CN106684822A - 一种变压器死区故障保护方法及断路器失灵保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变压器死区故障保护方法及断路器失灵保护方法，变压器本侧后备保护动作跳本侧断路器，并按设定的时间开始延时；实时采样计算变压器本侧各相的电流，若本侧变压器任一相电流大于设定的电流阈值，且延时不小于本侧变压器断路器跳闸完成所需的最长时间，则跳变压器其他侧断路器，否则退出变压器死区故障保护，同时跳开变压器其他侧断路器，若本侧断路器位置为合闸位置，则联跳变压器本侧母线上的其他电源，将故障点完全隔离，而且变压器后备保护切除时间较短，不会造成变压器的损坏，提高了变电站的安全稳定运行。

Description

一种变压器死区故障保护方法及断路器失灵保护方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种变压器死区故障保护方法及断路器失灵保护方法。

背景技术

近年来，随着我国坚强智能电网的深入，电力需求的不断增加，电网架构日益复杂，而变压器是发电厂、变电站中的主设备，变压器的电压等级越高、容量越大代表着它在系统中的重要性越大，在电网容量进一步增大，大容量变压器不断增多的情况下，电网会发生死区故障或断路器失灵的情况，如果不及时将故障点隔离，将会造成变压器烧坏，还有可能带来较大的停电损失。

以变压器35kV和10kV侧为例，由于变压器35kV和10kV侧母线通常不配置母线差动保护，当变压器35kV和10kV侧出现死区故障或断路器失灵时只能由变压器后备保护动作切除故障。本侧后备保护T1时限跳变压器本侧断路器后，如果故障没有切除，再通过T2时限跳变压器各侧断路器，T1和T2两个时限的时间差通常整定为0.3s～0.5s。而变压器其它侧后备保护动作时间需要跟本侧后备保护动作时间配合，将故障点完全隔离，保护动作时间更长。因此，解决死区故障及断路器失灵时，变压器后备保护切除故障的时间过长，可能造成变压器损坏，带来较大的停电损失，从而影响变电站的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器死区故障保护方法，用于解决在变压器死区故障及断路器失灵时后备保护切除故障时间过长造成变压器损坏的问题；同时还提供了一种断路器失灵保护方法，用于解决在断路器失灵时不能将故障点完全隔离的问题。

为实现上述目的，本发明的一种变压器死区故障保护方法的技术方案如下：

方法方案一，包括如下步骤：

1)变压器本侧后备保护动作跳本侧断路器，并按设定时间开始延时；

2)实时采样计算变压器本侧各相的电流幅值；

3)若本侧变压器任一相电流幅值大于设定的电流阈值，且延时大于设定的时间阈值，则跳变压器其他侧断路器，否则退出变压器死区故障保护。

方法方案二，在方法方案一的基础上，所述实时采样计算的本侧变压器各相的电流幅值是采用全周傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值和/或采用全周差分傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值。

方法方案三，在方法方案二的基础上，本侧变压器任一相电流幅值大于设定的电流阈值是采用全周傅立叶算法计算的本侧变压器任一相电流幅值大于设定的变压器本侧过电流保护定值；采用全周差分傅立叶算法计算的本侧变压器电流幅值大于设定倍数的变压器CT二次电流额定值。

方法方案四，在方法方案一的基础上，所述设定的时间阈值不小于本侧变压器断路器跳闸完成所需的最长时间。

方法方案五，在方法方案三的基础上，采用全周差分傅立叶算法计算电流幅值时，将变压器本侧三相电流进行微分，微分方程为：

Δi_K＝i_K-i_K-1

其中，i_K为当前点采样值、i_K-1为前一点采样值，Δi_K为微分后的电流采样值。

本发明的有益效果是：

本发明提供的变压器死区故障保护方法，通过变压器本侧后备保护动作跳本侧断路器后，并按设定的时间延时，若采样计算的变压器本侧电流大于设定的电流阈值且延时不小于本侧变压器断路器跳闸完成所需的最长时间，则跳开变压器其他侧断路器，尽可能快的将故障点切除，本发明的方法切除变压器本侧断路器及切除变压器其他侧断路器，动作连贯，切除间隔小，对系统和设备的冲击比较小，避免了现有技术中变压器后备保护切除时间过长造成变压器损坏，保证了变电站的安全稳定运行。

此外，对本侧变压器电流幅值大小和跳本侧变压器后的延时时间进行判断，提高了对变压器死区故障判定的准确性。

本发明还提供了一种断路器失灵保护方法，包括五个方法方案：

方法方案一，包括如下步骤：

1)变压器本侧后备保护动作跳本侧断路器，并按设定时间开始延时；

2)实时采样计算变压器本侧各相的电流幅值；

3)若本侧变压器任一相电流幅值大于设定的电流幅值阈值，且延时大于设定的时间阈值，则跳变压器其他侧断路器，否则退出断路器失灵保护；

4)判断变压器本侧断路器是否断开，当变压器本侧断路器位置为合闸位置时，联跳变压器本侧母线上其他电源。

方法方案二，在方法方案一的基础上，利用断路器三相辅助触点串联的开入信号判断断路器是否断开。

方法方案三，在方法方案一的基础上，所述实时采样计算的本侧变压器各相的电流幅值是采用全周傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值和/或采用全周差分傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值。

方法方案四，在方法方案三的基础上，本侧变压器任一相电流幅值大于设定的电流阈值是采用全周傅立叶算法计算的本侧变压器任一相电流幅值大于设定的变压器本侧过电流保护定值；采用全周差分傅立叶算法计算的本侧变压器电流幅值大于设定倍数的变压器CT二次电流额定值。

方法方案五，在方法方案一的基础上，所述设定的时间阈值不小于本侧变压器断路器跳闸完成所需的最长时间。

本发明的有益效果是：

本发明提供的断路器失灵保护方法，当断路器接收到断开信号后，判断本侧断路器仍处于合闸位置，则断路器失灵，此时，联跳变压器本侧母线上的其他电源，将故障点完全隔离，避免发生死区故障时，造成变压器的损坏，本发明的方法提高了系统和设备的安全可靠性，而且对本侧变压器电流幅值大小和跳本侧变压器后的延时时间进行判断，提高了对断路器失灵判定的准确性。

附图说明

图1为110KV变压器主接线示意图；

图2为变压器死区故障及断路器失灵保护方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

变压器死区故障及断路器失灵保护方法主要应用于智能电网的变压器保护装置或站域保护装置中，以110KV变压器为例，正常运行时变压器高压侧、中压侧和低压侧断路器合闸，高压侧、中压侧、低压侧电流互感器分别为CT1、CT2、CT3，高压侧、中压侧、低压侧断路器分别为DL1、DL2、DL3，主接线示意图如图1所示。例如，当图1中的f1点或f2点发生死区故障时，变压器本侧后备保护动作跳开本侧断路器DL2或DL3时，本侧CT2或CT3仍有故障电流，故障点不能完全隔离，则需要跳开变压器其他侧断路器CT1和CT3或跳开变压器其他侧断路器CT1或CT2，另外，如果本侧断路器跳闸时失灵，当本侧母线上有其他电源时还不能隔离故障点，需要联跳变压器本侧母线上的其他电源。

本发明的一种变压器死区故障保护方法的实施例：

一种变压器死区故障保护方法，该方法包括如下步骤：

(1)变压器本侧后备保护动作跳本侧断路器，并记录本侧后备保护动作跳本侧断路器的时刻T0。

(2)变压器本侧电流启动判别，计算变压器本侧的电流幅值，任一相电流大于设定的电流阈值时启动，判别方程为：

其中，I_全周为采用全周傅里叶算法计算的本侧电流幅值，I_全周差分为采用全周差分傅里叶算法计算的本侧电流幅值，I_set为本侧过流保护电流定值，I_N为变压器CT二次电流额定值(1A或5A)。

(3)计算当前时刻与本侧后备保护动作跳本侧断路器时刻之间的差ΔT，判别方程为：

ΔT＝T1–T0

其中，T1为当前时刻的时间。

(4)判断变压器死区故障否满足动作条件，动作方程为：

ΔT＞T_SET

其中，T_SET为变压器死区故障保护延时阈值，变压器死区故障保护延时门槛值需要躲过本侧断路器跳开的最长时间，取值范围为150ms～200ms。

(5)若满足上述动作条件，则判断为发生变压器死区故障，此时跳开变压器其它侧断路器，隔离故障点。

步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中任一步骤不满足时，退出变压器死区故障及断路器失灵保护判别。对于步骤(2)，若采样计算变压器本侧电流不大于设定的电流阈值，退出变压器死区故障保护，若采样计算变压器本侧电流开始时刻大于设定的电流阈值，中间时刻小于设定的电流阈值，退出变压器死区故障保护。

步骤(2)中采用全周傅里叶算法计算电流幅值时每周波采样24点，全周差分傅里叶算法计算电流幅值时需要将本侧三相电流进行微分，以防止CT拖尾造成保护误动作，微分方程为：

Δi_K＝i_K-i_K-1

其中，i_K为当前点采样值、i_K-1为前一点采样值，Δi_K为微分后的电流采样值。

一种断路器失灵保护方法的实施例：

一种断路器失灵保护方法，该方法包括如下步骤：

1)变压器本侧后备保护动作跳本侧断路器，并记录本侧后备保护动作跳本侧断路器的时刻T0。

2)本侧电流启动判别，计算变压器本侧的电流幅值，任一相电流大于设定的电流阈值时启动，判别方程为：

其中，I_全周为采用全周傅里叶算法计算的本侧电流幅值，I_全周差分为采用全周差分傅里叶算法计算的本侧电流幅值，I_set为本侧过流保护电流定值，I_N为变压器CT二次电流额定值(1A或5A)。

3)计算当前时刻与本侧后备保护动作跳本侧断路器时刻之间的差ΔT，判别方程为：

ΔT＝T1–T0

其中，T1为当前时刻的时间。

4)判断断路器失灵否满足动作条件，动作方程为：

ΔT＞T_SET

其中，T_SET为断路器失灵保护延时阈值，断路器失灵保护延时门槛值需要躲过本侧断路器跳开的最长时间，取值范围为150ms～200ms。

5)若满足上述动作条件，则判断为断路器失灵，此时跳开变压器其它侧断路器，隔离故障点。

6)判断变压器本侧断路器是否跳开，当变压器本侧断路器位置为合闸位置时联跳变压器本侧母线上其它电源，完全隔离故障点。

所述步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)、步骤5)中任一步骤不满足时，退出变压器死区故障及断路器失灵保护判别。

所述步骤2)中采用全周傅里叶算法计算电流幅值时每周波采样24点，全周差分傅里叶算法计算电流幅值时需要将本侧三相电流进行微分，以防止CT拖尾造成保护误动作，微分方程为：

Δi_K＝i_K-i_K-1

其中，i_K为当前点采样值、i_K-1为前一点采样值，Δi_K为微分后的电流采样值。

步骤6)中，利用断路器三相辅助触点串联的开入信号判断断路器是否断开，为了防止断路器失灵时本侧母线有上其它电源，当本侧断路器位置为合闸位置时需要联跳变压器本侧母线上其它电源以隔离故障点。

步骤6)中引入本侧断路器的跳闸位置(三相串联)和合闸位置(三相并联)开入信号对断路器位置进行判别，并对位置信号进行校验，当跳闸位置和合闸位置同时存在或同时消失时发位置不一致告警信号。

该方法是按变压器分侧配置，变压器各侧死区故障及断路器失灵保护功能相互独立。

步骤(2)和步骤2)中采用全周傅立叶算法和全周差分傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值，当采用两种算法计算的幅值同时大于设定的电流幅值阈值时，判断为变压器死区故障或断路器失灵，作为其他实施方式，也可以只采用其中一种算法计算变压器本侧的电流幅值，当其中一种算法的电流幅值大于设定的对应的电流阈幅值值时，判断为变压器死区故障或断路器失灵。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变压器死区故障保护方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)变压器本侧后备保护动作跳本侧断路器，并按设定时间开始延时；

2)实时采样计算变压器本侧各相的电流幅值；

3)若本侧变压器任一相电流幅值大于设定的电流幅值阈值，且延时大于设定的时间阈值，则跳变压器其他侧断路器，否则退出变压器死区故障保护。

2.根据权利要求1所述的变压器死区故障保护方法，其特征在于，所述实时采样计算的本侧变压器各相的电流幅值是采用全周傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值和/或采用全周差分傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值。

3.根据权利要求2所述的变压器死区故障保护方法，其特征在于，本侧变压器任一相电流幅值大于设定的电流幅值阈值是采用全周傅立叶算法计算的本侧变压器任一相电流幅值大于设定的变压器本侧过电流保护定值；采用全周差分傅立叶算法计算的本侧变压器电流幅值大于设定倍数的变压器CT二次电流额定值。

4.根据权利要求1所述的变压器死区故障保护方法，其特征在于，所述设定的时间阈值为本侧变压器断路器跳闸完成所需的最长时间。

5.根据权利要求3所述的变压器死区故障保护方法，其特征在于，采用全周差分傅立叶算法计算电流幅值时，将变压器本侧三相电流进行微分，微分方程为：

Δi_K＝i_K-i_K-1

其中，i_K为当前点采样值、i_K-1为前一点采样值，Δi_K为微分后的电流采样值。

6.一种断路器失灵保护方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)变压器本侧后备保护动作跳本侧断路器，并按设定的时间开始延时；

2)实时采样计算变压器本侧各相的电流幅值；

3)若本侧变压器任一相电流幅值大于设定的电流幅值阈值，且延时大于设定的时间阈值，则跳变压器其他侧断路器，否则退出断路器失灵保护；

4)判断变压器本侧断路器是否断开，当变压器本侧断路器位置为合闸位置时，联跳变压器本侧母线上其他电源。

7.根据权利要求6所述的断路器失灵保护方法，其特征在于，利用断路器三相辅助触点串联的开入信号判断断路器是否断开。

8.根据权利要求6所述的断路器失灵保护方法，其特征在于，所述实时采样计算的本侧变压器各相的电流幅值是采用全周傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值和/或采用全周差分傅立叶算法计算变压器本侧电流幅值。

9.根据权利要求8所述的断路器失灵保护方法，其特征在于，本侧变压器任一相电流幅值大于设定的电流幅值阈值是采用全周傅立叶算法计算的本侧变压器任一相电流幅值大于设定的变压器本侧过电流保护定值；采用全周差分傅立叶算法计算的本侧变压器电流幅值大于设定倍数的变压器CT二次电流额定值。

10.根据权利要求6所述的断路器失灵保护方法，其特征在于，所述设定的时间阈值为本侧变压器断路器跳闸完成所需的最长时间。