CN105552839B - 一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法 - Google Patents

一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，包括如下步骤：步骤一、读取变压器电流电压采样值，步骤二、判断是否启动和应涌流识别，步骤三、计算变压器磁通，步骤四、计算变压器磁通幅值，步骤五、磁通饱和在线判断，步骤六、差动保护动作平台定值自适应调整：将运行变压器差动保护原始动作平台定值提高到原定值的k1倍，其中k1大于1。本发明不受和应涌流类型和电流互感器饱和的影响，可防止变压器差动保护在发生和应涌流期间误动，并方便工程应用。

Description

一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体是一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，可用于防止变压器差动保护因和应涌流而发生误动。
背景技术
变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，其运行安全直接关系到电力系统的安全稳定运行和供电可靠性。变压器广泛采用差动保护作为主保护，其特点是动作速度快，选择性好，但易受到和应涌流的影响而发生误动。目前，针对和应涌流已开展了多方面的研究工作，并提出了一些防范措施，如加强二次谐波判据(见郑涛,赵萍.和应涌流对差动保护的影响因素分析及防范措施.电力系统自动化,2009,33(3):74-77)，采用时差法鉴别和应涌流(见谷君,郑涛,肖仕武等.基于时差法的Y/△接线变压器和应涌流鉴别新方法[J].中国电机工程学报,2007,27 (13):6-11)，利用零序二次谐波判别和应涌流，防止差动保护误动(见束洪春,贺勋,李立新.变压器和应涌流分析.电力自动化设备,2006,26(10):7-12.)，利用基波幅值增量判别和应涌流(见邵德军，尹项根，张哲等.基于基波幅值增量的变压器和应涌流识别方法[J].中国电机工程学报,2010,30(10):77-83)等。但由于和应涌流具有隐蔽性强、形式多样和特征复杂等特点，同时也易于造成电流互感器饱和，可能导致传统和应涌流识别判据失效而造成差动保护误动。
发明内容
本发明提供一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，该方法不受和应涌流类型和电流互感器饱和的影响，可防止变压器差动保护在发生和应涌流期间误动，并方便工程应用。
本发明提供的一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，包括以下步骤：
步骤一、读取变压器电流电压采样值，然后转到步骤二；
步骤二、根据读取的变压器电流采样值计算电流突变量大小，然后根据电流突变量大小判断是否启动和应涌流识别，若判断结果为是，则转入步骤三，若判断结果为否则返回步骤一；
突变量启动判据为：
其中ΔΔi(n)为变压器的电流突变量，ΔΔIset为启动门槛值，ΔΔIset>0，i(k)为变压器励磁电流第k点的采样值，k代表n或N为一个工频周期内电流采样点数；
步骤三、计算变压器磁通：
从启动点之前的第一个电压峰值点开始，对变压器原边电压采样值进行积分，近似计算变压器磁通，并计时，然后转入步骤四；
步骤四、计算变压器磁通幅值：
计算该变压器磁通计算值的直流分量和基波幅值，取两者绝对值之和作为变压器磁通幅值；
步骤五、磁通饱和在线判断：
将步骤四计算的变压器磁通幅值与变压器饱和磁通整定值Φset比较，若磁通幅值大于饱和磁通整定值Φset，则转入步骤六；若磁通幅值小于饱和磁通整定值，而计时未达到时间整定值tset1，则返回步骤一；当计时超过tset1，若磁通幅值仍小于饱和磁通整定值Φset，则将启动标志字置零，返回步骤一；
步骤六、差动保护动作平台定值自适应调整：将运行变压器差动保护原始动作平台定值提高到原定值的k1倍，其中k1大于1。
进一步的，步骤六中在差动保护原始动作平台定值调整后，做返回计时，然后转入步骤七；
步骤七、差动保护动作平台定值返回判断
当满足以下三个条件之一时，差动保护动作平台定值返回为原始定值，清启动标志，并转到步骤一，否则直接转到步骤一：
(1)运行变压器磁通的基波幅值与直流分量相加得到的磁通幅值Φm小于饱和磁通整定值；
(2)若计算到运行变压器差流落在原有差动保护动作区外，则继续返回计时，返回计时达到tset2则返回，tset2取10s-15s；
(3)若运行变压器差流先进入原有差动保护动作区内，则在出动作区时返回。
进一步的，步骤三变压器磁通瞬时标幺值的计算过程为
其中，U(k)为电压采样值，Un为额定电压，Ub(k)为电压采样值的标幺值，f为额定频率，取50HZ，则Φb(n)为变压器磁通瞬时标幺值，Δt为每个采样点之间的时间间隔
进一步的，步骤四中直流分量计算方法为：
其中Φzb为磁通的直流分量，Φb(k)为变压器磁通瞬时标幺值，N为一个工频周期内电流采样点数；
基波幅值的计算方法为：
其中：Φb1代表三相线电流的基波幅值；N为一个工频周期内电流采样点数；
磁通幅值的计算方法为：
Φm(n)＝Φzb(n)+Φb1(n) (9)。
进一步的，步骤五中变压器饱和磁通整定值Φset取1.1～1.4，时间整定值tset1取1s～2s。
本发明提出的方法不受和应涌流类型和电流互感器饱和的影响，抬高动作平台值以后，可以预防变压器差动保护在和应涌流期间的误动作，从而提高变压器保护的动作性能，有效保障变压器以及电力系统的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明实施例中变电站的连接示意图，其中，6#变压器空载投入，2#运行变压器进行和应涌流辨识；
图2为本发明基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法其中一个实施例的流程示意图；
图3为本发明实施例的动模试验结果。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法实施例，包括以下步骤：
步骤一：读取变压器电流电压采样值；
步骤二：根据读取的变压器电流采样值计算电流突变量大小，然后根据电流突变量大小判断是否启动和应涌流识别，突变量启动判据为
其中ΔΔIset为启动门槛值，ΔΔIset>0，i(k)为变压器励磁电流第k点的采样值，k代表n或N为一个工频周期内电流采样点数，作为一个优选的实施例，N取20。
若电流突变量满足启动条件(即满足公式(1))，则启动变压器和应涌流识别流程，并将启动标志字置位，转入步骤三；若电流突变量不满足启动条件，检查启动标志字是否置位，若已置位则转入步骤三，否则返回步骤一。
步骤三：计算变压器磁通瞬时标幺值
从启动点之前的第一个电压峰值点开始，对变压器原边电压采样值进行积分计算，并计时，近似计算变压器磁通瞬时标幺值：
其中，U(k)为电压采样值，Un为额定电压，Ub(k)为电压采样值的标幺值，f为额定频率，取50HZ，则Φb(n)为变压器磁通瞬时标幺值，Δt为每个采样点之间的时间间隔。
计算后，转到步骤四。
步骤四：计算变压器磁通幅值
计算该变压器磁通计算值的直流分量和基波幅值，取两者绝对值之和作为变压器磁通幅值。
直流分量计算方法为：
其中Φzb为磁通的直流分量，N为一个工频周期内电流采样点数，作为一个优选的实施例，N取20。
基波幅值的计算方法为：
其中：Φb1代表三相线电流的基波幅值；N为一个工频周期内电流采样点数。作为一个优选的实施例，N取20。
磁通幅值的计算方法为：
Φm(n)＝Φzb(n)+Φb1(n) (9)
计算后，转到步骤五。
步骤五：磁通饱和在线判断
将变压器磁通幅值与变压器饱和磁通整定值比较，若磁通幅值大于饱和磁通整定值，则转入步骤六；若磁通幅值小于饱和磁通整定值，而计时未达到tset1，则返回步骤一；当计时超过tset1，若磁通幅值仍小于饱和磁通整定值，则将启动标志字零，返回步骤一。
具体的，若变压器磁通幅值Φm(n)大于变压器饱和磁通整定值Φset，即满足Φm(n)>Φset，则转到步骤六，若不满足，且计时未达到t>tset1则返回步骤一；当计时满足t>tset1，计算所得Φm还未满足Φm>Φset，则清启动标志字，返回步骤一。作为一个优选实例，Φset可取1.1～1.4，tset1可取1s～2s。
步骤六：提高差动保护动作平台定值
将运行变压器差动保护动作平台定值由原始值Iop0提高k1倍到Iop1(Iop1＝k1Iop0)，其中k1大于1；并做返回计时。转入步骤七。
步骤七：动保护动作平台定值返回判断
当满足以下三个条件之一时，差动保护动作平台定值返回为原始定值，清启动标志字，并转到步骤一，否则直接转到步骤一。
a.运行变压器磁通的基波幅值与直流分量相加得到的磁通幅值Φm退出饱和(小于饱和磁通整定值)，即满足Φm<kmΦset，其中km为可靠系数，且km<1，典型值可取0.8。
b.若计算到运行变压器差流落在原有差动保护动作区外，则继续返回计时，返回计时达到tset2则返回，tset2可取10s-15s；
c.若运行变压器差流先进入原有差动保护动作区内，则在出动作区时返回。
实例说明
根据如图3所示的物理试验结果说明本互感器饱和识别判据的有效性。物理试验的模型如图1所示，6#变压器为空投变压器，其容量为45kV，一次侧额定电压为800V，额定电流为32.48A。2#变压器为运行变压器，其容量为15kVA，一次侧额定电压为800V，额定电流为10.83A。
在0s时刻，图1中的6#变压器空投，励磁涌流如图3(a)所示。在2#运行变压器中产生和应涌流，如图3(b)所示。在0.037s时，2#变压器的励磁电流突变量ΔΔi(n)大于ΔΔIset(设为0.1倍的额定电流)，如图3(c)所示，开始进入步骤三。
在步骤三中计算变压器的瞬时磁通Φb(n)，如图3(d)所示，并进入步骤(4)中计算变压器的磁通幅值Φm(n)，如图3(e)所示。磁通幅值计算后进入步骤五，在0.088s时，变压器磁通的幅值开始大于饱和磁通整定值Φset(Φset取1.1倍的额定值)，此时判断变压器进入饱和状态。进入步骤六，将差动保护的动作平台定值Iop0(Iop0＝0.2pu)抬高至Iop1(Iop1＝2Iop0＝0.4pu)，以躲过误动，如图3(f)所示。按照原有的差动保护动作平台值(0.2倍的额定电流)，差动保护有可能误动，抬高动作平台值以后，差动可以有效的躲过误动。在0.659s时，差动电流小于原有的动作平台值，故进入步骤七，将差动保护的动作门坎返回至原有的整定值。
通过上述实例说明可见，本发明提出的方法可以有效防止变压器差动保护在和应涌流期间的误动作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于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 (5)

1.一种基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、读取变压器电流电压采样值，然后转到步骤二；
步骤二、根据读取的变压器电流采样值计算电流突变量大小，然后根据电流突变量大小判断是否启动和应涌流识别，若判断结果为是，则转入步骤三，若判断结果为否，则返回步骤一；
突变量启动判据为：
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其中ΔΔi(n)为变压器的电流突变量，ΔΔIset为启动门槛值，ΔΔIset>0，i(k)为变压器励磁电流第k点的采样值，k代表n或或(n-N)，N为一个工频周期内电流采样点数；
步骤三、计算变压器磁通：
从启动点之前的第一个电压峰值点开始，对变压器原边电压采样值进行积分，近似计算变压器磁通，并计时，然后转入步骤四；
步骤四、计算变压器磁通幅值：
计算该变压器磁通计算值的直流分量和基波幅值，取两者绝对值之和作为变压器磁通幅值；
步骤五、磁通饱和在线判断：
将步骤四计算的变压器磁通幅值与变压器饱和磁通整定值Φset比较，若磁通幅值大于饱和磁通整定值Φset，则转入步骤六；若磁通幅值小于饱和磁通整定值，而计时未达到时间整定值tset1，则返回步骤一；当计时超过tset1，若磁通幅值仍小于饱和磁通整定值Φset，则将启动标志字置零，返回步骤一；
步骤六、差动保护动作平台定值自适应调整：将运行变压器差动保护原始动作平台定值提高到原定值的k1倍，其中k1大于1。
2.如权利要求1所述的基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，其特征在于：步骤六中在差动保护原始动作平台定值调整后，做返回计时，然后转入步骤七；
步骤七、差动保护动作平台定值返回判断
当满足以下三个条件之一时，差动保护动作平台定值返回为原始定值，将启动标志字置零，并转到步骤一，否则直接转到步骤一：
(1)运行变压器磁通的基波幅值与直流分量相加得到的磁通幅值Φm小于饱和磁通整定值；
(2)若计算到运行变压器差流落在原有差动保护动作区外，则继续返回计时，返回计时达到tset2则返回，tset2取10s-15s；
(3)若运行变压器差流先进入原有差动保护动作区内，则在出动作区时返回。
3.如权利要求1所述的基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，其特征在于：步骤三变压器磁通瞬时标幺值的计算过程为
<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>U</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <msub> <mi>U</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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其中，U(k)为电压采样值，Un为额定电压，Ub(k)为电压采样值的标幺值，f为额定频率，取50HZ，则Φb(n)为变压器磁通瞬时标幺值，Δt为每个采样点之间的时间间隔。
4.如权利要求1所述的基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，其特征在于：步骤四中直流分量计算方法为：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Phi;</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mi>N</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;Phi;</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中Φzb为磁通的直流分量，Φb(k)为变压器磁通瞬时标幺值，N为一个工频周期内电流采样点数；
基波幅值的计算方法为：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Phi;</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mi>N</mi> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mi>N</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;Phi;</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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其中：Φb1代表三相线电流的基波幅值；N为一个工频周期内电流采样点数；
磁通幅值的计算方法为：
Φm(n)＝Φzb(n)+Φb1(n) (9)。
5.如权利要求1所述的基于电压在线积分的变压器和应涌流识别方法，其特征在于：步骤五中变压器饱和磁通整定值Φset取1.1～1.4，时间整定值tset1取1s～2s。
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