CN104062543B - 大型变压器零差保护极性验证方法及零差保护校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型变压器零差保护极性验证方法及零差保护校验方法，包括:S1、记录区外故障对应的扰动波形；S2、获取扰动波形对应的变压器高压侧中性点零序电流与高压侧合成零序电流的相位差；S3、模拟区外故障，如果高压侧合成零序电流与变压器高压侧中性点零序电流的相位差与S2中的相位差相同、且零差保护不动作，则进入步骤S4，否则，零差保护极性配置错误；S4、模拟区内故障，如果高压侧合成零序电流与变压器高压侧中性点零序电流的相位差与S2中的相位差相差180°、且零差保护动作，则零差保护极性配置正确，否则，零差保护极性配置错误。解决了电力行业的不具备零起升压条件的大型变压器的零差保护极性验证缺乏有效验证手段的缺陷。

Description

大型变压器零差保护极性验证方法及零差保护校验方法

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种针对核电站和变电站的不具备零起升压条件的大型变压器的大型变压器零差保护极性验证方法及零差保护校验方法。

背景技术

TA(电流互感器)是将大电流转换为小电流的装置，具有固定的变比，二次侧额定电流为1A或5A。

零差保护，即变压器零序差动保护，主要反应变压器高压侧接地故障，发生区内故障，零差保护应该正确动作，发生区外故障，零差保护可靠制动。差动保护，即变压器单相差动保护，主要反应相间故障，通过比较变压器高、低压侧对应相TA电流的相位和大小来判断故障发生在区内还是区外，如果故障发生在区内，则保护动作跳闸，如果发生在区外则保护可靠制动。

大型变压器都配置零差保护，零差保护主要保护变压器高压侧绕组，对主变高压侧接地故障特别灵敏，差动保护和瓦斯保护不能替代零差保护。大型变压器零差保护在投入运行之前必须进行校验，校验分两个阶段：

第一阶段：保护装置的校验，即在变压器保护柜端子上加入电流，验证零差保护装置的极性要求和零差保护的制动特性曲线。

第二阶段：验证零差保护的极性。具有零起升压条件的大型变压器可以通过高压侧单相人为接地来验证极性。

第一阶段的校验只验证了零差保护装置的功能，无法验证零差保护TA极性是否正确。第二阶段校验只适用于具备零起升压条件的大型变压器，如火电厂与发电机直接相连的变压器，而核电站和变电站的大型变压器一般不具备零起升压条件，因此无法进行第二阶段的极性验证。

零差保护不同于差动保护可以通过负荷电流来验证TA极性，变压器正常运行时高压侧合成零序电流和高压侧中性点零序电流几乎为0，因此负荷电流无法验证零差保护TA极性。由于变电站的大型变压器无法通过负荷电流验证其极性是否正确，各个电网都发生过零差保护区外故障误动案例，因此尽管变压器零差保护非常灵敏，现在电网为了系统安全运行在验证极性正确前还是不允许投入运行。

由于核电站和变电站的大型变压器不具备零起升压条件，无法通过单相人为接地后再零起升压的方法验证零差保护TA极性，因此必须寻找一种新的方法来验证零差极性，否则在验证极性正确前直接投入零差保护有区外故障误动的风险，退出零差保护区内故障零差保护拒动又有损坏变压器的风险。变电站某个变压器停运后它的负荷可以通过其它并列运行的变压器分配，不会影响变电站的运行。核电变压器倒送电后提供机组冷试、热试电源。如果因为变压器零差保护误动或拒动导致变压器停运，那么将严重影响核电机组的调试进度，甚至影响机组的核安全。

所以对于核电站和变电站的不具备零起升压条件的大型变压器，必须找出一种新方法来验证大型变压器零差保护的极性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述对于核电站和变电站的不具备零起升压条件的大型变压器的零差保护极性缺乏有效的验证手段的缺陷，提供一种大型变压器零差保护极性验证方法及零差保护校验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大型变压器零差保护极性验证方法，其中，包括以下步骤：

S1、微机保护装置记录区外故障对应的扰动波形；

S2、获取所述扰动波形对应的变压器高压侧中性点零序电流与高压侧合成零序电流的相位差；

S3、模拟区外故障，如果获得的高压侧合成零序电流与输入的变压器高压侧中性点零序电流的相位差与步骤S2中的相位差相同、且零差保护不动作，则进入步骤S4，否则，判定零差保护极性配置错误；

S4、模拟区内故障，如果获得的高压侧合成零序电流与输入的变压器高压侧中性点零序电流的相位差与步骤S2中的相位差相差180°、且零差保护动作，则判定零差保护极性配置正确，否则，判定零差保护极性配置错误。

本发明所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其中，

所述模拟区外故障包括：在微机保护装置的IA-M2端输入主变高压侧电流，在微机保护装置的I-X4端输入与所述主变高压侧电流相位相反的变压器高压侧中性点零序电流。

本发明所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其中，

所述模拟区内故障包括：在微机保护装置的IA-M2端输入主变高压侧电流，在微机保护装置的I-X4端输入与所述主变高压侧电流相位相同的变压器高压侧中性点零序电流。

本发明所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其中，所述步骤S1包括：

S11、微机保护装置记录某次扰动对应的扰动波形；

S12、判断步骤S11中微机保护装置记录的扰动波形对应的差动保护的差动电流是否为0，如果是，则判定步骤S11中的扰动发生在差动保护区外，所述扰动属于区外故障，进入步骤S2；否则，转步骤S11。

本发明所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其中，所述步骤S1之前还包括：

S01、通过正常加载负荷电流验证差动保护的极性是否配置正确，如果不正确，则重新配置差动保护的极性，再次通过正常负荷电流验证差动保护极性并将极性配置正确的差动保护投入运行。

本发明所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其中，在所述步骤S1之前还包括：退出微机保护装置的零差保护功能压板，将微机保护装置内的零差保护功能选项选择“enabled”。

本发明还公开了一种大型变压器零差保护校验方法，包括微机保护装置的校验和零差保护极性验证，其中，所述零差保护极性验证采用如上述的大型变压器零差保护校验方法。

实施本发明的大型变压器零差保护极性验证方法及零差保护校验方法，具有以下有益效果：本发明的验证方法首先记录区外故障对应的扰动波形，再通过模拟区外故障，记录到波形与真实的区外故障波形相同且零差保护不动作，模拟区内故障时，记录到波形与真实的区外故障波形相反且零差保护动作，可以确定极性配置正确。这种方法利用了电网运行时经常会发生的扰动的特点,根据扰动通过模拟故障观察保护动作情况，即可判断极性配置是否正确，操作简单有效，特别是解决了核电站和大型变电站的不具备零起升压条件的大型变压器的零差保护极性验证缺乏有效验证手段的缺陷。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明大型变压器的零差保护和差动保护的原理图；

图2是本发明大型变压器零差保护极性验证方法的流程图；

图3是本发明大型变压器零差保护极性验证方法的实施例一中步骤S2对应的波形图；

图4是本发明大型变压器零差保护极性验证方法的实施例一中步骤S3对应的波形图；

图5是本发明大型变压器零差保护极性验证方法的实施例一中步骤S4对应的波形图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1是本发明核电变压器的零差保护和差动保护的原理图；

图中，黑色加粗的线条部分为零差保护的范围，由于主变高压侧CT是变压器差动保护和变压器零差保护的共用CT，零差保护的范围在差动保护的范围之内。因此，如果能够确定某个扰动发生在差动保护的范围之外，则可以确定扰动也发生在零差保护范围区外，对于零差保护来说，该扰动属于区外故障。

图2是本发明核电变压器零差保护极性验证方法的流程图。

本发明的核电变压器零差保护极性验证方法，用于电力行业的不具备零起升压条件的大型变压器。

电网正常运行时经常发生瞬间扰动现象，这种扰动有可能由区外故障引起也有可能由雷暴、台风等自然因素引起，这些扰动持续时间很短，有的仅持续几个周波系统就恢复正常运行。现代大型变压器保护都借助于微机保护装置，微机保护装置对系统上的任何扰动都能可靠启动录波，通过保护动作情况可以确定扰动发生在区外还是区内，进一步分析扰动波形可以判断扰动类型。

在大型变压器零差保护极性验证前，一般不投入零差保护功能压板，但微机保护装置内部零差保护功能可以投入，即将微机保护装置内的零差保护功能选项选择“enabled”，这样变压器高压侧或系统内发生接地故障，零差保护有可能动作但不会出口跳闸，根据故障类型和零差保护动作情况可以确定零差保护TA极性是否正确。之后，执行如下步骤：

S1、微机保护装置记录区外故障对应的扰动波形；

为了保证记录到的波形是区外故障对应的扰动波形，此处利用差动保护的数据进行分析判断，具体包括：

S11、利用在微机保护装置记录某次扰动对应的扰动波形；

S12、判断步骤S11中微机保护装置记录的扰动波形对应的差动电流是否为0，如果是，则判定步骤S11中的扰动发生在差动保护区外，所述扰动属于区外故障，进入步骤S2；否则，转步骤S11。

其中，步骤S11记录的扰动波形，在微机保护装置软件界面可以看到记录的差动电流IDiff(包括IDiff-L1/L2/L3)，例如，某次实验时，记录显示差动电流IDiff＝0，制动电流IRest＝0.0369Pu-0.129Pu，可以确定扰动发生在差动保护的保护区外，如果扰动发生在区内，则差动电流(IDiff-L1/L2/L3)不可能为0。由于主变高压侧CT是变压器差动保护和变压器零差保护的共用CT，因此可以确定扰动也发生在零差保护范围区外，对于零差保护来说，该扰动属于区外故障。

因此，在获取区外故障对应的扰动波形之前必须先保证差动保护的极性验证正确，所以在步骤S1之前必须包括：

S01、通过加载负荷电流验证差动保护的极性是否配置正确，如果不正确，则重新配置差动保护的极性，再次通过负荷电流验证差动保护极性，并将极性验证正确的差动保护投入运行，关于差动保护的极性验证的具体方法为本领域公知常识，此处不做赘述。

S2、获取所述扰动波形对应的变压器高压侧中性点零序电流与高压侧合成零序电流的相位差；

微机保护装置软件的零序功能界面显示记录到的扰动波形，可以看出电流相位的变化，有以下功能选项：

REF-pick up：零差保护启动，REF-trip：零差保护跳闸

O/C Earth PU：零序过流保护启动

M1：500kV中断路器电流，

M2：500kV边断路器电流，

i-X4：变压器高压侧中性点零序电流

例如，在上述步骤S1中记录到某次雷暴造成某电网系统扰动，尽管扰动只持续2～3个周波，没有引起保护跳闸但微机保护装置录下了整个扰动波形。步骤S2分析高压侧电流波形和高压侧中性点零序电流波形。雷暴导致系统发生B相瞬间接地，第一次扰动持续2个周波，主变高压侧中性点零序电流最大有效值2220A，远大于零差保护启动值259.2A(0.2Pu)。参考图3，此时，主变高压侧中性点零序电流(i-X4)电流方向与高压侧电流M1(iL1、iL2、iL3，iL2与iL3相位相同，图中未示意)和M2(iL1、iL2、iL3，iL2与iL3相位相同，图中未示意)的相位差为180°，方向相反；主变高压侧中性点零序电流(i-X4)方向与高压侧合成零序电流(3i0-M1和3i0-M2)的相位差为0，方向相同。

S3、在变压器停运期间，模拟区外故障，如果获得的高压侧合成零序电流与输入的变压器高压侧中性点零序电流的相位差与步骤S2中的相位差相同、且零差保护不动作，则进入步骤S4，否则，判定零差保护极性配置错误。

微机保护装置由于不投入零差保护功能压板，因此零差保护有可能动作但不会出口跳闸，因此可观察其保护动作是否正确，而不会影响整个系统的运行。其中，零差保护动作的情况可直接从微机保护装置软件界面获知，上述提到微机保护装置软件的零序功能界面，REF-pick up表示零差保护启动，REF-trip表示零差保护跳闸。因此，通过观察零序功能界面REF-pick up是否被标志，即可获知零差保护是否启动。

所述模拟区外故障具体包括：在微机保护装置的IA-M2端输入2A的主变高压侧电流(一次为8000A，CT变比为4000/1)，在微机保护装置的I-X4端输入与所述主变高压侧电流相位相反的2A的变压器高压侧中性点零序电流(一次为1200A，CT变比为600/1)，参考图4中的第一个波形和第三个波形。

由于上述步骤S2的例子中雷击扰动波形对应的主变高压侧中性点零序电流(i-X4)方向与高压侧合成零序电流(3i0-M1和3i0-M2)方向相同，因此如果极性配置正确，则主变高压侧中性点零序电流(i-X4)方向与高压侧零序电流(3i0-M2)方向与记录到雷击扰动波形时的情况相同，例如图4所示，模拟输出得到的高压侧合成零序电流(3i0-M2)在同一时刻与主变高压侧中性点零序电流(i-X4)的相位相同，相位差为0。且如果极性配置正确，零差保护的动作记录应为：零差保护启动(REF-pick up被标志)且零差保护不动作(87G-trip未被标志)。另外，本次模拟区外故障还可以查看到差动保护动作跳闸。

S4、在变压器停运期间，模拟区内故障，如果获得的高压侧合成零序电流与输入的变压器高压侧中性点零序电流的相位差与步骤S2中的相位差相差180°、且零差保护动作，则判定零差保护极性配置正确，否则，判定零差保护极性配置错误。

所述模拟区内故障包括：在微机保护装置的IA-M2端输入2A的主变高压侧电流，在微机保护装置的I-X4端输入与所述主变高压侧电流相位相同的2A的变压器高压侧中性点零序电流，参考图5中的第一个波形和第三个波形。

由于上述步骤S2的例子中雷击扰动波形对应的主变高压侧中性点零序电流(i-X4)方向与高压侧合成零序电流(3i0-M1和3i0-M2)方向相同，因此如果极性配置正确，则主变高压侧中性点零序电流(i-X4)方向与高压侧零序电流(3i0-M2)方向与记录到雷击扰动波形时的情况相反，例如图5所示，模拟输出得到的高压侧合成零序电流(3i0-M2)在同一时刻与主变高压侧中性点零序电流(i-X4)的相位相反，相位差为180°。且如果极性配置正确，零差保护的动作记录应为：零差保护启动(REF-pick up被标志)且零差保护动作(87G-trip被标志)。另外，本次模拟区外故障还可以查看到差动保护动作跳闸。

本发明还公开了一种核电变压器零差保护校验方法，包括先后执行微机保护装置的校验和零差保护极性验证，其中，所述零差保护极性验证采用如上所述的核电变压器零差保护校验方法。

综上所述，本发明的验证方法首先记录区外故障对应的扰动波形，再通过模拟区外故障，记录到波形与真实的区外故障波形相同且零差保护不动作，模拟区内故障时，记录到波形与真实的区外故障波形相反且零差保护动作，可以确定极性配置正确。这种方法利用了电网运行时经常会发生的扰动的特点,根据扰动通过模拟故障观察保护动作情况，即可判断极性配置是否正确，操作简单有效，特别是解决了核电站和大型变电站的不具备零起升压条件的大型变压器的零差保护极性验证缺乏有效验证手段的缺陷。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种大型变压器零差保护极性验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、微机保护装置记录区外故障对应的扰动波形；

S2、获取所述扰动波形对应的变压器高压侧中性点零序电流与高压侧合成零序电流的相位差；

S3、模拟区外故障，如果获得的高压侧合成零序电流与输入的变压器高压侧中性点零序电流的相位差与步骤S2中的相位差相同、且零差保护不动作，则进入步骤S4，否则，判定零差保护极性配置错误；

S4、模拟区内故障，如果获得的高压侧合成零序电流与输入的变压器高压侧中性点零序电流的相位差与步骤S2中的相位差相差180°、且零差保护动作，则判定零差保护极性配置正确，否则，判定零差保护极性配置错误。

2.根据权利要求1所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其特征在于，

所述模拟区外故障包括：在微机保护装置的IA-M2端输入主变高压侧电流，在微机保护装置的I-X4端输入与所述主变高压侧电流相位相反的变压器高压侧中性点零序电流。

3.根据权利要求1所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其特征在于，

所述模拟区内故障包括：在微机保护装置的IA-M2端输入主变高压侧电流，在微机保护装置的I-X4端输入与所述主变高压侧电流相位相同的变压器高压侧中性点零序电流。

4.根据权利要求1所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、微机保护装置记录某次扰动对应的扰动波形；

S12、判断步骤S11中微机保护装置记录的扰动波形对应的差动保护的差动电流是否为0，如果是，则判定步骤S11中的扰动发生在差动保护区外，所述扰动属于区外故障，进入步骤S2；否则，转步骤S11。

5.根据权利要求4所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：

S01、通过正常加载负荷电流验证差动保护的极性是否配置正确，如果不正确，则重新配置差动保护的极性，再次通过正常负荷电流验证差动保护极性并将极性配置正确的差动保护投入运行。

6.根据权利要求1所述的大型变压器零差保护极性验证方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括：退出微机保护装置的零差保护功能压板，将微机保护装置内的零差保护功能选项选择“enabled”。

7.一种大型变压器零差保护校验方法，包括微机保护装置的校验和零差保护极性验证，其特征在于，所述零差保护极性验证采用如权利要求1-6任一项所述的大型变压器零差保护校验方法。