CN106451354B - 变压器差动保护方法及装置 - Google Patents

变压器差动保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种变压器差动保护方法及装置，所述方法包括：获取变压器的初始参数；对变压器的星侧和角侧分别进行星转角和角转星的相位调整；根据相位调整后的电流值，计算该变压器发生故障时的故障电流；若故障电流满足条件的情况下，无比率差动标志，且差动保护为启动状态，则继电器跳闸，变压器执行差动保护动作。本发明实施例通过对变压器进行星转角和角转星两种补偿原理，进一步提高变压器差动保护的可靠性和灵敏度。

Description

变压器差动保护方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及继电保护技术领域，尤其涉及变压器差动保护方法及装置。
背景技术
变压器作为电力系统的重要设备，当其发生故障时，将会给供电系统的正常供电和设备安全带来严重的影响。为消除上述影响通常在变压器中设置保护装置，即对变压器进行继电保护。
目前的主变压器的接线组别一般为Y/D-11，两侧电流相差30°，为了实现差流平衡，需要对两侧电流进行补偿。现有的补偿主要分两类：一是在星侧进行星转角，二是在角侧进行角转星。在星侧进行星转角原理的差动保护在高压侧两相短路时的灵敏度比角转星原理的差动保护灵敏度高；而在角侧进行角转星原理的差动保护在高压侧单相接地和低压侧两相短路时的灵敏度比星转角原理的差动保护灵敏度高。
但是，若在星侧星转角的补偿中出现高压侧单相接地和低压侧两相短路，或在角侧角转星的补偿中出现高压侧两相短路，此时，变压器的可靠性和灵敏度就会降低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种变压器差动保护方法，能够实现星转角和角转星两种补偿原理下，变压器故障时启动差动保护，从而提高变压器差动保护的可靠性和灵敏度。
第一方面，本发明实施例提供了一种变压器差动保护方法，包括：
获取变压器的初始参数；
根据所述变压器的初始参数，分别对所述变压器的星侧和角侧进行星转角相位调整和角转星相位调整，获得对应的星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值；
分别根据所述星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值计算第一故障电流和第二故障电流；
判断所述第一故障电流或第二故障电流是否满足比率差动动作条件，当所述第一故障电流和第二故障电流中任意之一满足所述比率差动动作条件时，则在如下情况下，变压器的继电器跳开星侧和角侧开关：无比率差动标志，并且差动保护启动。
优选的，所述变压器的初始参数包括：变压器的接线组别、压板、控制字、定值、星侧和角侧的电流模拟量。
优选的，对所述变压器的星侧进行星转角相位调整包括：对所述变压器的星侧进行星转角的相位补偿，角侧不补偿；
对所述变压器的角侧进行角转星的相位调整包括：对所述变压器的角侧进行角转星的相位补偿，星侧进行消除零序的相位补偿。
优选的，所述故障电流包括变压器发生电路故障时电路节点的差动电流和制动电流；
相应的，判断故障电流是否满足比率差动动作条件包括：
若满足如下差动保护动作方程，则故障电流满足比率差动动作条件：
Id>Kr(Ires-KIe)+Id0
式中：Id为电路节点的差动电流；Ires为制动电流；Kr为差动比率系数；KIe为定值；Id0为发生差动保护最小的差动电流值。
优选的，所述无比率差动标志表示变压器没有逻辑闭锁，其中，
所述逻辑闭锁包括以下任意一种：CT断线闭锁、CT饱和闭锁或涌流闭锁。
第二方面，本发明实施例提供了一种变压器差动保护装置，包括：
参数获取模块，用于获取变压器的初始参数；
相位调整模块，用于根据所述变压器的初始参数分别对所述变压器的星侧和角侧进行星转角相位调整和角转星相位调整，获得对应的星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值；
故障电流计算模块，用于分别根据所述星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值计算第一故障电流和第二故障电流；
差动动作判断模块，用于判断所述第一故障电流或第二故障电流是否满足比率差动动作条件，当所述第一故障电流和第二故障电流中任意之一满足所述比率差动动作条件时，则在如下情况下，变压器的继电器跳开星侧和角侧开关：无比率差动标志，并且差动保护启动。
优选的，所述变压器的初始参数包括：变压器的接线组别、压板、控制字、定值、星侧和角侧的电流模拟量。
优选的，所述相位调整模块包括星转角相位调整单元和角转星的相位调整单元；
所述星转角相位调整单元，用于对所述变压器的星侧进行星转角的相位补偿，角侧不补偿；
所述角转星的相位调整单元，用于对所述变压器的角侧进行角转星的相位补偿，星侧进行消除零序的相位补偿。
优选的，所述故障电流包括变压器发生电路故障时电路节点的差动电流和制动电流；
相应的，差动动作判断模块具体用于：
若满足如下差动保护动作方程，则故障电流满足比率差动动作条件：
Id>Kr(Ires-KIe)+Id0
式中：Id为电路节点的差动电流；Ires为制动电流；Kr为差动比率系数；KIe为定值；Id0为发生差动保护最小的差动电流值。
优选的，所述无比率差动标志表示变压器没有逻辑闭锁，其中，
所述逻辑闭锁包括以下任意一种：CT断线闭锁、CT饱和闭锁或涌流闭锁。
本发明实施例提供了一种变压器差动保护的方法及装置，该方法通过分别采用星转角和角转星两种相位补偿方法，能够提高变压器发生故障时，差动保护的可靠性和灵敏度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种变压器差动保护方法的流程图；
图2是变压器Y/D-11的接线组别的示意图；
图3是星侧两相短路时变压器Y/D-11的接线组别的示意图；
图4是星侧单相接地时变压器Y/D-11的接线组别的示意图；
图5是角侧两相短路时变压器Y/D-11的接线组别的示意图；
图6是本发明实施例提供的一种差动动作判别的逻辑图；
图7是Y/D-11的变压器比率差动保护的动作特性曲线；
图8是本发明实施例提供的一种变压器差动保护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例提供的一种变压器差动保护方法的流程图，本实施例可适用于具有星型和角型接线组别的变压器的差动保护，该方法可以由本发明实施例提供的变压器差动保护装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方法来实现，该装置可集成于变压器继电设备中，如图1所示，变压器差动保护方法具体包括：
S110、获取变压器的初始参数。
具体的，变压器是一种利用电磁感应原理改变交流电压的装置，主要构件包括初级线圈、次级线圈和铁芯，根据其功能和用途可以分为许多种类。每种变压器都会设置有不同的参数值，这些参数值是变压器正常工作的参照标准，且在变压器的差动保护中，初始参数作为差动保护速动段的固定参数，以保证差动保护的可靠性。该初始参数例如可以是软压板、硬压板、控制字、电流模拟量、定值等。
S120、根据所述变压器的初始参数，分别对所述变压器的星侧和角侧进行星转角相位调整和角转星相位调整，获得对应的星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值。
具体的，在电力系统中根据变压器的不同接线组别，可以实现变压器的不同功能。对于Y/D接线的变压器来说，星侧和角侧具有一定的相位差，该相位差使得两侧的实际正常工作时电流值不相等，这就对差动保护时电流的判断造成很大的影响。因此需要对变压器的星侧进行星转角的相位调整或角侧进行角转星的相位调整。鉴于星侧进行星转角的相位调整和角侧进行角转星的相位调整时，对变压器差动保护的灵敏性不同，所以在进行相位调整时可同时采用星转角和角转星分别对变压器的星侧和角侧进行相位调整，并获得相应的相位调整的电流值，即星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值。
可选的，对所述变压器的星侧进行星转角相位调整包括：对所述变压器的星侧进行星转角的相位补偿，角侧不补偿；
对所述变压器的角侧进行角转星的相位调整包括：对所述变压器的角侧进行角转星的相位补偿，星侧进行消除零序的相位补偿。
例如，图2是变压器Y/D-11的接线组别的示意图。Y/D-11接线组别变压器的星侧和角侧电流值的相位差为30°，为实现两侧的差流平衡即相同相的星侧电流和角侧电流的电流差为零，则需要对电流值进行相位调整。
当采用星转角的原理进行相位调整时，需要对星侧电流进行星转角的相位调整，角侧电流则无需进行电流补偿。其中，星侧相位调整电流值的计算公式如下：
角侧不补偿，即有如下等式：
Ida＝Iad
Idb＝Ibd
Idc＝Icd
其中，Iay、Iby、Icy分别为星侧A、B、C三相电流互感器(Current transformer，CT)的二次电流，Iya、Iyb、Iyc分别是星侧补偿后的A、B、C三相的电流即进行星转角相位调整后的星侧电流值，Iad、Ibd、Icd分别为角侧A、B、C三相的CT二次电流，Ida、Idb、Idc为角侧补偿后A、B、C三相电流。
当采用角转星原理进行相位调整时，需要对角侧的电流进行角转星的相位调整，而星侧的电流需要消除零序，即星侧需要相位补偿。其中角侧相位调整电流值的计算公式如下：
星侧相位补偿的电流计算公式如下：
其中，Iad、Ibd、Icd分别为角侧A、B、C三相的CT二次电流，Ida、Idb、Idc分别为角侧补偿后的A、B、C三相的电流即进行角转星相位调整后的角侧电流值，Iay、Iby、Icy分别为星侧A、B、C三相CT二次电流，Iya、Iyb、Iyc分别是星侧补偿后A、B、C三相电流。
S130、分别根据所述星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值计算第一故障电流和第二故障电流。
具体的，对变压器星侧和角侧的电流进行相位补偿后，分别获得星转角相位调整的电流值和角转星的相位调整的电流值，进行相位调整后两侧的差流为零。但当变压器发生故障时，两侧的电流差不再相等，此时可以根据相位调整后的电流值计算发生故障后的电流差值，从而获得相应的故障电流。由于不同的故障时，分别采用星转角和角转星的相位调整电流值计算所得的电流差可能不相同，所以采用星转角的相位调整电流值计算电流差，以获得第一故障电流；和采用角转星的相位调整电流值计算电流差，以获得第二故障电流。其中，故障电流为同一相的各侧电流差的绝对值即差动电流，以及变压器直流制动输出过程中，外接电阻正常工作所产生的制动电流。差动电流和制动电流计算公式如下：
Id＝|I1+I2+…+Im|
其中，Id为差动电流，Ires为制动电流，I1、I2……Im分别为变压器各侧的电流。
如上例中，计算出Y/D-11变压器的星转角和角转星的相位调整电流值后，当发生不同故障时对其故障电流进行计算，故障情况及故障电流的计算如下，以差动电流计算方法为例。
当星侧两相短路时，其故障电流流向如图3所示。此时，采用星转角原理进行相位补偿，各相的电流差如下：
采用角转星原理进行相位补偿，各相电流差如下：
其中，Idif-a、Idif-b、Idif-c分别为变压器A、B、C三相的电流差，Ik2为差流系数。
当星侧单相接地时，其故障电流流向如图4所示，此时，采用星转角原理变压器保护，各相电流差为：
采用角转星原理进行相位补偿，各相电流差如下：
其中，Idif-a、Idif-b、Idif-c分别为变压器A、B、C三相的电流差，Ik3为差流系数。
当角侧两相短路时，其故障电流流向如图5所示，此时，采用星转角原理变压器保护，各相电流差为：
采用角转星原理进行相位补偿，各相电流差如下：
其中，Idif-a、Idif-b、Idif-c分别为变压器A、B、C三相的电流差，Ik5为差动电流系数。
从上述计算结果得知：不同的故障采用星转角相位调整电流值和采用角转星相位调整电流值计算出的电流差不相等，且每一种故障中两种方式计算所得的电流差越大，其差动保护的灵敏度就越大。综上可知，当星侧两相短路时，采用星转角原理的差动保护的灵敏度比角转星原理的灵敏度高；当星侧单相接地时，采用角转星原理的差动保护比星转角原理的灵敏度高；当角侧两相短路时，采用星转角原理的差动保护的灵敏度比角转星原理的灵敏度高。
对于Y/D-11变压器，除上述故障情况外，还有其它的故障情况，且有些故障情况分别采用星转角和角转星原理计算所得的电流差相同，故两种原理的灵敏度一致，例如，星侧三相短路、角侧三相短路等。另外当角侧单相接地时，由于角侧为不接地系统，故电流差为零，采用星转角或角转星两种原理差动保护的灵敏度一致。
S140、分别判断所述第一故障电流或第二故障电流是否满足比率差动动作条件。若满足条件则执行步骤S150；若不满足条件则返回执行步骤S130；
S150、判断是否无比率差动标志和差动保护是否启动，若无比率差动标志且差动保护开启，则执行步骤S160。
S160、变压器的继电器跳开星侧和角侧的开关。
具体的，由于对于某些故障来说，采用两种原理计算所得的故障电流可能会不同，从而使两种原理的灵敏度可能不一致，且灵敏度越高越容易满足比率差动动作的条件。因此，第一故障电流和第二故障电流任意一个满足比率差动动作的条件时，对是否无比率差动标志和差动保护是否启动进行判断，该比率差动标志为逻辑闭锁，包括如下任意之一：CT断线闭锁、CT饱和闭锁、涌流闭锁。若无比率差动标志，则说明没有逻辑闭锁发生。相应的，差动保护是否启动，是发生差动保护的前提条件。因此当上述各情况都满足条件时，则说明变压器发生故障，继电器开关跳闸，对该变压器实行继电保护；若故障电流不满足比率差动动作的条件则返回继续对故障电流进行计算。
本发明实施例提供了一种变压器差动保护方法，该方法通过采用星转角和角转星两种相位补偿原理实现差动保护，当根据星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值计算得到的第一故障电流和第二故障电流中任意之一满足比率差动动作条件，即可进行差动保护，从而进一步提高了变压器差动保护的可靠性和灵敏度。
在上述实施例的基础上，本发明实施例对差动保护的逻辑判别进行了分析，如图6所示，图6是本发明实施例提供的一种差动动作判别的逻辑图。
其中，当采用星转角原理进行差动保护时，星转角原理差动保护速动段的固定参数硬压板、软压板和控制字的判别结果输入逻辑与门G1；再将与门G1的输出结果与星转角原理计算所得的故障电流是否满足条件，即星转角比差动作的判别结果输入逻辑与门G2；将G2门输出结果和比率差动标志的判别结果取非后的结果，以及差动保护是否启动的判别结果一同输入与门G4，采用与门G4输出的结果判别星转角原理是否满足继电跳闸。其中，比率差动标志为闭锁，该闭锁的判别结果通过将CT断线闭锁、CT饱和闭锁和涌流闭锁的判别结果输入或门G3，然后通过G3的输出值判别比率差动标志。
同样的，当采用角转星原理进行差动保护时，角转星原理差动保护速动段的固定参数硬压板、软压板和控制字的判别结果输入逻辑与门G5；再将与门G5的输出结果与角转星原理计算所得的故障电流是否满足条件，即角转星比差动作的判别结果输入逻辑与门G6；将G6门输出结果和比率差动标志的判别结果取非后的结果，以及差动保护是否启动的判别结果一同输入与门G8，采用与门G8输出的结果判别角转星原理是否满足继电跳闸。其中，比率差动标志与上述星转角原理的比率差动标志同为闭锁，即CT断线闭锁、CT饱和闭锁和涌流闭锁，并将判别结果输入或门G7，然后通过G7的输出值进行判别比率差动标志。
经过上述两种原理进行判断最终分别获得星转角原理继电跳闸逻辑输出值G4和角转星原理继电跳闸逻辑输出值G8，采用两种原理进行判别时将两种原理最终输出的判别结果G4和G8一同输入或门G9，以使得任意一种满足条件，继电保护启动跳闸。
可选的，变压器的初始参数包括：变压器的接线组别、压板、控制字、定值、星侧和角侧的电流模拟量。
具体的，其中变压器的接线组别、定值、星侧和角侧的电流模拟量可用于相位调整时电流值的计算。而压板和控制字是差动保护速动段的固定参数值，即可用于提高差动保护的可靠性，其中，压板可分为硬压板和软压板。
例如，采用星转角原理进行差动保护时，硬压板、软压板和控制字的逻辑判别结果输入与门G1；采用角转星原理进行差动保护时，硬压板、软压板和控制字的逻辑判别结果输入与门G5。
可选的，故障电流满足比率差动动作条件，可采用如下比率差动动作方程进行判断：
Id>Kr(Ires-KIe)+Id0
式中：Id为电路节点的差动电流；Ires为制动电流；Kr为差动比率系数；KIe为定值；Id0为发生差动保护最小的差动电流值。
例如，当采用星转角原理进行相位调整时，逻辑与门G1输出的结果和星转角计算的故障电流是否满足星转角比率差动动作条件的逻辑判别结果输入逻辑与门G2；当采用角转星原理进行相位调整时，逻辑与门G5输出的结果和角转星计算的故障电流是否满足角转星比率差动动作条件的逻辑判别结果输入逻辑与门G6。其中，对于Y/D-11的变压器的故障电流满足的条件进行判断时，差动电流和制动电流比率差动动作满足的条件如下：
图7是Y/D-11的变压器比率差动保护的动作特性曲线，其中，Id为差动电流；Ires为制动电流；Id0为发生差动保护最小的差动电流值；Kr1为ab段差动制动系数，优选的固定值为0.5；Kr2为bc段差动制动系数，优选的固定值为0.8；K1Ie为ab段差动拐点，优选的固定值为0.5；K2Ie为bc段差动拐点，优选的固定值为5.0。
实施例二
图8是本发明实施例提供的一种变压器差动保护装置的结构示意图。本实施例可适用于具有星型和角型接线组别的变压器的差动保护，该装置可采用软件和/或硬件的方法来实现，该装置可集成于变压器继电设备中，如图8所示。该装置具体包括：参数获取模块81、相位调整模块82、故障电流计算模块83和差动动作判断模块84。
所述参数获取模块81，用于获取变压器的初始参数；
所述相位调整模块82，用于根据所述变压器的初始参数分别对所述变压器的星侧和角侧进行星转角相位调整和角转星相位调整，获得对应的星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值；
所述故障电流计算模块83，用于分别根据所述星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值计算第一故障电流和第二故障电流；
所述差动动作判断模块84，用于分别判断所述第一故障电流和第二故障电流是否满足比率差动动作条件，当所述第一故障电流和第二故障电流中任意之一满足所述比率差动动作条件时，则在如下情况下，变压器的继电器跳开星侧和角侧开关：无比率差动标志，并且差动保护启动。
可选的，所述变压器的初始参数包括：变压器的接线组别、压板、控制字、定值、星侧和角侧的电流模拟量。
可选的，所述相位调整模块82包括星转角相位调整单元821和角转星相位调整单元822。
所述星转角相位调整单元821，用于对所述变压器的星侧进行星转角的相位补偿，角侧不补偿；
所述角转星的相位调整单元822，用于对所述变压器的角侧进行角转星的相位补偿，星侧进行消除零序的相位补偿。
优选的，所述故障电流包括变压器发生电路故障时电路节点的差动电流和制动电流；
相应的，差动动作判断模块84具体用于：
若满足如下差动保护动作方程，则故障电流满足比率差动动作条件：
Id>Kr(Ires-KIe)+Id0
式中：Id为电路节点的差动电流；Ires为制动电流；Kr为差动比率系数；KIe为定值；Id0为发生差动保护最小的差动电流值。
优选的，所述无比率差动标志表示变压器没有逻辑闭锁，其中，
所述逻辑闭锁包括以下任意一种：CT断线闭锁、CT饱和闭锁或涌流闭锁。
本实施例所提供的变压器差动保护装置可用于执行上述所有实施例的变压器差动保护方法，其技术原理和产生的技术效果类似在此不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (4)

1.一种变压器差动保护方法，其特征在于，包括：
获取变压器的初始参数；
根据所述变压器的初始参数，分别对所述变压器的星侧和角侧进行星转角相位调整和角转星相位调整，获得对应的星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值；
分别根据所述星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值计算第一故障电流和第二故障电流；
判断所述第一故障电流或第二故障电流是否满足比率差动动作条件，当所述第一故障电流和第二故障电流中任意之一满足所述比率差动动作条件时，则在如下情况下，变压器的继电器跳开星侧和角侧开关：无比率差动标志，并且差动保护启动；
其中，对所述变压器的星侧进行星转角相位调整包括：对所述变压器的星侧进行星转角的相位补偿，角侧不补偿；
对所述变压器的角侧进行角转星的相位调整包括：对所述变压器的角侧进行角转星的相位补偿，星侧进行消除零序的相位补偿；
其中，所述故障电流包括变压器发生电路故障时电路节点的差动电流和制动电流；
相应的，判断故障电流是否满足比率差动动作条件包括：
若满足如下差动保护动作方程，则故障电流满足比率差动动作条件：
式中：Id为电路节点的差动电流；Ires为制动电流；Kr为差动比率系数；KIe为定值；Id0为发生差动保护最小的差动电流值；
其中，所述无比率差动标志表示变压器没有逻辑闭锁，其中，
所述逻辑闭锁包括以下任意一种：CT断线闭锁、CT饱和闭锁或涌流闭锁。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变压器的初始参数包括：
变压器的接线组别、压板、控制字、定值、星侧和角侧的电流模拟量。
3.一种变压器差动保护装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取变压器的初始参数；
相位调整模块，用于根据所述变压器的初始参数分别对所述变压器的星侧和角侧进行星转角相位调整和角转星相位调整，获得对应的星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值；
故障电流计算模块，用于分别根据所述星转角相位调整电流值和角转星相位调整电流值计算第一故障电流和第二故障电流；
差动动作判断模块，用于判断所述第一故障电流或第二故障电流是否满足比率差动动作条件，当所述第一故障电流和第二故障电流中任意之一满足所述比率差动动作条件时，则在如下情况下，变压器的继电器跳开星侧和角侧开关：无比率差动标志，并且差动保护启动；
其中，所述相位调整模块包括：
星转角相位调整单元，用于对所述变压器的星侧进行星转角的相位补偿，角侧不补偿；
角转星的相位调整单元，用于对所述变压器的角侧进行角转星的相位补偿，星侧进行消除零序的相位补偿；
其中，所述故障电流包括变压器发生电路故障时电路节点的差动电流和制动电流；
相应的，差动动作判断模块具体用于：
若满足如下差动保护动作方程，则故障电流满足比率差动动作条件：
式中：Id为电路节点的差动电流；Ires为制动电流；Kr为差动比率系数；KIe为定值；Id0为发生差动保护最小的差动电流值；
其中，所述无比率差动标志表示变压器没有逻辑闭锁，其中，
所述逻辑闭锁包括以下任意一种：CT断线闭锁、CT饱和闭锁或涌流闭锁。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述变压器的初始参数包括：
变压器的接线组别、压板、控制字、定值、星侧和角侧的电流模拟量。
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