CN109038489B - 一种高压并联电抗器匝间故障保护方法 - Google Patents

一种高压并联电抗器匝间故障保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压并联电抗器匝间故障保护方法，该方法为：先进行保护启动判别，保护启动后，进行保护动作判别，当满足保护动作判别条件时，判断电抗器首端电流是否大于高定值门槛值，若大于，匝间故障保护瞬时动作，否则，匝间故障保护延时动作。本发明通过首端电流的大小来识别区内的严重故障和弱故障，保证区内严重故障时匝间保护快速动作，提高电抗器匝间短路及单相接地故障时的保护灵敏度，进而提高保护装置的可靠性。

Description

一种高压并联电抗器匝间故障保护方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种用于智能电网的高压并联电抗器匝间故障保护方法。
背景技术
高压并联电抗器大多采用分相式结构，电抗器的主要故障形式为匝间短路或单相接地。但是，当短路匝数很少时，一相匝间短路引起的三相电流不平衡有可能很小，很难被保护装置检测出；由于差动保护从原理上不反应匝间短路故障，要求匝间保护能灵敏地反映电抗器的匝间短路及单相接地故障。
现有的并联电抗器匝间故障保护方法有很多，如公开号为CN101071151A的中国专利《比幅式零序方向继电器测量电抗器匝间故障的方法》公开了一种采用零序电压绝对值比较判据进行匝间故障判断，一旦满足判据就进行匝间故障保护，但是这种方式容易发生误判现象。公开号为CN1545176A的中国专利《高压并联电抗器匝间保护的方法》公开了一种由匝间短路保护起动元件、自适应补偿的零序功率方向元件、零序阻抗闭锁元件、故障开放元件及谐波闭锁元件共同作用的保护方法，虽然在一定程度上降低了误判概率，但是动作的灵敏度不高。
发明内容
本发明提供了一种高压并联电抗器匝间故障保护方法，以解决现有的并联电抗器匝间故障保护方法灵敏度不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明的高压并联电抗器匝间故障保护方法包括以下十六个单元方案：
单元方案一，先进行保护启动判别，保护启动后，进行保护动作判别，当满足保护动作判别条件时，判断电抗器首端电流是否大于高定值门槛值，若大于，匝间故障保护瞬时动作，否则，匝间故障保护延时动作。
单元方案二，在单元方案一的基础上，保护动作判别条件为：
Figure BDA0001736779680000011
其中，
Figure BDA0001736779680000012
为PT自产零序电压的相量，
Figure BDA0001736779680000013
为电抗器首端CT自产零序电流的相量，XL0为电抗器二次零序电抗值；XS0为系统零序电抗值，取(0.01～0.2)倍的XL0。
单元方案三，在单元方案一的基础上，保护动作判别条件为：
Figure BDA0001736779680000021
且
Figure BDA0001736779680000022
其中，
Figure BDA0001736779680000023
为PT自产零序电压的相量，
Figure BDA0001736779680000024
为电抗器首端CT自产零序电流的相量，XL0为电抗器二次零序电抗值；XS0为系统零序电抗值，取(0.01～0.2)倍的XL0；
Figure BDA0001736779680000025
为电抗器的相测量阻抗，Ze表示主电抗器二次相电抗值；k2为常数，首端三相电流最小值小于0.5Ie时k2取0.5～0.7，首端三相电流最小值大于0.5Ie时k2取0.8～0.95，Ie为主电抗器二次额定电流。
单元方案四，在单元方案三的基础上，电抗器的相测量阻抗
Figure BDA0001736779680000026
的计算公式为：
Figure BDA0001736779680000027
其中，
Figure BDA0001736779680000028
分别表示A、B和C相，
Figure BDA0001736779680000029
为电抗器相电压的相量，
Figure BDA00017367796800000210
为电抗器首端相电流的相量，Xn表示中性点小电抗的电抗值，Ie为主电抗器二次额定电流；k1为常数，取0.1～0.3。
单元方案五、六、七、八，分别对应在单元方案一、二、三、四的基础上，保护启动判别的判别方程为：3I0＞3I0.set，其中3I0为电抗器首端自产零序电流的幅值，3I0.set为零序启动电流定值；当满足保护启动判别方程，保护启动。
单元方案九、十、十一、十二，分别对应在单元方案一、二、三、四的基础上，高定值门槛值取(1.5～2.0)倍的Ie。
单元方案十三、十四、十五、十六，分别对应在单元方案五、六、七、八的基础上，保护延时动作时间为20ms～30ms。
本发明的有益效果是：本发明在保护启动后首先采用零序电压绝对值比较判据进行区内外故障判别，然后再计算三相电抗器的测量阻抗，最后根据首端电流的大小识别严重故障和弱故障，如果严重故障则保护快速动作，反之保护延时动作。由于区外故障时故障相电流变小，而区内严重故障时故障相电流增大，因此，可通过首端电流的大小来识别区内的严重故障和弱故障，保证区内严重故障时匝间保护快速动作，提高电抗器匝间短路及单相接地故障时的保护灵敏度，进而提高保护装置的可靠性。
附图说明
图1是本发明的高压并联电抗器保护装置接线图；
图2是本发明的高压并联电抗器匝间保护逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的高压并联电抗器匝间故障保护方法主要应用于智能电网的继电保护装置中，将该保护方法作为一个独立的功能模块集成在继电保护装置中，该功能模块始终投入，保护装置接线图如图1所示，该保护方法具体为：在保护启动后，进行保护动作判别，当满足保护动作判别条件时，判断电抗器首端电流是否大于高定值门槛值，若大于，匝间故障保护瞬时动作，否则，匝间故障保护延时动作。该保护方法先通过保护动作判别识别出发生故障，然后根据首端电流的大小识别严重故障和弱故障，根据故障的严重程度决定是瞬时动作还是延时动作，如此，一方面排除了误判情况，另一方面能够提高保护灵敏度，从而提高了保护装置的可靠性。
下面结合图2所示的匝间保护逻辑图，对上述的保护方法作进一步介绍：
1、对于该方法中的保护启动判别，本发明优选采用如下判别方法：电抗器首端自产零序电流大于零序启动电流定值时保护启动，否则，直接闭锁保护，判别方程为：
3I0＞3I0.set (1)
上式中3I0为电抗器首端自产零序电流的幅值，3I0.set为零序启动电流定值。
当然，也可以采用其他的保护启动判别方法，如公开号为CN101320908A的中国专利《并联电抗器的匝间启动方法》公开的匝间启动方法。
2、对于保护动作判别，本发明可以采用零序电压绝对值比较判据进行区内外故障判别，判别方程为：
Figure BDA0001736779680000031
上式中
Figure BDA0001736779680000032
为PT自产零序电压的相量，
Figure BDA0001736779680000033
为电抗器首端CT自产零序电流的相量，XL0为电抗器二次零序电抗值；XS0为系统零序电抗值，XS0无法测量，设为(0.01～0.2)XL0。
为了进一步提高判别可靠性，在满足上述判别方程(2)的情况下，还要判别电抗器三相阻抗是否满足低阻抗判据，判别方程为：
Figure BDA0001736779680000034
上式中Ze表示主电抗器二次相电抗值；k2为常数，首端三相电流最小值小于0.5Ie时k2取0.5～0.7，首端三相电流最小值大于0.5Ie时k2取0.8～0.95。
其中，电抗器的相测量阻抗
Figure BDA0001736779680000041
的计算公式为：
Figure BDA0001736779680000042
上式中
Figure BDA0001736779680000043
分别表示A、B和C相，
Figure BDA0001736779680000044
为电抗器相电压的相量，
Figure BDA0001736779680000045
为电抗器首端相电流的相量，Xn表示中性点小电抗的电抗值，Ie为主电抗器二次额定电流，k1为常数，取0.1～0.3。从上述公式(4)可以看出当
Figure BDA0001736779680000046
时，计算出的电抗器的相测量阻抗
Figure BDA0001736779680000047
才有效。
当然，本发明仅给出了以上两种优选的保护动作判别方式，现有技术中的其他判别方式也同样适用。
3、根据电抗器内部首端电流的大小识别区内严重故障和弱故障，首端电流大于高定值门槛值时判为区内严重故障，判别方程为：
I＞Iset.H (5)
上式中I为电抗器首端电流的幅值，Iset.H为高定值门槛值，取(1.5～2.0)Ie。
当发生严重区内故障时，匝间保护瞬时，否则匝间保护延时动作，保护延时动作时间一般为20ms～30ms。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高压并联电抗器匝间故障保护方法，其特征在于，该方法为：先进行保护启动判别，保护启动后，进行保护动作判别，当满足保护动作判别条件时，判断电抗器首端电流是否大于高定值门槛值，若大于，匝间故障保护瞬时动作，否则，匝间故障保护延时动作；
保护动作判别条件为：
Figure FDA0002366613610000011
或者保护动作判别条件为：
Figure FDA0002366613610000012
且
Figure FDA0002366613610000013
其中，
Figure FDA0002366613610000014
为PT自产零序电压的相量，
Figure FDA0002366613610000015
为电抗器首端CT自产零序电流的相量，XL0为电抗器二次零序电抗值；XS0为系统零序电抗值，取(0.01～0.2)倍的XL0；
Figure FDA0002366613610000016
为电抗器的相测量阻抗，Ze表示主电抗器二次相电抗值；k2为常数，首端三相电流最小值小于0.5Ie时k2取0.5～0.7，首端三相电流最小值大于0.5Ie时k2取0.8～0.95，Ie为主电抗器二次额定电流；
保护启动判别的判别方程为：3I0＞3I0.set，其中3I0为电抗器首端自产零序电流的幅值，3I0.set为零序启动电流定值；当满足保护启动判别方程，保护启动。
2.根据权利要求1所述的高压并联电抗器匝间故障保护方法，其特征在于，电抗器的相测量阻抗
Figure FDA0002366613610000017
的计算公式为：
Figure FDA0002366613610000018
其中，
Figure FDA0002366613610000019
分别表示A、B和C相，
Figure FDA00023666136100000110
为电抗器相电压的相量，
Figure FDA00023666136100000111
为电抗器首端相电流的相量，Xn表示中性点小电抗的电抗值，Ie为主电抗器二次额定电流；k1为常数，取0.1～0.3。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的高压并联电抗器匝间故障保护方法，其特征在于，高定值门槛值取(1.5～2.0)倍的Ie。
4.根据权利要求3所述的高压并联电抗器匝间故障保护方法，其特征在于，保护延时动作时间为20ms～30ms。
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