CN104466908B - 自适应特高压调压变压器档位调节的差动电流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应特高压调压变压器档位调节的差动电流计算方法，基于特高压变压器特有的电气结构，通过间接计算的方法获得调压变压器实时运行的档位信息，并引入调压变压器差动保护中，准确可靠地修正差动电流。本发明解决了特高压变压器在现场实际工程中无法获取实时档位信息和由调压变压器的调压范围很大造成不同档位下引入保护装置中差动电流差异较大的问题，提升了调压变压器区内故障时差动保护的灵敏度，不仅解决了实际工程难题，也在提高特高压调压变压器差动保护的可靠性、确保其准确可靠动作等方面具有实际意义。

Description

自适应特高压调压变压器档位调节的差动电流计算方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种自适应特高压调压变压器档位调节的差动电流计算方法。

背景技术

特高压交流输电正在稳步发展，处于电网科技发展的前沿，具有不可忽视的先进性。特高压变压器作为1000kV特高压交流输电的核心电气设备，它的运行情况直接关系到整个电网的安全稳定，因此需要对特高压变压器主保护的可靠性提出很高的要求。1000kV特高压变压器由主体变压器和调压补偿变压器两部分组成。调压补偿变压器又分别由独立的调压变压器和补偿变压器组成，主变压器高、中、低压侧绕组接线方式为Yn、Yn、d11，额定容量为1000/1000/334MVA，额定电压为采用中性点无励磁调压方式，即，特高压调压变压器设置9个档位，正负调压各4档，调压变压器电压1档正向最大，9档反向最大。特高压变压器与传统变压器结构有很大区别，主要体现在：特高压变压器不再利用主变绕组进行有载调压，而单独设置外接调压变压器，采用分体调压方式；同时，设置了补偿绕组，实现低压绕组电压补偿功能，以减小调压过程引起的低压绕组电压波动情况。由于主变差动保护灵敏度不足，调压变压器和补偿变压器均分别配置了独立的差动保护，以保证在发生内部故障时保护装置能准确迅速切除故障。特高压变压器的差动保护配置情况较为复杂。

特高压变压器安装电流互感器后，其变比等参数是固定不可变的(根据图1，计算调压变压器差动电流时需要获取TA4、TA5、TA6的变比)。由于特高压调压变压器的调压范围是-100％U_N.Regu～+100％U_N.Regu(U_N.Regu是调压变压器原边额定电压),其电压调节范围大，即调压变压器原副边变比的变化范围很大；又由于电流互感器变比固定，导致在不同档位下，由变比不一致引起的差动电流变化范围很大。现阶段采用的补偿由变比不一致产生的不平衡电流的方法是，选取固定的变压器变比K，计算平衡系数，对差动电流进行补偿。但在特高压调压变压器差动保护中，调档造成的调压变实际变比大范围变化，即调压变实际变比和电流互感器变比差异很大，若采用固定变比，则计算的差流与实际差流相差很大。值得注意的是，现场实际工程中是无法获取实时档位信息的，即差动保护动作启动电流整定时，需要躲过所有档位情况下由于变比不一致问题产生的最大不平衡电流。目前采用的固定变比修正差动电流，得到的差流仍不能反映各档位下的准确差流，这降低了调压变区内故障时差动保护的灵敏度；另一方面，在正常运行和区外故障时，采用固定变比对不平衡电流进行补偿，差动电流的数值也不为零，是一个较大的数值，会影响差动保护动作的准确性和可靠性。因此，需要找到一种能够获取特高压调压变压器实际运行变比的方法；同时，找到一种在不同档位运行情况下能够自适应调节地引入保护装置中差动电流的方法。

发明内容

本发明是针对特高压变压器在现场实际工程中无法获取实时档位信息的问题，提出一种能够获取特高压调压变压器实际运行变比且能够自适应调节地引入保护装置中差动电流的方法。

特高压调压变压器由三个独立的单相变压器组成，采用Y/Δ的绕组接线方式，特高压调压变差动电流的计算和普通双绕组变压器相同；又因为电流互感器TA5安装于Δ侧绕组的内部，原副边的电流不存在相位差，因此无需进行相位补偿。

本发明自适应特高压调压变压器档位调节的差动电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据如图1所示的特高压调压变压器的电气结构和相关参数，由母线处安装的电压互感器测得500kV侧相电压和110kV侧相电压u_M和u_L；主变压器公共绕组和低压绕组的变比为K₂，补偿变压器原副边绕组的变比为K_Comp，K₂和K_Comp由特高压变压器相关参数决定，为常数；K₂可由中压侧额定电压和低压侧额定电压110kV的比值得到(K₂＝2.7293)；K_Comp可由补偿变压器原边额定电压30022V和补偿变压器副边额定电压5400V的比值得到(K_Comp＝5.5596)。

(2)设调压变压器原边绕组的端口电压为u_Regu，补偿变压器原边绕组与调压变压器原边绕组并联，则补偿变压器原边绕组电压也为u_Regu，其中u_Regu＝u_L·K_R2egu；主变压器的低压绕组与补偿变压器副边绕组的串联回路与调压变压器副边绕组并联，调压变压器副边绕组电压为u_L，得到以下电压关系式：

由上式得到当前运行情况下调压变压器的实际运行变比K_Regu为：

(3)由调压变压器的实际运行变比K_Regu计算调压变压器差动保护装置中流过的差动电流I_d：

其中，

I₁和I₂分别表示调压变压器原边电流和副边电流，

其中，I_TA4、I_TA5、I_TA6为从电流互感器TA4、TA5、TA6中获取的二次侧电流值；

n_TA4为主变压器公共绕组侧的电流互感器TA4的变比，n_TA5为调压变压器副边绕组侧的电流互感器TA5的变比，n_TA6为补偿变压器原边绕组侧的电流互感器TA6的变比，n_TA4、n_TA5、n_TA6可由TA4、TA5、TA6的型号获得(n_TA4＝2500、n_TA5＝4000、n_TA6＝1000)；且令则差动电流I_d表示为：

利用步骤(2)得到的档位信息向调压变压器差动保护装置中引入变比差系数，其计算公式为：

(4)由公式(5)得出差动电流修正量，其计算公式为：

根据差动电流修正量得到流入保护装置中的差动电流为:

(5)采用固定变比K_R，得到差动电流修正量：

修正后的差动电流为：

则引入保护装置的差动电流包含一个不平衡电流

(6)选择调压变压器差动保护启动电流I_set.min

将调压变压器副边额定电流I_N.2,折合到电流互感器二次侧的副边额定电流设定调压变压器差动保护启动电流I_set.min为：

I_set.min＝(0.2～0.5)I′_N.2

则在此基准下利用式(7)计算出差动电流标幺值,计算公式为：

设置差动保护的启动判据为：

若满足式(11)，则保护启动；最后输出判断结果。

本发明的有益效果是本发明所提出的基于特高压变压器特有的电气结构，通过间接计算的方法获得调压变压器实时运行的档位信息，并引入调压变压器差动保护中，准确可靠地修正差动电流。本发明重点解决了特高压变压器在现场实际工程中无法获取实时档位信息和由调压变压器的调压范围很大造成不同档位下引入保护装置中差动电流差异较大的问题，即能够自适应地调节引入调压变压器保护装置的差动电流，一定程度上提升了调压变压器区内故障时差动保护的灵敏度。因此，本发明不仅解决了实际工程难题，也在提高特高压调压变压器差动保护的可靠性、确保其准确可靠动作等方面具有重要的工程实际意义。

附图说明

图1为特高压变压器结构示意图(相关参数标明图中)。

图2为本发明采用的差动保护比率制动特性示意图。

图3为C相差动电流的实际波形。

图4为利用固定变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流有名值波形。

图5为利用实际变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流有名值波形。

图6为利用固定变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流标幺值波形。

图7为利用固定变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流标幺值波形。

具体实施方式

本发明提出一种自适应获取特高压调压变压器实际运行档位信息，并能够自适应地调节引入保护装置差动电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)已知主变母线处安装的电压互感器测得500kV侧相电压和110kV侧相电压u_M和u_L；主变公共绕组与低压绕组的匝数比和补偿变原副边的匝数比K₂,K_comp，其中K₂＝2.7293、K_Comp＝5.5596，间接计算得到调压变的实际运行变比K_Regu为：

2)根据图1所示的特高压变压器结构示意图，调压变压器原边电流和副边电流为：

其中，I_TA4、I_TA5、I_TA6为从电流互感器TA4、TA5、TA6中获取的二次侧电流值；

3)调压变压器差动保护装置引入步骤1)中间接计算获得的调压变压器实际运行变比K_Regu，利用实际运行变比来表示流过保护装置中的差动电流为：

4)将步骤1)获得的档位信息，即调压变压器实际运行变比K_Regu引入差动保护装置中，计算变比差系数其中由变比差系数获得差动电流修正量从而来自适应地调节调压变压器差动保护装置中的差动电流，修正后的差动电流能够准确地反映实际差动电流的特征，修正后的差动电流可以表示为：

选择调压变压器差动保护启动电流I_set.min。将调压变压器副边额定电流为I_N.2折合到电流互感器二次侧的副边额定电流为I′_N.2，设定调压变压器差动保护启动电流为I_set.min＝(0.2～0.5)I′_N.2；在此基准下计算出差动电流标幺值为：

设定差动保护的启动判据为

若满足启动判据，则保护启动；最后输出判断结果。

实施例

由于特高压调压变压器A、B、C三相由三个独立的变压器构成，故以特高压调压变压器C相差动保护为例说明。采用新方法获取调压变压器的实际运行档位，并修正引入保护装置中的差动电流，其过程如下：

1)在仿真模型中设置特高压变压器的运行电压为 即调压变压器的运行档位为4档。C相的差动电流折算到调压变压器副边TA5的一次侧，其在0.1s内(20ms合闸)的波形如图3所示；

2)计算采用固定变比对差动电流进行补偿时的C相差动电流。固定变比为调压变压器满额运行时的变比利用固定变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流I″_d的波形如图4所示，以下的C相差流均折算到调压变压器副边TA5的二次侧，不再做说明；

3)通过特高压变压器特有的电气结构间接计算得到调压变压器运行的实际变比K_Regu，4档运行下的K_Regu＝0.069858。利用间接计算的实际变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流I′_d的波形如图5所示；

4)选择调压变差动保护启动电流I_set.min。调压变压器副边额定电流折合到TA5二次侧的副边额定电流为设定调压变压器差动保护启动电流为I″_N.2＝0.3I′_N.2，其标幺值为0.3；则在此基准下计算出利用固定变比修正的差动电流标幺值的波形图如图6所示；利用实际变比修正的差动电流标幺值的波形图如图7所示；

5)由图3、图6和图7可得，利用间接计算获得的实际变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流波形更接近真实的差动电流波形。根据差动保护的启动判据利用固定变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流幅值大于动作启动电流值，保护启动；而利用间接计算获得的实际变比对差动电流进行补偿后的C相的差动电流幅值小于动作启动电流值，保护不启动；最后输出判断结果。

Claims (4)

1.一种自适应特高压调压变压器档位调节的差动电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)由特高压变压器母线处安装的电压互感器测得500kV侧相电压和110kV侧相电压的u_M和u_L；主变压器公共绕组和低压绕组的变比K₂，补偿变压器原副边绕组的变比K_Comp；

(2)设定调压变压器原边绕组的端口电压为u_Regu，补偿变压器原边绕组与调压变压器原边绕组并联，则补偿变压器原边绕组电压也为u_Regu，其中；u_Regu＝u_L·K_Regu；主变压器的低压绕组与补偿变压器副边绕组的串联回路与调压变压器副边绕组并联，调压变压器副边绕组电压为u_L，得到以下电压关系式：

由式(1)得到当前运行情况下调压变压器的实际运行变比K_Regu为：

(3)由调压变压器的实际运行变比K_Regu计算调压变压器差动保护装置中流过的差动电流I_d：

其中，n_TA5为调压变压器副边绕组侧的电流互感器TA5的变比，n_TA6为补偿变压器原边绕组侧的电流互感器TA6的变比，n_TA5、n_TA6由TA5、TA6的型号获得；令 则差动电流Id表示为：

表示流经调压变压器原边绕组的电流，称为调压变压器原边电流；表示流经调压变压器副边绕组的电流，称为调压变压器副边电流；

利用步骤(2)得到的档位信息向调压变压器差动保护装置中引入变比差系数，其计算公式为：

(4)由公式(5)得出差动电流修正量，其计算公式为：

根据差动电流修正量得到流入保护装置中的差动电流为:

(5)采用固定变比K_R，得到差动电流修正量：

修正后的差动电流为：

(6)选择调压变压器差动保护启动电流I_set.min

将调压变压器副边额定电流I_N.2折合到电流互感器二次侧的副边额定电流I′_N.2，

设定调压变压器差动保护启动电流为I_set.min＝(0.2～0.5)I′_N.2；

在此基准下利用公式(7)计算出差动电流标幺值为：

设定差动保护的启动判据为

若满足公式(11)，则保护启动；最后输出判断结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，K₂由中压侧额定电压和低压侧额定电压110kV的比值得到，K₂＝2.7293；K_Comp由补偿变压器原边额定电压30022V和补偿变压器副边额定电压5400V的比值得到，K_Comp＝5.5596。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，n_TA5和n_TA6为固定常数，n_TA5＝4000、n_TA6＝1000。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的I₁和I₂分别表示调压变压

器原边电流和副边电流，

其中，I_TA4、I_TA5、I_TA6为从电流互感器TA4、TA5、TA6中获取的二次侧电流值；n_TA4为固定常数，n_TA4＝2500。