一种换流变压器差动保护方法及装置
技术领域
本发明涉及一种换流变压器差动保护方法及装置,属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
特高压直流受端分层接入交流电网方式可实现特高压直流功率输送的优化,提高受端交流系统电压支撑能力,引导潮流合理分布。分层接入500/1000千伏交流电网,将进一步发挥特高压直流工程远距离、大容量技术优势和特高压交流电网的系统支撑和电力消纳优势,有利于改善“强直弱交”的电网局面,对于坚强智能电网的构建和发展具有重要意义。但特高压直流分层接入方式下的多馈入结构增加了系统结构的复杂性,特高压交直流系统之间相互影响,超、特高压交流系统之间的耦合等问题,对交直流系统的继电保护提出了新的要求。
对于实际运行的变压器保护多采用“三相或门制动”方案,即三相差动电流中只要有一相的二次谐波含量超过制动比,就将三相差动继电器全部闭锁。特高压直流受端分层接入交流电网时,由于特高压直流输电系统中换流器的非线性作用,导致特高压变压器发生区内故障时,非故障相励磁电流中的二次谐波含量很大,导致差动继电器被闭锁,保护可能延迟动作甚至拒动。在此基础上,申请公布号为CN108242800A的中国专利申请文件公开了一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法,该方法在差动保护启动时,判断三相差流中二次谐波的含量,若三相差流中二次谐波的含量过低,则判断三相差流的饱和情况,开放相电流不满足饱和条件所在相的差动保护,该方案虽然能够区分励磁涌流和故障,能在一定程度上避免了差动保护的延迟动作和拒动,但是上述方案没有考虑到变压器内部故障时系统可能存在较大的二次谐波含量,使得差动保护的可靠性和快速性无法满足系统稳定的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种换流变压器差动保护方法,以解决目前换流变压器差动保护可靠性不够的问题;本发明还提供了一种换流变压器差动保护装置,以解决目前换流变压器差动保护可靠性不够的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种换流变压器差动保护方法,该差动保护方法包括以下步骤:
1)当差动保护启动时,获取换流变压器三相差流中的二次谐波含量,判断各相二次谐波含量高低,若至少一相差流中的二次谐波含量高,则获取系统的三相电压幅值,二次谐波含量高指的是该相差流大于设定倍数的差动保护启动电流定值且二次谐波含量大于定值;
2)判断获取的各相电压的幅值是否为低幅值,若是,则开放对应相的差动保护,低幅值指的是相电压的幅值小于设定电压门槛值且零序电压幅值大于设定电压门槛值;
3)若各相电压的幅值均不低,则对三相差流进行饱和判断,开放不饱和所在相的差动保护。
本发明还提供了一种换流变压器差动保护装置,该差动保护装置包括存储器和处理器,以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器与所述存储器相耦合,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明首先采用三相差流中的二次谐波进行判别,然后引入系统电压进行故障判别,最后再对每相差流进行对饱和判别,通过判别系统电压和差流饱和情况来识别换流变压器空投和故障,保证差动保护正常空投时不误动,变压器故障时快速动作,提高了可靠性。
进一步地,为了实现差动保护的及时性,步骤1)中若三相差流中的二次谐波含量都不高,则直接开放三相差动保护。
为了进一步防止差动保护误动,提高差动保护判断效率,当步骤3)中三相差流均满足饱和条件,则闭锁三相差动保护。
进一步地,本发明给出了三相电压低幅值的判断标准,所述设定电压门槛值为0.6UN~0.7UN,UN为系统侧PT二次额定相电压。
进一步地,本发明还给出了三相差流的饱和的具体判断方式,所述步骤3)中三相差流的饱和判断过程为:
A.对一个周期内各采样点的三相差流进行微分;
B.判断微分后的各相差流是否满足第一判别公式和第二判别公式,统计一个周期内满足第一判别公式的采样点个数和满足第二判别公式的采样点个数,若满足第一判别公式的采样点个数大于第一设定数量且满足第二判别公式的采样点个数大于第二设定数量,则判断该相差流不饱和,其中,第一设定数量小于第二设定数量,且均大于一个周期采样点数量的一半,第一判别公式和第二判别公式分别为:
|ΔiK|>k1|ΔiK_MAX|
|ΔiK|>k2|ΔiK_MAX|
上式中ΔiK为微分后的差流采样值,ΔiK=iK-iK-1,iK为当前采样点的差流值,iK-1为前一采样点的差流值,ΔiK_MAX为微分后一个周期内最大的差流值,k1为常数,取值范围为0.4~0.5;k2为常数,取值范围为0.15~0.20。
进一步地,本发明还给出了三相差流的饱和的另一种具体判断方式,所述步骤3)中三相差流的饱和判断过程为:
A.获取一个周期内各采样点的三相差流;
B.判断各采样点的相差流是否满足第三判别公式和第四判别公式,统计一个周期内满足第三判别公式的采样点个数和满足第四判别公式的采样点个数,若满足第三判别公式的采样点个数大于第三设定数量且满足第四判别公式的采样点个数大于第四设定数量,则判断该相差流不饱和,其中第三设定数量小于第四设定数量,且均大于一个周期采样点数量的一半,第三判别公式和第四别公式分别为:
|iK|>k1|iK_MAX|
|iK|>k2|iK_MAX|
上式中iK为当前采样点的差流值,iK_MAX为一个周期内最大的差流值,k1为常数,取值范围为0.4~0.5;k2为常数,取值范围为0.15~0.20。
进一步地,本发明还给出谐波含量高的具体判据,步骤1)中差流中二次谐波含量高的判别公式为:
其中Id2为差流中的二次谐波电流,Id1为差流中的基波电流,Iop.0差动保护启动电流,kxb2为二次谐波制动系数,取值范围为0.15~0.20,k为设定倍数,k=0.8。
为了进一步地提高差动保户的可靠性,当某相差动保护开放时,若该相差流中的二次谐波综合含量小于0.5kxb2则瞬时开放,否则延时5ms开放。
附图说明
图1是本发明方法实施例中的换流变压器主接线图;
图2是本发明换流变压器差动保护方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步地说明。
方法实施例
由于变压器空投时系统电压高、差流波形存在饱和,而故障时系统电压低,差流波形没有饱和,本发明的换流变压器差动保护方法通过对换流变压器三相差流中的二次谐波、系统电压及差流饱和综合判别,防止变压器内部故障时保护可能延迟动作甚至拒动,以提高可靠性,适用于换流变压器所有需要识别励磁涌流的差动保护,包括换流变大差比率差动保护、换流变小差比率差动保护。本实施例所针对的换流变压器主接线图如图1所示,换流变大差比率差动保护由TA1、TA2、TA4、TA6四侧电流构成,Y/Y变小差比率差动保护由TA3、TA4两侧电流构成,Y/D变小差比率差动保护由TA5、TA6两侧电流构成,系统电压取TV1。本发明的差动保护方法能够应用于换流变大差比率差动保护、换流变小差比率差动保护,其流程如图2所示,具体的实施步骤如下。
1.差动保护启动判别。
采集换流变压器各相差流(也叫差动电流),判别各相的差流是否大于相应差动保护启动电流定值的0.8倍,若任一相满足,则差动保护启动,若三相均不满足,则差动保护不启动,并不再进行后续差动保护的判断,采用的判别公式为:
Iop>0.8Iop.0
其中Iop为采集到的任一相的差流,Iop.0为差动保护启动电流定值,该判别公式中的0.8可以根据实际需要进行设定。
2.各相差流中二次谐波含量判别。
当差动保护启动时,计算A、B、C三相差流中的二次谐波含量,某相差流大于0.8倍差动保护启动电流定值且二次谐波含量大于定值时判为该相二次谐波含量高,判别方程为:
其中,Id2为差动电流(简称差流)中的二次谐波电流,Id1为差动电流中的基波电流(差动电流本身一般指的就是基波,相当于Iop),kxb2为二次谐波制动系数,取值范围为0.15~0.20。差动保护采用任一相差流启动时保护启动,谐波含量判别中本相差流大时才参与二次谐波闭锁判别,以防止非故障相差流中的二次谐波误闭锁,因此在进行谐波含量判断时还需要再次对差动电流和差动保护启动电流定值的关系进行判别。
若三相差流二次谐波含量都不满足上述判别方程,说明三相差流二次谐波含量都低,此时,则直接开放三相差动保护,不再进行后续判断,若任一相差流二次谐波含量满足上述判别方程,则说明该相差流二次谐波含量高,需要进行对系统的判断。
3.系统各相电压幅值的判断。
若出现任一相差流二次谐波含量高时,计算系统A、B、C三相电压的幅值,判断系统(交流母线侧系统)各相电压的幅值是否满足系统电压逻辑判别公式:
任一相电压的幅值均可采用上式进行判断,其中UΦ(t)为系统任一相电压的幅值,3U0(t)为系统零序电压幅值,USET为电压门槛值,取值范围为0.6UN~0.7UN,UN为系统侧PT(电压互感器)二次额定相电压。
若系统中任一相电压的幅值满足上述系统电压逻辑判别公式,则说明该相电压的幅值低,则开放该相差动保护。
4.各相差流饱和保护判断。
若各相电压的幅值均不满足系统电压逻辑判别公式,则对三相差流进行饱和判断,开放不饱和所在相的差动保护。三相差流的饱和状态可通过对微分后的三相差流波形进行判断,也可直接对三相差流波形进行判断。
第一种判断方式的过程:
A.对一个周期内各采样点的三相差流进行微分;
B.判断微分后的各相差流是否满足第一判别公式和第二判别公式,统计一个周期内满足第一判别公式的采样点个数和满足第二判别公式的采样点个数,若满足第一判别公式的采样点个数大于第一设定数量N1且满足第二判别公式的采样点个数大于第二设定数量N2,则判断该相差流不饱和,其中,第一设定数量N1小于第二设定数量N2,且均大于一个周期采样点数量的一半,第一判别公式和第二判别公式分别为:
|ΔiK|>k1|ΔiK_MAX|
|ΔiK|>k2|ΔiK_MAX|
上式中ΔiK为微分后的差流采样值,ΔiK=iK-iK-1,iK为当前采样点的差流值,iK-1为前一采样点的差流值,ΔiK_MAX为微分后一个周期内最大的差流值,k1为常数,取值范围为0.4~0.5;k2为常数,取值范围为0.15~0.20,当一个周期的采样点数为24时,第一设定数量为13,第二设定数量为19。
第二种判断方式的过程:
a.获取一个周期内各采样点的三相差流;
b.判断各采样点的相差流是否满足第三判别公式和第四判别公式,统计一个周期内满足第三判别公式的采样点个数和满足第四判别公式的采样点个数,若满足第三判别公式的采样点个数大于第三设定数量N3且满足第四判别公式的采样点个数大于第四设定数量N4,则判断该相差流不饱和,其中第三设定数量N3小于第四设定数量N4,且均大于一个周期采样点数量的一半,第三判别公式和第四别公式分别为:
|iK|>k1|iK_MAX|
|iK|>k2|iK_MAX|
上式中iK为当前采样点的差流值,iK_MAX为一个周期内最大的差流值,k1为常数,取值范围为0.4~0.5;k2为常数,取值范围为0.15~0.20,当一个周期的采样点数为24时,第三设定数量N3为13,第四设定数量N4为19。
通过上述方式即可判断出各相差流的饱和状态,对处于不饱和状态的三相差流,开放其对应相的差动保护,若三相差动电流均处于饱和状态,则闭锁三相差动保护。
通过上述过程就可以实现差动保护,当某相差动保护开放时如果该相差流中的二次谐波含量小于0.5kxb2,则瞬时开放,否则延时5ms开放。
本发明通过判别系统电压和差流波形来识别换流变压器空投和故障,保证差动保护正常空投时不误动,变压器故障时快速动作,提高了可靠性。
装置实施例
本发明的换流变压器差动保护装置包括存储器和处理器,以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序,处理器与存储器相耦合,处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的各个步骤,具体过程已在方法实施例中进行了说明,这里不再赘述。