CN110034538A - 一种干式电抗器非电量保护系统 - Google Patents

一种干式电抗器非电量保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种干式电抗器非电量保护系统，包括分布式光纤测温系统和故障分析及控制系统，分布式光纤测温系统包括测温光缆和分布式测温主机，故障分析及控制系统包括中央处理器、监控后台和跳闸出口继电器；测温光缆敷设于被保护干式电抗器表面，并与分布式测温主机连接，分布式测温主机将测温光缆的温度信息反馈至中央处理器，中央处理器根据温度信息对被保护干式电抗器的运行状态进行判断，向监控后台发送告警信号，向跳闸出口继电器发送跳闸信号。本发明通过精确测量干式电抗器本体温度来检测干式电抗器的运行情况，并在运行异常时及时发出告警信号并将干式电抗器退出运行。

Description

一种干式电抗器非电量保护系统
技术领域
本发明涉及干式电抗器保护领域，具体涉及一种干式电抗器非电量保护系统。
背景技术
在电力系统中，干式电抗器常常使用于电力系统的无功补偿、谐波过滤、短路电流限制等方面，是电力系统的重要组成部分，对维系电力系统的安全稳定运行有着重要的意义。
目前，传统的干式电抗器保护主要为电气量保护，即通过对流经干式电抗器的电流量进行采样判别干式电抗器是否出现故障。当干式电抗器出现轻微的匝间短路时，由于干式电抗器的整体电气参数变化不大，因此干式电抗器电流量也不会明显变化，即电气量保护不会启动。然而，这种轻微的匝间短路极有可能导致故障点持续发热进一步破坏干式电抗器表面绝缘，扩大短路及发热范围引发干式电抗器的燃烧，威胁电网的安全稳定运行。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种干式电抗器非电量保护系统，通过精确测量干式电抗器本体温度来检测干式电抗器的运行情况，并在运行异常时及时发出告警信号并将干式电抗器退出运行。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种干式电抗器非电量保护系统，包括分布式光纤测温系统和故障分析及控制系统两部分：
分布式光纤测温系统包括测温光缆和分布式测温主机；
测温光缆采用绝缘材料制成，敷设于被保护干式电抗器表面，用于感知被保护干式电抗器的表面温度；
分布式测温主机用于向测温光缆发射探测脉冲光并利用光时域反射或光频域反射计技术对测温光缆的全长进行实时测温，并将测温光缆的温度信息反馈至故障分析及控制系统；
故障分析及控制系统包括中央处理器、监控后台和跳闸出口继电器；
中央处理器用于接收分布式测温主机所反馈的温度信息并将温度信息传输至监控后台进行实时显示，同时根据温度信息对被保护干式电抗器的运行状态进行判断，当判断被保护干式电抗器运行异常时则向监控后台发送告警信号，当判断被保护干式电抗器故障时向监控后台发送告警信号的同时，向跳闸出口继电器发送跳闸信号；
监控后台通过显示屏、灯光告警信号实时显示被保护干式电抗器的运行情况及在运行异常、故障情况下发出告警信号；
跳闸出口继电器用于接收中央处理器的跳闸信号，驱动相应的断路器跳闸，从而将故障的被保护干式电抗器退出运行。
进一步地，所述的测温光缆内芯设置四根带绝缘涂层的石英光纤，其中三根接入分布式测温主机组成三个测温通道，剩下的一根用于备用。
进一步地，所述的中央处理器判断被保护干式电抗器运行异常的判断逻辑为：当任意测温通道的测量温度超过告警设定值Tg时，则向监控后台发送干式电抗器运行异常告警。
进一步地，所述的中央处理器判断被保护干式电抗器故障的判断逻辑为：当任意测温通道的空间最大温差大于启动值Tq时，保护启动元件动作并展宽7秒去开放跳闸出口继电器的正电源；此后，当两个以上测温通道的测量温度超过跳闸温度设定值Ts时，方可向跳闸出口继电器发出跳闸命令。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用分布式光纤测温技术，能够对光纤全长温度进行比较精确的测温，因此当测温光纤以恰当方式敷设于被保护干式电抗器上时，通过对测温光纤的温度监测则可以做到无死角实时的准确监测干式电抗器表面温度。
2、采用分布式光纤测温技术与相关判断逻辑配合，不仅可以实时监测被保护干式电抗器运行情况，同时可以实现干式电抗器的非电量保护功能，从而突破了以往干式电抗器只能通过电气量(主要是电流过流)保护的局限性，完善了干式电抗器的保护功能。
3、本系统的抗电磁干扰能力强，干式电抗器附近存在一定的强电磁场，而光纤内的光信号传输具备很强的抗电磁干扰的能力，因此本系统能够在该恶劣电磁环境中正常运行。
4、本系统不会改变干式电抗器的电气特性、绝缘性能，测温光纤是由石英及绝缘外皮组成，完全绝缘，因此它的敷设不会影响到干式电抗器的电气特性、绝缘性能。
5、本系统原理机构简单，方便维护，成本低，四根测温光纤，一套主机就能够实现对被保护干式电抗器的监测和保护功能，原理清晰，测温光纤具备抗腐蚀性、抗干扰、耐高温的特性，因此使用寿命长，具有一定的免维护特性。
附图说明
图1是本发明的干式电抗器非电量保护系统的结构示意图；
图2是本发明的分布式测温主机的工作流程图；
图3是本发明的中央处理器的主要判断逻辑；
图4是本发明的跳闸出口继电器的控制示意图；
附图标记说明：1-被保护干式电抗器；2-测温光缆；3-分布式测温主机；4-中央处理器；5-跳闸出口继电器；6-监控后台；7-断路器；8-出口压板。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种干式电抗器非电量保护系统，包括分布式光纤测温系统和故障分析及控制系统两部分。其中，分布式光纤测温系统包括测温光缆2和分布式测温主机3。故障分析及控制系统包括中央处理器4、跳闸出口继电器5和监控后台6。
测温光缆2由绝缘材料组成，敷设于被保护干式电抗器1表面，用于感知被保护干式电抗器1的表面温度。具体地，测温光缆2内芯设置四根带绝缘涂层的石英光纤，其中三根光纤接入分布式测温主机3组成三个测温通道，剩下的一根光纤用于备用。测温光缆2填充物及护套均由绝缘、阻燃材料组成。测温光缆2的设置应满足以下要求：1、以恰当方式敷设于被保护干式电抗器1表面，保证无测温死角；2、要保证测温光缆2不会影响被保护干式电抗器1的绝缘性能及电气特性；3、在-20℃至+200℃内能够长期稳定运行、准确测温，允许短时承受+250℃。
分布式测温主机3用于向测温光缆2内的各光纤发射探测脉冲光，并利用光时域反射或光频域反射计技术对测温光缆2的全长进行实时测温(光时域反射或光频域反射计技术为已知理论，在此不再赘言)，并将测温光缆2的通道情况、温度信息反馈至中央处理器4。其工作流程请参考图2，在每一个测温循环里面，分布式测温主机3先对测温通道的状态进行检测，结果正常则进行正常测温，若发现有测温通道损坏则自动切换至备用通道后再进行测温。分布式测温主机3应具备以下性能特征：1、可实现多通道测温，测温通道不小于4个；2、单通道测温时间小于5s，空间分辨率不小于0.5m，测温精度不大于0.5℃，测温距离不小于3km；3、具备测温光纤通道检查功能，能够通过光发与光收对测温通道进行检查；4、执行IEC61850通信标准，便于与变电站通信系统兼容。
中央处理器4主要由DSP及相关通信接口组成，用于接收分布式测温主机3所反馈的实时信息并将温度信息传输至监控后台6进行实时显示，同时根据温度信息对被保护干式电抗器1的运行状态进行判断，当判断被保护干式电抗器1运行异常时则向监控后台6发送告警信号，当判断被保护干式电抗器1故障时向监控后台6发送告警信号的同时，向跳闸出口继电器5发送跳闸信号。其主要判断逻辑请参阅图3，当任意测温通道的测量温度超过告警设定值Tg时，则向监控后台6发送干式电抗器运行异常告警。为防止由于任意测温通道故障引起的测量温度误差导致保护误动，在跳闸逻辑里面需要两个以上通道的测量温度超过跳闸温度设定值Ts方可向跳闸出口继电器5发出跳闸命令。其中T1、T2、T3分别为测温通道1、测温通道2、测温通道3上测得的任意值，Tg和Ts的值可根据被保护干式电抗器1的型号进行设定。
跳闸出口继电器5用于接收中央处理器4的跳闸信号，驱动相应的断路器7跳闸，从而将故障的被保护干式电抗器1退出运行。其控制逻辑请参阅图4，当任意测温通道的空间最大温差大于启动值Tq时，中央处理器4的保护启动元件动作并展宽7秒去开放出口继电器5正电源，这一设置确保了跳闸出口继电器5故障、直流接地等情况下不会发生保护误动。同时，在断路器7的跳闸线圈及跳闸出口继电器5之间设置出口压板8以方便在运行方式变化时干式电抗器非电量保护功能的投退。其中，Td1、Td2、Td3为测温通道1、测温通道2、测温通道3上的空间最大温差，Tmax为单测温通道上空间最高温度，Tmin为单测温通道上空间最低温度，Tq为干式电抗器非电量保护启动值，可根据被保护干式电抗器1的型号进行设定。匝间短路通常引发干式电抗器局部运行温度过高，因此可利用单通道上的空间最大温差作为保护启动依据。例如，测温通道1上的100m处测得最高温度100℃，1000m处测得该通道最低温度50℃，则其空间最大温差Td1为50℃，用该值与启动值Tq比较来决定保护是否启动。当跳闸出口继电器5保护启动后，中央处理器4发送的跳闸命令才会被执行，进而驱动断路器7的跳闸线圈动作，从而将故障的被保护干式电抗器1退出运行。
监控后台6通过显示屏、灯光告警信号(通过声光报警器实现)等实时显示被保护干式电抗器1的运行情况及在运行故障、异常情况下发出告警信号，其与中央处理器4通过网线进行连接根据IEC61850规约进行相互通信。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种干式电抗器非电量保护系统，其特征在于：包括分布式光纤测温系统和故障分析及控制系统两部分：
分布式光纤测温系统包括测温光缆和分布式测温主机；
测温光缆采用绝缘材料制成，敷设于被保护干式电抗器表面，用于感知被保护干式电抗器的表面温度；
分布式测温主机用于向测温光缆发射探测脉冲光并利用光时域反射或光频域反射计技术对测温光缆的全长进行实时测温，并将测温光缆的温度信息反馈至故障分析及控制系统；
故障分析及控制系统包括中央处理器、监控后台和跳闸出口继电器；
中央处理器用于接收分布式测温主机所反馈的温度信息并将温度信息传输至监控后台进行实时显示，同时根据温度信息对被保护干式电抗器的运行状态进行判断，当判断被保护干式电抗器运行异常时则向监控后台发送告警信号，当判断被保护干式电抗器故障时向监控后台发送告警信号的同时，向跳闸出口继电器发送跳闸信号；
监控后台通过显示屏、灯光告警信号实时显示被保护干式电抗器的运行情况及在运行异常、故障情况下发出告警信号；
跳闸出口继电器用于接收中央处理器的跳闸信号，驱动相应的断路器跳闸，从而将故障的被保护干式电抗器退出运行。
2.根据权利要求1所述的一种干式电抗器非电量保护系统，其特征在于：所述的测温光缆内芯设置四根带绝缘涂层的石英光纤，其中三根接入分布式测温主机组成三个测温通道，剩下的一根用于备用。
3.根据权利要求2所述的一种干式电抗器非电量保护系统，其特征在于：所述的中央处理器判断被保护干式电抗器运行异常的判断逻辑为：当任意测温通道的测量温度超过告警设定值Tg时，则向监控后台发送干式电抗器运行异常告警。
4.根据权利要求2所述的一种干式电抗器非电量保护系统，其特征在于：所述的中央处理器判断被保护干式电抗器故障的判断逻辑为：当任意测温通道的空间最大温差大于启动值Tq时，保护启动元件动作并展宽7秒去开放跳闸出口继电器的正电源；此后，当两个以上测温通道的测量温度超过跳闸温度设定值Ts时，方可向跳闸出口继电器发出跳闸命令。
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