CN106099856A - 500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置及保护方法，所述保护装置包括电源模块、交流模块、滤波电路、ADC模块、CPU模块、DSP模块、继电器开入模块、继电器开出模块、人机界面模块、串口、以太网接口，所述电源模块给ADC模块、CPU模块、DSP模块、继电器开入模块、继电器开出模块、人机界面模块供电，交流模块将输入交流信号转换为交流小信号经滤波电路送给ADC模块，所述ADC模块与CPU模块、DSP模块相连，将采样信号传送给CPU模块、DSP模块，所述继电器开入模块将外部开入信号转换后送给CPU模块和DSP模块，所述继电器开出模块与DSP模块相连，所述人机界面模块、串口、以太网接口与CPU模块相连。本发明提高了保护的灵敏性和速动性，保证了保护的可靠性。

Description

500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置及保护 方法

技术领域

本发明涉及一种采用抗涌流阻抗元件的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置及保护方法，属于电力输配电网络的控制技术。

背景技术

500kV变电站一次主接线中，500kV变压器35kV侧一般接有35kV低压并联电抗器支路、35kV并联电容器支路、35kV所用变压器支路和35kV电压互感器及35kV母线避雷器。针对实际工程中存在情况：35kV所用变压器支路由串联电抗器、轻型断路器、TA、35kV所用变压器组成，串联电抗器和母线之间没有断路器和TA，所以没有装设专门的串联电抗器保护，而是由500kV变压器35kV后备保护中的复合电压过电流保护和过电流保护作为该串联电抗器的保护。整定计算和短路电流计算表明，500kV变压器35kV侧复合电压过流保护或过电流保护对500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器后各种相间短路没有灵敏度，复合电压过电流保护和过电流保护不能够启动和切除该故障，即该串联电抗器没有保护，为此可以引入阻抗保护用于切除该故障；当系统中投入无功功率补偿装置时，低压侧会产生短时的涌流，电压也可能会发生短时畸变。阻抗元件的计算值由电压和电流值决定，所以在考虑其受涌流的影响与单纯过流元件不同，实际计算表明涌流可能会使阻抗元件误动。因此，带有抗涌流阻抗元件的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置不仅提高了保护的灵敏性和速动性，而且保证了保护的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置，可以反映串联电抗器后的相间故障，提高了该串联电抗器保护的灵敏性；采用抗涌流阻抗元件，在涌流情况下不会误动，提高了该串联电抗器保护的可靠性。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置，包括电源模块1、交流模块2、滤波电路3、ADC模块4、CPU模块5、DSP模块6、继电器开入模块7、继电器开出模块8、人机界面模块9、串口10、以太网接口11，所述电源模块1给ADC模块4、CPU模块5、DSP模块6、继电器开入模块7、继电器开出模块8、人机界面模块9供电，交流模块2将输入交流信号转换为交流小信号经滤波电路3送给ADC模块4，所述ADC模块4与CPU模块5、DSP模块6相连，将采样信号传送给CPU模块5、DSP模块6，所述继电器开入模块7将外部开入信号转换后送给CPU模块5和DSP模块6，所述继电器开出模块8与DSP模块6相连，所述人机界面模块9、串口10、以太网接口11与CPU模块5相连。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，其阻抗保护动作条件包括：

1)保护相应的软压板和硬压板以及阻抗保护的控制字已投入；

2)电压有效：即本侧电压软压板投入且PT断线判断模块未检出PT断线；

3)振荡闭锁元件开放：阻抗保护按时限判别是否经振荡闭锁；大于1.5s时，则该时限不经振荡闭锁，否则经振荡闭锁；

4)阻抗保护元件动作：采用偏移圆特性的阻抗继电器，包括相间阻抗元件和接地阻抗元件，采用0°接线，灵敏角为80°；

5)涌流闭锁元件开放：根据结合二次谐波含量、半波积分值、突变量半波积分值的涌流综合识别方法进行判据；

当以上条件均满足，阻抗保护经延时时间t后动作，切除故障。

前述500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，其中结合二次谐波含量、半波积分值、突变量半波积分值的涌流综合识别方法为：

1)满足下式(1)或者式(2)判为涌流，闭锁接地阻抗元件：

|I₂/I₁|×100％＞k₁ (1)

$\left\{\begin{array}{c}|I_2/I_1|\×100\%>k_2\\ I_{half}>M_1\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中I₂为500kV变压器35kV侧相电流二次谐波有效值；I₁为500kV变压器35kV侧相电流基波有效值；I_half为500kV变压器35kV侧相电流半波积分值；k₁、k₂、M₁均为预设的门槛系数；

2)满足下式(3)或者式(4)判为涌流，闭锁相间阻抗元件：

|I_p2p2/I_p2p1|×100％＞k₃ (3)

$\left\{\begin{array}{c}|I_{p2p2}/I_{p2p1}|\×100\%>k_4\\ I_{p2phalf}>M_2\\ I_{p2p\mathrm{int}g}>M_3\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中I_p2p2为500kV变压器35kV侧相间电流二次谐波有效值；I_p2p1为500kV变压器35kV侧相间电流基波有效值；I_p2phalf为500kV变压器35kV侧相间电流半波积分值；I_p2pintg为500kV变压器35kV侧相间电流突变量半波积分值；k₃、k₄、M₂、M₃均为预设的门槛系数。

前述500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，其中k₁>k₂，k₂＝0.13～0.2；k₃>k₄，k₄＝0.13～0.2；M₁＝(3～5)Ie，M₂＝(3.2～5.1)Ie，M₃＝(3.5～5.4)Ie，Ie为低压侧额定电流。

前述500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，其中延时时间t为0.01～10秒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用的阻抗元件能够提高500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护的灵敏度，可以使得检测串联电抗器后相间短路的灵敏度由没有提高到1.3～1.5，甚至达1.5以上；对于35kV母线上不同支路不同单相同时接地故障，相较过流保护，也具有更高的灵敏度，具有明显优势。

2.本发明采用的涌流识别技术的阻抗元件能够在故障时正确动作，涌流时不误动，切实提高了保护动作正确率，同时也保证了保护的动作速度。

3.本发明保护装置采样率为每周波40点，在每个采样点对所有保护算法和逻辑进行并行实时计算，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。

4.本发明是将电抗器保护功能集成于变压器35kV侧后备保护中，不增加额外的投资；即使当500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器和35kV母线间设有断路器和TA且装设专用的电抗器保护，本发明装置也可作为串联电抗器的后备保护。

附图说明

图1是某500kV变电所部分一次主接线图；

图2是本发明的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置电路图；

图3为本发明阻抗元件的逻辑图。

图3中符号说明如下：

-表示逻辑与关系，即输入条件全部满足时，输出有效；

-表示逻辑或关系，即输入条件任一满足时，输出有效；

-表示输入条件满足延时t毫秒动作；输入条件不满足0秒返回。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的500kV变电站35kV所用变串联电抗器保护装置所应用场合为现有500kV变电站35kV所用变支路串联的电抗器；该输配电网络的35kV系统一次主接线包括两种情形：1.老500kV变电所500kV变压器35kV侧一般有断路器，并串接有TA；2.新500kV变电所500kV变压器35kV侧一般没有断路器，只有相应TA或采用变压器套管TA；此外，35kV部分串接有35kV母线，35kV母线还接有35kV低压并联电抗器支路或35kV电容器支路、35kV所用变压器支路和35kV电压互感器TV及35kV母线避雷器；35kV所用变压器支路由下列部分组成：母线侧隔离开关、串联电抗器、断路器、TA、35kV所用变压器。即该35kV系统为不接地系统。

本发明采用抗涌流阻抗元件的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置由硬件部分和软件部分(逻辑)组成。

如图2所示，本发明的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置，包括电源模块1、交流模块2、滤波电路3、ADC模块4、CPU模块5、DSP模块6、继电器开入模块7、继电器开出模块8、人机界面模块9、串口10、以太网接口11，所述电源模块1给ADC模块4、CPU模块5、DSP模块6、继电器开入模块7、继电器开出模块8、人机界面模块9供电，交流模块2将输入交流信号转换为交流小信号经滤波电路3送给ADC模块4，所述ADC模块4与CPU模块5、DSP模块6相连，将采样信号传送给CPU模块5、DSP模块6，所述继电器开入模块7将外部开入信号转换后送给CPU模块5和DSP模块6，所述继电器开出模块8与DSP模块6相连，所述人机界面模块9、串口10、以太网接口11与CPU模块5相连。

装置核心部分，由高性能的中央处理器(CPU)和数字信号处理器(DSP)模块组成，CPU模块实现保护装置的通用起动元件和人机界面及后台通信功能，通用起动元件起动后开放出口继电器的正电源，CPU模块同时还完成事件记录及打印、保护部分的后台通信及与面板通信，另外还具有完整的故障录波功能，录波格式与COMTRADE格式兼容，录波数据可单独串口输出或打印输出；DSP模块完成所有的保护算法和逻辑功能，通过涌流判断模块对输入的采样波形进行计算，给出系统电流是故障电流还是涌流的判断标志，结合阻抗元件模块算出最终判断信号并送给继电器开出模块和CPU模块；继电器开出模块根据动作信号驱动对应的继电器动作。

500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，如图3所示，其阻抗保护动作条件包括：

1.保护相应的软压板和硬压板以及阻抗保护的控制字已投入；

2.电压有效：即本侧电压软压板投入且PT断线判断模块未检出PT断线；

3.振荡闭锁元件开放：阻抗保护按时限判别是否经振荡闭锁；大于1.5s时，则该时限不经振荡闭锁，否则经振荡闭锁；

4.阻抗保护元件动作：采用偏移圆特性的阻抗继电器，包括相间阻抗元件和接地阻抗元件，采用0°接线，灵敏角为80°；

5.涌流闭锁元件开放：根据结合二次谐波含量、半波积分值、突变量半波积分值的涌流综合识别方法进行判据；

具体的涌流综合识别方法为：

1)满足下式(1)或者式(2)判为涌流，闭锁接地阻抗元件：

|I₂/I₁|×100％＞k₁ (1)

$\left\{\begin{array}{c}|I_2/I_1|\×100\%>k_2\\ I_{half}>M_1\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中I₂为500kV变压器35kV侧相电流二次谐波有效值；I₁为500kV变压器35kV侧相电流基波有效值；I_half为500kV变压器35kV侧相电流半波积分值；k₁、k₂、M₁均为预设的门槛系数；

2)满足下式(3)或者式(4)判为涌流，闭锁相间阻抗元件：

|I_p2p2/I_p2p1|×100％＞k₃ (3)

$\left\{\begin{array}{c}|I_{p2p2}/I_{p2p1}|\×100\%>k_4\\ I_{p2phalf}>M_2\\ I_{p2p\mathrm{int}g}>M_3\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中I_p2p2为500kV变压器35kV侧相间电流二次谐波有效值；I_p2p1为500kV变压器35kV侧相间电流基波有效值；I_p2phalf为500kV变压器35kV侧相间电流半波积分值；I_p2pintg为500kV变压器35kV侧相间电流突变量半波积分值；k₃、k₄、M₂、M₃均为预设的门槛系数。

前述k₁>k₂，k₂＝0.13～0.2；k₃>k₄，k₄＝0.13～0.2；M₁＝(3～5)Ie，M₂＝(3.2～5.1)Ie，M₃＝(3.5～5.4)Ie，Ie为低压侧额定电流。

当以上条件均满足，阻抗保护经延时时间0.01～10秒后动作，切除故障。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置，其特征在于，包括电源模块、交流模块、滤波电路、ADC模块、CPU模块、DSP模块、继电器开入模块、继电器开出模块、人机界面模块、串口、以太网接口，所述电源模块给ADC模块、CPU模块、DSP模块、继电器开入模块、继电器开出模块、人机界面模块供电，交流模块将输入交流信号转换为交流小信号经滤波电路送给ADC模块，所述ADC模块与CPU模块、DSP模块相连，将采样信号传送给CPU模块、DSP模块，所述继电器开入模块将外部开入信号转换后送给CPU模块和DSP模块，所述继电器开出模块与DSP模块相连，所述人机界面模块、串口、以太网接口与CPU模块相连。

2.如权利要求1所述的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，其特征在于，其阻抗保护动作条件包括：

1)保护相应的软压板和硬压板以及阻抗保护的控制字已投入；

2)电压有效：即本侧电压软压板投入且PT断线判断模块未检出PT断线；

3)振荡闭锁元件开放：阻抗保护按时限判别是否经振荡闭锁；大于1.5s时，则该时限不经振荡闭锁，否则经振荡闭锁；

4)阻抗保护元件动作：采用偏移圆特性的阻抗继电器，包括相间阻抗元件和接地阻抗元件，采用0°接线，灵敏角为80°；

5)涌流闭锁元件开放：根据结合二次谐波含量、半波积分值、突变量半波积分值的涌流综合识别方法进行判据；

当以上条件均满足，阻抗保护经延时时间t后动作，切除故障。

3.如权利要求2所述的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，其特征在于，所述结合二次谐波含量、半波积分值、突变量半波积分值的涌流综合识别方法为：

1)满足下式(1)或者式(2)判为涌流，闭锁接地阻抗元件：

|I₂/I₁|×100％＞k₁ (1)

$\left\{\begin{array}{c}\left|I_2/I_1\right|\×100\%>k_2\\ I_{half}>M_1\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中I₂为500kV变压器35kV侧相电流二次谐波有效值；I₁为500kV变压器35kV侧相电流基波有效值；I_half为500kV变压器35kV侧相电流半波积分值；k₁、k₂、M₁均为预设的门槛系数；

2)满足下式(3)或者式(4)判为涌流，闭锁相间阻抗元件：

|I_p2p2/I_p2p1|×100％＞k₃ (3)

$\left\{\begin{array}{c}\left|I_{p2p2}/I_{p2p1}\right|\×100\%>k_4\\ I_{p2phalf}>M_2\\ I_{p2p\mathrm{int}g}>M_3\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中I_p2p2为500kV变压器35kV侧相间电流二次谐波有效值；I_p2p1为500kV变压器35kV侧相间电流基波有效值；I_p2phalf为500kV变压器35kV侧相间电流半波积分值；I_p2pintg为500kV变压器35kV侧相间电流突变量半波积分值；k₃、k₄、M₂、M₃均为预设的门槛系数。

4.如权利要求3所述的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，其特征在于，所述k₁>k₂，k₂＝0.13～0.2；k₃>k₄，k₄＝0.13～0.2；M₁＝(3～5)Ie，M₂＝(3.2～5.1)Ie，M₃＝(3.5～5.4)Ie，Ie为低压侧额定电流。

5.如权利要求2所述的500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置的保护方法，其特征在于，所述延时时间t为0.01～10秒。