CN104901276A - 一种tct式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于电力系统继电保护技术领域的一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法。TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀小于整定值U_set时启动零序过电流保护，否则零序电压闭锁；控制绕组发生匝间故障时，若TCT式可控电抗器处于容量恒定状态，控制绕组零序电流的基波分量3I₀大于零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1时，输出零序过电流保护的跳闸指令；若处于容量大范围调节暂态，3I₀大于零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2时，输出零序过电流保护的跳闸指令。增加零序电压闭锁，采用两段式整定方法，在可靠性和安全性方面优势显著，具有实际工程应用意义。

Description

一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法。

背景技术

随着超/特高压长距离输电工程在我国的建设和发展，电网无功补偿与抑制过电压之间的矛盾日益突出，对可控电抗器的需求日益迫切。根据技术路线不同，可控电抗器可分为高阻抗变压器型可控电抗器和磁控式可控电抗器两大类，高阻抗变压器型可控电抗器又包括分级式可控电抗器和晶闸管控制变压器式可控电抗器(简称：TCT式可控电抗器)。TCT式可控电抗器兼具分级式可控电抗器响应速度快和磁控式可控电抗器容量大范围平滑可调的优点，在超/特高压输电系统中应用前景广阔。

TCT式可控电抗器保护配置的难点主要源于其结构的复杂性和特殊性，TCT式可控电抗器结构示意图如图2所示，类似于三绕组变压器，TCT式可控电抗器的本体包含网侧绕组、控制绕组和补偿绕组。网侧绕组(一次绕组)连接高压输电系统，三相星形连接，末端经中性点直接接地(用做母线高抗)或经小电抗接地(用做线路高抗)；控制绕组(二次绕组)通过反并联的晶闸管阀构成回路，三相星形连接，中性点接地；补偿绕组(三次绕组)角形连接，并配有滤波支路，用以减小正常运行时注入网侧的谐波。与普通变压器不同的是TCT式可控电抗器控制绕组不接负载，而是通过反并联的晶闸管阀构成相控式交流调压电路以实现容量调节，具体是通过调节晶闸管触发角，改变一个周期内控制绕组电流的平均值，从而平滑地调节TCT式可控电抗器的工作容量。此外， TCT式可控电抗器为特殊设计的变压器，其漏抗一般设计得较高，达100％额定阻抗，一般情况下，TCT式可控电抗器铁心具有较大的过载能力，不易饱和。

与固定并联电抗器和变压器相比，TCT式可控电抗器结构更加复杂，在运行过程中需要根据需求调节工作容量，这些结构和工作原理上的特殊性使得TCT式可控电抗器在保护配置上面临更多难题。此外，晶闸管等非线性元件的存在使得TCT式可控电抗器控制绕组故障特性更为复杂，控制绕组高漏抗的设计使得匝间故障时故障特征不明显，给控制绕组匝间故障的保护配置带来更大的挑战。目前已有研究成果中大多采用纵联电流差动保护作为TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障的保护方案，但理论分析和仿真数据显示纵联电流差动保护灵敏度不足；具体来说，以35kV电压等级的TCT式可控电抗器为例，控制绕组匝间故障等效电路图如图3所示，其中X_T1、X_T2、X_T3分别为网侧绕组、控制绕组和补偿绕组折算至一次侧的漏抗，X_TK为附加支路电抗，R_g为故障点弧光电阻；一方面由于TCT式可控高抗采用的是高漏抗结构，控制绕组漏抗较大，另一方面网侧绕组对控制绕组的变比悬殊，X_TK的值很大，导致匝间故障时流过附加支路的短路电流不大，即差动保护差流不大，差动保护不能灵敏反应。因此，本发明提出一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用电压互感器测量TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀，将TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀与整定值U_set比较，满足3U₀<U_set时启动零序过电流保护，否则零序电压闭锁；

2)利用电流互感器测量控制绕组零序电流，提取控制绕组零序电流的基波 分量3I₀；

3)判断TCT式可控电抗器是否处于容量大范围调节暂态，TCT式可控电抗器处在容量大范围调节暂态的判断依据为TCT式可控电抗器的晶闸管触发角度发生变化，或TCT式可控电抗器的控制系统发出调控指令；

4)若TCT式可控电抗器不处于容量大范围调节暂态而处于容量恒定状态，当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，将控制绕组零序电流的基波分量3I₀与零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1比较，满足3I₀>I_set1则输出零序过电流保护的跳闸指令，不满足3I₀>I_set1则返回步骤2)；

5)若TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态，当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，启动零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段，将控制绕组零序电流的基波分量3I₀与零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2比较，满足3I₀>I_set2则输出零序过电流保护的跳闸指令，不满足3I₀>I_set2则返回步骤2)。

所述零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1需躲过TCT式可控电抗器容量恒定状态时的控制绕组最大不平衡电流，动作方程为：

I_set1＝K_reliI_unb1   (1) 

式(1)中，K_rel为可靠系数，取1.1～1.2；I_unb1为TCT式可控电抗器容量恒定状态时的控制绕组最大不平衡电流的有效值。

所述零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2需躲过TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态时的控制绕组最大不平衡电流，动作方程为：

I_set2＝K_reliI_unb2   (2) 

式(2)中，K_rel为可靠系数，取1.1～1.2；I_unb2为TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态时控制绕组最大不平衡电流的有效值。

所述零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段的启动时间按照持续时间最长的容量大范围调节暂态来选择。

本发明的有益效果是针对纵联电流差动保护灵敏度不足的问题，提出了一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法，通过增加零序电压闭锁，有效区分了TCT式可控电抗器内部绕组匝间故障与区外故障，保证了零序过电流保护在区外故障下不误动；考虑到容量大范围调节对零序过电流保护的影响，采用包含低定值高灵敏保护I段和高定值低灵敏保护II段的两段式整定方法；当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，若TCT式可控电抗器处于容量恒定状态，低定值高灵敏保护I段保证了零序过电流保护的灵敏度；若TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态，启动高定值低灵敏保护II段能够自动提高零序过电流保护定值，避免零序过电流保护误动。

附图说明

图1为TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法流程图。

图2为TCT式可控电抗器结构示意图。

图3为35kV电压等级的TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障等效电路图。

图4为TCT式可控电抗器处于容量恒定状态，不同晶闸管触发角度下控制绕组发生20％匝间故障时，3I₀与I_set1对比图。

图5为TCT式可控电抗器容量90％-10％大范围调节暂态中控制绕组发生20％匝间故障时，3I₀与I_set2对比图。

具体实施方式

本发明提出一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

图1所示为TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法流程图，包括以 下步骤：

1)利用电压互感器测量TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀，将TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀与整定值U_set比较，满足3U₀<U_set时启动零序过电流保护，否则零序电压闭锁；

2)利用电流互感器测量控制绕组零序电流，提取控制绕组零序电流的基波分量3I₀；

3)判断TCT式可控电抗器是否处于容量大范围调节暂态，TCT式可控电抗器处在容量大范围调节暂态的判断依据为TCT式可控电抗器的晶闸管触发角度发生变化，或TCT式可控电抗器的控制系统发出调控指令；

4)若TCT式可控电抗器不处于容量大范围调节暂态而处于容量恒定状态，当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，将控制绕组零序电流的基波分量3I₀与零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1比较，满足3I₀>I_set1则输出零序过电流保护的跳闸指令，不满足3I₀>I_set1则返回步骤2)；

5)若TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态，当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，启动零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段，将控制绕组零序电流的基波分量3I₀与零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2比较，满足3I₀>I_set2则输出零序过电流保护的跳闸指令，不满足3I₀>I_set2则返回步骤2)。

其中，TCT式可控电抗器区外发生不对称故障情况下，零序过电流保护可能会误动，为防止零序过电流保护误动，需要增加零序电压闭锁；考虑到区外不对称故障情况下网侧零序电压较大；而区内故障对网侧电压的对称性破坏很小，网侧零序电压很小；故可利用区内外故障情况下网侧零序电压的差异构成零序电压闭锁。当TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀与整定值U_set比较，满 足3U₀<U_set时启动零序过电流保护；否则零序电压闭锁。

其中，零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1需躲过TCT式可控电抗器容量恒定状态时的控制绕组最大不平衡电流，动作方程为：

I_set1＝K_reliI_unb1   (1) 

式(1)中，K_rel为可靠系数，取1.1～1.2；I_unb1为TCT式可控电抗器容量恒定状态时的控制绕组最大不平衡电流的有效值。

其中，TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态时，TCT式可控电抗器控制绕组三相参数不再对称，晶闸管触发脉冲的紊乱会导致控制绕组零序电流的基波分量增大，为了防止零序过电流保护误动，启动零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段，零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2需躲过TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态时的控制绕组最大不平衡电流，动作方程为：

I_set2＝K_reliI_unb2   (2) 

式(2)中，K_rel为可靠系数，取1.1～1.2；I_unb2为TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态时控制绕组最大不平衡电流的有效值。

其中，零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段的启动时间按照持续时间最长的容量大范围调节暂态来选择。

针对电压等级为35kV的TCT式可控电抗器在不同工作容量下发生控制绕组20％匝间故障，采用本发明提出的TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法进行匝间故障判别：

1)测量TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀，并将网侧零序电压3U₀与整定值U_set比较，这里3U₀＝9.8V，一般取U_set＝50V，满足3U₀<U_set；

2)用电流互感器测量控制绕组零序电流，提取控制绕组零序电流的基波分 量3I₀；

3)TCT式可控电抗器处于容量恒定状态，不同晶闸管触发角度下控制绕组发生20％匝间故障时，3I₀与I_set1对比图如图4所示；控制绕组零序电流的基波分量3I₀需躲过零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1，这里取I_set1为50.8A，由图4可以看出，控制绕组零序电流的基波分量3I₀一直高于零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1，即满足3I₀>I_set1；结合步骤1)中3U₀<U_set，输出零序过电流保护的跳闸指令，零序过电流保护能够可靠动作，即TCT式可控电抗器处于容量恒定状态时，不同晶闸管触发角度下控制绕组发生20％匝间故障时，零序过电流保护均能可靠动作。

4)若TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态(此处设定为200ms)，当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，以工作容量90％-10％阶跃调节为例，图5所示为TCT式可控电抗器容量90％-10％大范围调节暂态中控制绕组发生20％匝间故障时，3I₀与I_set2对比图；零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2需躲过TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态时的控制绕组最大不平衡电流，这里取I_set2为600A，将控制绕组零序电流的基波分量3I₀与零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2比较，满足3I₀>I_set2，结合步骤1)中3U₀<U_set，输出零序过电流保护的跳闸指令。

因此得出：采用包含低定值高灵敏保护I段和高定值低灵敏保护II段的两段式整定方法能有效躲过容量大范围调节暂态过程，零序过电流保护不会误动。

本发明利用了TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时控制绕组零序电流的基波分量会明显增大的故障特性，有效解决了传统纵联差动保护灵敏度不足的问题；通过增加零序电压闭锁，有效区分了TCT式可控电抗器内部绕组匝间故障与区外故障，保证了零序过电流保护在区外故障下不误动；考虑到容量 大范围调节对零序过电流保护的影响，采用包含低定值高灵敏保护I段和高定值低灵敏保护II段的两段式整定方法；当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，若TCT式可控电抗器处于容量恒定状态，低定值高灵敏保护I段保证了零序过电流保护的灵敏度；若TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态，启动高定值低灵敏保护II段能够自动提高零序过电流保护定值，避免零序过电流保护误动。本发明提出的TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法易于实现，在可靠性和安全性方面优势显著，具有实际工程应用意义。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用电压互感器测量TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀，将TCT式可控电抗器网侧零序电压3U₀与整定值U_set比较，满足3U₀<U_set时启动零序过电流保护，否则零序电压闭锁；

2)利用电流互感器测量控制绕组零序电流，提取控制绕组零序电流的基波分量3I₀；

3)判断TCT式可控电抗器是否处于容量大范围调节暂态，TCT式可控电抗器处在容量大范围调节暂态的判断依据为TCT式可控电抗器的晶闸管触发角度发生变化，或TCT式可控电抗器的控制系统发出调控指令；

4)若TCT式可控电抗器不处于容量大范围调节暂态而处于容量恒定状态，当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，将控制绕组零序电流的基波分量3I₀与零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1比较，满足3I₀>I_set1则输出零序过电流保护的跳闸指令，不满足3I₀>I_set1则返回步骤2)；

5)若TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态，当TCT式可控电抗器控制绕组发生匝间故障时，启动零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段，将控制绕组零序电流的基波分量3I₀与零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2比较，满足3I₀>I_set2则输出零序过电流保护的跳闸指令，不满足3I₀>I_set2则返回步骤2)。

2.根据权利要求1所述一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法，其特征在于，所述零序过电流保护的低定值高灵敏保护I段整定值I_set1需躲过TCT式可控电抗器容量恒定状态时的控制绕组最大不平衡电流，动作方程为：

I_set1＝K_rel·I_unb1   (1)

式(1)中，K_rel为可靠系数，取1.1～1.2；I_unb1为TCT式可控电抗器容量恒定状态时的控制绕组最大不平衡电流的有效值。

3.根据权利要求1所述一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法，其特征在于，所述零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段整定值I_set2需躲过TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态时的控制绕组最大不平衡电流，动作方程为：

I_set2＝K_rel·I_unb2   (2)

式(2)中，K_rel为可靠系数，取1.1～1.2；I_unb2为TCT式可控电抗器处于容量大范围调节暂态时控制绕组最大不平衡电流的有效值。

4.根据权利要求1所述一种TCT式可控电抗器控制绕组匝间故障保护方法，其特征在于，所述零序过电流保护的高定值低灵敏保护II段的启动时间按照持续时间最长的容量大范围调节暂态来选择。