CN104348135B

CN104348135B - 一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法

Info

Publication number: CN104348135B
Application number: CN201310321408.4A
Authority: CN
Inventors: 周启文; 孙健; 文继锋; 杨帆
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN104348135A

Abstract

本发明公开一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，在每相二次绕组配置电流互感器，在每相的各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路和连接阀组的并联支路分别配置电流互感器，计算不同容量下流过各级辅助电抗器的理论电流值，根据理论电流值设定不同容量等级下各级辅助电抗器的故障电流定值；判断此时高压可控并联电抗器工作的容量等级；通过电流互感器采集到的电流计算流过各级辅助电抗器的实时电流，并求取有效值；将同级辅助电抗器前述有效值和当前容量下的故障定值进行对比，若有效值高于故障定值并持续预定时间，保护出口。此方法覆盖的短路故障范围广，在各个容量等级下均可以对故障进行判别且定值容易整定，动作可靠性极高。

Description

一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法

技术领域

本发明涉及一种超、特高压交流输电领域电力电子设备的保护技术，具体涉及一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法。

背景技术

高压可控并联电抗器在国内作为一项崭新的技术，由于其控制灵活、造价低、可靠性高，不仅可调节系统无功功率，还可抑制工频过电压和潜供电流，提高系统稳定性，在超高压和特高压电网中具有广泛的应用前景，可以有效解决超、特高压输电线路无功补偿和电压控制的问题，是实现超、特高压输电通道高效经济运行的重要工具。

高阻抗变压器型分级高压可控并联电抗器是高压可控并联电抗器的一种，具有控制方式简单、调节响应速度快、谐波污染少、运行安全稳定等诸多优点。分级高压可控并联电抗器一、二次侧三相均联结成“Y”型，二次侧中性点直接接地。

高压可控并联电抗器控制部分短路电流和额定电流差别很小，控制部分短路故障时无法通过短路时二次绕组的电流来区分是否发生故障。如图1，高压可控并联电抗器100%容量运行时，旁路断路器K1、K2、K3均在合位，二次绕组基本工作在短路状态，其电流和短路电流差别很小。因此，有必要通过合理的电流互感器配置方法和短路判别方法来实现对控制部分短路故障的保护。

屠黎明、苏毅、于坤山等人的“微机可控高压并联电抗器保护的研制”（电力系统自动化，2007,31（24），94～98）提及通过增加可控高压并联电抗器二次侧自产零流保护和二次侧外接零流保护来侧重反应二次侧的相间故障、电抗器匝间短路及电抗器和阀组的接地故障。此保护取二次绕组三相电流求出自产零序电流作为二次绕组和负载电抗器的匝间、接地及相间短路故障的保护；取中性点电流互感器的电流作为单相接地故障的保护。以上两个保护动作灵敏度高，但均需躲开正常运行及外部单相接地故障时的最大不平衡电流，而不平衡电流确定困难，且对于三相短路故障，既无自产零序电流也无外接零序电流，此保护无法判别。以上弊端决定了此保护不利于工程应用。

专利CN101630832A“判别高压可控并联电抗器单相接地故障的方法”通过在高压可控并联电抗器每相二次侧接地点左右两边分别设置电流互感器，取相电流构成三相式比率制动的分侧差动保护，作为高压可控并联电抗器二次绕组及空心电抗器单相接地故障的主保护。此保护克服了传统保护中零序过流整定困难的缺点，反应灵敏，但仅对接地故障有效，无法反映控制部分的非接地故障。

针对前述现有技术的不足，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，通过此方法判断控制部分短路故障，覆盖的短路故障范围广，在各个容量等级下均可以对故障进行判别且定值容易整定，动作可靠性极高。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，所述的高压可控并联电抗器包括高阻抗变压器和控制部分，所述高阻抗变压器包括一次绕组和二次绕组两部分，控制部分和二次绕组相接；所述控制部分每相包括至少两级控制支路，每一级控制支路均包括辅助电抗器、取能电抗器、阀组和旁路断路器，所有辅助电抗器同向顺序串联形成电抗器串，所述电抗器串的两端与二次绕组首尾对应连接，且尾端作为中性点；每一级控制支路中的旁路断路器与取能电抗器相互串联后再与同一级中的阀组并联，并联后的一端连接与其同级控制支路中辅助电抗器的输入端，并联后的另一端连接中性点；所述方法包括如下步骤：

（a1）在每相二次绕组配置电流互感器，在每相中的各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路和连接阀组的并联支路分别配置电流互感器，设一共有n级控制支路，控制支路中共配置2n+1个电流互感器，n为大于等于2的自然数；

（a2）通过电流互感器采集到的电流计算流过第m级控制支路中辅助电抗器的实时电流I_{Lm_rt}：并求取有效值I_{Lm_rms}，将I_{Lm_rms}和第m级控制支路中辅助电抗器的故障电流定值做比较，若前者大于后者，且持续预定时间，保护出口；其中，为流过二次绕组的电流，分别为流过第1、2、…、m级控制支路中旁路断路器的电流，分别为流过第1、2、…、m级控制支路中阀组的电流，m=1,2，…，n。

上述步骤（a1）中，二次绕组的电流互感器配置在二次绕组的首端或尾端。

上述步骤（a1）中，各级控制支路中旁路断路器和阀组的电流互感器配置在邻近中性点的位置。

上述步骤（a2）中，第m级控制支路中辅助电抗器的故障电流定值的设定方法是：计算不同容量下流过第m级控制支路中辅助电抗器的理论电流值I_{Lm_th}，将该理论电流值乘以系数k后的值设定为故障电流定值I_{Lm_SET}，k的取值范围是1.3-1.5，一般按大于高抗安装处的工频过电压水平选择，m=1,2，…，n。

（b1）在每相二次绕组配置电流互感器，在每相中的各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路和连接阀组的并联支路分别配置电流互感器，在每相中电抗器串尾端的辅助电抗器配置电流互感器，设一共有n级控制支路，控制支路中共配置2n+2个电流互感器；

（b2）从各个电流互感器分别采集相电流，构成反映相电流的三相式差动保护，计算差动保护电流I_CD：并求取其有效值I_{CD_rms}，若I_{CD_rms}>I_{CD_SET}，差动保护动作，其中，I_{CD_SET}为保护定值，为流过二次绕组的电流，分别为流过第1、2、…、n级控制支路中旁路断路器的电流，分别为流过第1、2、…、n级控制支路中阀组的电流，为流过电抗器串尾端的辅助电抗器的电流。

上述步骤（b1）中，二次绕组的电流互感器配置在二次绕组的首端或尾端。

上述步骤（b1）中，各级控制支路中的旁路断路器和阀组，以及位于电抗器串尾端的辅助电抗器的电流互感器配置在邻近中性点的位置。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明覆盖的短路故障范围广，包括控制部分单相短路接地、两相短路、两相短路接地和三相短路故障；

（2）判据灵敏可靠，在各个容量等级下均可以对故障进行判别；本发明不仅能在低容量运行时，对高容量等级控制支路短路故障进行判断，而且能在高容量运行时，对低容量等级控制支路短路故障进行判断，防止故障进一步扩大；

（3）定值容易整定，动作可靠性高；本发明提供的第一种方法，在发生控制部分短路故障时，I_{Ln_rh}和I_{Ln_rms}差值较大，定值容易确定，动作稳定可靠；第二种方法是差动保护，定值易整定，动作稳定性高；

（4）电流互感器配置方案简单。

附图说明

图1是本发明提供第一种方法的电流互感器配置方法图；

图2是本发明提供第二种方法的电流互感器配置方法图；

图3是本发明第一种方法控制部分故障判别流程图。

具体实施方式

本发明提供一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，所述的高压可控并联电抗器包括高阻抗变压器和控制部分，所述高阻抗变压器包括一次绕组和二次绕组两部分；高压可控并联电抗器可根据变压器分为一次侧和二次侧，所述一次侧包括一次绕组和一次侧中性点小电抗，所述二次侧包括二次绕组和控制部分，可配合图1和图2所示，高阻抗变压器的一次侧接地端经由一次侧中性点小电抗LA接地，二次侧二次绕组连接控制部分，二次侧中性点直接接地。具体来说，所述控制部分每相包括至少两级控制支路，每一级控制支路均包括辅助电抗器、取能电抗器、阀组和旁路断路器，所有辅助电抗器同向顺序串联形成电抗器串，所述电抗器串的两端与二次绕组首尾对应连接，且尾端作为中性点；每一级控制支路中的旁路断路器与取能电抗器相互串联后再与同一级中的阀组并联，并联后的一端连接与其同级控制支路中辅助电抗器的输入端，并联后的另一端连接中性点。

本发明共提供两种判断控制部分短路故障的方法，结合图3所示，第一种方法的步骤是：

（1）在每相二次绕组配置电流互感器，在每相中的各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路和连接阀组的并联支路分别配置电流互感器，设一共有n级控制支路，控制支路中共配置2n+1个电流互感器，n为大于等于2的自然数；

（2）通过电流互感器采集到的电流计算流过第m级控制支路中辅助电抗器的实时电流I_{Lm_rt}：并求取有效值I_{Lm_rms}，将I_{Lm_rms}和第m级控制支路中辅助电抗器的故障电流定值做比较，若前者大于后者，且持续预定时间，保护出口；其中，为流过二次绕组的电流，分别为流过第1、2、…、m级控制支路中旁路断路器的电流，分别为流过第1、2、…、m级控制支路中阀组的电流，m=1,2，…，n。

需要指出的是，m=n时保护范围最大。

第二种方法的步骤是：

（1）在每相二次绕组配置电流互感器，在每相中的各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路和连接阀组的并联支路分别配置电流互感器，在每相中电抗器串尾端的辅助电抗器配置电流互感器，设一共有n级控制支路，控制支路中共配置2n+2个电流互感器；

（2）从各个电流互感器分别采集相电流，构成反映相电流的三相式差动保护，计算差动保护电流I_CD：并求取其有效值I_{CD_rms}，若I_{CD_rms}>I_{CD_SET}，差动保护动作，其中，I_{CD_SET}为保护定值，为流过二次绕组的电流，分别为流过第1、2、…、n级控制支路中旁路断路器的电流，分别为流过第1、2、…、n级控制支路中阀组的电流，为流过电抗器串尾端的辅助电抗器的电流。

以下将以三级控制支路的高压可控并联电抗器为例，对本发明的技术方案进行详细说明。

所述高压可控并联电抗器具有4级容量等级，三级控制支路包括辅助电抗器L1、L2、L3，取能电抗器L11、L21、L31，阀组D1、D2、D3以及旁路断路器K1、K2、K3。L1、L2、L3串联后接在二次绕组首尾两端，尾端作为中性点且直接接地，K3和L31串联后再与D3并联，并联支路的一端接中性点，另一端连接在L3首端；K2和L21串联后再与D2并联，并联支路的一端接中性点，另一端连接在L2首端；K1和L11串联后再与D1并联，并联支路的一端接中性点，另一端连接在L1首端。

本发明提供的第一种方法包括如下步骤：

（1）配置电流互感器

配合图1所示，本实施例将二次绕组的电流互感器T配置在首端，将各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路的电流互感器Tk1、Tk2、Tk3配置在各级取能电抗器与中性点之间，将连接阀组的并联支路的电流互感器Td1、Td2、Td3配置在各级阀组与中性点之间，这种配置可以最大限度地覆盖控制部分的短路故障。本发明中的电流互感器配置方法仅是针对控制部分短路故障保护，其它测量设备没有在附图中体现。

（2）计算I_{Lm_rms}

选择其中一级辅助电抗器，m=3，电流互感器Tk1、Tk2、Tk3、Td1、Td2、Td3、T采集到的电流分别是和根据基尔霍夫电流定律，节点流入电流应等于节点流出电流，所以是流过L3的实时电流。控制装置进行如下运算计算出流过L3的实时电流，并通过傅氏算法进行有效值计算得到I_{L3_rms}。

（3）比较I_{L3_rms}和当前容量下的故障电流定值I_{L3_SET}，若I_{L3_rms}>I_{L3_SET}的时间超过预定时间，保护出口。不同容量下的I_{L3_SET}的设定原则如下：根据不同容量下流过L3的理论电流值I_{L3_th}，设定I_{L3_SET}=k*I_{L3_th}，k一般按大于高抗安装处的工频过电压水平选择，一般取值1.3-1.5。

本发明提供的第二种方法包括如下步骤：

（1）配置电流互感器

如图2，本实施例将二次绕组的电流互感器T配置在首端，将各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路的电流互感器Tk1、Tk2、Tk3配置在各级取能电抗器和中性点之间，将连接阀组的并联支路的电流互感器Td1、Td2、Td3配置在各级阀组和中性点之间，并在L3和中性点之间配置电流互感器TL。

（2）差动保护

自电流互感器T、Tk1、Tk2、Tk3、Td1、Td2、Td3、TL取相电流，构成反映相电流的三相式差动保护。差动保护电流用傅氏算法计算有效值I_{CD_rms}，若I_{CD_rms}>I_{CD_SET}，差动保护动作，其中，I_{CD_SET}是保护定值。

实验结果证明，以上方法能全面覆盖控制部分短路故障，为高压可控并联电抗器控制部分短路故障提供了一种实用、简单、可靠的检测方法。

本发明以4级高压可控并联电抗器系统介绍实施方案，但本发明不限于4级系统，对2级及以上的高压可控并联电抗器都适用。任何牵涉到用计算出的辅助电抗器电流值和理论电流值相比较判断是否发生故障的情况都属于本发明范围之内。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims

1.一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，所述的高压可控并联电抗器包括高阻抗变压器和控制部分，所述高阻抗变压器包括一次绕组和二次绕组两部分，控制部分和二次绕组相接；所述控制部分每相包括至少两级控制支路，每一级控制支路均包括辅助电抗器、取能电抗器、阀组和旁路断路器，所有级控制支路辅助电抗器同向顺序串联形成电抗器串，所述电抗器串的两端与二次绕组首尾对应连接，且尾端作为中性点；每一级控制支路中的旁路断路器与取能电抗器相互串联后再与同一级中的阀组并联，并联后的一端连接与其同级控制支路中辅助电抗器的输入端，并联后的另一端连接中性点；其特征在于所述方法包括如下步骤：

(a1)在每相二次绕组配置电流互感器，在每相中的各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路和连接阀组的并联支路分别配置电流互感器，设一共有n级控制支路，控制支路中共配置2n+1个电流互感器，n为大于等于2的自然数；

(a2)通过电流互感器采集到的电流计算流过第m级控制支路中辅助电抗器的实时电流I_{Lm_rt}：并求取有效值I_{Lm_rms}，将I_{Lm_rms}和第m级控制支路中辅助电抗器的故障电流定值做比较，若前者大于后者，且持续预定时间，保护出口；其中，为流过二次绕组的电流，分别为流过第1、2、…、m级控制支路中旁路断路器的电流，分别为流过第1、2、…、m级控制支路中阀组的电流，m＝1,2，…，n。

2.如权利要求1所述的一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，其特征在于：所述步骤(a1)中，二次绕组的电流互感器配置在二次绕组的首端或尾端。

3.如权利要求1所述的一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，其特征在于：所述步骤(a1)中，各级控制支路中旁路断路器和阀组的电流互感器配置在邻近中性点的位置。

4.如权利要求1所述的一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，其特征在于：所述步骤(a2)中，第m级控制支路中辅助电抗器的故障电流定值的设定方法是：计算不同容量下流过第m级控制支路中辅助电抗器的理论电流值I_{Lm_th}，将该理论电流值乘以系数k后的值设定为故障电流定值I_{Lm_SET}，k的取值范围是1.3-1.5，按大于高抗安装处的工频过电压水平选择，m＝1,2，…，n。

5.一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，所述的高压可控并联电抗器包括高阻抗变压器和控制部分，所述高阻抗变压器包括一次绕组和二次绕组两部分，控制部分和二次绕组相接；所述控制部分每相包括至少两级控制支路，每一级控制支路均包括辅助电抗器、取能电抗器、阀组和旁路断路器，所有级控制支路辅助电抗器同向顺序串联形成电抗器串，所述电抗器串的两端与二次绕组首尾对应连接，且尾端作为中性点；每一级控制支路中的旁路断路器与取能电抗器相互串联后再与同一级中的阀组并联，并联后的一端连接与其同级控制支路中辅助电抗器的输入端，并联后的另一端连接中性点；其特征在于所述方法包括如下步骤：

(b1)在每相二次绕组配置电流互感器，在每相中的各级控制支路中连接旁路断路器的并联支路和连接阀组的并联支路分别配置电流互感器，在每相中电抗器串尾端的辅助电抗器配置电流互感器，设一共有n级控制支路，控制支路中共配置2n+2个电流互感器；

(b2)从各个电流互感器分别采集相电流，构成反映相电流的三相式差动保护，计算差动保护电流I_CD：并求取其有效值I_{CD_rms}，若I_{CD_rms}＞I_{CD_SET}，差动保护动作，其中，I_{CD_SET}为保护定值，为流过二次绕组的电流，分别为流过第1、2、…、n级控制支路中旁路断路器的电流，分别为流过第1、2、…、n级控制支路中阀组的电流，为流过电抗器串尾端的辅助电抗器的电流。

6.如权利要求5所述的一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，其特征在于：所述步骤(b1)中，二次绕组的电流互感器配置在二次绕组的首端或尾端。

7.如权利要求6所述的一种判断高压可控并联电抗器控制部分短路故障的方法，其特征在于：所述步骤(b1)中，各级控制支路中的旁路断路器和阀组，以及位于电抗器串尾端的辅助电抗器的电流互感器配置在邻近中性点的位置。