CN107565515B - 一种采用角度补偿电压幅值的变压器过激磁保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型电力变压器在电压互感器二次电压偏移角度补偿过激磁保护用电压幅值的方法，尤其是一种采用角度补偿电压幅值的变压器过激磁保护方法。其特点是，包括如下步骤：(1)通过交流采样回路将变压器三相电压和系统频率进行采集，输入到保护装置的CPU；(2)CPU计算出电压幅值补偿量和补偿后的电压；(3)根据得到的补偿后的电压和采集到的系统频率，计算变压器过激磁倍数，然后判断变压器是否过激磁，具体是当过激磁倍数≥1.2时则变压器过激磁。该方法可保证变压器过激磁保护用电压能实施跟随系统变化，避免过激磁保护误动。

Description

一种采用角度补偿电压幅值的变压器过激磁保护方法

技术领域

本发明涉及大型电力变压器在电压互感器二次电压偏移角度补偿过激磁保护用电压幅值的方法，尤其是一种采用角度补偿电压幅值的变压器过激磁保护方法。

背景技术

大型变压器过激磁保护作为延时动作的主保护，其动作原理是实时采集变压器电压和相应的频率，通过检测电压与频率的比值(U/F)，判断变压器是否过激磁，通过检测过激磁倍数决定过激磁保护是否出口跳闸。

目前变压器过激磁保护电压主要取自变压器电压互感器二次侧三相电压，频率主要由二次电压采样取得，由于变压器在过激磁时，变压器三相均会过激磁，所以过激磁保护取其中一相电压或者三相电压最大值，再通过与频率比值，判断变压器是否过激磁，这种方式主要存在以下问题。过激磁保护判据中电压采用三相中的某一相和采用三相电压中幅值较大者的方法，该方法在系统发生一次故障或电压互感器二次故障时，引起电压互感器二次侧电压发生中性点偏移，存在非故障相电压升高的问题，根据过激磁保护判据，在频率不变，电压升高时激磁保护将误动，引发电力系统严重事故。

发明内容

本发明目的是提供一种采用角度补偿电压幅值的变压器过激磁保护方法，能够根据电压互感器中性点偏移情况实时进行变压器过激磁保护用电压幅值的补偿，达到过激磁保护用电压实时与系统运行情况相匹配，有效避免过激磁保护的误动。

一种采用角度补偿电压幅值的变压器过激磁保护方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

(1)通过交流采样回路将变压器三相电压和系统频率进行采集，输入到保护装置的CPU；

(2)CPU计算出电压幅值补偿量和补偿后的电压；

(3)根据得到的补偿后的电压和采集到的系统频率，计算变压器过激磁倍数，其中U'x对应补偿后的A、B、C三相电压，然后判断变压器是否过激磁，具体是当过激磁倍数≥1.2时则变压器过激磁。

步骤(2)中计算出电压幅值补偿量具体是指：

首先通过测量电压互感器二次电压中性点偏移量，利用公式根据中性点偏移量和标准电压计算出第一夹角θ_a、第二夹角θ_b和第三夹角θ_c分别为：

θ_a＝arcos((Un'UnUaUn)/|Un'Un||UaUn|)；

θ_b＝arcos((Un'UnUbUn)/|Un'Un||UbUn|)；

θ_c＝arcos((Un'UnUcUn)/|Un'Un||UcUn|)；

根据夹角值θ的大小，即按照0°≤θ≤90°、90°≤θ≤120°、120°≤θ≤180°分别进行相应的补偿，具体如下：

U'x＝UxUn'+Un'Un×sinθ，0°≤θ≤90°；

U'x＝UxUn'-Un'Un×sin(θ-90°)，90°＜θ≤120°；

U'x＝UxUn'-Un'Un×cos(θ-90°)，120°＜θ≤180°；

其中U'x对应补偿后的A、B、C三相电压；

其中Un为原来中性点，Un’为偏移后中性点，Ra、Rb、Rc为电压互感器二次电缆等效电阻，Za、Zb、Zc为装置采样等效阻抗，f为系统频率，sin为正弦函数，cos为余弦函数。

本发明方法通过变压器保护装置对电压互感器二次侧电压进行采集，通过采集得到的电压计算中性点电压偏移量，计算中性点电压偏移量与标准电压之间的夹角。根据计算得出的夹角大小，通过算法将相应的电压幅值进行补偿，以消除在系统发生故障或电压互感器二次故障时，电压幅值的增加量，利用补偿过的电压进行过激磁保护的判别。该方法可保证变压器过激磁保护用电压能实施跟随系统变化，避免过激磁保护误动。

附图说明

附图1保护装置交流电压采样原理图；

附图2角度补偿电压幅值向量图；

附图3电压互感器二次单相接地故障示意图；

附图4电压互感器二次单相接地故障向量图。

具体实施方式

一种采用角度补偿电压幅值的变压器过激磁保护方法，包括如下步骤：

(1)通过交流采样回路将变压器三相电压进行采集，如图1所示。

(2)在保护装置对应的保护CPU中完成相应的逻辑判断与出口，具体计算步骤如下。

a、如图2所示，在系统发生故障或电压互感器二次发生故障时，电压互感器二次中性点将发生偏移，偏移电压Un'Un计算如下：

b、在计算出偏移电压Un'Un后，可以根据向量夹角计算法则：

计算出Un'Un与UaUn、UbUn、UcUn之间的夹角为：

θ_a＝arcos((Un'UnUaUn)/|Un'Un||UaUn|)；

θ_b＝arcos((Un'UnUbUn)/|Un'Un||UbUn|)；

θ_c＝arcos((Un'UnUcUn)/|Un'Un||UcUn|)；

由于上式求角度函数为单调函数，所以在-1到1范围内有唯一对应的角度。

当0°≤θ≤90°时，该相对应的电压幅值将减小如图2中A相电压，减小的幅值近似为：Uajx＝Un'Un×sinθ；

当90°≤θ≤120°时，该相对应的电压幅值将增加如图2中B相电压，增加的幅值近似为：UBjx＝Un'Un×sin(θ-90°)；

当120°＜θ≤180°时，该相对应的电压幅值将增加如图2中C相电压，增加的幅值近似为：UBjx＝Un'Un×cos(θ-90°)；

其中以120°＜θ≤180°时幅值增加最为严重，90°＜θ≤120°时次之。

c、可根据角度大小进行电压幅值补偿，补偿后电压(以图2所示中性点偏移情况为例)为：

Ua'＝UaUn'+Un'Un×sinθ；

Ub'＝UbUn'-Un'Un×sin(θ-90°)；

Uc'＝UcUn'-Un'Un×cos(θ-90°)；

e、采用补偿后的电压Ua'、Ub'、Uc'与采样得到的频率f进行计算，判断变压器是否过激磁。

f、变压器过激磁后，进行相应的告警和跳闸。

附图1中Ua、Ub、Uc为电压互感器二次输出，Ra、Rb、Rc为电压互感器二次电缆等效电阻，Za、Zb、Zc为装置采样等效阻抗。

附图2中Un’为中性点偏移点，Un为原来中性点。

附图3中所示为发生电压互感器二次侧A相接地故障。

附图4中所示发生电压互感器二次侧A相接地故障时，电压互感器二次侧向量图。

实施例1：

以某变压器电压互感器二次侧发生单相接地故障时，由于中性点发生偏移，导致非接地相电压发生偏移，幅值增加，最终导致变压器过激磁保护动作为例进行本法发明的分析。

如图3所示电路，设电压互感器二次负载为纯阻性负载，电压互感器二次侧电缆电阻为：0.46欧姆，二次标准电压为60伏，在A相发生接地故障时，Ua＝19.67伏，Ub＝68.25伏，Uc＝67.54伏，中性点发生偏移，导致B、C相电压幅值增加，导致变压器过激磁保护动作。

应用本发明后：工程计算时，Ra＝Rb＝Rc，Za＝Zb＝Zc。

计算出中性点偏移电压伏，方向与Ua方向相同，如图4所示向量图。

θ_a＝0°；

θ_b＝120°；

θ_c＝120°；

根据本发明算法，Ua幅值减小了，补偿后的幅值为

Ua'＝UaUn'+Un'Un×sinθ＝19.67；

Ub'＝UbUn'-Un'Un×sin(θ-90°)＝68.25-8.05＝60.2；

Uc'＝UcUn'-Un'Un×sin(θ-90°)＝67.54-8.05＝59.49。

进行补偿后电压除故障相外均接近于标准电压，所以变压器过激磁保护可靠不动作。

Claims (1)

1.一种采用角度补偿电压幅值的变压器过激磁保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过交流采样回路将变压器三相电压和系统频率进行采集，输入到保护装置的CPU；

(2)CPU计算出电压幅值补偿量和补偿后的电压；

(3)根据得到的补偿后的电压和采集到的系统频率，计算变压器过激磁倍数，该变压器过其中U′x对应补偿后的A、B、C三相电压，然后判断变压器是否过激磁，具体是当过激磁倍数≥1.2时则变压器过激磁；

步骤(2)中计算出电压幅值补偿量具体是指：

首先通过测量电压互感器二次电压中性点偏移量，利用公式

根据中性点偏移量和标准电压计算出第一夹角θ_a、第二夹角θ_b和第三夹角θ_c分别为：

根据夹角值θ的大小，即按照0°≤θ≤90°、90°＜θ≤120°、120°＜θ≤180°分别进行相应的补偿，具体如下：

其中U′x对应补偿后的A、B、C三相电压；

其中Un为原来中性点电压，Un’为偏移后中性点电压，Ra、Rb、Rc为电压互感器二次电缆等效电阻，Za、Zb、Zc为装置采样等效阻抗，f为系统频率，sin为正弦函数，cos为余弦函数，Ua、Ub、Uc为电压互感器二次输出电压。