CN109617016B - 一种抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护方法 - Google Patents

一种抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护方法 Download PDF

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Abstract

一种用于抽能绕组Δ型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护方法，将抽能高压电抗器等值为线性的二端口网络，等值为T形电路；建立起当电抗器无故障时的高压侧端口零序电压与抽能绕组零序电流的比值关系；分析△型接线的抽能绕组内部发生匝间故障时和线路特殊运行工况或高压系统侧接地故障时的K值差异，提出抽能绕组零序过流的闭锁判据。本申请能够准确区分△型接线抽能绕组匝间短路故障和高压系统侧接地故障及线路特殊运行工况，保证了抽能绕组零序过流保护的选择性。解决了当抽能绕组为三角形接线时，常规保护原理不能准确分辨出抽能绕组匝间短路故障还是高压系统侧接地故障及线路特殊运行工况的技术难题，提高了保护动作的可靠性，具有很大的工程应用价值。

Description

一种抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，更具体地涉及一种用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护原理。
背景技术
高压抽能并联电抗器的工作原理是在高压并联电抗补偿线路容性无功的同时，从每相高抗的抽能绕组引出两根电缆至所用变高压侧，为了配合所用变高压侧接线方式，抽能绕组接线可分为Y型接线和△型接线，作为开关站站用电的主供电源，为开关站提供照明或其它生活用电，可节省大量工程项目投资。由于高压电抗器直接连接于高压线路上，通常与高压线路间隔共用同一个断路器，抽能绕组又是电抗器辅助绕组，当抽能绕组及其引出线上发生短路时，需要断开电抗器及高压线路断路器，但是由于抽能绕组△型接线的抽能绕组保护原理问题，在高压线路非全相特殊运行工况及高压系统侧接地故障时可能会误判抽能绕组故障，从而导致高抗保护误切除或越级切除高压线路的严重后果。因此，对抽能绕组△型接线的高压抽能并联电抗器抽能绕组保护原理提出了很高的要求。
目前，对于高压并联电抗器的保护原理已经很成熟，首次应用的抽能绕组Y型接线抽能高抗保护中，采用复压过流保护即能够反应抽能绕组系统的匝间短路和相间短路故障，然而对于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组保护还没有一个成熟可靠的原理。
考虑到由于抽能绕组△型接线的抽能绕组保护原理问题出现的保护误判有可能会切除高压带电部分造成误动的范围扩大，并且在当抽能绕组为Δ接线时，抽能绕组发生匝间短路故障和高压线路非全相、高压系统侧接地故障下，均会在Δ型绕组中产生出三相大小相等，方向相同的零序电流，在Δ型绕组中形成环流，通常原理的复压过流保护已无法准确分辨出抽能绕组匝间短路故障和高压系统侧接地故障及线路特殊运行工况。鉴于抽能绕组对开关站以及电网的可靠性和安全性的重要影响，研究抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组保护新原理的研究具有很大意义。
发明内容
国内对于抽能高抗的抽能绕组保护原理，目前只考虑了抽能绕组为Y型接线的情况，当抽能绕组为△型接线时，现有保护原理不能准确分辨出抽能绕组匝间短路故障还是高压系统侧接地故障及线路特殊运行工况，为了完善抽能高抗抽能绕组的保护原理，本发明公开了一种用于抽能绕组△型接线的抽能高抗的抽能绕组保护方法。
为实现上述发明目的，本发明具体采用以下技术方案。
一种用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护方法，用于高压抽能并联电抗器的抽能绕组△型接线时的匝间故障保护，其特征在于：
将高压抽能并联电抗器等值为线性的二端口网络，再利用消除互感法，进而等值为T形电路；
根据二端口理论，建立起当高压抽能并联电抗器无故障时的高压侧端口零序电压与抽能绕组零序电流的比值关系，并将此比值关系用K值量化；
分析△型接线的抽能绕组内部发生匝间故障时和线路特殊运行工况或高压系统侧接地故障时的K值差异，作为抽能绕组零序过流的闭锁判据。
进一步地，
对于抽能绕组△型接线的抽能高抗，将高压抽能并联电抗器高压侧端口零序电压3U0与抽能绕组零序电流3Is0比值K值作为抽能绕组零流保护的闭锁条件，以区分△型接线的抽能绕组内部发生的匝间故障和线路特殊运行工况或高压系统侧接地故障，避免抽能绕组零流保护的误动和拒动的发生。
当高压抽能并联电抗器高压侧端口零序电压3U0与抽能绕组零序电流3Is0比值K大于等于1.5时，则闭锁抽能绕组零流保护，否则开放抽能绕组零流保护，零流保护动作出口。
一种用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组保护方法，其中，△型接线的抽能绕组与高压并联电抗器磁耦合；其特征在于，所述保护方法包括以下步骤：
步骤1：采集高压并联电抗器即主电抗器首端高压侧电压计算出自产零压3U0，采集抽能绕组角内侧电流计算出△型接线的抽能绕组自产零序电流3Is0；
步骤2：当抽能绕组自产零序电流3Is0满足设定零流定值门槛时，计算主电抗器首端高压侧自产零压3U0和△型接线的抽能绕组自产零序电流3Is0的比值K；
步骤3：判断K值是否大于等于闭锁条件门槛值，如果是，则进入步骤4；如果否，则进入步骤5；
步骤4：判断自产零序电流是由于主电抗器区外短路故障或高压线路非正常运行工况引起的，闭锁抽能绕组零流保护，抽能绕组零流保护不动作；
步骤5：判断自产零序电流是由于△型接线的抽能绕组侧发生匝间短路故障引起的，开放抽能绕组零流保护，零流保护动作出口。
进一步包括以下优选方案：
在步骤2中，所设定的零流定值门槛为了躲开抽能绕组侧CT断线产生的零流，按躲过抽能绕组最大负荷电流整定。
在步骤2中，所设定的零流定值门槛推荐整定为1.2倍的最大负荷电流。
在步骤3中，所述闭锁条件门槛值为1.5。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
本发明的保护方法能够有效区分△型接线的抽能绕组侧匝间短路故障和高压系统侧接地故障、非全相运行，避免高抗保护误切除或越级切除高压线路的严重后果。
从抽能高抗特有的电磁特性出发，将其等值为线性二端口网络，并进一步等效为T形等值电路；通过多组现场抽能高抗实测参数出发，定性的总结出△型接线的抽能绕组侧匝间短路故障和高压系统侧接地故障、非全相运行情况下K值(3U0/3Is0的比值)的明显差异；近而将其作为△型接线的抽能绕组零序过流的闭锁判据，有效保证了△型接线的抽能绕组侧匝间短路故障时零序过流保护可靠动作，高压系统侧接地故障、非全相运行时零序过流保护可靠闭锁，具有很大的工程应用价值。
附图说明
图1是抽能绕组△接线的抽能高抗原理图；
图2是抽能高抗T形等值电路图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体原理阐述来进一步说明本发明的保护原理。
如附图1所示为抽能绕组△接线的抽能高抗原理图。
抽能并联电抗器一般用在500kV及以上的超高压远距离输电线路上，抽能高抗为带抽能绕组的三个单相电抗器。三个主电抗器绕组星型接线，抽能绕组的接线形式为配合所接配电变高压侧绕组接线形式分Y型接线和Δ型接线两种，我们在这里研究的是如图1所示的Δ型接线。
如果把抽能电抗器看成是变压器的话，那就是一台低耦合的变压器，所谓低耦合就是励磁电抗降低，漏抗增大。这样就导致电压比不等于匝数比，电流比不等于匝数比的倒数。正是因为这样的低耦合，就不能采用变压器的等值电路来描述抽能电抗器。
如附图2所示。抽能电抗器有气隙，不饱和，就可以看成是一个线性的二端口网路，用一个二端口网路来描述抽能电抗器：
Figure GDA0002363605560000041
上式中：UH为抽能高抗首端相电压，UL为抽能绕组侧相电压，IH为抽能高抗首端相电流，IL为抽能绕组侧相电流，ZH为抽能高抗自感，ZL为抽能绕组自感，ZM为抽能高抗和抽能绕组之间的互感。
相反，理想变压器就不能直接采用这样的二端口网路，采用的阻抗出现不定式。
作为应用，本申请关心抽能电抗器的短路电流比、开路电压比及开路阻抗。
令，
Figure GDA0002363605560000042
Figure GDA0002363605560000043
令，
Figure GDA0002363605560000044
Figure GDA0002363605560000045
令，
Figure GDA0002363605560000046
Figure GDA0002363605560000047
Figure GDA0002363605560000048
这样，通过nI、nV、kf就可以计算出ZH、ZL、ZM。
利用消除互感法，也可以用一个如图2的T形电路来等值
X1＝ZH-ZM、X2＝ZL-ZM、Xμ＝ZM
上式中X1、X2、Xu分别对应图2中T形等值电路中的对应阻抗值。
根据二端口理论，就可以建立起当电抗器无故障时的端口电压与电流的关系。一旦这样的关系被破坏或者说不满足，肯定电抗器内部发生了故障。
基于以上分析，在本申请公开的用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护方法中，将抽能并联高压电抗器模型等值为线性的二端口网络，等效后的二端口内部阻抗可以线性表示，再利用消除互感法，可以用一个T形电路来等值；
根据二端口理论，就可以建立起当电抗器无故障时的端口电压与电流的关系。一旦这样的关系被破坏或者说不满足，肯定电抗器内部发生了故障；
采用抽能高抗首端零序电压和△型接线的抽能绕组自产零序电流的比值K的大小作为是否为抽能绕组内部匝间故障的主判据；
△型接线的抽能绕组内部发生匝间故障时，故障产生的零序电流在抽能高抗高压侧产生的零序电压很小，可以忽略不计，所以K值也很小；
线路特殊运行工况或高压系统侧接地故障在抽能高抗高压侧产生零序电压，从而可能在抽能绕组内部感应出的零序电流，此时由于满足二端口网络的线性关系，K为一个较大值。
对于△型接线的抽能绕组保护，配置抽能零序过流保护，作为抽能绕组匝间短路的主保护，利用抽能绕组接成△型接线时，发生匝间故障，会在△型绕组内部形成零序电流，保护通过引入角内侧CT的三相绕组电流合成出自产的零序电流，该电流设置门槛值，为防止高压系统侧因接地故障或非全相运行造成抽能绕组角内侧出现零序电流导致误动采用K值闭锁判据，逻辑为：
高压系统侧发生接地故障或高压线路处于非全相运行时，抽能高抗高压侧将产生较大零压3U0，此零压将在△型接线的抽能绕组侧产生零序电流3Is0，由T形等值电路分析，此时K值(3U0/3Is0的比值)是一个与抽能高抗自身阻抗参数相关的相对固定的值，并且此值较大。
△型接线的抽能绕组侧发生匝间故障时，会在△型绕组内部形成零序电流3Is0，由T形等值电路分析，此零序电流在抽能高抗高压侧产生的感应零压3U0很小，也就是说此时K值(3U0/3Is0的比值)是一个非常小的值。
由以上分析当K值大于等于门槛值时可以判定是高压系统侧发生接地故障或高压线路处于非全相运行，闭锁抽能绕组的零序过流保护；K值小于门槛值时可以判定是△型接线的抽能绕组侧发生匝间故障，开放抽能绕组的零序过流保护。
本申请的技术方案包括以下步骤：
步骤1：采集高压并联电抗器即主电抗器首端高压侧电压计算出自产零压3U0，采集抽能绕组角内侧电流计算出△型接线的抽能绕组自产零序电流3Is0；
步骤2：当抽能绕组自产零序电流3Is0满足设定零流定值门槛时，计算主电抗器首端高压侧自产零压3U0和△型接线的抽能绕组自产零序电流3Is0的比值K；
为了躲开抽能绕组侧CT断线产生的零流，零流定值门槛按躲过抽能绕组最大负荷电流整定，推荐整定为1.2倍的最大负荷电流。
步骤3：判断K值是否大于等于闭锁条件门槛值，如果是，则进入步骤4；如果否，则进入步骤5；
闭锁条件门槛值推荐整定为1.5。
步骤4：判断自产零序电流是由于主电抗器区外短路故障或高压线路非正常运行工况引起的，闭锁抽能绕组零流保护，抽能绕组零流保护不动作；
步骤5：判断自产零序电流是由于△型接线的抽能绕组侧发生匝间短路故障引起的，开放抽能绕组零流保护，零流保护动作出口。
实施例：经过现场多组抽能高抗的参数计算，T形等值电路中X1远大于X2，Xu为负值或远小于X2。根据此结论：
情况1、当抽能高抗高压侧由于接地故障或异常运行方式在AX侧产生零序电压3U0时，△型接线的抽能绕组侧ax将感应出的零序电流3Is0推导如下：
I1＝3U0/(X1+(X2//Xu))
I2＝I1*XU/(X2+Xu)
3Is0＝I2＝3U0*Xu/(X1X2+X1Xu+X2Xu)
从而推导出此时的K值
K＝3U0/3Is0＝X1+X2+X1X2/Xu
K是一个与抽能高抗自身阻抗参数相关的相对固定的值，并且此值较大。
情况2、当△型接线的抽能绕组侧发生匝间短路故障时相当于从ax侧施加一个零序电压，AX侧仍然开路，此时在AX侧产生的零序压降相当于I2经过Xu上产生的零压，由于Xu非常小或为负数，所以在抽能高抗高压侧AX产生的零序电压很小，此时K＝3U0/3Is0为一个很小的值。
通过多组现场参数和实验数据测定K值闭锁抽能绕组零流保护的门槛值为1.5(此值为高压侧PT一次值为500kV，抽能CT一次值位100A情况下折算到二次侧的比值)，实际应用中PT一次值与此值成反比、CT一次值与此值成正比。
说明1：当主电抗器区外发生短路故障、非全相运行、带线路空充电抗器、线路发生接地故障后跳闸后再重合、线路两侧断路器跳开后的LC振荡、开关非同期、区外故障及非全相伴随系统振荡时，均可视为满足上述情况1的推导条件，K值大于等于门槛值，闭锁抽能绕组侧零序差动保护，保护可靠不动作。
说明2：△型接线的抽能绕组侧发生匝间短路故障时可视为满足上述情况2的推导条件，K值小于门槛值，开放抽能绕组侧零序差动保护，零流满足整定值保护可靠动作。
以下通过具体实例来阐明本发明的作用过程。
结合图1说明本保护原理的实施方法和细节：
1、保护通过采集主电抗器首端高压侧电压计算出自产零压3U0，采集抽能绕组角内侧电流计算出自产零序电流3Is0，构成抽能零序过流保护及其闭锁判据；
2、当抽能绕组角内侧自产零序电流3Is0满足设定定值门槛时判断K值闭锁条件是否满足；
3、当K值闭锁条件满足(大于等于门槛值1.5)则认为自产零流是由于主电抗器区外短路故障或高压线路非正常运行工况引起的，不在抽能绕组零流保护范围，闭锁零流保护，零流保护不动作；
4、当K值闭锁条件不满足(小于门槛值1.5)则认为自产零流是由于△型接线的抽能绕组侧发生匝间短路故障引起的，在抽能绕组零流保护范围，开放零流保护，零流保护动作出口。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护方法，用于高压抽能并联电抗器的抽能绕组△型接线时的匝间故障保护，其特征在于：
将高压抽能并联电抗器等值为线性的二端口网络，再利用消除互感法，进而等值为T形电路；
根据二端口理论，建立起当高压抽能并联电抗器无故障时的高压侧端口零序电压与抽能绕组零序电流的比值关系，并将此比值关系用K值量化；
分析△型接线的抽能绕组内部发生匝间故障时和线路特殊运行工况或高压系统侧接地故障时的K值差异，作为抽能绕组零序过流的闭锁判据；
当高压抽能并联电抗器高压侧端口零序电压3U0与抽能绕组零序电流3Is0比值K大于等于1.5时，则闭锁抽能绕组零流保护，否则开放抽能绕组零流保护，零流保护动作出口。
2.根据权利要求1所述的用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组匝间保护方法，其特征在于：
对于抽能绕组△型接线的抽能高抗，将高压抽能并联电抗器高压侧端口零序电压3U0与抽能绕组零序电流3Is0比值K值作为抽能绕组零流保护的闭锁条件，以区分△型接线的抽能绕组内部发生的匝间故障和线路特殊运行工况或高压系统侧接地故障，避免抽能绕组零流保护的误动和拒动的发生。
3.一种用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组保护方法，其中，△型接线的抽能绕组与高压抽能并联电抗器磁耦合；其特征在于，所述保护方法包括以下步骤：
步骤1：采集高压抽能并联电抗器即主电抗器首端高压侧电压计算出自产零压3U0，采集抽能绕组角内侧电流计算出△型接线的抽能绕组自产零序电流3Is0；
步骤2：当抽能绕组自产零序电流3Is0满足设定零流定值门槛时，计算主电抗器首端高压侧自产零压3U0和△型接线的抽能绕组自产零序电流3Is0的比值K；
步骤3：判断K值是否大于等于闭锁条件门槛值，如果是，则进入步骤4；如果否，则进入步骤5；
步骤4：判断自产零序电流是由于主电抗器区外短路故障或高压线路非正常运行工况引起的，闭锁抽能绕组零流保护，抽能绕组零流保护不动作；
步骤5：判断自产零序电流是由于△型接线的抽能绕组侧发生匝间短路故障引起的，开放抽能绕组零流保护，零流保护动作出口。
4.根据权利要求3所述的用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组保护方法，其特征在于：
在步骤2中，所设定的零流定值门槛按躲过抽能绕组最大负荷电流整定。
5.根据权利要求4所述的用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组保护方法，其特征在于：
在步骤2中，所设定的零流定值门槛为1.2倍的最大负荷电流。
6.根据权利要求3或5所述的用于抽能绕组△型接线的抽能高抗抽能绕组保护方法，其特征在于：
在步骤3中，所述闭锁条件门槛值为1.5。
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