CN110289595A - 一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法，包括：获取变压器的电压等级；判断电压等级是否为220kV以下；若是，以原方不饱和相代替环流；确定零模电流与预设的不饱和相电流的准比例系数，并以不饱和时间区间内的平均值作为准比例系数中的比例系数；根据比例系数确定高阻抗变压器的自漏感；根据自漏感对高阻抗变压器进行零序过流保护整定。以原方不饱和相代替环流，克服220kV三角绕组环流无法测量的问题，可以算出高阻抗变压器的漏感，进而有效针对高阻抗变压器的涌流现象进行分析。本申请还提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定系统、一种计算机可读存储介质和一种高阻抗变压器的零序过流保护整定终端，具有上述有益效果。

Description

一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法及相关装置

技术领域

本申请涉及电力传输领域，特别涉及一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法及相关装置。

背景技术

变压器短路试验测量获得的漏感为变压器原方绕组和副方绕组的漏感之和，即变压器制造厂家提供的变压器的短路电抗x_k(x_k＝ωL_K)。一般认为，原方绕组和副方绕组的漏感相等，即两侧自漏感各为总漏感的一半，并且许多文献基于此假设分析励磁涌流和三角绕组环流问题，但实际上两侧自漏感并不相等。在变压器回路微分方程中，自漏感代表仅与自身绕组交链的磁链对应的电感，该磁链的大小会受铁芯绕组结构和尺寸等因素的影响。因此，在某些特殊变压器中，两侧漏感数值相差很大。如在高阻抗变压器中，低压侧的漏感将比正常变压器大很多，而高压侧的漏感几乎不变。如依旧按照两侧自漏感相等分析问题，将导致较大误差，不利于变压器暂态过程的分析。

高阻抗变压器由于具备极佳的限制电网短路电流的能力，已得到广泛的应用。但近几年，电网中多次出现高压内置型高阻抗变压器(简称“内置变”)投运合闸时，引发母线开关甚至是其上一级线路的零序过流保护误动的状况，已严重威胁电网安全运行。

为了得到饱和励磁电感的大小，探究和比较内置变和串抗变的涌流特性，无论是从理论分析还是从仿真分析，都需要准确地得到变压器两侧的自漏感。

发明内容

本申请的目的是提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法、零序过流保护整定系统、一种计算机可读存储介质和一种高阻抗变压器的零序过流保护整定终端，有效抑制了了高阻抗变压器的涌流现象。

为解决上述技术问题，本申请提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法，具体技术方案如下：

获取变压器的电压等级；

判断所述电压等级是否为220kV以下；

若是，以原方不饱和相代替环流；

确定零模电流与预设的不饱和相电流的准比例系数，并以不饱和时间区间内的平均值作为所述准比例系数中的比例系数；

根据所述比例系数确定所述高阻抗变压器的自漏感；

根据所述自漏感对所述高阻抗变压器进行零序过流保护整定。

其中，以不饱和时间区间内的平均值作为比例系数之前，还包括：

判定所述不饱和时间区间。

其中，判定所述不饱和时间区间包括：

任意连续两个准漏感值低于预设门槛值时，判定两个所述准漏感值之间的时间为不饱和时间区间。

其中，若所述电压等级不为220kV以下，还包括：

测量低压绕组电流；

根据所述低压绕组电流确定所述环流。

其中，根据所述低压绕组电流确定所述环流包括：

根据所述低压绕组电流利用环流计算公式确定所述环流；

其中，所述环流计算公式为i_A，i_B，i_C为原方绕组三相电流，i_D为三角绕组环流。

本申请还提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定系统，具体技术方案如下：

获取模块，用于获取变压器的电压等级；

判断模块，用于判断所述电压等级是否为220kV以下；

替代模块，用于若所述判断模块判断为是时，以原方不饱和相代替环流；

确定模块，用于确定零模电流与预设的不饱和相电流的准比例系数，那个以不饱和时间区间内的平均值作为所述准比例系数中的比例系数；

自漏感确定模块，用于根据所述比例系数确定所述高阻抗变压器的自漏感；

零序过流保护整定模块，用于根据所述自漏感对所述高阻抗变压器进行零序过流保护整定。

其中，还包括：

判定模块，用于判定所述不饱和时间区间。

其中，还包括：

测量模块，用于测量低压绕组电流；

环流确定模块，用于根据所述低压绕组电流确定所述环流。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的高阻抗变压器的零序过流保护整定方法的步骤。

本申请还提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定终端，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上所述的高阻抗变压器的零序过流保护整定方法的步骤。

本申请提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法，包括：获取变压器的电压等级；判断所述电压等级是否为220kV以下；若是，以原方不饱和相代替环流；确定零模电流与预设的不饱和相电流的准比例系数，并以不饱和时间区间内的平均值作为所述准比例系数中的比例系数；根据所述比例系数确定所述高阻抗变压器的自漏感；根据所述自漏感对所述高阻抗变压器进行零序过流保护整定。

本发明以原方不饱和相代替环流，克服了220kV三角绕组环流无法测量的问题，通过推导变压器回路方程，可以计算出高阻抗变压器的漏感，进而有效的针对高阻抗变压的涌流现象进行整定，有效降低涌流现象在电力传输过程中的危害。本申请还提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定系统、一种计算机可读存储介质和一种高阻抗变压器的零序过流保护整定终端，具有上述有益效果，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的一种高阻抗变压器的零序过流保护整定系统结构示意图；

图3为本申请提供的经仿真验证的准比例系数计算值。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法的流程图，该零序过流保护整定方法包括：

S101：获取变压器的电压等级；

本步骤旨在获取目标变压器的电压等级，目前，变压器主要分为500kV及以上电压等级和220kV以下电压等级两种。一般变压器的具体参数均在设备外部有标注。

S102：判断电压等级是否为220kV以下；若是，进入S103；

当目标变压器为220kV以下电压等级时，进入S103。

S103：以原方不饱和相代替环流；

对于220kV以下电压等级的变压器，三角绕组电流无法测量。基于三角绕组环流与原方不饱和相电流平衡的特点，利用原方不饱和电流代替环流。具体的，对于变压器空载合闸时，三相铁芯不会同时饱和。总会存在某一相始终不饱和，或者进入饱和的时间较晚。而该相不饱和时，励磁电流很小，可以认为i_m＝0。但此时受副方三角绕组环流的影响，不饱和相的原方绕组会产生与副方环流相抵消平衡的一次电流i_X(假设不饱和相为X相，X∈A,B,C)，则该段区间内有：

i_X＝-i_D

不饱和相X为空载合闸后短时间内原方绕组电流绝对值最小的相，确定原方不饱和相，以不饱和相的相电流代替环流。

S104：确定零模电流与预设的不饱和相电流的准比例系数，并以不饱和时间区间内的平均值作为准比例系数中的比例系数；

本步骤旨在求出零模电流与选定的不饱和相电流的比例系数，作为原方绕组零模电流和三角绕组环流的准比例关系λ_W。其特征在于，求解表达式：

理论上，在不饱和时间区间内，计算得到的准漏感值就等于真实漏感值。因此，可以通过判断任连续两个准漏感值的差值低于设定门槛值ε来识别出时间区间，然后取这段时间区间的平均值，进而得到较为准确的比例系数λ。

容易理解的是，以不饱和时间区间内的平均值作为比例系数之前，通常还可以先判定不饱和时间区间。

具体的，判定不饱和时间区间可以采用如下方式：

任意连续两个准漏感值低于预设门槛值时，两个准漏感值之间的时间为不饱和时间区间。

判别不饱和时间区间，可以以该区间内的平均值作为所求的比例系数。因为选定的不饱和相并非总是不饱和，只有在其不饱和的时间区间内才满足条件。因此，得到的λ_W是随时间变化的，为了得到准确的比例系数，还需判别选定饱和相的不饱和时间区间。

S105：根据比例系数确定高阻抗变压器的自漏感；

在步骤S104中确定了比例系数后即可求得自漏感。

具体的，以下针对自漏感计算公式的求解过程：

S1.1：根据变压器模型，列写三相变压器回路方程，此处忽略电阻分量；

其中，u_A、u_B、u_C为系统电压；u_a、u_b、u_c为变压器副方绕组端口电压；L_s与L_s0分别为系统正序和零序电感；l_σ为变压器原方自漏感，l_σD为副方自漏感；e_a，e_b，e_c为变压器三相励磁支路感应电动势；i_A，i_B，i_C为原方绕组三相电流，

i₀为零模电流；i_a，i_b，i_c分别为副方绕组电流；i_D为三角绕组环流(即上文的环流)。

S1.2：联立方程组，消去非线性项的感应电动势，因为同电压三相平衡(u_A+u_B+u_C＝0)，得到：

S1.3：结合变压器绕组初始电流都为0，得到：

S1.4：定义比例系数λ为变压器原方绕组零模电流和副方绕组环流的比例系数，其中：

S1.5：原方漏感和副方漏感之和为短路漏感，满足L_σ+L_σD＝L_k，便可以求解得变压器自漏感表达式，得到：

其中系统零序电感L_s0已知，容易理解的是，求出原方漏感和副方漏感中的任一个，即可根据L_σ+L_σD＝L_k的关系得到另一个。

在S104得到比例系数λ之后，可以直接根据上式得到自漏感。

S106：根据自漏感对高阻抗变压器进行零序过流保护整定。

具体的，本步骤可以采用如下实施过程：

S1061、利用仿真平台构建系统和变压器的仿真模型，并将获取到的变压器两侧自漏感输入到仿真模型中；

S1062、仿真在各种工况下的系统零模电流，提取出基波分量；

S1063、选取各种情况下基波分量最大值，与整定系数相乘，作为保护整定值。

此后即可根据保护整定值进行零序过流保护整定。

本发明以原方不饱和相代替环流，克服了220kV三角绕组环流无法测量的问题，通过推导变压器回路方程，可以计算出高阻抗变压器的漏感，进而有效的针对高阻抗变压的涌流现象进行抑制，有效降低涌流现象在电力传输过程中的危害。

基于上述实施例，作为优选的实施例，所S102判断为否，即电压等级不为220kV以下，还可以包括：

测量低压绕组电流；根据低压绕组电流确定环流。

具体的，可以利用环流计算公式确定环流；

其中，环流计算公式为i_A，i_B，i_C为原方绕组三相电流，i_D为三角绕组环流。

将所求的环流或者零模电流与环流的比例系数，求出自漏感的计算方法，当对于500kV及以上电压等级的变压器，通过低压绕组电流测量计算环流，通过下式计算自漏感：

下面对本申请实施例提供的一种高阻抗变压器的零序过流保护整定系统进行介绍，下文描述的零序过流保护整定系统与上文描述的零序过流保护整定方法可相互对应参照。

图2为本申请实施例所提供的一种高阻抗变压器的零序过流保护整定系统结构示意图，该零序过流保护整定系统可以包括：

本申请还提供一种高阻抗变压器的零序过流保护整定系统，具体技术方案如下：

获取模块100，用于获取变压器的电压等级；

判断模块200，用于判断所述电压等级是否为220kV以下；

替代模块300，用于若所述判断模块判断为是时，以原方不饱和相代替环流；

确定模块400，用于确定零模电流与预设的不饱和相电流的准比例系数，那个以不饱和时间区间内的平均值作为所述准比例系数中的比例系数；

自漏感确定模块500，用于根据所述比例系数确定所述高阻抗变压器的自漏感；

零序过流保护整定模块600，用于根据所述自漏感对所述高阻抗变压器进行零序过流保护整定。

基于上述实施例，作为优选的实施例，零序过流保护整定系统还可以包括：

判定模块，用于判定所述不饱和时间区间。

基于上述实施例，作为优选的实施例，零序过流保护整定系统还可以包括：

测量模块，用于测量低压绕组电流；

环流确定模块，用于根据所述低压绕组电流确定所述环流。

为了验证本申请提出漏感计算方法的正确性，利用PSCAD软件建立变压器仿真系统模拟实际情况。以容量为240/80MVA，额定电压变比为220/10.5kV的高阻抗变压器为原型，高低压短路电抗百分数为34％(有名值：0.2182H)。仿真设置高压侧、低压侧漏抗百分数分别为13％(有名值：0.0834H)、21％(有名值：0.1348H)。由于PSCAD仿真模型中只能输入总漏感百分数，高低压两侧漏感大小不能分别设置。采取将模拟励磁支路的饱和电流源设置在高压侧，同时在系统侧补加变压器高压侧阻抗，将低压侧自漏抗百分数作为短路阻抗百分数输入进仿真模型。经过计算，高压侧补加的电阻为0.2Ω和电感为0.0834H。设置的系统零序电感L_s0为0.09H。获取变压器空载合闸时的电量数据进行计算。

变压器空载合闸，图3(a)分别作出了三相电流和零模电流，分析可知不饱和相为B相，因此i_D＝-i_B。按照本发明步骤，得到如图3(b)所示的准比例系数时域分布图。可以轻易判断出不饱和时间区间如图中虚线框所示，对饱和区间中对应的准漏感取平均值计算，得到了比例系数λ的数值，λ＝0.781。得到比例系数后，求得漏感L_σ的数值为0.0830H，与实际值0.0834H相比，计算结果十分精确。从图3中可以发现，在产生涌流的半个周波内就可以获取漏感参数，响应速度快，简单方便。通过仿真的方法，预先设置初始值，然后根据本发明的算法计算得到漏感值，证明了方法的有效性。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请还提供了一种高阻抗变压器的涌流终端，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法的步骤。当然所述终端还可以包括各种网络接口，电源等组件。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种高阻抗变压器的零序过流保护整定方法，其特征在于，包括：

获取变压器的电压等级；

判断所述电压等级是否为220kV以下；

若是，以原方不饱和相代替环流；

确定零模电流与预设的不饱和相电流的准比例系数，并以不饱和时间区间内的平均值作为所述准比例系数中的比例系数；

根据所述比例系数确定所述高阻抗变压器的自漏感；

根据所述自漏感对所述高阻抗变压器进行零序过流保护整定。

2.根据权利要求1所述的零序过流保护整定方法，其特征在于，以不饱和时间区间内的平均值作为比例系数之前，还包括：

判定所述不饱和时间区间。

3.根据权利要求2所述的零序过流保护整定方法，其特征在于，判定所述不饱和时间区间包括：

任意连续两个准漏感值低于预设门槛值时，判定两个所述准漏感值之间的时间为不饱和时间区间。

4.根据权利要求1所述的零序过流保护整定方法，其特征在于，若所述电压等级不为220kV以下，还包括：

测量低压绕组电流；

根据所述低压绕组电流确定所述环流。

5.根据权利要求1所述的零序过流保护整定方法，其特征在于，根据所述低压绕组电流确定所述环流包括：

根据所述低压绕组电流利用环流计算公式确定所述环流；

其中，所述环流计算公式为i_A、i_B、i_C为原方绕组三相电流，i_D为三角绕组环流。

6.一种高阻抗变压器的零序过流保护整定系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取变压器的电压等级；

判断模块，用于判断所述电压等级是否为220kV以下；

替代模块，用于若所述判断模块判断为是时，以原方不饱和相代替环流；

确定模块，用于确定零模电流与预设的不饱和相电流的准比例系数，那个以不饱和时间区间内的平均值作为所述准比例系数中的比例系数；

自漏感确定模块，用于根据所述比例系数确定所述高阻抗变压器的自漏感；

零序过流保护整定模块，用于根据所述自漏感对所述高阻抗变压器进行零序过流保护整定。

7.根据权利要求6所述的零序过流保护整定系统，其特征在于，还包括：

判定模块，用于判定所述不饱和时间区间。

8.根据权利要求6所述的零序过流保护整定系统，其特征在于，还包括：

测量模块，用于测量低压绕组电流；

环流确定模块，用于根据所述低压绕组电流确定所述环流。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的高阻抗变压器的零序过流保护整定方法的步骤。

10.一种高阻抗变压器的零序过流保护整定终端，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述的高阻抗变压器的零序过流保护整定方法的步骤。