CN104393567A - 一种分布式变压器差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式变压器差动保护方法，采用分布式变压器保护装置模拟量及开关量采用分散采集的方式，变压器后备保护分侧独立，差动保护由单独的综合保护装置实现，并根据调压开关的实际档位自动调整差动保护平衡系数，综合保护装置将各侧同步后的采样值和调整后的平衡系数进行差动保护计算和逻辑判别，差动保护动作后发送到各侧保护装置并跳闸。根据调压开关的实际档位调整差动保护的平衡系数后可消除档位调节引起的不平衡电流，提高主变差动保护的灵敏度。该方法简单实用，造价低，适宜于就地化安装的变压器保护。

Description

一种分布式变压器差动保护方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种分布式变压器差动保护方法。

背景技术

未来智能变电站的发展趋势应为紧凑型及设备整合化，特别是城区内部新建变电站由于土地资源紧张，将保护设备下放到就地开关柜，与一次设备整合安装，取消站内二次保护屏柜，减小占地面积具有显著的经济效益。由于变压器保护由于跨间隔和电压等级的特点，变压器保护一直以来采用集中式组屏安装，成为变电站内完全取消二次保护屏柜的最后一道障碍。已有的变压器保护就地化配置方案中变压器各侧采用电子式互感器，差动保护从各电压等级的SV网络上获取。但在低电压等级的变电站中，由于电子式互感器无明显绝缘优势，一般选取常规电流互感器，变压器保护装置宜采用直接模拟量采集方式。

另外，现在的变压器在进行差动保护时，没有考虑到主变调压控制器的调压开关位置变化所引起的不平衡电流，降低了主变差动保护的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式变压器差动保护方法，以解决变压器调压开关位置变化造成主变差动保护的灵敏度降低的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种分布式变压器差动保护方法，包括如下步骤：

(1)在变压器高、中、低压三侧分别配置一个保护装置，并配置一个与三侧保护装置均连接的综合保护装置，各个保护装置之间两两互联；高、中、低压侧保护装置用于独立完成本侧模拟量及开关量的采集和本侧后备保护功能，综合保护装置用于完成主变差动保护功能；

(2)综合保护装置产生模拟量同步采样脉冲，高、中、低压侧保护装置以综合保护装置为时钟源对时，并据此生成模拟量同步采样脉冲；

(3)综合保护装置根据主变调压控制器调压开关的实际档位X自动调整差动保护高压侧的平衡系数K_h，其它侧的平衡系数不变；

(4)综合保护装置将已同步的各侧采样值和调整后的高压侧平衡系数Kh进行差动保护计算和逻辑判别；

(5)差动保护动作后，综合保护装置将跳闸命令发送到高、中、低压侧保护装置，高、中、低压侧保护装置接收到跳闸命令后跳开本侧开关。

所述步骤(3)中差动保护高压侧的平衡系数K_h的计算公式如下：

K_h＝(X-M)*ΔU+1，1≤X≤N

其中，X为调压开关的实际档位；

N为变压器的最大档位数；

M为中间档位数；

ΔU为每档调压百分数。

调压开关的实际档位X的计算过程如下：

ⅰ、将主变调压控制器的调压开关位置经BCD码制转换器转换成档位BCD1～BCD6共6路开出；

ⅱ、将档位BCD1～BCD6的6路开出对应接入综合保护装置对应的开入，综合保护装置根据6路开入的状态计算出调压开关的实际档位X。

在进行差动保护时，高、中、低压侧的后备保护动作后可直接跳本侧开关，跳其它侧时将跳闸命令发送到其它侧保护装置，其它侧保护装置接收到跳闸命令后跳开本侧开关。

所述步骤(2)中，综合保护装置采用FPGA产生模拟量同步采样脉冲，并利用IEEE1588时间同步协议实现各侧保护装置模拟量的同步采集。

各侧保护装置将模拟量采样值以IEC61850-9-2规约传输到综合保护装置，不依赖外部对时信号。

各侧保护装置分散安装在对应侧开关柜上；综合保护装置就地安装在主变本体智能组件柜上。

所述跳闸命令以GOOSE方式发送到对应侧保护装置。

本发明的分布式变压器差动保护方法采用分布式变压器保护装置模拟量及开关量采用分散采集的方式，变压器后备保护分侧独立，差动保护由单独的综合保护装置实现，并根据调压开关的实际档位自动调整差动保护平衡系数，综合保护装置将各侧同步后的采样值和调整后的平衡系数进行差动保护计算和逻辑判别，差动保护动作后发送到各侧保护装置并跳闸。根据调压开关的实际档位调整差动保护的平衡系数后可消除档位调节引起的不平衡电流，提高主变差动保护的灵敏度。该方法简单实用，造价低，适宜于就地化安装的变压器保护。

附图说明

图1是分布式变压器保护装置配置图；

图2是分布式保护装置之间光纤连接示意图；

图3是平衡系数调整前后主变差动保护动作特性比较图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明分布式变压器保护装置配置图，以三圈变压器为例，该变压器包括高压侧、中压侧和低压侧，各侧均对应设有一个保护装置；各侧保护装置还与一综合保护装置相连接，各个保护装置之间两两互联；各侧保护装置分别用于完成本侧的后备保护功能，包括复压过流保护、零序过流保护、阻抗保护以及低压侧简易母差保护等；综合保护装置用于完成主变差动保护和本体智能单元的功能。

高、中、低压侧保护装置分散安装在变压器各侧开关柜上，综合保护装置就地安装在主变本体智能组件柜上，与分散安装在各侧开关柜上的高、中、低压侧保护装置之间采用专用光纤百兆以太网接口连接，如图2所示。

各侧保护装置除了完成本侧模拟量采集和后备保护功能外，还具备测量、控制、计量及状态监测等功能，并设置有操作回路，可以直接跳闸作用于断路器线圈；综合保护装置除了实现主变差动保护功能外，还具备档位调节、中性点刀闸操作、位置和状态量采集、变压器本体非电量保护功能。

本发明提供了一种分布式变压器差动保护方法，包括如下步骤：

(1)在变压器高、中、低压三侧分别配置一个保护装置，并配置一个与三侧保护装置均连接的综合保护装置，各个保护装置之间两两互联；高、中、低压侧保护装置用于独立完成本侧模拟量及开关量的采集和本侧后备保护功能，综合保护装置用于完成主变差动保护功能。

(2)综合保护装置产生模拟量同步采样脉冲，高、中、低压侧保护装置以综合保护装置为时钟源对时，并据此生成模拟量同步采样脉冲。

该综合保护装置中使用FPGA产生模拟量同步采样脉冲，并利用IEEE1588时间同步协议实现各侧保护装置模拟量的同步采集。各侧保护装置将模拟量采样值以IEC61850-9-2规约传输到综合保护装置，不依赖外部对时信号。

(3)综合保护装置根据主变调压控制器调压开关的实际档位X自动调整差动保护高压侧的平衡系数K_h，其它侧的平衡系数不变。

调压开关的实际档位X的计算过程如下：

ⅰ、将主变调压控制器的调压开关位置经BCD码制转换器转换成档位BCD1～BCD6共6路开出，其中档位BCD1～BCD4为档位个位数，档位BCD5～BCD6为档位十位数；

ⅱ、将档位BCD1～BCD6的6路开出通过电缆对应接入综合保护装置对应的开入，其中开入1～开入4为档位个位数，开入5～开入6为档位十位数，综合保护装置根据6路开入的状态计算出调压开关的实际档位X。

综合保护装置中增加三个系统定值：变压器的最大档位数N、中间档位数M及每档调压百分数ΔU。综合保护装置根据调压开关的实际档位X自动调整差动保护高压侧的平衡系数K_h，其计算公式为：K_h＝(X-M)*ΔU+1，1≤X≤N。

(4)综合保护装置将已同步的各侧采样值和调整后的高压侧平衡系数Kh进行差动保护计算和逻辑判别。

差动保护计算过程如下：

ⅰ、首先根据调整后的高压侧平衡系数计算差动电流和制动电流，计算公式如下：

$I_{\mathrm{op}}=|{\stackrel{\·}{I}}_h\×K_h+{\stackrel{\·}{I}}_m\×K_m+{\stackrel{\·}{I}}_l\×K_l|---\left(1\right)$

$I_{\mathrm{res}}=\max \left\{\right|{\stackrel{\·}{I}}_h\×K_h|,|{\stackrel{\·}{I}}_m\×K_m|,|{\stackrel{\·}{I}}_l\×K_l\left|\right\}---\left(2\right)$

上式中I_op为差动电流，I_res为制动电流，K_h、K_m、K_l分别为主变高压侧、中压侧和低压侧的平衡系数，分别为主变高压侧、中压侧和低压侧的二次电流，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。

ⅱ、再利用差动电流和制动电流的计算结果进行动作逻辑判别，满足(3)式时差动继电器动作，动作方程如下：

(3)式中I_op.0为差动保护启动电流定值，S为比率制动系数(装置默认为0.5)，I_e为差动保护的基准电流(通常以高压侧额定电流为基准)。

iii、最后根据差动电流中的二次谐波含量识别励磁涌流和故障，当二次谐波含量低且差动继电器满足时差动保护动作，反之差动保护不动作。二次谐波判别方程如下：

I_op.2＞K₂*I_op.1   (4)

(4)式中I_op.2为差流中的二次谐波电流，I_op.1为差流中的基波电流，K₂为二次谐波系数。

(5)差动保护动作后，综合保护装置将跳闸命令以GOOSE方式发送到高、中、低压侧保护装置，高、中、低压侧保护装置接收到跳闸命令后跳开本侧开关。各侧后备保护动作后可直接跳本侧开关，跳其它侧时将跳闸命令以GOOSE方式发送到其它侧保护装置，其它侧保护装置接收到跳闸命令后跳开本侧开关。

本发明的综合保护装置可根据调压开关的实际档位调整差动保护高压侧平衡系数消除档位调节引起的不平衡电流，提高主变差动保护的灵敏度。以一台变比为220±8×2.5％/115/10.5kV的220kV变压器为例，差动保护平衡系数计算步骤如下：

(1)假设变压器正常运行时主变调压控制器调压开关的位置为15档，经39转6的BCD码制转换器转换后档位个位数BCD1～BCD4为0101，档位十位数BCD5～BCD6为01；

(2)综合保护装置采集后的开入1、开入3、开入5为高电平，开入2、开入4、开入6为低电平，即档位十位数为01，个位数为0101，综合保护装置计算出调压开关对应的档位为10+5＝15档；

(3)依照变压器的系统参数整定综合保护装置的三个系统定值：变压器的最大档位数N、中间档位数M及每档调压百分数ΔU分别整定为17、9、0.025；

(4)综合保护装置根据调压开关实际档位15档计算出高压侧的平衡系数为K_h＝(15-9)*0.025+1＝1.15。

按照调压开关实际档位调整后的高压侧平衡系数1.15进行差动保护计算，正常运行时可减少调压开关档位调节引起的不平衡电流K_rel*ΔU*I_e＝1.5*0.15*I_e＝0.225I_e，主变差动保护启动电流定值由0.4I_e～0.6I_e降为0.2I_e～0.3I_e，I_e为变压器高压侧额定电流。另外差动保护高压侧平衡系数调整后减少了区外故障时不平衡电流K_rel*ΔU*I_k.max＝1.5*0.15*I_k.max＝0.225I_k.max，I_k.max为外部故障时的短路电流，差动保护比率制动系数由0.5降为0.3。假设差动保护平衡系数未调整前主变差动保护启动电流定值整定为0.5I_e，比率制动系数整定为0.5，差动保护平衡系数调整后主变差动保护启动电流定值整定为0.25I_e，比率制动系数整定为0.3，平衡系数调整前后主变差动保护动作特性比较图如图3所示，图中横坐标为差动保护的制动电流，纵坐标为为差动保护的动作电流，其中双阴影部分为平衡系数调整后主变差动保护新增的动作区，很显然，平衡系数调整后能显著提高主变差动保护的灵敏度。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式变压器差动保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在变压器高、中、低压三侧分别配置一个保护装置，并配置一个与三侧保护装置均连接的综合保护装置，各个保护装置之间两两互联；高、中、低压侧保护装置用于独立完成本侧模拟量及开关量的采集和本侧后备保护功能，综合保护装置用于完成主变差动保护功能；

(2)综合保护装置产生模拟量同步采样脉冲，高、中、低压侧保护装置以综合保护装置为时钟源对时，并据此生成模拟量同步采样脉冲；

(3)综合保护装置根据主变调压控制器调压开关的实际档位X自动调整差动保护高压侧的平衡系数K_h，其它侧的平衡系数不变；

(4)综合保护装置将已同步的各侧采样值和调整后的高压侧平衡系数K_h进行差动保护计算和逻辑判别；

(5)差动保护动作后，综合保护装置将跳闸命令发送到高、中、低压侧保护装置，高、中、低压侧保护装置接收到跳闸命令后跳开本侧开关。

2.根据权利要求1所述的分布式变压器差动保护方法，其特征在于，所述步骤(3)中差动保护高压侧的平衡系数K_h的计算公式如下：

K_h＝(X-M)*ΔU+1，1≤X≤N

其中，X为调压开关的实际档位；

N为变压器的最大档位数；

M为中间档位数；

ΔU为每档调压百分数。

3.根据权利要求2所述的分布式变压器差动保护方法，其特征在于，调压开关的实际档位X的计算过程如下：

ⅰ、将主变调压控制器的调压开关位置经BCD码制转换器转换成档位BCD1～BCD6共6路开出；

ⅱ、将档位BCD1～BCD6的6路开出对应接入综合保护装置对应的开入，综合保护装置根据6路开入的状态计算出调压开关的实际档位X。

4.根据权利要求1所述的分布式变压器差动保护方法，其特征在于：在进行差动保护时，高、中、低压侧的后备保护动作后可直接跳本侧开关，跳其它侧时将跳闸命令发送到其它侧保护装置，其它侧保护装置接收到跳闸命令后跳开本侧开关。

5.根据权利要求1所述的分布式变压器差动保护方法，其特征在于：所述步骤(2)中，综合保护装置采用FPGA产生模拟量同步采样脉冲，并利用IEEE1588时间同步协议实现各侧保护装置模拟量的同步采集。

6.根据权利要求5所述的分布式变压器差动保护方法，其特征在于：各侧保护装置将模拟量采样值以IEC61850-9-2规约传输到综合保护装置，不依赖外部对时信号。

7.根据权利要求1所述的分布式变压器差动保护方法，其特征在于：各侧保护装置分散安装在对应侧开关柜上；综合保护装置就地安装在主变本体智能组件柜上。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的分布式变压器保护方法，其特征在于：所述跳闸命令以GOOSE方式发送到对应侧保护装置。