CN106786368B - 基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法，包括以下步骤：获取正常相电压和正常相电流，以此得到正常相位差；获取故障相电压和故障相电流，并以此得到故障相位差，进而建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法；根据正常相位差，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；判断电压旋转向量的实部和虚部的正负情况，若满足，则启动保护方法。本发明提供的方法，通过建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法和基于电压相位变化量的保护判断方法，可以提高切除发生匝间短路故障的电抗器的速度，避免出现危险事故，如起火等，以保证电网的安全运行，从根本上解决电抗器匝间放电事故扩大的问题。

Description

基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法

技术领域

本发明涉及输变电技术领域，特别涉及一种基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法。

背景技术

由于电网容量的扩大，使得输配电系统短路容量的额定值迅速增大，为了限制输电线路的短路电流，保护电力设备，必须安装电抗器，电抗器能够减小短路电流和使短路瞬间系统的电压保持不变。在低压电抗器中，干式空心并联电抗器恰好具有这一功能，用于长距离输电线路的电容无功补偿，使得输配电系统电压稳定运行。因此，干式空心并联电抗器因干式无油、维护量小、运行成本低、结构简单、重量轻、便于运输和安装、无铁芯饱和、噪音低和电抗值保持线性等优点，在电网中得到大规模的应用。

但是近几年来，随着单台干式空心并联电抗器的容量增加，现在电抗器普遍的容量是15000kvar-20000kvar，干式空心并联电抗器匝间击穿故障率急剧增加；由于缺乏有效的保护装置及时切除故障电抗器，因此导致一些匝间击穿的电抗器事故扩大，甚至发生火灾，严重的影响了变电站其他设备的安全运行。

因此，近几年相关公司相继投入了大量的人力物力开展了干式空心并联电抗器的研究工作，并推出了振荡波的匝间耐压试验，但是没有找到从根本上解决电抗器匝间放电事故扩大的方法。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法，以解决现有的方法无法从根本上解决电抗器匝间放电事故扩大的问题。

根据本发明的实施例，提供了一种基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法，包括以下步骤：

S1、获取正常运行时电抗器的正常相电压和正常相电流，并根据所述正常相电压和所述正常相电流得到正常相位差；

S2、获取发生匝间短路时电抗器的故障相电压和故障相电流，并根据所述故障相电压和所述故障相电流得到故障相位差；

S3、根据所述正常相电压、所述正常相位差、所述故障相电压和所述故障相位差，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法；

S4、根据所述正常相位差，对所述电压向量差计算方法进行处理，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；

S5、根据所述保护判断方法，判断所述电压旋转向量的实部和虚部的正负情况，若满足，则启动保护方法。

优选地，所述步骤S1具体包括：

利用电压互感器和安装有A、B、C三相的电流互感器对正常运行时的电抗器进行采样，实时获取正常运行时电抗器的所述正常相电压和所述正常相电流，以所述正常相电流为初始参考向量，根据所述正常相电压和所述正常相电流之间的夹角，得到所述正常相位差。

优选地，所述步骤S2具体包括：

利用电压互感器和安装有A、B、C三相的电流互感器对发生匝间短路时的电抗器进行采样，获取发生匝间短路时电抗器的所述故障相电压和所述故障相电流，以所述故障相电流为初始参考向量，根据所述故障相电压和所述故障相电流之间的夹角，得到所述故障相位差。

优选地，所述步骤S3具体包括：

根据所述正常相电压、所述正常相位差、所述故障相电压和所述故障相位差，将所述故障相电压以及所述故障相位差与所述正常相电压以及所述正常相位差进行做差处理，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法。

优选地，所述发生匝间短路时的电压向量差计算方法的计算式为：

式中，ΔU表示电压向量差，表示正常相电压，表示故障相电压，表示正常相位差，θ₁表示故障相位差，i表示A、B、C三相。

优选地，所述步骤S4具体包括：

根据所述正常相位差，对所述电压向量差计算方法旋转一个相位角，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；其中，所述电压旋转向量的表达式为：

式中，ΔV表示电压旋转向量，ΔU表示电压向量差，表示正常相位差。

优选地，所述基于电压相位变化量的保护判断方法为：

根据所述电压旋转向量的表达式，判断所述电压旋转向量的实部与虚部的正负情况；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部均为负值，则发生匝间短路，启动保护方法；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部不均为负值，则未发生匝间短路，不启动保护方法。

优选地，所述步骤S5具体包括：

根据所述基于电压相位变化量的保护判断方法，判断所述电压旋转向量的实部和虚部的正负情况；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部均为负值，则发生匝间短路，输出一个控制信号给所述电抗器的开关，触发开关动作，启动所述保护方法，切除所述发生匝间击穿的电抗器；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部不均为负值，则未发生匝间短路，不启动保护方法。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供了一种基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法，包括以下步骤：获取正常运行时电抗器的正常相电压和正常相电流，并根据正常相电压和正常相电流得到正常相位差；获取发生匝间短路时电抗器的故障相电压和故障相电流，并根据故障相电压和故障相电流得到故障相位差；根据正常相电压、正常相位差、故障相电压和故障相位差，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法；根据正常相位差，对电压向量差计算方法进行处理，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；根据保护判断方法，判断电压旋转向量的实部和虚部的正负情况，若满足，则启动保护方法。本发明提供的方法，通过分别获取电抗器正常运行时的相电压和相电流，以及故障时的相电压和相电流，并相应得到正常相位差和故障相位差，并建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法，再根据正常相位差，对电压向量差旋转一个角度得到电压旋转向量，并建立基于电压相位变化量的保护判断方法，根据判断电压旋转向量实部和虚部的正负情况结果，进而判断是否需要启动保护方法；本发明提供的方法，基于电压相位变化量的保护判断方法，可以提高切除发生匝间短路故障的电抗器的速度，并可高效地、灵敏地对干式空心并联电抗器的运行起到保护作用，避免出现危险事故，如起火等，以保证电网的安全运行，从根本上解决电抗器匝间放电事故扩大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例示出的基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法的流程图；

图2为本发明实施例示出的正常运行时干式空心并联电抗器相电压向量和发生匝间短路时干式空心并联电抗器相电压向量的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，根据本发明实施例提供的基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法，包括以下步骤：

S1、获取正常运行时电抗器的正常相电压和正常相电流，并根据所述正常相电压和所述正常相电流得到正常相位差；

S2、获取发生匝间短路时电抗器的故障相电压和故障相电流，并根据所述故障相电压和所述故障相电流得到故障相位差；

S3、根据所述正常相电压、所述正常相位差、所述故障相电压和所述故障相位差，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法；

S4、根据所述正常相位差，对所述电压向量差计算方法进行处理，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；

S5、根据所述保护判断方法，判断所述电压旋转向量的实部和虚部的正负，若满足，则启动保护方法。

本发明实施例提供的针对干式空心并联电抗器的保护方法，是基于电压相位变化量的方法，根据电压相位变化量的实部和虚部的正负情况，判断是否出现匝间短路故障，以高效地、灵敏地切除发生匝间短路故障的电抗器，对并联干式空心电抗器的正常运行起到保护作用，解决了电抗器匝间放电事故扩大的问题。

本实施例中以35kV的干式空心并联电抗器为例进行说明。

在步骤S1中，获取正常运行时电抗器的正常相电压和正常相电流，并根据所述正常相电压和所述正常相电流得到正常相位差；

具体地，利用电压互感器和安装有A、B、C三相的电流互感器对正常运行时的电抗器进行采样，实时获取正常运行时电抗器的所述正常相电压和所述正常相电流，以所述正常相电流为初始参考向量，根据所述正常相电压和所述正常相电流之间的夹角，得到所述正常相位差。

当干式空心并联电抗器处于正常运行状态时，在现场通过设置在35kV母线上的电压互感器和安装有A、B、C三相的电流互感器，实时采集正常运行时电抗器的正常相电压和正常相电流，以正常相电流作为初始参考向量，正常相电压以正常相电流的值为起始点旋转一定角度，使得正常相电压和正常相电流之间形成一定夹角，而此夹角即为正常相位差。

在步骤S2中，获取发生匝间短路时电抗器的故障相电压和故障相电流，并根据所述故障相电压和所述故障相电流得到故障相位差；

具体地，利用电压互感器和安装有A、B、C三相的电流互感器对发生匝间短路时的电抗器进行采样，获取发生匝间短路时电抗器的所述故障相电压和所述故障相电流，以所述故障相电流为初始参考向量，根据所述故障相电压和所述故障相电流之间的夹角，得到所述故障相位差。

当干式空心并联电抗器发生匝间短路故障时，在现场中通过设置在35kV母线上的电压互感器和安装有A、B、C三相的电流互感器，采集发生匝间短路时电抗器的瞬时故障相电压和故障相电流，以故障相电流作为初始参考向量，故障相电压以故障相电流的方向为起始点开始旋转，使得故障相电压和故障相电流之间形成一定夹角，此夹角即为故障相位差。

在步骤S3中，如图2所示，根据所述正常相电压、所述正常相位差、所述故障相电压和所述故障相位差，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法；

具体地，根据所述正常相电压、所述正常相位差、所述故障相电压和所述故障相位差，将所述故障相电压和所述故障相位差与所述正常相电压和所述正常相位差进行做差处理，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法。

当获取到正常相电压和故障相电压之后，需要计算发生匝间短路的电压向量差来说明电压变化的情况，因此，将故障相电压与正常相电压做差处理，即可得到发生匝间短路时的电压向量差，并建立电压向量差计算方法。

发生匝间短路时的电压向量差计算方法的计算式为：

式中，ΔU表示电压向量差，表示正常相电压，表示故障相电压，表示正常相位差，θ₁表示故障相位差，i表示A、B、C三相。

在步骤S4中，根据所述正常相位差，对所述电压向量差计算方法进行处理，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；

具体地，根据所述正常相位差，对所述电压向量差计算方法旋转一个相位角，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；

对步骤S3中的电压向量差计算方法，以正常相位差作为参考，旋转一个相位角，得到旋转处理后的电压旋转向量。旋转的相位角即为正常运行时相电压和相电流的相位差。

其中，所述电压旋转向量的表达式为：

式中，ΔV表示电压旋转向量，ΔU表示电压向量差，表示正常相位差。

其中，基于电压相位变化量的保护判断方法为：

根据所述电压旋转向量的表达式，判断所述电压旋转向量的实部与虚部的正负情况；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部均为负值，则发生匝间短路，启动保护方法；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部不均为负值，则未发生匝间短路，不启动保护方法。

由于未发生任何匝间短路故障的电抗器，其电压向量的实部与虚部均为正值，说明此时电抗器正处于正常运行状态；而发生匝间短路故障的电抗器，其发生故障的瞬时相电压会相对于正常相电压发生变化，因此，由此得到的电压向量也会发生变化，其实部与虚部不一定均为正值，则说明电抗器正处于匝间放电状态，因此通过判断故障时与正常时的电压旋转向量的实部与虚部的正负情况，作为电抗器发生匝间短路故障的依据，进一步判断是否启动保护方法，切除发生故障的电抗器。

在步骤S5中，根据所述保护判断方法，判断所述电压旋转向量的实部和虚部的正负，若满足，则启动保护方法。

具体地，根据所述基于电压相位变化量的保护判断方法，判断所述电压旋转向量的实部和虚部的正负情况；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部均为负值，则发生匝间短路，输出一个控制信号给所述电抗器的开关，触发开关动作，启动所述保护方法，切除所述发生匝间击穿的电抗器；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部不均为负值，则未发生匝间短路，不启动保护方法。

根据本发明实施例提供的基于电压相位变化量的保护判断方法，通过计算电抗器发生匝间短路故障时的相电压和正常运行时的相电压，二者相减得到的电压向量差，经旋转一个相位角后的电压旋转向量的实部和虚部不均为负值时，则说明电抗器处于正常运行状态，未发生匝间短路故障，则不触发保护动作。

当电压旋转向量的实部和虚部均为负值时，说明此时电抗器发生匝间短路故障，即该电抗器在放电为外界提供能量，此时需触发保护动作，即可输出一个控制信号给电抗器的开关，控制此开关的关闭，进而快速地切除发生匝间短路故障的电抗器，以保证变电站其他设备的安全运行。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供了一种基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法，包括以下步骤：获取正常运行时电抗器的正常相电压和正常相电流，并根据正常相电压和正常相电流得到正常相位差；获取发生匝间短路时电抗器的故障相电压和故障相电流，并根据故障相电压和故障相电流得到故障相位差；根据正常相电压、正常相位差、故障相电压和故障相位差，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法；根据正常相位差，对电压向量差计算方法进行处理，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；根据保护判断方法，判断电压旋转向量的实部和虚部的正负情况，若满足，则启动保护方法。本发明提供的方法，通过分别获取电抗器正常运行时的相电压和相电流，以及故障时的相电压和相电流，并相应得到正常相位差和故障相位差，并建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法，再根据正常相位差，对电压向量差旋转一个角度得到电压旋转向量，并建立基于电压相位变化量的保护判断方法，根据判断电压旋转向量实部和虚部的正负情况结果，进而判断是否需要启动保护方法；本发明提供的方法，基于电压相位变化量的保护判断方法，可以提高切除发生匝间短路故障的电抗器的速度，并可高效地、灵敏地对干式空心并联电抗器的运行起到保护作用，避免出现危险事故，如起火等，以保证电网的安全运行，从根本上解决电抗器匝间放电事故扩大的问题。

为了更好地说明本发明提供的方案，下面以BKDK-20000/35干式空心并联电抗器为例进行说明。

S1、获取BKDK-20000/35干式空心并联电抗器正常运行时的正常相电压和正常相电流，进而得到正常相位差；

S2、获取BKDK-20000/35干式空心并联电抗器发生匝间短路时的故障相电压和故障相电流，进而得到故障相位差；

S3、根据正常相电压和故障相电压，二者进行相减处理，得到电压向量差，并建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法；

S4、对电压向量差计算方法旋转一个正常相位差的角度，得到电压旋转向量，并建立基于电压相位变化量的保护判断方法；

S5、根据该保护判断方法，判断电压旋转向量的实部和虚部的正负情况，若均为负数，则说明此时发生匝间短路故障，电抗器在对外提供能量，进而快速地触发保护方法并切除发生故障的电抗器。

电压旋转向量的实部和虚部的判断结果，以10匝为例说明，具体结果如下表所示。

表1电压旋转向量的实部和虚部的判断结果

由表1可以看出，发生匝间短路故障时，电压向量的实部和虚部均为负数，以此作为判断电抗器发生匝间短路故障的依据，进而触发保护方法，以快速地切除发生故障的电抗器，保证变电站内其他设备的正常运行。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种基于电压相位变化量的干式空心并联电抗器的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取正常运行时电抗器的正常相电压和正常相电流，并根据所述正常相电压和所述正常相电流得到正常相位差；

S2、获取发生匝间短路时电抗器的故障相电压和故障相电流，并根据所述故障相电压和所述故障相电流得到故障相位差；

S3、根据所述正常相电压、所述正常相位差、所述故障相电压和所述故障相位差，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法；

S4、根据所述正常相位差，对所述电压向量差计算方法进行处理，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；

S5、根据所述保护判断方法，判断所述电压旋转向量的实部和虚部的正负情况，若满足，则启动保护方法；其中，

所述步骤S5具体包括：

根据所述基于电压相位变化量的保护判断方法，判断所述电压旋转向量的实部和虚部的正负情况；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部均为负值，则发生匝间短路，输出一个控制信号给所述电抗器的开关，触发开关动作，启动所述保护方法，切除所述发生匝间短路的电抗器；

如果所述电压旋转向量的实部与虚部不均为负值，则未发生匝间短路，不启动保护方法。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

利用电压互感器和安装有A、B、C三相的电流互感器对正常运行时的电抗器进行采样，实时获取正常运行时电抗器的所述正常相电压和所述正常相电流，以所述正常相电流为初始参考向量，根据所述正常相电压和所述正常相电流之间的夹角，得到所述正常相位差。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

利用电压互感器和安装有A、B、C三相的电流互感器对发生匝间短路时的电抗器进行采样，获取发生匝间短路时电抗器的所述故障相电压和所述故障相电流，以所述故障相电流为初始参考向量，根据所述故障相电压和所述故障相电流之间的夹角，得到所述故障相位差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

根据所述正常相电压、所述正常相位差、所述故障相电压和所述故障相位差，将所述故障相电压以及所述故障相位差与所述正常相电压以及所述正常相位差进行做差处理，得到电压向量差，建立发生匝间短路时的电压向量差计算方法。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发生匝间短路时的电压向量差计算方法的计算式为：

式中，ΔU表示电压向量差，表示正常相电压，表示故障相电压，表示正常相位差，θ₁表示故障相位差，i表示A、B、C三相。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

根据所述正常相位差，对所述电压向量差计算方法旋转一个相位角，得到电压旋转向量，建立基于电压相位变化量的保护判断方法；其中，所述电压旋转向量的表达式为：

式中，ΔV表示电压旋转向量，ΔU表示电压向量差，表示正常相位差，i表示A、B、C三相。