CN104300497B - 一种高压直流输电换流变压器大差保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压直流输电换流变压器大差保护方法，在换流变压器阀侧区内发生单相接地故障时，可以提高换流变压器大差保护灵敏度，选取Yn/Y换流变压器阀侧首、末端电流之和的一半、Yn/D换流变压器阀侧首、末端电流之和的一半、换流变压器引线边开关电流、换流变压器引线中开关电流作差动电流。本发明实现方法简单、可靠，实现门槛较低，可以在原有的保护装置平台上实现，具有极高的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压直流输电换流变压器大差保护方法，属于高压直流输电系统技术领域。
背景技术
换流变压器是高压直流输电系统中的关键设备之一，目前国内高压直流输电工程理想配置是采用12脉动换流器，配置6台单相双绕组换流变压器，分别组成Yn/Y和Yn/D两个单相变压器组，网侧绕组接线方式均为星型接线，中性点直接接地，出线并联接入交流电网，阀侧绕组分别为Y型接线和D型接线，如附图1中的传统算法所示。
目前，高压直流输电换流变压器大差差动保护差动电流采用3/2接线交流场中换流变引线相关串的边开关电流、中开关电流、Yn/Y换流变阀侧首端电流和Yn/D换流变阀侧首端电流，计算四侧差动，以A相差动保护为例，计算公式如下：
式1
式2
式中：IopA为大差A相差动电流；
IresA为大差A相制动电流；
为边开关A相电流；
为中开关A相电流；
为Yn/Y换流变阀侧首端A相电流；
为Yn/D换流变阀侧首端A相电流；；
在实际的高压直流输电系统中，换流变压器阀侧绕组中性点均不接地，在直流系统未解锁时(指控制系统的触发脉冲未作用于换流阀，阀组没有导通)，换流变压器为阀侧不接地运行方式，此时换流变阀侧区内发生单相接地故障时，并无故障电流；在直流系统运行过程中，换流变压器阀侧三相通过换流阀的交替导通与大地连通，此时如果换流变阀侧区内发生单相接地故障，将出现故障电流，但故障电流随着换流阀的交替导通而不断变化，采用公式1计算方法的大差保护在某些范围发生单相接地故障时灵敏度不够，容易导致大差保护拒动。例如：在换流变压器阀侧距中性点1％处发生单相接地故障时，差动电流几乎为零。
目前，大差保护通常采用差动电流中的二次谐波含量来识别励磁涌流，判别方程如下：
Iop.2>K2*Iop.1 式3
式中：Iop.2为大差差流中的二次谐波，Iop.1为大差差流中的基波，K2为二次谐波系数。满足条件后，采用“或”闭锁方式(即任一相满足时闭锁)。
大差保护的励磁涌流为星星换流变压器、星角换流变压器系统侧的励磁涌流之和，若两换流变压器因剩磁不同，产生的励磁涌流相差很大，导致合成的励磁涌流对称性较好，则大差保护中差动电流最大相的二次谐波闭锁作用失效，容易引起大差保护误动。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压直流输电换流变压器大差保护方法，用以解决在换流变压器阀侧区内发生单相接地故障时，换流变压器大差保护灵敏度不高的问题。
为实现上述目的，本发明的方案为一种高压直流输电换流变压器大差保护方法，在换流变压器阀侧区内发生单相接地故障时，大差保护方法采用以下方法计算差动电流：选取Yn/Y换流变压器阀侧首、末端电流之和的一半、Yn/D换流变压器阀侧首、末端电流之和的一半、换流变压器引线边开关电流、换流变压器引线中开关电流作差动电流。
本发明计算出的差动电流用于励磁涌流识别，励磁涌流识别用于判断大差保护动作。
励磁涌流识别方法采用本发明计算出的差动电流、Yn/Y换流变压器差动保护差动电流和Yn/D换流变压器差动保护差动电流中的二次谐波含量进行大差保护，包括：
1).任一相中，当大差保护的二次谐波含量大于大差保护的二次谐波系数时，闭锁差动保护；
2).任一相中，当大差保护的二次谐波含量小于或等于大差保护的二次谐波系数时，若Yn/Y换流变压器差动电流中的二次谐波大于Yn/Y换流变压器的二次谐波系数时，且Yn/D换流变压器差动电流中的二次谐波大于Yn/D换流变压器的二次谐波系数时，闭锁差动保护；
3).若1)和2)中的差动保护均不闭锁，大差保护动作。
本发明的有益效果是，本发明在换流变压器阀侧区内发生单相接地故障时，较大地提高换流变压器大差保护灵敏度。
附图说明
图1是大差保护TA安装位置示意图；
图2是星星换流变压器励磁涌流分析图；
图3是星角换流变压器励磁涌流分析图；
图4是星星换流变压器和星角换流变压器合成后的励磁涌流分析图；
图5是合成电流基波二次谐波含量图；
图6是大差保护逻辑框图；
图7是Y桥阀侧A相5％绕组接地故障改进前后大差差流对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为大差保护TA安装位置示意图，其中本发明是改进算法的接线，本发明选取Yn/Y换流变压器阀侧首、末端电流之和的一半、Yn/D换流变压器阀侧首、末端电流之和的一半、换流变压器引线的边开关电流、中开关电流作差动电流，以指向换流变压器为正方向。
以A相差动保护为例，计算公式如下：
式3
式4
式中：IopA为大差A相差动电流；
IresA为大差A相制动电流；
为边开关A相电流；
为中开关A相电流；
为Yn/Y换流变A相绕组首端电流；
为Yn/D换流变阀侧A相绕组尾端电流；
为Yn/Y换流变阀侧A相绕组首端电流；
为Yn/Y换流变阀侧A相绕组尾端电流。
差动电流的计算用于励磁涌流识别来判断大差保护动作，大差保护采用大差保护差动电流、Yn/Y换流变压器差动保护差动电流和Yn/D换流变压器差动保护差动电流中的二次谐波含量进行综合判别，来识别励磁涌流，判别方程如下：
(1)当大差保护的二次谐波含量大于大差保护的二次谐波系数时
Iop.2>K2*Iop.1 式5
式中：Iop.2为大差差流中的二次谐波，Iop.1为大差差流中的基波，K2为大差二次谐波系数。满足条件后，采用“或”闭锁方式，任一相满足以上判别条件时闭锁大差保护。
(2)当大差保护的二次谐波含量小于等于大差保护的二次谐波系数时，对Yn/Y和Yn/D换流变差动电流中的二次谐波含量进行判别：
Iop.2(Y/Y)>K2(Y/Y)*Iop.1(Y/Y) 式6
或Iop.2(Y/D)>K2(Y/D)*Iop.1(Y/D) 式7
式中：Iop.2(Yn/Y)为Yn/Y换流变差动电流中的二次谐波；
Iop.1(Yn/Y)为Yn/Y换流变差动电流中的基波；
K2(Yn/Y)为Yn/Y换流变涌流识别二次谐波系数；
Iop.2(Yn/D)为Yn/D换流变差动电流中的二次谐波；
Iop.1(Yn/D)为Yn/D换流变差动电流中的基波；
K2(Yn/D)为Yn/D换流变涌流识别二次谐波系数。
任一相满足以上两个判别条件，即闭锁大差保护，有效防止换流变压器空载合闸时大差保护的误动。
图2为Yn/Y换流变压器励磁涌流，图3为Yn/D换流变压器励磁涌流，图4为Yn/Y换流变压器和Yn/D换流变压器合成后的励磁涌流，图5为合成电流基波二次谐波含量。由图2至图5可以看出，虽然合成电流二次谐波含量不大，但Yn/D换流变压器、Yn/Y换流变压器的二次谐波含量都比较明显；因此，在这种情况下，采用Yn/D换流变压器、Yn/Y换流变压器的二次谐波闭锁大差保护是可行的方案。
图6为本实施方式判断大差保护的逻辑框图，步骤如下：
1)判断大差保护软、硬压板、控制字是否投入，若投入，进行2)；
2)判断大差差动启动元件是否动作，若动作，进行3)；
3)大差差动元件是否动作，若动作，进行4)；
4)当大差保护的二次谐波含量大于大差保护的二次谐波系数时，闭锁差动保护；
5)当大差保护的二次谐波含量小于大差保护的二次谐波系数时，进行6)；
6)若Yn/Y变比差差动电流中的二次谐波大于Yn/Y变比差的二次谐波系数时，且Yn/D变比差差动电流中的二次谐波大于Yn/D变比差的二次谐波系数时，闭锁差动保护，否则，进行7)；
7)TA异常闭锁差动是否投入，若投入，进行8)；
8)进行TA异常检测，若满足TA异常判据，发出TA异常信号，并闭锁差动保护；否则，进行9)；
9)大差保护出口跳闸。
通过步骤1)-9)，即可实现高压换流变压器大差保护。
图7为Y桥阀侧A相5％绕组接地故障改进前后大差差流对比，如表一所示：
表一
| 名称 | 基波幅值 | 基波相位 |
| 大差A相差流(传统算法) | 0.053A | -64.209° |
| 大差A相差流(本发明算法) | 0.301A | 140.578° |
由图7可知，采用本发明计算差动电流的方法后，大差保护的灵敏度有了很大的提高。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种高压直流输电换流变压器大差保护方法，在换流变压器阀侧区内发生单相接地故障时，其特征在于，所述大差保护方法采用以下方法计算差动电流：选取Yn/Y换流变压器阀侧首、末端电流之和的一半、Yn/D换流变压器阀侧首、末端电流之和的一半、换流变压器引线边开关电流及换流变压器引线中开关电流作和作差动电流；
计算出的差动电流用于励磁涌流识别，所述励磁涌流识别用于判断大差保护动作；
所述励磁涌流识别方法采用所述计算出的差动电流、Yn/Y换流变压器差动保护差动电流和Yn/D换流变压器差动保护差动电流中的二次谐波含量进行大差保护，包括：
1).任一相中，当大差保护的二次谐波含量大于大差保护的二次谐波系数时，闭锁差动保护；
2).任一相中，当大差保护的二次谐波含量小于或等于大差保护的二次谐波系数时，若Yn/Y换流变压器差动电流中的二次谐波大于Yn/Y换流变压器的二次谐波系数时，且Yn/D换流变压器差动电流中的二次谐波大于Yn/D换流变压器的二次谐波系数时，闭锁差动保护；
3).若1)和2)中的差动保护均不闭锁，大差保护动作。
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