CN108649532B - 一种注入式变压器线路缺相保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统继电保护领域，特别是一种注入式变压器线路缺相保护方法及装置，该装置包括控制模块、注入电源单元和测量单元；注入电源单元用于向变压器中性点注入电流，控制模块的输入端连接测量单元，测量单元包括用于接入变压器中性点的零序电流检测模块和零序电压检测模块，以采集中性点零序电流和零序电压；控制模块通过零序电流和/或零序阻抗的数据变化判断是否为变压器线路缺相故障，如果变压器线路缺相则输出跳闸动作和/或告警信息，以可靠检测轻负载或空载情况下变压器缺相故障并进行控制，解决在轻负载或空载情况下变压器缺相故障检测困难导致的保护不及时造成的电厂设备损害的问题。

Description

一种注入式变压器线路缺相保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域，特别是一种注入式变压器线路缺相保护方法及装置。
背景技术
辅助变压器线路缺相检测是核电厂中最为关心的问题之一，一些核电厂的实际事件表明，变压器高压侧的缺相可能很难被现有的设备仪器和电气保护检测到；如果未能及时发现缺相状态，变压器不能与系统隔离，则可能会导致关键的电机驱动负载跳闸以及电厂安全系统的损失；例如核电站辅助变压器缺相造成低压侧的不平衡首先会导致备用母线电压不平衡，其次会导致重要水泵，离心式充水泵和组件冷却水泵等设备的跳闸或无法启动，触发机组停机停堆，最终导致核电厂安全系统的严重损失。
断路器触头断开、导线拉断、变压器套管或线路绝缘子故障，接头松动或熔断器熔断都可能导致变压器线路缺相运行，而其中重负载到中等负载的变压器的缺相故障可以通过传统的保护方案可靠地检测和保护，但对于轻负载或空载的变压器的缺相故障，由于故障前后，电气量变化微弱，传统保护方案无法实现断相检测，且空载变压器的励磁电流的大小在3％～6％额定电流范围内变化，并具有显著的谐波含量，同时，由于低压侧测量的电流大小和相位取决于变压器的铁心和绕组结构以及负载情况，因此变压器高压侧的缺相运行在低压侧很难得到检测，变压器线路缺相以至于设备未能够安全可靠投入运行，可能会导致关键的电机驱动负载跳闸以及电厂安全系统的损失，扩大事故范围，威胁机组及电网的安全稳定运行，并对电厂带来巨大的经济损失，直接和间接损害了电厂的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种注入式变压器线路缺相保护方法及装置，用以解决在轻负载或空载情况下变压器缺相故障检测困难导致的保护不及时造成的电厂设备损害的问题。
为了实现上述目的，以可靠检测轻负载或空载情况下变压器缺相故障，解决在轻负载或空载情况下变压器缺相故障检测困难导致的保护不及时造成的电厂设备损害的问题，本发明提供一种注入式变压器线路缺相保护装置，该保护装置包括控制模块、注入电源单元和测量单元；所述注入电源单元用于向变压器中性点注入电流，所述控制模块的输入端连接所述测量单元，所述测量单元包括用于接入变压器中性点的零序电流检测模块和零序电压检测模块，以采集中性点零序电流和零序电压；所述控制模块根据零序电流和/或零序阻抗判断变压器线路是否缺相，如果变压器线路缺相则输出跳闸动作和/或告警信息。
进一步地，为了实现对被测设备的电流或电压注入，并尽可能小的降低对中性点接地的破坏，该注入式变压器线路缺相保护装置的所述注入电源单元包括变频电源和注入电流互感器，所述注入电流互感器的副边连接所述变频电源的正负极，所述注入电流互感器的原边用于向变压器中性点注入电流。
进一步地，为了实现对零序电压的获取，所述零序电压检测模块的输入端连接所述注入电流互感器的副边，所述零序电压检测模块的输出端连接所述控制模块。
进一步地，为了实现对注入点与中性点之间的电流信息进行获取，并不影响中性点接地，在上述两个技术方案的基础上该注入式变压器线路缺相保护装置的所述零序电流检测模块为第一测量电流互感器，所述第一测量电流互感器的线圈套接在变压器中性点的接地线路上；所述控制模块的输出端连接所述第一测量电流互感器。
进一步地，为了实现与外部进行通讯，实现操作人员的远程监控，该注入式变压器线路缺相保护装置的所述控制模块上设置有用于与后台监控进行通讯的通讯接口。进一步地，所述控制模块包括保护CPU和接口CPU，所述保护CPU的输入输出端连接所述接口CPU，所述接口CPU连接所述通讯接口。
进一步地，更为了便于现场的操作人员对装置的管理与操作，该注入式变压器线路缺相保护装置的所述控制模块上还设置有用于连接人机交互设备的人机接口。进一步地，所述控制模块包括保护CPU和接口CPU，所述保护CPU的输入输出端连接所述接口CPU，所述接口CPU连接所述通讯接口和所述人机接口。
为了能够便于实施上述提供的一种注入式变压器线路缺相保护装置，解决在轻负载或空载情况下变压器缺相故障检测困难导致的保护不及时造成的电厂设备损害的问题，本发明还提供一种注入式变压器线路缺相保护方法，包括以下步骤：
1)注入电源向变压器的接地中性点注入电流，并采集变压器中性点零序电流和零序电压；
2)计算零序阻抗和/或零序电流变化分贝，判断零序阻抗是否满足第一设定判据和/或零序电流变化分贝是否满足第二设定判据，且判断零序电流基波变化量、零序电流三次谐波变化量或零序电流五次谐波变化量是否满足第三设定判据；
3)若满足第一设定判据和或第二设定判据且满足第三设定判据，则控制保护动作和/或控制报警。
进一步地，为了简单快速分辨变压器线路是否缺相，该注入式变压器线路缺相保护方法中的所述第一设定判据为零序阻抗大于设定零序阻抗。
进一步地，为了简单快速分辨变压器线路是否缺相，该注入式变压器线路缺相保护方法中的所述第二设定判据为零序电流变化分贝大于设定分贝值。
进一步地，为了精准的分辨变压器线路是否缺相，该注入式变压器线路缺相保护方法中的所述第三设定判据为零序电流基波变化量大于设定基波阈值、零序电流三次谐波变化量大于设定三次谐波阈值或零序电流五次谐波变化量大于设定五次谐波阈值。
进一步地，为了滤出由于注入电源信号造成的检测准确度降低，在上述个技术方案的基础上，根据步骤1)中获取的零序电流和零序电压，当零序电流大于设定电流值且零序电流大于设定电压值时，执行步骤2)和步骤3)。
进一步地，为了使操作人员知晓电源异常情况，并做进一步的处理，当零序电流小于设定电流值或零序电压小于设定电压值时，控制闭锁保护并报警。
附图说明
图1是一种注入式变压器线路缺相保护装置原理图；
图2是一种注入式变压器线路缺相保护方法逻辑原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供一种注入式变压器线路缺相保护装置，如图1所示，该保护装置包括控制模块1、注入电源单元2和测量单元；其中，该注入电源单元2通过注入电流互感器4的原边向变压器3中性点的接地线路中注入电流，该注入电流互感器4所需的匝数应满足电流注入中性点导体所需的电压；此外，该注入电源单元2还包括变频电源5，该变频电源5可以是单相或三相变频电源，其输出电压频率不同于工频，且便于滤波分析计算，如75Hz，幅值不超过注入电流互感器4的额定端电压，如交流120V。另外，上述注入电流互感器4通过磁耦合，以不破坏中性点接地，且注入电流互感器4可选择变比为600/5，C400(100VA,5P20，二次端电压为400V)分类的电流互感器。
上述控制模块1的采样输入端连接测量单元，该测量单元包括零序电流检测模块和零序电压检测模块6，用于检测中性点的零序电流和零序电压；其中，优选零序电压检测模块6的输入端连接注入电流互感器4的副边，零序电压检测模块6的输出端连接控制模块1；在此基础上，优选零序电流检测模块为第一测量电流互感器7，该第一测量电流互感器7的线圈套接在变压器中性点的接地线路上；控制模块1的采样输入端连接第一测量电流互感器7。
另外，上述控制模块1上还设置有用于与后台监控进行通讯的通讯接口和/或用于连接人机交互设备的人机接口，以实现与外部进行通讯，实现操作人员的远程监控，和/或便于现场的操作人员对装置的管理与操作。
上述控制模块1中设置有两个CPU，两个CPU都可采用MPC8309型处理器，分为保护CPU和接口CPU，其中接口CPU用于实现与后台监控进行通讯的通讯接口的数据转换和用于连接人机交互设备的人机接口的数据转换；而保护CPU通过相应的数据接收单元获取第一测量电流互感器7和零序电压检测模块6的测量信息，同时，还设置有相应的开出单元，该开出单元连接相应的电网断路器，以实现在变压器线路缺相故障时跳闸。
上述的注入式变压器线路缺相保护装置能够通过多种方法实现一定的功能，本发明提供一种注入式变压器线路缺相保护方法，其逻辑图如图2所示，该保护方法包括以下步骤：
1)注入电源向变压器的接地中性点注入电流，并采集变压器中性点零序电流和零序电压。
通过上述注入电源单元2向变压器3中性点的接地线路注入电流，并通过第一测量电流互感器7采集对应位置的电流即零序电流I0，通过零序电压检测模块6检测的注入电流互感器4副边的电压即为零序电压U0，用数据接收单元接收采集的零序电流信息。
2)计算零序阻抗和/或零序电流变化分贝，判断零序阻抗是否满足第一设定判据和/或零序电流变化分贝是否满足第二设定判据，且判断零序电流基波变化量、零序电流三次谐波变化量或零序电流五次谐波变化量是否满足第三设定判据。
其中，第一设定判据为零序阻抗大于设定零序阻抗，第二设定判据为零序电流变化分贝大于设定分贝值；第三设定判据为第三设定判据为零序电流基波变化量大于设定基波阈值、零序电流三次谐波变化量大于设定三次谐波阈值或零序电流五次谐波变化量大于设定五次谐波阈值，即|ΔI0|＞ΔI0set、|ΔI03har|＞ΔI03harset或|ΔI05har|＞ΔI05harset。
另外，零序阻抗为
Figure BDA0001655631050000061
零序电流基波变化量ΔI0＝I0(t)-I0(t-2T)，为当前时刻零序电流与2周波前时刻的差值；零序电流三次谐波变化量ΔI03har＝I03har(t)-I03har(t-2T)，为当前时刻零序电流三次谐波分量与2周波前时刻的差值；零序电流五次谐波变化量ΔI05har＝I05har(t)-I05har(t-2T)，为当前时刻零序电流五次谐波分量与2周波前时刻的差值。
3)若满足第一设定判据和或第二设定判据且满足第三设定判据，则控制保护动作和/或控制报警。
当同时满足上述判据的时候，即可判定为变压器线路缺相故障，通过一定的延时确认后，保护方法中可以通过控制模块1的相应的控制输出端输出控制电网断路器跳开，实现跳闸，除此之外，还可以通过相应的报警模块实现变压器线路缺相故障告警，以提示操作人员注意。
最后，在上述方法的基础上，为了防止注入电源故障或回路断线造成保护误动作，在上述技术方案的基础上，根据步骤1)中获取的零序电流和零序电压，当零序电流大于设定电流值且零序电流大于设定电压值时，执行步骤2)和步骤3)。
为了使操作人员知晓电源异常或注入回路异常情况，并做进一步的处理，该注入式变压器线路缺相保护方法中当零序电流小于设定电流值或零序电压小于设定电压值时，控制报电源消失报警，使运行操作人员知晓电源异常或注入回路异常情况，并且闭锁保护。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种注入式变压器线路缺相保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)注入电源向变压器的接地中性点注入电流，并采集变压器中性点零序电流和零序电压；
2)计算零序阻抗和/或零序电流变化分贝，判断零序阻抗是否满足第一设定判据和/或零序电流变化分贝是否满足第二设定判据，且判断零序电流基波变化量、零序电流三次谐波变化量或零序电流五次谐波变化量是否满足第三设定判据；
3)若满足第一设定判据和/或第二设定判据且满足第三设定判据，则控制保护动作和/或控制报警；
所述第二设定判据为零序电流变化分贝大于设定分贝值；
所述第三设定判据为零序电流基波变化量大于设定基波阈值、零序电流三次谐波变化量大于设定三次谐波阈值或零序电流五次谐波变化量大于设定五次谐波阈值。
2.根据权利要求1所述的注入式变压器线路缺相保护方法，其特征在于，所述第一设定判据为零序阻抗大于设定零序阻抗。
3.根据权利要求1或2所述的注入式变压器线路缺相保护方法，其特征在于，根据步骤1)中获取的零序电流和零序电压，当零序电流大于设定电流值且零序电压大于设定电压值时，执行步骤2)和步骤3)。
4.根据权利要求3所述的注入式变压器线路缺相保护方法，其特征在于，当零序电流小于设定电流值或零序电压小于设定电压值时，控制闭锁保护并报警。
5.一种采用如权利要求1所述的注入式变压器线路缺相保护方法的注入式变压器线路缺相保护装置，其特征在于，该保护装置包括控制模块、注入电源单元和测量单元；所述注入电源单元用于向变压器中性点注入电流，所述控制模块的输入端连接所述测量单元，所述测量单元包括用于接入变压器中性点的零序电流检测模块和零序电压检测模块，以采集中性点零序电流和零序电压；所述控制模块根据零序电流和/或零序阻抗判断变压器线路是否缺相，如果变压器线路缺相则输出跳闸动作和/或告警信息。
6.根据权利要求5所述的注入式变压器线路缺相保护装置，其特征在于，所述注入电源单元包括变频电源和注入电流互感器，所述注入电流互感器的副边连接所述变频电源的正负极，所述注入电流互感器的原边用于向变压器中性点注入电流。
7.根据权利要求6所述的注入式变压器线路缺相保护装置，其特征在于，所述零序电压检测模块的输入端连接所述注入电流互感器的副边，所述零序电压检测模块的输出端连接所述控制模块。
8.根据权利要求7所述的注入式变压器线路缺相保护装置，其特征在于，所述零序电流检测模块为第一测量电流互感器，所述第一测量电流互感器的线圈套接在变压器中性点的接地线路上；所述控制模块的输出端连接所述第一测量电流互感器。
9.根据权利要求5所述的注入式变压器线路缺相保护装置，其特征在于，所述控制模块上设置有用于与后台监控进行通讯的通讯接口。
10.根据权利要求9所述的注入式变压器线路缺相保护装置，其特征在于，所述控制模块上还设置有用于连接人机交互设备的人机接口。
11.根据权利要求9所述的注入式变压器线路缺相保护装置，其特征在于，所述控制模块包括保护CPU和接口CPU，所述保护CPU的输入输出端连接所述接口CPU，所述接口CPU连接所述通讯接口。
12.根据权利要求10所述的注入式变压器线路缺相保护装置，其特征在于，所述控制模块包括保护CPU和接口CPU，所述保护CPU的输入输出端连接所述接口CPU，所述接口CPU连接所述通讯接口和所述人机接口。
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