CN108899872A - 一种电力变压器差流阻抗保护方法 - Google Patents

Abstract

一种电力变压器差流阻抗保护方法，测量变压器各侧电压和电流，并构成差动电流，电力变压器保护装置运用本侧电压和差动电流计算差流阻抗，运用差流阻抗的特征构成差流阻抗保护原理，该差流阻抗保护原理能够灵敏可靠地反应电力变压器内部发生的短路故障，特别是绕组匝间故障，并能够可靠保证在正常运行、变压器外部故障以及发生励磁涌流时不发生误动作，对提高电流变压器保护的灵敏性、可靠性十分有利。本发明可广泛应用于计算机型电力变压器继电保护装置中，为电力变压器的继电保护提供良好技术方案。

Description

一种电力变压器差流阻抗保护方法

技术领域

本发明一种电力变压器差流阻抗保护方法，涉及电力变压器保护领域，适用于计算机型、数字型电力变压器继电保护装置。

背景技术

变压器是电力系统输电、变电的重要设备，电力变压器的主保护原理一般采用电流差动保护原理，该原理对变压器绕组匝间故障的反应能力灵敏性不足，同时容易受到励磁涌流的影响。电流差动保护的原理是运用变压器各侧电流构成电流差动保护，在变压器发生励磁涌流时，根据励磁涌流的典型特点进行判别励磁涌流状态，以保证保护不动作，但在一些特殊条件下，励磁涌流的判别方法也可能失效，导致电流差动保护错误动作；在正常运行、外部短路故障时，差动电流值较小，小于差动电流整定值，保护不动作；在变压器内部发生严重短路故障时，差动电流值正比于短路电流，大于差动电流整定值，保护可靠动作；但当变压器绕组内部发生轻微匝间短路故障时，差动电流值可能非常小，小于差动电流整定值，电流差动保护不能反应轻微匝间短路故障而动作；同时，电流差动保护仅仅反应各侧电流量，而不反应各侧电压量，不能完全反应变压器故障运行状态。

发明内容

本发明提供一种电力变压器差流阻抗保护方法，在电流差动保护原理的基础上，应用绕组电压与差动电流计算差流阻抗，并运用阻抗保护相关原理和方法，构成电力变压器差流阻抗保护方法，该方法从原理上解决变压器差动电流保护对绕组匝间短路故障反应不够灵敏，以及易受励磁涌流影响的技术难题；同时，因应用了电压量，对提高电力变压器保护的可靠性更有利。

本发明采取的技术方案为：

一种电力变压器差流阻抗保护方法，采用变压器绕组电压和差动电流，计算差流阻抗，通过与正常工作、运行时差流阻抗及变压器参数进行比较，判断变压器是否发生内部的相间、接地以及匝间短路故障。

一种电力变压器差流阻抗保护方法，包括:

①、当差流阻抗电抗部分约为额定励磁阻抗时，变压器处于正常运行、外部短路故障状态，保护不动作；

②、当差流阻抗电抗部分远小于额定励磁阻抗，且大幅度波动时，变压器处于励磁涌流状态，保护不动作；

③、当差流阻抗电抗部分小于短路阻抗值，且处于动作特性范围内时，变压器处于内部短路故障状态，保护动作；

④、当差流阻抗电抗部分是本侧短路阻抗数倍至数十倍、处于动作特性范围内，且保护启动量启动时，变压器处于内部匝间短路故障状态，保护动作。

本发明一种电力变压器差流阻抗保护方法，优点在于：

1)、本发明提出电力变压器差流阻抗保护原理，为变压器继电保护装置提供新型的保护原理，提高保护装置对变压器内部故障，尤其是绕组匝间短路故障的反应能力，提高变压器保护的可靠性和灵敏性。

2)、本发明能够灵敏可靠地反应电力变压器内部发生的短路故障，特别是绕组匝间故障，并能够可靠保证在正常运行、变压器外部故障以及发生励磁涌流时不发生误动作，对提高电流变压器保护的灵敏性、可靠性十分有利。

3)、本发明有简明的原理和实现方法，可广泛应用于计算机型电力变压器继电保护装置中，为电力变压器的继电保护提供良好技术方案。

附图说明

图1为变压器绕组等效图，其中：N1为一次侧绕组匝数，N2为二次侧绕组匝数， 为一次侧电压电流，为二次侧电压电流。

图2为变压器T型阻抗等效图，其中：Z_δ1、Z_δ2为一、二次侧绕组等效阻抗，等效励磁电压电流，Z_m为等效励磁阻抗，Z_k为变压器等效短路阻抗，Z_k＝Z_δ1+Z_δ2。

图3为变压器内部短路故障阻抗等效图，其中：f1变压器内部短路故障点，Z_f1为内部短路故障时变压器等效阻抗。

图4为变压器内部匝间短路故障绕组等效图，其中：N3为匝间短路故障等效绕组的匝数，N₁为故障绕组正常部分等效绕组的匝数，N₂为未发生故障的变压器绕组的匝数， 为匝间短路等效绕组电压电流，为故障绕组正常部分等效绕组电压电流，为未发生故障的变压器绕组电压电流。

图5为变压器内部匝间短路故障阻抗等效图，其中：Z₃为匝间短路等效绕组等效阻抗，Z₁、Z₂为故障绕组正常部分等效绕组和未发生故障的变压器绕组等效阻抗。

具体实施方式

一种电力变压器差流阻抗保护方法，采用变压器绕组电压和差动电流，计算差流阻抗，通过与正常工作、运行时差流阻抗及变压器参数进行比较，判断变压器是否发生内部的相间、接地以及匝间短路故障。

差动电流为：

其中：为差动电流，为变压器1～j侧的电流，对于双绕组变压器j＝2，三绕组变压器j＝3；

差流阻抗为本侧绕组电压与差动电流所计算的阻抗值：

其中，Z_d为差流阻抗，为本侧绕组电压(以一次侧为例)，为差动电流。

正常运行时，大型电力变压器励磁电流通常小于额定电流的1％，励磁阻抗Z_m是短路阻抗Z_k数百至上千倍，如图2所示；

电力变压器内部接地、相间短路故障时，短路故障时变压器等效阻抗为Z_f1，如图3所示，此时，I₁≤I_d，差流阻抗：其中：为本侧绕组电流。

变压器内部绕组匝间短路时，如图4所示，将匝间故障部分绕组等效为绕组N3，将故障绕组的正常部分等效为绕组N₁，未发生故障的绕组为绕组N₂，因此，绕组匝间短路故障匝数比

匝间故障前，故障绕组等效阻抗值为Z_δ1，匝间短路时等效绕组N₁的阻抗值为Z₁，匝间故障部分绕组N3的阻抗值为Z₃，于是：

绕组内部发生匝间短路时，二次侧电流不计入差动电流，差动电流：

本侧差流阻抗测量值：

故障侧差流阻抗测量值：

当绕组匝间短路故障匝数比η很小，即发生短路匝数很少的变压器绕组轻微短路故障时，差流阻抗测量值可简化为：其中：本侧绕组等效阻抗为Z_δ1，故障绕组匝数比为η。

一种电力变压器差流阻抗保护方法的整定阻抗计算方法：

Z_set＝k_relk_mdZ_δ1

其中，Z_set为该保护方法的整定阻抗，k_rel为可靠系数；k_md＝Z_m/Z_δ1，为额定励磁阻抗Z_m与短路阻抗之比。

一种电力变压器差流阻抗保护方法在计算整定阻抗之后，可根据需要采用通常的阻抗保护特性，如全阻抗特性、方向阻抗特性、多边形阻抗特性。

一种电力变压器差流阻抗保护方法，具有高灵敏度特性，该方法能够反应的匝间短路最小匝数比可以用下列方法校验：

若匝间短路最小匝数比为η_min时，本发明方法构成的保护差流阻抗Z_d1正好等于整定阻抗Z_set，则保护正好启动，所以：

通常k_rel可取0.7，k_md可取500，则η_min＝0.29％，即本方法构成的差流阻抗能反应短路匝数比为0.3％以上的变压器匝间故障，具有高灵敏度特性。

本发明的差流阻抗特点：可采用阻抗的电抗部分，忽略电阻部分：

1.变压器正常运行及外部短路故障时，差流阻抗数值接近于励磁阻抗Z_m，远大于本侧短路阻抗Z₁。亦即：Z_d1≈Z_m；

2.变压器产生励磁涌流时，励磁阻抗Z_m急剧下降，励磁涌流时的差流阻抗接近于饱和后励磁阻抗Z_m.s，其值在很大范围内波动，而最小值远小于正常时励磁阻抗；

3.变压器内部短路故障时，差流阻抗小于变压器短路回路阻抗值；

4.变压器发生较小匝数比的匝间短路时，故障侧差流阻抗测量值是本侧短路阻抗数倍至数十倍。

一种电力变压器差流阻抗保护方法，

①、当差流阻抗电抗部分约为额定励磁阻抗时，变压器处于正常运行、外部短路故障状态，保护不动作；

②、当差流阻抗电抗部分远小于额定励磁阻抗，且大幅度波动时，变压器处于励磁涌流状态，保护不动作；

③、当差流阻抗电抗部分小于短路阻抗值，且处于动作特性范围内时，变压器处于内部短路故障状态，保护动作；

④、当差流阻抗电抗部分是本侧短路阻抗数倍至数十倍、处于动作特性范围内，且保护启动量启动时，变压器处于内部匝间短路故障状态，保护动作。

本发明的原理是：通过测量变压器各侧绕组电压电流，计算变压器差动电流，运用本侧绕组电压和差动电流计算差流阻抗，运用差流阻抗的特征构成差流阻抗保护。该差流阻抗保护原理能够反应变压器正常运行、外部短路故障、励磁涌流、内部短路故障、匝间短路故障。

本发明为一种电力变压器新型继电保护原理，可在现有通用电力变压器继电保护装置中实现和运行，能广泛应用于计算机型电力变压器继电保护装置中，特别是能够提高变压器继电保护装置对匝间短路故障的反应能力，为电力变压器的继电保护提供良好技术方案。

Claims (8)

1.一种电力变压器差流阻抗保护方法，其特征在于：采用变压器绕组电压和差动电流，计算差流阻抗，通过与正常工作、运行时差流阻抗及变压器参数进行比较，判断变压器是否发生内部的相间、接地以及匝间短路故障。

2.根据权利要求1所述一种电力变压器差流阻抗保护方法，其特征在于：

①、当差流阻抗电抗部分约为额定励磁阻抗时，变压器处于正常运行、外部短路故障状态，保护不动作；

②、当差流阻抗电抗部分远小于额定励磁阻抗，且大幅度波动时，变压器处于励磁涌流状态，保护不动作；

③、当差流阻抗电抗部分小于短路阻抗值，且处于动作特性范围内时，变压器处于内部短路故障状态，保护动作；

④、当差流阻抗电抗部分是本侧短路阻抗数倍至数十倍、处于动作特性范围内，且保护启动量启动时，变压器处于内部匝间短路故障状态，保护动作。

3.根据权利要求1所述一种电力变压器差流阻抗保护方法，其特征在于：该方法的差流阻抗特点：采用阻抗的电抗部分，忽略电阻部分：

1)、变压器正常运行及外部短路故障时，差流阻抗数值接近于励磁阻抗Z_m，远大于本侧短路阻抗Z₁；亦即：Z_d1≈Z_m；

2)、变压器产生励磁涌流时，励磁阻抗Z_m急剧下降，励磁涌流时的差流阻抗接近于饱和后励磁阻抗Z_m.s，其值在很大范围内波动，而最小值远小于正常时励磁阻抗；

3)、变压器内部短路故障时，差流阻抗小于变压器短路回路阻抗值；

4)、变压器发生较小匝数比的匝间短路时，故障侧差流阻抗测量值是本侧短路阻抗数倍至数十倍。

4.如权利要求1或2所述一种电力变压器差流阻抗保护方法，其特征在于：应用于计算机型电力变压器继电保护装置中。

5.如权利要求1或2所述一种电力变压器差流阻抗保护方法，其特征在于：提高变压器继电保护装置对匝间短路故障的反应能力。

6.一种电力变压器差流阻抗保护方法的整定阻抗计算方法，其特征在于：

Z_set＝k_relk_mdZ_δ1；

其中，Z_set为该保护方法的整定阻抗，k_rel为可靠系数；k_md＝Z_m/Z_δ1，为额定励磁阻抗Z_m与短路阻抗之比。

7.根据权利要求6所述一种电力变压器差流阻抗保护方法的整定阻抗计算方法，其特征在于：在计算整定阻抗之后，根据需要采用通常的阻抗保护特性，如全阻抗特性、方向阻抗特性、多边形阻抗特性。

8.一种电力变压器差流阻抗保护方法，其特征在于：该方法能够反应的匝间短路最小匝数比，用下列方法校验：

若匝间短路最小匝数比为η_min时，该方法构成的保护差流阻抗Z_d1正好等于整定阻抗Z_set，则保护正好启动，所以：

通常k_rel可取0.7，k_md可取500，则η_min＝0.29％，即该方法构成的差流阻抗能反应短路匝数比为0.3％以上的变压器匝间故障，具有高灵敏度特性。