CN104078932B - 一种可控电抗器的控制绕组匝间保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分级可控型电抗器的控制绕组匝间保护方法。其工作方式是：综合采用可控型电抗器的电压、网侧绕组电流和控制绕组电流的电气量进行逻辑判断；控制绕组匝间保护方法由差动过流检测、零序过流检测、区外异常检测共同构成。本发明可填补分级可控型电抗器控制绕组匝间故障无专用保护的历史空白，简化保护定值整定原则，提高控制绕组匝间故障时的保护可靠性、灵敏性和速动性。

Description

一种可控电抗器的控制绕组匝间保护方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域电抗器保护的设计方法，具体而言涉及分级可控电抗器匝间故障的保护方法。
背景技术
与传统的容量固定的高压并联电抗器相比，分级可控电抗器的接线方式(如图1所示)、工作原理均有其特殊之处。
分级可控电抗器的控制绕组匝间短路是一种较为常见的内部故障，当短路匝数不多、而控制绕组轻载时，某相匝间短路引起的三相不对称电流可能很小。传统的分级可控电抗器保护装置并没有装设专门的控制绕组匝间保护，而仅靠控制绕组自产零序过流或外接零序过流提供保护，其保护接线如图1所示。
以控制绕组三相CT自产零序电流或控制绕组外接零序CT电流构成的零序过流保护，用于反应控制绕组匝间故障时，存在以下不足：
1、灵敏度低。为了防止区外非对称故障时保护误动作，要求控制绕组零序过流定值可靠躲过区外非对称故障引起的控制绕组零序电流。而控制绕组某相发生匝间故障时引起的零序电流本身就不大，如此，就会导致保护只反映控制绕组严重匝间故障，而一般的匝间故障(30％匝以下)则无法动作。这种情况，在控制绕组轻载时更为严重。
2、速动性差。为了防止线路非全相运行时控制绕组零序过流保护误动，要求该保护延时可靠躲过线路非全相运行时间。因此，控制绕组零序过流保护的延时一般在6秒以上。
3、定值整定复杂。由于传统的控制绕组零序过流保护选择性不足，进行定值整定时，必须充分考虑区外非对称故障、非全相运行以及线路单相故障后重合闸等工况的防误动需求，同时考虑区内控制绕组匝间保护的需要，在这两者之间进行协调折中。
综上，这种保护一方面灵敏度低、速动性差，另一方面定值整定复杂，增加了电抗器的运行风险。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种适用于可控电抗器的控制绕组匝间保护方法。该保护不受线路的投入和退出运行、系统非全相、区外故障(包括区外故障切除后的恢复过程，区外转换性故障)等工况的影响，在分级可控电抗器控制绕组发生匝间故障时快速切除故障。
为达到上述目的，本发明的技术方案是一种可控电抗器的控制绕组匝间保护方法，其特征在于：采集电气量，包括线路PT电压、电抗器网侧绕组首端CT电流、电抗器控制绕组CT电流；
根据所述所采集的电气量，进行差动过流检测、零序过流检测以及区外异常检测；
其中，差动过流检测具体指：采集电抗器网侧绕组首端CT电流和控制绕组电流，根据磁通平衡原理，分ABC三相，将电抗器网侧绕组电流和控制绕组电流按照矢量和相加、再提取其基波，从而得到差动电流工频基波幅值。当其任一相大于整定值时，所述差动过流检测条件满足；
零序过流检测具体指：采集控制绕组三相电流，对这三相电流按照矢量和相加、再提取其工频基波，计算出电抗器控制绕组自产零序电流工频基波幅值；当该值大于整定值时，零序过流检测条件满足；
区外异常检测具体指：当电抗器空投判据、线路零序有压判据和电抗器零序有流判据中任一个满足时，区外异常检测条件满足；
当所述差动过流检测、零序过流检测以及区外异常检测条件均满足时，所述控制绕组匝间保护方法动作条件成立。
上述方案中：所述电抗器空投判据具体指：采集电抗器网侧绕组首端CT电流，分ABC三相，任一相电流工频基波幅值大于有流定值则判断为有电流状态，反之则为无电流状态；当判断到电抗器由无电流状态转换到有电流状态时，该判据在一个设定时间段内满足；
所述线路零序有压判据具体指：采集线路PT三相电压，按照矢量和相加、再提取其工频基波的方法，得到电抗器自产零序电压工频基波幅值；当该值大于整定的零序有压定值时，判据满足；
所述电抗器零序有流判据具体指：采集电抗器网侧绕组首端CT三相电流，按照矢量和相加、再提取其工频基波的方法，得到侧绕组自产零序电流工频基波幅值；当该值大于零流有流定值时，判据满足。
上述方案中：所述当所述差动过流检测、零序过流检测以及区外异常检测条件均满足时，当检测到PT异常或退出、CT异常时，闭锁所述控制绕组匝间保护。
本发明的效果是：首次将差动过流检测、零序过流检测和区外异常检测方法有机组合，引入到可控电抗器控制绕组匝间保护中，既能提高匝间故障时的灵敏性和速动性，极大简化了保护定值整定工作，又能防止在各种外部短路故障以及任何非正常运行工况下的误动作。
附图说明
图1为传统的分级可控电抗器控制绕组零序过流保护配置原理图；
图2为分级可控电抗器控制绕组匝间保护的配置原理图；
图3为控制绕组匝间保护方法的动作逻辑图；
图4为区外异常检测的动作逻辑图。
具体实施方式
本发明的方案具体为，首先采集电气量，包括线路PT电压、电抗器网侧绕组首端CT电流、电抗器控制绕组CT电流，如图2所示。
根据所述所采集的电气量，进行差动过流检测、零序过流检测以及区外异常检测。
其中，差动过流检测具体指：采集电抗器网侧绕组首端CT电流和控制绕组电流，根据磁通平衡原理，分ABC三相，将电抗器网侧绕组电流和控制绕组电流按照矢量和相加、再提取其基波，从而得到差动电流工频基波幅值。当其任一相大于整定值时，所述差动过流检测条件满足；
零序过流检测具体指：采集控制绕组三相电流，对这三相电流按照矢量和相加、再提取其工频基波，计算出电抗器控制绕组自产零序电流工频基波幅值；当该值大于整定值时，零序过流检测条件满足；
区外异常检测具体指：当电抗器空投判据、线路零序有压判据和电抗器零序有流判据中任一个满足时，区外异常检测条件满足；
当所述差动过流检测、零序过流检测以及区外异常检测条件均满足时，所述控制绕组匝间保护方法动作条件成立。
为了便于了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图形式说明如下。
可控电抗器的控制绕组匝间保护方法，由差动过流检测、零序过流检测和区外异常检测方法按照逻辑相与构成，适用于系统正常工况和各种系统非全相、区外故障等异常工况。具体保护逻辑，如图3所示。
(1)差动过流检测，其动作判据如下，
其中，Id为差动电流流；I1，I2分别为网侧绕组和控制绕组电流。Iset为差动过流检测定值，由于和区外异常检测方法配合使用，可取0.1倍额定电流。
差动保护保护按ABC三相分别计算，任意相满足条件则开放。
(2)零序过流检测，其动作判据如下，
其中，3I0为电抗器控制绕组自产零序电流工频有效值；I0set为零序过流动作定值，按躲过正常工况满载时控制绕组CT最大不平衡电流整定，取0.06*In(In为控制绕组CT一次值或二次值)。
(3)区外异常检测。该方法对线路故障、线路故障后重合闸、线路投入和退出、可控电抗器投入时的电气特征进行检测，作为闭锁控制绕组匝间保护的判据，防止其在区外故障或系统扰动时误动。该方法由电抗器空投判据、线路零序有压判据和电抗器零序有流判据按照逻辑或的关系构成，当这三个判据中任一个满足则将控制绕组匝间保护闭锁。其动作逻辑如图4所示，具体判据如下：
(a)电抗器空投判据，具体算法为
Iold XOR InowAND Inow
其中，Iold为前一时刻的电流是否有流标志；Inow为当前时刻的电流是否有流标志。
采集电抗器网侧绕组首端CT电流，分ABC三相，任一相电流工频有效值大于有流定值则判断为有电流状态，反之则为无电流状态。有流定值取0.04*In(In为网侧绕组CT一次值或二次值)。
(b)线路零序有压判据，其做法为
其中，3U0为线路PT自产零序电压工频有效值；U0set为零序有压判据定值，按躲过正常工况时线路PT最大不平衡电压整定，取0.04*Un(Un为线路PT一次值或二次值)。
(c)电抗器零序有流判据，其具体算法为
其中，3I0为电抗器网侧绕组自产零序电流工频有效值；I0set为零序有流判据值，按躲过正常工况时网侧绕组首端CT最大不平衡电流整定，取0.06*In(In为网侧绕组首端CT一次值或二次值)。
(4)采用控制绕组匝间保护方法，进行定值整定时，涉及到保护定值有零序过流检测定值和保护延时这两项。前者按躲过正常工况满载时控制绕组CT最大不平衡电流整定，取0.06*In(In为控制绕组CT一次值或二次值)。保护延时一般取0.05秒。
由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：既能提高匝间故障时的灵敏性和速动性，极大简化了保护定值整定工作，又能防止在各种外部短路故障以及任何非正常运行工况下的误动作。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (3)

1.一种可控电抗器的控制绕组匝间保护方法，其特征在于：采集电气量，包括线路PT电压、电抗器网侧绕组首端CT电流、电抗器控制绕组CT电流；
根据所述所采集的电气量，进行差动过流检测、零序过流检测以及区外异常检测；
其中，差动过流检测具体指：采集电抗器网侧绕组首端CT电流和电抗器控制绕组CT电流，根据磁通平衡原理，分ABC三相，将电抗器网侧绕组首端CT电流和控制绕组CT电流按照矢量和相加、再提取其基波，从而得到差动电流工频基波幅值；当其任一相大于整定值时，所述差动过流检测条件满足；
零序过流检测具体指：采集电抗器控制绕组CT电流，对这三相电流按照矢量和相加、再提取其工频基波，计算出电抗器控制绕组自产零序电流工频基波幅值；当该值大于整定值时，零序过流检测条件满足；
区外异常检测具体指：当电抗器空投判据、线路零序有压判据和电抗器零序有流判据中任一个满足时，区外异常检测条件满足；
当所述差动过流检测、零序过流检测以及区外异常检测条件均满足时，所述控制绕组匝间保护方法动作条件成立。
2.如权利要求1所述的一种可控电抗器的控制绕组匝间保护方法，其特征在于：
所述电抗器空投判据具体指：采集电抗器网侧绕组首端CT电流，分ABC三相，任一相电流工频基波幅值大于相有流定值则判断为有电流状态，反之则为无电流状态；当判断到电抗器由无电流状态转换到有电流状态时，该判据在一个设定时间段内满足；
所述线路零序有压判据具体指：采集线路PT三相电压，按照矢量和相加、再提取其工频基波的方法，得到电抗器自产零序电压工频基波幅值；当该值大于整定的零序有压定值时，判据满足；
所述电抗器零序有流判据具体指：采集电抗器网侧绕组首端CT电流，按照矢量和相加、再提取其工频基波的方法，得到侧绕组自产零序电流工频基波幅值；当该值大于零序有流定值时，判据满足。
3.如权利要求1所述的一种可控电抗器的控制绕组匝间保护方法，其特征在于：
所述当所述差动过流检测、零序过流检测以及区外异常检测条件均满足时，当检测到PT异常或退出、CT异常时，闭锁所述控制绕组匝间保护。
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