CN106786369B - 基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法，包括：当并联干式空心电抗器发生匝间击穿时，建立电抗器的等效电路电源模型；获取发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和相位差；并通过计算得到电抗器的有功功率，建立基于有功功率的保护判断方法；根据该方法，判断有功功率的正负，启动保护方法。本发明提供的方法，通过建立并联干式空心电抗器发生匝间击穿时电抗器的等效电路电源模型；获取发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和相位差，建立基于有功功率的保护判断方法，可以提高切除发生匝间击穿电抗器的速度，并可高效地、灵敏地对并联干式空心电抗器的运行起到保护作用，避免出现危险事故，以保证电网的安全运行。

Description

基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法

技术领域

本发明涉及输变电技术领域，特别涉及一种基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法。

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，并联干式空心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，并联干式空心电抗器因干式无油、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，随着并联干式空心电抗器大规模的应用和单台容量的增加，并联干式空心电抗器匝间击穿故障率急剧增加，因此需要在并联干式空心电抗器使用过程中，采用保护方法以防止出现匝间击穿故障，并当出现匝间击穿故障时及时地切除电抗器。现有的保护方法多采用过电流或过电压保护方法。

但是，由于匝间击穿对电抗器的电流和电压影响非常小，现有的过流或过电压保护难以快速地切除匝间击穿故障时的干式电抗器，导致匝间击穿故障的事故扩大，如起火，对电网安全运行造成一定危害。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法，以解决现有的保护方法无法有效地、灵敏地切除出现匝间击穿故障的电抗器，导致危害事故扩大，影响电网安全运行的问题。

根据本发明的实施例，提供了一种基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法，包括以下步骤：

S1、当所述并联干式空心电抗器发生匝间击穿时，建立所述电抗器的等效电路电源模型；

S2、根据所述等效电路电源模型，对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，获取所述发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和各相的所述相电压与所述相电流之间的相位差；

S3、根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法；

S4、根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负，如果所述有功功率为负，则启动所述保护方法。

优选地，所述等效电路电源模型为：

将所述电抗器的未发生匝间击穿的完好匝等效为一个电源；

将所述电抗器的发生匝间击穿的短路匝等效为一个负载；

所述电源和所述负载之间通过磁场传递能量。

优选地，所述步骤S2具体包括：

利用电压互感器和具有三相的电流互感器对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，根据所述等效电路电源模型，采集作为所述负载的电抗器的相电压、相电流和各相的所述相电压与所述相电流之间的相位差。

优选地，所述步骤S3具体包括：

根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，建立有功功率的计算式，通过计算得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法。

优选地，所述有功功率的计算式为：

式中，P_i表示有功功率，U_i表示相电压，I_i表示相电流，θ_i表示各相的相电压与相电流之间的相位差，表示未发生匝间击穿的电抗器初次投入时各相的相电压与相电流之间的相位差，也称为相电压与相电流之间的相位差设计初始值。

优选地，所述基于有功功率的保护判断方法为：

根据所述有功功率的计算值，判断所述有功功率的计算值的正负；

如果所述有功功率的计算值为负，则发生匝间击穿；

如果所述有功功率的计算值为正，则未发生匝间击穿。

优选地，所述步骤S4具体包括：

根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负；

如果所述有功功率为负值，则发生匝间击穿，输出一个逻辑值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；

如果所述有功功率为正值，则未发生匝间击穿，不启动所述保护方法。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供了一种基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法，包括以下步骤：当所述并联干式空心电抗器发生匝间击穿时，建立所述电抗器的等效电路电源模型；根据所述等效电路电源模型，对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，获取所述发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和各相的相电压与相电流之间的相位差；根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法；根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负，如果所述有功功率为负，则启动所述保护方法。本发明提供的方法，通过建立并联干式空心电抗器发生匝间击穿时电抗器的等效电路电源模型；获取发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和各相的相电压与相电流之间的相位差，进而计算得到有功功率，通过有功功率的正负，判断是否启动保护方法；本发明提供的方法，基于有功功率的保护判断方法，可以提高切除发生匝间击穿故障的电抗器的速度，并可高效地、灵敏地对并联干式空心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。

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有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法的流程图；

图2为本发明实施例示出的发生匝间击穿故障的并联干式空心电抗器的等效电路图；

图3为本发明实施例示出的发生匝间击穿故障的并联干式空心电抗器中未发生匝间击穿的完好匝对匝间击穿短路匝的能量提供示意图；

图4为本发明实施例示出的发生匝间击穿故障后完好匝和短路匝之间电源和负载的等效电路图；

图5为本发明实施例示出的BKDK-20000/35并联干式空心电抗器发生匝间击穿放电时的有功功率情况示意图。

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做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一种基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法，包括以下步骤：

S1、当所述并联干式空心电抗器发生匝间击穿时，建立所述电抗器的等效电路电源模型；

S2、根据所述等效电路电源模型，对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，获取所述发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和各相的相电压与相电流之间的相位差；

S3、根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法；

S4、根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负，如果所述有功功率为负，则启动所述保护方法。

本发明实施例提供的针对并联干式空心电抗器的保护方法，是基于电抗器的有功功率的方法，根据有功功率的正负判断是否出现匝间击穿故障，以高效地、灵敏地切除发生匝间击穿故障的电抗器，对并联干式空心电抗器的正常运行起到保护作用。

具体地，在步骤S1中，当所述并联干式空心电抗器发生匝间击穿时，建立所述电抗器的等效电路电源模型；

本实施例中以35kV的并联干式空心电抗器为例进行说明。

如图2所示，当35kV的并联干式空心电抗器发生匝间击穿时，第i支路第j匝发生短路，短路后电抗器未发生匝间短路的完好匝通过磁场对发生匝间短路的第i支路第j匝提供能量，如图3所示，因此短路后电抗器未发生匝间短路的完好匝部分可以等效为一个电源，而第i支路第j匝等效为一个RL的负载，其中R是第i支路第j匝的电阻部分，L是第i支路第j匝的电感部分，如图4所示。

根据上述关于当并联干式空心电抗器发生匝间击穿时的分析，建立所述电抗器的等效电路电源模型。

其中，该等效电路电源模型为：将所述电抗器的未发生匝间击穿的完好匝等效为一个电源；将所述电抗器的发生匝间击穿的短路匝等效为一个负载；所述电源和所述负载之间通过磁场传递能量。

在步骤S2中，根据所述等效电路电源模型，对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，获取所述发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和各相的相电压与相电流之间的相位差；

具体为：利用电压互感器和具有三相的电流互感器对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，根据所述等效电路电源模型，采集作为所述负载的电抗器的相电压、相电流和各相的相电压与相电流之间的相位差。

当并联干式空心电抗器发生匝间击穿故障时，在现场中通过35kV母线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的电抗器的相电压、相电流及各相的相电压与相电流之间的相位差。

在步骤S3中，根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法；

具体为：根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，建立有功功率的计算式，通过计算得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法。

根据采集到的相电压、相电流及各相的相电压与相电流之间的相位差，建立有功功率的计算式，计算每相35kV并联干式空心电抗器的有功功率P_i。

其中，有功功率的计算式为：

式中，P_i表示有功功率，U_i表示相电压，I_i表示相电流，θ_i表示各相的电压电流之间的相位差，表示未发生匝间击穿的电抗器初次投入时各相的相电压与相电流之间的相位差，也称为相电压与相电流之间的相位差设计初始值，i表示A、B、C三相。

根据上述有功功率的计算式，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法。

其中，该基于有功功率的保护判断方法具体为：

根据所述有功功率的计算值，判断所述有功功率的计算值的正负；

如果所述有功功率的计算值为负，则发生匝间击穿；

如果所述有功功率的计算值为正，则未发生匝间击穿。

由于未发生任何短路故障的完好电抗器的有功功率部分必定是个正值，而发生匝间击穿故障的电抗器，其未发生匝间短路的完好匝那一部分等效为一个电源，此时电源的有功功率部分必定是个负值，因此，通过判断有功功率部分的正负号即可判断是否发生匝间击穿故障，以启动保护方法，切除发生故障的电抗器。

在步骤S4中，根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负，如果所述有功功率为负，则启动所述保护方法。

具体为：根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负；

如果所述有功功率为负值，则发生匝间击穿，输出一个逻辑值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；

如果所述有功功率为正值，则未发生匝间击穿，不启动所述保护方法。

根据本发明实施例提供的基于有功功率的保护判断方法，通过计算得到的有功功率，当该有功功率为负值时，说明此时电抗器发生匝间击穿故障，即该电抗器在对外提供能量，因此启动保护方法，即刻输出一个逻辑值给电抗器的开关，控制该开关的关闭，进而切除发生匝间击穿故障的电抗器。

若计算的有功功率为正值，说明此时为发生匝间击穿，则不启动保护方法。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供了一种基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法，包括以下步骤：当所述并联干式空心电抗器发生匝间击穿时，建立所述电抗器的等效电路电源模型；根据所述等效电路电源模型，对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，获取所述发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和各相的相电压与相电流之间的相位差；根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法；根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负，如果所述有功功率为负，则启动所述保护方法。本发明提供的方法，通过建立并联干式空心电抗器发生匝间击穿时电抗器的等效电路电源模型；获取发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和各相的相电压与相电流之间的相位差，进而计算得到有功功率，通过有功功率的正负，判断是否启动保护方法；本发明提供的方法，基于有功功率的保护判断方法，可以提高切除发生匝间击穿故障的电抗器的速度，并可高效地、灵敏地对并联干式空心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。

如图5所示，以BKDK-20000/35并联干式空心电抗器为例进行说明。

S1、建立并联干式空心电抗器发生匝间击穿时电抗器的等效电路电源模型；

S2、通过现场35kV母线的电压互感器和安装A、B、C三相的电流互感器采集发生匝间短路的电抗器的相电压、相电流及各相的相电压与相电流之间的相位差；

S3、根据相电压、相电流及各相的相电压与相电流之间的相位差，计算每相35kV并联干式空心电抗器的有功功率，并建立基于有功功率的保护判断方法；

S4、根据基于有功功率的保护判断方法，判断有功功率是否为负数，若为负数，则说明此时发生匝间击穿故障，此时35kV并联干式空心电抗器可以等效为一个电源和一个RL的负载，即说明电抗器在对外提供能量，进而触发保护方法以切除故障电抗器。

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 (5)

1.一种基于有功功率的并联干式空心电抗器的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、当所述并联干式空心电抗器发生匝间击穿时，建立所述电抗器的等效电路电源模型；

S2、根据所述等效电路电源模型，对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，获取所述发生匝间击穿的电抗器的相电压、相电流和各相的所述相电压与所述相电流之间的相位差；

S3、根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法；

S4、根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负，如果所述有功功率为负，则启动所述保护方法；其中，

所述步骤S3具体包括：

根据所述相电压、所述相电流和所述各相的相电压与相电流之间的相位差，建立有功功率的计算式，通过计算得到所述电抗器的有功功率，建立并联干式空心电抗器匝间击穿时电抗器的基于有功功率的保护判断方法；

所述有功功率的计算式为：

式中，P_i表示有功功率，U_i表示相电压，I_i表示相电流，θ_i表示各相的相电压与相电流之间的相位差，表示未发生匝间击穿的电抗器初次投入时各相的相电压与相电流之间的相位差，也称为相电压与相电流之间的相位差设计初始值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效电路电源模型为：

将所述电抗器的未发生匝间击穿的完好匝等效为一个电源；

将所述电抗器的发生匝间击穿的短路匝等效为一个负载；

所述电源和所述负载之间通过磁场传递能量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

利用电压互感器和具有三相的电流互感器对发生匝间击穿的所述电抗器状态进行采样，根据所述等效电路电源模型，采集作为所述负载的电抗器的相电压、相电流和各相的所述相电压与所述相电流之间的相位差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于有功功率的保护判断方法为：

根据所述有功功率的计算值，判断所述有功功率的计算值的正负；

如果所述有功功率的计算值为负，则发生匝间击穿；

如果所述有功功率的计算值为正，则未发生匝间击穿。

5.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：

根据所述基于有功功率的保护判断方法，判断所述有功功率的正负；

如果所述有功功率为负值，则发生匝间击穿，输出一个逻辑值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；

如果所述有功功率为正值，则未发生匝间击穿，不启动所述保护方法。