CN109066586B - 一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法及装置 - Google Patents

一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法和装置，考虑平衡绕组在串联变压器区内发生不平衡轻微故障时的电流特征，构建基于磁平衡原理的差动保护；在串联变压器网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组安装电流互感器，计算各电流互感器的自产零序电流，差动电流、制动电流均取自产零序电流作为计算量，不受负荷电流影响；本发明能够克服负荷电流对常规差动保护反应匝间故障时的制动影响，灵敏地反映串联变压器区内轻微的匝间故障，可以广泛地应用于含平衡绕组的串联变压器。

Description

一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域，具体而言涉及一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法及装置。
背景技术
串联变压器是新型FACTS(Flexible AC Transmission Systems，柔性交流输电系统)设备的核心部件之一，它处于直流阀和交流输电线路互相交换的核心位置。由于串联变压器的特殊运行环境要求，串联变压器需要采用特殊的设计结构和制造工艺。此外，串联变压器正常运行时的电气特征，也与普通并联型变压器不同。
当FACTS系统处于轻载运行时，串联变压器绕组两端的端电压很小，小于串联变压器额定电压。在这种情况下，一方面，当串联变压器发生轻微匝间故障时，网侧绕组和阀侧绕组的故障分量很小，因而常规的纵差保护差流较小；另一方面，由于线路的负荷电流流经串联变压器网侧绕组，抬高了常规的纵差保护制动量，因而常规的纵差保护反应轻微匝间故障时灵敏度有所降低。
变压器的零序差动保护，主要应用于变压器发生不平衡故障时，在变压器纵差保护灵敏度不够的情况下使用。目前，常见的零序差动保护，一般均采用变压器网侧绕组电流和中性点零序电流构成差回路，差流取变压器绕组电流和中性点零序电流的矢量和，这是一种基于基尔霍夫原理的电平衡差动保护，它不能反映变压器的绕组匝间故障。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法及装置，以提高继电保护反映串联变压器匝间故障的灵敏度。
为达到上述目的，本发明采取以下的技术方案来实现。
一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法，所述方法步骤如下：
(1)在串联变压器的网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组中安装电流互感器，取各电流互感器的自产零序电流作为差动计算量，记网侧绕组自产零序电流为
Figure BDA0001805004510000011
记阀侧绕组自产零序电流为
Figure BDA0001805004510000012
记平衡绕组自产零序电流为
Figure BDA0001805004510000013
(2)根据
Figure BDA0001805004510000014
计算得到零序分量差动保护的网侧调整电流
Figure BDA0001805004510000015
阀侧调整电流
Figure BDA0001805004510000021
平衡绕组调整电流
Figure BDA0001805004510000022
(3)根据调整电流
Figure BDA0001805004510000023
计算纵联零序差动保护的差动电流Id，差动电流计算公式为：
Figure BDA0001805004510000024
(4)根据调整电流
Figure BDA0001805004510000025
计算纵联零序差动保护的制动电流Ir，
制动电流采用以下任意一种方式计算：
制动电流计算公式一：
Figure BDA0001805004510000026
其中k为制动系数；
制动电流计算公式二：
Figure BDA0001805004510000027
(5)利用由差动电流和制动电流构成的差动特性曲线进行判别，如果满足条件，则纵联零序差动保护动作。
上述方案中，所述制动系数k取值范围为0.4～1。
上述方案中，所述步骤2中调整电流的计算方法为
Figure BDA0001805004510000028
分别乘以平衡系数。
上述方案中，所述步骤2中需要根据变压器额定容量、各绕组额定电压、各分支CT变比，计算各分支的二次额定电流，再根据计算得到的二次额定电流，计算平衡系数。
本发明同时提出一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护装置，所述装置包括采样单元、调整电流计算单元、差动电流计算单元、制动电流计算单元、保护动作判断单元，其中：
所述采样单元采集串联变压器的网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组中的电流互感器的自产零序电流，记网侧绕组自产零序电流为
Figure BDA0001805004510000029
记阀侧绕组自产零序电流为
Figure BDA00018050045100000210
记平衡绕组自产零序电流为
Figure BDA00018050045100000211
所述调整电流计算单元，根据
Figure BDA00018050045100000212
计算得到零序分量差动保护的网侧调整电流
Figure BDA00018050045100000213
阀侧调整电流
Figure BDA00018050045100000214
平衡绕组调整电流
Figure BDA00018050045100000215
所述差动电流计算单元，根据调整电流
Figure BDA00018050045100000216
计算纵联零序差动保护的差动电流Id，差动电流计算公式为：
Figure BDA00018050045100000217
所述制动电流计算单元，根据调整电流
Figure BDA00018050045100000218
计算纵联零序差动保护的制动电流Ir，制动电流采用以下任意一种方式计算：
制动电流计算公式一：
Figure BDA0001805004510000031
其中k为制动系数；
制动电流计算公式二：
Figure BDA0001805004510000032
所述保护动作判断单元，利用由差动电流和制动电流构成的差动特性曲线进行判别，如果满足条件，则纵联零序差动保护动作。
上述方案中，所述制动系数k取值范围为0.4～1。
上述方案中，所述调整电流计算单元中，调整电流的计算方法为
Figure BDA0001805004510000033
分别乘以平衡系数。
上述方案中，所述调整电流计算单元中，需要根据变压器额定容量、各绕组额定电压、各分支CT变比，计算各分支的二次额定电流，再根据计算得到的二次额定电流，计算平衡系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明提供了一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法及装置，考虑平衡绕组在串联变压器区内发生不平衡轻微故障时的电流特征，构建基于磁平衡原理的差动保护；在串联变压器网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组安装电流互感器，计算各电流互感器的自产零序电流，差动电流、制动电流均取自产零序电流作为计算量，不受负荷电流影响；本发明能够克服负荷电流对常规差动保护反应匝间故障时的制动影响，灵敏地反映串联变压器区内轻微的匝间故障，可以广泛地应用于含平衡绕组的串联变压器。
附图说明
图1为参与串联变压器纵联零序差动保护计算的互感器示意图；
图2为由差动电流和制动电流构成的差动特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
串联变压器的阀侧绕组，一般为不接地系统，零序等效阻抗很大；平衡绕组为三角形接线，一般情况下不带载，相比较而言，平衡绕组的零序阻抗要比其他两个绕组小得多，因此当串联变压器发生区内轻微不平衡绕组故障时，平衡绕组中的零序短路电流较大，可以利用这个特征来灵敏地反映轻微匝间故障。
一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法，包括以下步骤：
(1)在串联变压器的网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组中安装电流互感器，取各电流互感器的自产零序电流作为差动计算量，记网侧绕组自产零序电流为I01′，记阀侧绕组自产零序电流为I02′，记平衡绕组自产零序电流为I03′；
如图1所示，一般串联变压器网侧绕组的绕组首端或者绕组尾端安装有CT，亦或者两端均安装。对于本方式所述的纵联零序差动保护方法，取其中任意一端即可；串联变压器平衡绕组电流互感器需要安装在平衡绕组三角环内；
(2)根据I01′、I02′、I03′，计算得到零序分量差动保护的网侧调整电流
Figure BDA0001805004510000041
阀侧调整电流
Figure BDA0001805004510000042
平衡绕组调整电流
Figure BDA0001805004510000043
调整电流的计算方法为I01′、I02′、I03′分别乘以平衡系数；
基于电平衡原理的零序差动保护，只需根据各分支的CT变比进行计算，即可得到平衡系数。而本方法基于磁平衡原理，计算平衡系数时，需要根据变压器额定容量、各绕组额定电压、各分支CT变比，计算各分支的二次额定电流，再根据计算得到的二次额定电流，计算平衡系数；
(3)根据调整电流
Figure BDA0001805004510000044
计算纵联零序差动保护的差动电流Id，差动电流计算公式为：
Figure BDA0001805004510000045
当串联变压器正常运行时，网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组电流处于平衡状态，几乎不含有零序电流，此时纵联零序差动保护的差动电流接近于0；当线路发生单相接地故障时，由于串联变压器自身没有故障，网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组产生的零序磁通处于平衡状态，因此纵联零序差动保护的差动电流接近于0，保护不会误动；当串联变压器发生匝间故障时，网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组产生的磁通平衡状态被破坏，此时将产生差动电流；
(4)根据调整电流
Figure BDA0001805004510000046
计算纵联零序差动保护的制动电流Ir，制动电流采用以下任意一种方式计算
制动电流计算公式一：
Figure BDA0001805004510000047
其中k为制动系数；
制动电流计算公式二：
Figure BDA0001805004510000048
本实施例中选用的制动电流计算公式为：
Figure BDA0001805004510000049
取零序电流作为制动量，可以有效避免负荷电流对差动保护的影响，进而提高保护灵敏度；
(5)利用由差动电流和制动电流构成的差动特性曲线进行判别，如果满足条件，则纵联零序差动保护可靠动作。
差动特性曲线如图2所示，Icdqd为纵联零序差动保护的差动启动值；差动特性曲线横坐标为制动电流Ir；纵坐标为差动电流Id；kbl为纵差制动门槛比例系数；Ip为曲线拐点，取值范围为0.3Ie至0.8Ie；当差动计算结果落于特性曲线上方，纵联零序差动保护动作。
本发明同时提出一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护装置，所述装置包括采样单元、调整电流计算单元、差动电流计算单元、制动电流计算单元、保护动作判断单元，其中：
所述采样单元采集串联变压器的网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组中的电流互感器的自产零序电流，记网侧绕组自产零序电流为
Figure BDA0001805004510000051
记阀侧绕组自产零序电流为
Figure BDA0001805004510000052
记平衡绕组自产零序电流为
Figure BDA0001805004510000053
所述调整电流计算单元，根据
Figure BDA0001805004510000054
计算得到零序分量差动保护的网侧调整电流
Figure BDA0001805004510000055
阀侧调整电流
Figure BDA0001805004510000056
平衡绕组调整电流
Figure BDA0001805004510000057
所述差动电流计算单元，根据调整电流
Figure BDA0001805004510000058
计算纵联零序差动保护的差动电流Id，差动电流计算公式为：
Figure BDA0001805004510000059
所述制动电流计算单元，根据调整电流
Figure BDA00018050045100000510
计算纵联零序差动保护的制动电流Ir，制动电流采用以下任意一种方式计算：
制动电流计算公式一：
Figure BDA00018050045100000511
其中k为制动系数；
制动电流计算公式二：
Figure BDA00018050045100000512
所述保护动作判断单元，利用由差动电流和制动电流构成的差动特性曲线进行判别，如果满足条件，则纵联零序差动保护动作。
其中，所述制动系数k取值范围为0.4～1。
其中，所述调整电流计算单元中，调整电流的计算方法为
Figure BDA00018050045100000513
分别乘以平衡系数。
其中，所述调整电流计算单元中，需要根据变压器额定容量、各绕组额定电压、各分支CT变比，计算各分支的二次额定电流，再根据计算得到的二次额定电流，计算平衡系数。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
(1)在串联变压器的网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组中安装电流互感器，取各电流互感器的自产零序电流作为差动计算量，记网侧绕组自产零序电流为
Figure FDA0002216297210000011
记阀侧绕组自产零序电流为
Figure FDA0002216297210000012
记平衡绕组自产零序电流为
Figure FDA0002216297210000013
(2)根据
Figure FDA0002216297210000014
计算得到纵联零序差动保护的网侧调整电流
Figure FDA0002216297210000015
阀侧调整电流
Figure FDA0002216297210000016
平衡绕组调整电流
Figure FDA0002216297210000017
(3)根据调整电流
Figure FDA0002216297210000018
计算纵联零序差动保护的差动电流Id，差动电流计算公式为：
Figure FDA0002216297210000019
(4)根据调整电流
Figure FDA00022162972100000110
计算纵联零序差动保护的制动电流Ir，制动电流采用以下任意一种方式计算：
制动电流计算公式一：
Figure FDA00022162972100000111
其中k为制动系数；
制动电流计算公式二：
Figure FDA00022162972100000112
(5)利用由差动电流和制动电流构成的差动特性曲线进行判别，如果满足条件，则纵联零序差动保护动作；
其中，差动特性曲线横坐标为制动电流Ir；纵坐标为差动电流Id；Icdqd为纵联零序差动保护的差动启动值；kbl为纵差制动门槛比例系数；Ip为曲线拐点；当差动计算结果落于特性曲线上方，纵联零序差动保护动作。
2.如权利要求1所述一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法，其特征在于，所述制动系数k取值范围为0.4～1。
3.如权利要求1所述一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中调整电流的计算方法为
Figure FDA0002216297210000021
Figure FDA0002216297210000022
分别乘以平衡系数。
4.如权利要求3所述一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中需要根据变压器额定容量、各绕组额定电压、各分支CT变比，计算各分支的二次额定电流，再根据计算得到的二次额定电流，计算平衡系数。
5.一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护装置，其特征在于，所述装置包括采样单元、调整电流计算单元、差动电流计算单元、制动电流计算单元、保护动作判断单元，其中：
所述采样单元采集串联变压器的网侧绕组、阀侧绕组、平衡绕组中的电流互感器的自产零序电流，记网侧绕组自产零序电流为
Figure FDA0002216297210000023
记阀侧绕组自产零序电流为
Figure FDA0002216297210000024
记平衡绕组自产零序电流为
Figure FDA0002216297210000025
所述调整电流计算单元，根据
Figure FDA0002216297210000026
计算得到纵联零序差动保护的网侧调整电流
Figure FDA0002216297210000027
阀侧调整电流
Figure FDA0002216297210000028
平衡绕组调整电流
Figure FDA0002216297210000029
所述差动电流计算单元，根据调整电流
Figure FDA00022162972100000210
计算纵联零序差动保护的差动电流Id，差动电流计算公式为：
Figure FDA00022162972100000211
所述制动电流计算单元，根据调整电流
Figure FDA00022162972100000212
计算纵联零序差动保护的制动电流Ir，制动电流采用以下任意一种方式计算：
制动电流计算公式一：
Figure FDA00022162972100000213
其中k为制动系数；
制动电流计算公式二：
Figure FDA0002216297210000031
所述保护动作判断单元，利用由差动电流和制动电流构成的差动特性曲线进行判别，如果满足条件，则纵联零序差动保护动作；
其中，差动特性曲线横坐标为制动电流Ir ；纵坐标为差动电流Id ；Icdqd 为纵联零序差动保护的差动启动值；kbl 为纵差制动门槛比例系数；Ip 为曲线拐点；当差动计算结果落于特性曲线上方，纵联零序差动保护动作。
6.如权利要求5所述一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护装置，其特征在于，所述制动系数k取值范围为0.4～1。
7.如权利要求5所述一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护装置，其特征在于，所述调整电流计算单元中，调整电流的计算方法为
Figure FDA0002216297210000032
分别乘以平衡系数。
8.如权利要求7所述一种磁平衡的串联变压器纵联零序差动保护装置，其特征在于，所述调整电流计算单元中，需要根据变压器额定容量、各绕组额定电压、各分支CT变比，计算各分支的二次额定电流，再根据计算得到的二次额定电流，计算平衡系数。
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