CN110350479A - 基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了抽能电抗器保护技术领域的一种基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，旨在解决现有技术中抽能电抗器抽能绕组匝间故障检测灵敏度不高、存在保护元件拒动、误动的技术问题。采集主电抗首端零序电流和抽能绕组零序电流；计算零序差流和零序制动电流，零序差流计算通过基于空心变压器参数模型的一次电流折算系数将主电抗首端零序电流折算至抽能绕组侧；设置零序差动元件的动作条件和闭锁条件，当满足动作条件且无闭锁条件时，则判定发生区内匝间故障。本发明能够灵敏的反应主电抗绕组和抽能绕组匝间故障，同时能够有效防止零差保护元件误动，适用于多种工况，极大地提高抽能绕组保护的灵敏性及可靠性，同时零差保护元件无延时，动作速度快。

Description

基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法

技术领域

本发明属于抽能电抗器保护技术领域，具体涉及一种基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法。

背景技术

目前抽能电抗器抽能绕组主要为站用变供电，容量较小，和主电抗器容量相差几百倍。常规并联电抗器采用零序阻抗原理的匝间保护作为电抗器绕组匝间故障的主保护，但由于抽能绕组与主绕组容量相差较大，常规并联电抗器匝间保护对抽能绕组故障检测灵敏度不足，导致保护元件拒动或者误动，严重时导致抽能电抗器无法正常工作，影响整个电力系统的安全稳定运行。

目前对于抽能绕组匝间故障保护方法有以下两种：

(1)采用系统零序电压闭锁抽能侧绕组零序过流的方法，此方法零序电压闭锁定值和抽能绕组零流定值不易整定，定值校验复杂；

(2)基于变压器T型等效模型的零差保护，T型等效电路适用于耦合系数高的普通变压器，由于抽能电抗器网侧绕组和抽能绕组耦合系数低，T型参数不易获得，且抽能电抗铁芯存在气隙，所以抽能电抗不适合使用T型模型进行等效分析。

抽能电抗的设计、生产和制造均基于空心变压器模型参数，其相关参数容易获取，故提出一种基于空心变压器模型参数的抽能电抗器匝间零序差动保护方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，以解决现有技术中抽能电抗器抽能绕组匝间故障检测灵敏度不高、存在保护元件拒动、误动的技术问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，包括以下步骤：

采集主电抗首端零序电流和抽能绕组零序电流；

计算零序差流和零序制动电流，零序差流计算通过基于空心变压器参数模型的一次电流折算系数将主电抗首端零序电流折算至抽能绕组侧；

设置零序差动元件的动作条件和闭锁条件，当满足动作条件且无闭锁条件时，则判定发生区内匝间故障。

所述零序差流和零序制动电流的计算方法如下：

其中，3I_d0表示零序差流，3I_r0表示零序制动电流，表示主电抗首端零序电流向量，表示抽能绕组零序电流向量，K_r表示CT平衡系数，即电流互感器平衡系数，K_r＝n_H/n_L，n_H表示主电抗首端电流互感器的变比，n_L.表示抽能绕组电流互感器的变比，K_m表示基于空心变压器参数模型的一次电流折算系数。

所述基于空心变压器参数模型的一次电流折算系数是主电抗绕组和抽能绕组的互感系数与抽能绕组的自感系数的比值。

所述零序差动元件的动作条件是同时满足如下条件：

3I_d0≥3I_opmin (3)

3I_d0≥k*3I_r0 (4)

其中，k表示零差制动系数，按照系统侧区外接地故障不平衡电流选取，3I_opmin表示零差最小动作电流，此定值由抽能电抗器保护装置自动整定，按照抽能绕组匝间故障灵敏度选取，可取为1％～2％的基于主电抗容量计算得到的抽能绕组额定电流。

所述零差制动系数的取值为0.2～0.7。

所述闭锁条件包括零序差流二次谐波制动判据，

所述零序差流二次谐波制动判据如下：

其中，表示零序差流的二次谐波幅值大小，K_2.set表示二次谐波含量门槛。

所述二次谐波含量门槛的取值范围是0.15～0.3。

所述闭锁条件包括抽能绕组侧正序电流制动判据，

所述抽能绕组侧正序电流制动判据如下：

其中，I_0L表示抽能绕组零序电流幅值，I_1L表示抽能绕组正序电流幅值，K_set表示比值门槛，按抽能侧区外相间故障电流互感器三相不平衡电流设定。

所述比值门槛的取值范围是0.1～0.3。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明能够灵敏的反应主电抗绕组和抽能绕组匝间故障，同时能够有效防止零差保护元件误动，适用于多种工况，极大地提高抽能绕组保护的灵敏性及可靠性，同时零差保护元件无延时，动作速度快；

(2)本发明零序差动电流计算基于空心变压器模型参数进行各侧电流的折算，其抽能电抗的互感和自感参数容易获得，采用零序差流二次谐波制动能够有效防止空投抽能电抗时的涌流误动，采用抽能绕组侧正序电流制动能有效防止抽能侧区外相间故障时零差保护的误动。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法的空心变压器模型等效示意图；

图中，3I_0H表示主电抗首端零序电流；3I_0L表示抽能绕组零序电流；M表示主电抗绕组和抽能绕组的互感系数；L₁表示主电抗绕组的自感系数；L₂表示抽能绕组的自感系数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

基于空心变压器模型参数的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，使用了主电抗绕组和抽能绕组匝间故障时主电抗首端零序电流和抽能绕组零序电流进行差流计算，两零序电流通过零序差动元件的动作条件和闭锁条件来判别主电抗绕组和抽能绕组是否发生匝间故障，具体如下：

采集主电抗首端零序电流和抽能绕组零序电流。

计算零序差流和零序制动电流，零序差流和零序制动电流公式如下：

零序差流：

零序制动电流：

其中，3I_d0表示零序差流，3I_r0表示零序制动电流，表示主电抗首端零序电流向量，表示抽能绕组零序电流向量，零序差流计算采用主电抗首端零序电流折算至抽能绕组侧，K_r表示CT平衡系数，即电流互感器平衡系数，K_r＝n_H/n_L，n_H表示主电抗首端电流互感器的变比，n_L.表示抽能绕组电流互感器的变比，K_m表示基于空心变压器参数模型的一次电流折算系数，K_m＝M/L₂，M表示主电抗绕组和抽能绕组的互感系数，L₂表示抽能绕组的自感系数。空心变压器模型等效图如图1所示。

本发明中零序差流计算基于空心变压器模型参数进行各侧电流的折算，其主电抗绕组和抽能绕组的互感系数和抽能绕组的自感系数容易获得且能反应出主电抗首端零序电流与抽能绕组侧的比例关系，计算过程更加简单。

零序差动动作元件需同时满足如下条件：

3I_d0≥3I_opmin (3)

3I_d0≥k*3I_r0 (4)

其中，k表示零差制动系数，按照系统侧区外接地故障不平衡电流选取，可取为0.2～0.7，3I_opmin表示零差最小动作电流，此定值由抽能电抗器保护装置自动整定，按照抽能绕组匝间故障由灵敏度选取，可取为1％～2％的基于主电抗容量计算得到的抽能绕组额定电流。

基于主电抗容量的抽能绕组额定电流根据下面公式计算：

其中，I_eL表示基于主电抗容量的抽能绕组额定电流，S表示主电抗三相额定容量，U_L表示抽能绕组额定电压。

为了防止空投时抽能电抗饱和产生励磁涌流导致的零差误动，本发明引入零序差流二次谐波制动判据，采用零序差流二次谐波含量是否大于门槛闭锁零差保护，满足下面公式时闭锁零差差动元件：

其中，表示零差电流的二次谐波幅值大小，K_2.set表示二次谐波含量门槛，可取为0.15～0.3。

采用零序差流二次谐波制动能够有效防止空投抽能电抗时的涌流误动。

为防止抽能侧区外相间故障零差保护失去制动而导致的误动，本发明采用抽能绕组侧正序电流制动判据，即抽能绕组侧零序电流与正序电流比值是否小于门槛闭锁零差保护，满足下面公式时闭锁零差差动元件：

其中，I_0L表示抽能绕组零序电流幅值，I_1L表示抽能绕组正序电流幅值，K_set表示比值门槛，按照抽能侧区外相间故障电流互感器三相不平衡电流设定，可取为0.1～0.3。

采用抽能绕组侧正序电流制动能有效防止抽能侧区外相间故障时零差保护的误动。

本发明能够灵敏的反应主电抗绕组和抽能绕组匝间故障，同时能够有效防止零差保护元件误动，适用于多种工况，极大地提高抽能绕组保护的灵敏性及可靠性，同时零差保护元件无延时，动作速度快。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，包括以下步骤：

采集主电抗首端零序电流和抽能绕组零序电流；

计算零序差流和零序制动电流，零序差流计算通过基于空心变压器参数模型的一次电流折算系数将主电抗首端零序电流折算至抽能绕组侧；

设置零序差动元件的动作条件和闭锁条件，当满足动作条件且无闭锁条件时，则判定发生区内匝间故障。

2.根据权利要求1所述的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，所述零序差流和零序制动电流的计算方法如下：

其中，3I_d0表示零序差流，3I_r0表示零序制动电流，表示主电抗首端零序电流向量，表示抽能绕组零序电流向量，K_r表示CT平衡系数，即电流互感器平衡系数，K_r＝n_H/n_L，n_H表示主电抗首端电流互感器的变比，n_L.表示抽能绕组电流互感器的变比，K_m表示基于空心变压器参数模型的一次电流折算系数。

3.根据权利要求1或2所述的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，所述基于空心变压器参数模型的一次电流折算系数是主电抗绕组和抽能绕组的互感系数与抽能绕组的自感系数的比值。

4.根据权利要求1所述的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，所述零序差动元件的动作条件是同时满足如下条件：

3I_d0≥3I_opmin (3)

3I_d0≥k*3I_r0 (4)

其中，k表示零差制动系数，按照系统侧区外接地故障不平衡电流选取，3I_opmin表示零差最小动作电流，此定值由抽能电抗器保护装置自动整定，按照抽能绕组匝间故障灵敏度选取，可取为1％～2％的基于主电抗容量计算得到的抽能绕组额定电流。

5.根据权利要求4所述的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，所述零差制动系数的取值为0.2～0.7。

6.根据权利要求1所述的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，所述闭锁条件包括零序差流二次谐波制动判据，

所述零序差流二次谐波制动判据如下：

其中，表示零序差流的二次谐波幅值大小，K_2.set表示二次谐波含量门槛。

7.根据权利要求6所述的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，所述二次谐波含量门槛的取值范围是0.15～0.3。

8.根据权利要求1所述的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，所述闭锁条件包括抽能绕组侧正序电流制动判据，

所述抽能绕组侧正序电流制动判据如下：

其中，I_0L表示抽能绕组零序电流幅值，I_1L表示抽能绕组正序电流幅值，K_set表示比值门槛，按抽能侧区外相间故障电流互感器三相不平衡电流设定。

9.根据权利要求8所述的基于空心变压器参数的抽能电抗器匝间零差保护方法，其特征是，所述比值门槛的取值范围是0.1～0.3。