电感m₁₂、m₁₃按变比的平方折算到△侧的漏电感

保护装置将变压器两组Y侧绕组自漏磁通对应的漏电感L₂、L₃按变比的平方折算到△侧的漏电感

保护装置计算变压器三侧绕组的电压向量：

其中，L₁为变压器△侧绕组自漏磁通对应的漏电感；n₁为变压器△侧绕组匝数；n₂、n₃为变压器两组Y侧绕组匝数；表示变压器△侧环流i_D的导数；表示i′₀₂的导数；表示i′₀₃的导数。

保护装置计算变压器电流矩阵

保护装置计算变压器三侧绕组的电阻矩阵

其中，r₁为变压器△侧的电阻；r₂′、r₃′分别表示变压器两组Y侧的电阻按变比折算到△侧的电阻。

保护装置判断r₁＞r_1set是否成立，若成立，则判断变压器△侧绕组发生故障，跳开变压器△侧的断路器；

保护装置判断r₂′＞r_2set是否成立，若成立，则判断r₂′对应的变压器Y侧绕组发生故障，跳开r₂′对应的变压器Y侧的断路器。

保护装置判断r₃′＞r_3set是否成立，若成立，则判断r₃′对应的变压器Y侧绕组发生故障，跳开r₃′对应的变压器Y侧的断路器；其中，r_1set为r₁整定门槛值；r_2set为r₂′整定门槛值；r_3set为r₃′整定门槛值。

本发明首先测量变压器两组Y侧的三相绕组电压和三相绕组电流，测量变压器△侧的环流，分别计算变压器两组Y侧的零序电压和零序电流，分别将变压器两组Y侧的零序电压和零序电流按对应变比折算到变压器△侧，将变压器两组Y侧绕组参数按对应变比折算到变压器△侧，计算变压器三侧绕组的电压向量，计算变压器电流矩阵，然后计算变压器三侧绕组的电阻矩阵，利用计算得到的变压器三侧绕组电阻与整定门槛值构成变压器分侧绕组故障继电保护判据。

本发明方法利用变压器三侧绕组电阻特性实现三相三绕组变压器分侧绕组故障继电保护，动作性能不受变压器励磁电流、过渡电阻和负荷电流的影响，动作性能准确可靠，实现三相三绕组变压器分侧绕组故障跳开对应侧断路器，有效防止故障范围扩大。

本发明未述部分与现有技术相同。

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.基于绕组电阻特性的变压器绕组故障继电保护方法，其特征在于：包括如下依序步骤：

(1)保护装置测量变压器两组Y侧的三相绕组电压u_a2、u_b2、u_c2和u_a3、u_b3、u_c3，测量变压器两组Y侧的三相绕组电流i_a2、i_b2、i_c2和i_a3、i_b3、i_c3、测量变压器Δ侧的环流i_D；

(2)保护装置计算变压器两组Y侧的零序电压 和零序电流

(3)保护装置计算变压器三侧绕组的电压向量：

$\left[\begin{array}{c}(L_2^{\′}-m_{12}^{\′})\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}-u_{02}^{\′}-(m_{13}^{\′}-m_{23}^{\′})\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt}-(L_1-m_{12}^{\′})\frac{{\mathrm{di}}_D}{dt}\\ L_3^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt}-L_2^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}+u_{02}^{\′}-u_{03}^{\′}-m_{12}^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_D}{dt}+m_{13}^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_D}{dt}+m_{23}^{\′}(\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}-\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt})\\ L_3^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt}+m_{23}^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}-u_{03}^{\′}-m_{13}^{\′}(\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt}-\frac{{\mathrm{di}}_D}{dt})-m_{12}^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}\end{array}\right]$

其中，分别表示变压器两组Y侧的零序电压u₀₂、u₀₃按变比折算到Δ侧的零序电压；分别表示变压器两组Y侧的零序电流i₀₂、i₀₃按变比折算到Δ侧的零序电流；分别表示变压器两组Y侧绕组自漏磁通对应的漏电感L₂、L₃按变比的平方折算到Δ侧的漏电感；L₁为变压器Δ侧绕组自漏磁通对应的漏电感；n₁为变压器Δ侧绕组匝数；n₂、n₃为变压器两组Y侧绕组匝数；表示变压器Δ侧环流i_D的导数；表示i′₀₂的导数；表示i′₀₃的导数；表示变压器两组Y侧的互漏磁通对应的漏电感m₂₃按变比的平方折算到Δ侧的漏电感；表示变压器Δ侧与两组Y侧的互漏磁通对应的漏电感m₁₂、m₁₃按变比的平方折算到Δ侧的漏电感；

(4)保护装置计算变压器电流矩阵

(5)保护装置计算变压器三侧绕组的电阻矩阵

$\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2^{\′}\\ r_3^{\′}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{i}_D& -i_{02}^{\′}& 0\\ 0& i_{02}^{\′}& -i_{03}^{\′}\\ i_D& 0& -i_{03}^{\′}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}(L_2^{\′}-m_{12}^{\′})\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}-u_{02}^{\′}-(m_{13}^{\′}-m_{23}^{\′})\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt}-(L_1-m_{12}^{\′})\frac{{\mathrm{di}}_D}{dt}\\ L_3^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt}-L_2^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}+u_{02}^{\′}-u_{03}^{\′}-m_{12}^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_D}{dt}+m_{13}^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_D}{dt}+m_{23}^{\′}(\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}-\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt})\\ L_3^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt}+m_{23}^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}-u_{03}^{\′}-m_{13}^{\′}(\frac{{\mathrm{di}}_{03}^{\′}}{dt}-\frac{{\mathrm{di}}_D}{dt})-m_{12}^{\′}\frac{{\mathrm{di}}_{02}^{\′}}{dt}\end{array}\right]$

其中，r₁为变压器Δ侧的电阻；r′₂、r′₃分别表示变压器两组Y侧的电阻按变比折算到Δ侧的电阻；

(6)保护装置判断r₁＞r_1set是否成立，若成立，则判断变压器Δ侧绕组发生故障，跳开变压器Δ侧的断路器；保护装置判断r′₂＞r_2set是否成立，若成立，则判断r′₂对应的变压器Y侧绕组发生故障，跳开r′₂对应的变压器Y侧的断路器；保护装置判断r′₃＞r_3set是否成立，若成立，则判断r′₃对应的变压器Y侧绕组发生故障，跳开r′₃对应的变压器Y侧的断路器；其中，r_1set为r₁整定门槛值；r_2set为r′₂整定门槛值；r_3set为r′₃整定门槛值。