CN110943433A - 一种接地变压器零序差动保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接地变压器的零序差动保护方法，包括如下步骤：S1.采集接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流；检测计算零序差动电流及零序制动电流；判断零序差动电流是否大于设定门槛值，若是，则预启动接地变压器的保护装置；否则，返回执行步骤S1；S4.判断零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准，若是，则执行步骤S5；否则，返回执行步骤S1；判断零序电流纵联差动保护功能是否投入，若是，则延时一定时间T后，跳开接地变压器开关；否则，返回执行步骤S1。本发明还提供一种接地变压器的零序差动保护装置，输入模块、检测模块、判断模块及差动保护模块，实现接地变压器内部故障的识别与快速隔离。

Description

一种接地变压器零序差动保护方法及装置

技术领域

本发明涉及接地变压器差动保护技术领域，更具体地，涉及一种接地变压器零序差动保护方法及装置。

背景技术

随着电力行业的不断发展和进步，电网设备故障检修时，优先保障人身安全的理念不断提高，特别明显地，在电网众多接地方式中，通过消弧线圈接地的方式已不能满足“人身安全第一”的要求，电网开始将接地方式由消弧线圈接地改为小电阻接地方式，随着电网接地方式改造工程地不断推进，已有较大部分10kV电压等级的馈线保护具备了单相接地故障跳闸的功能，但在目前的小电阻接地方式下，接地变压器虽配置有保护装置，但接地变压器保护配置仍存在如下问题：

在接地变压器内部发生故障时，由于接地变压器无法准确识别故障点，其相应的保护不能在第一时间跳开接地变压器开关，将经过延时后，由主变压器的低压侧后备保护动作，跳开低压侧开关，因此导致整段母线失压，停电范围扩大，不利于电力系统安全可靠供电。

综上所述，对接地变压器的内部故障识别及故障隔离方法进行研究十分有必要。

发明内容

为克服接地变压器在其内部发生故障时，自身无法准确识别故障，导致主变压器的低压侧后备保护动作，整段母线失压，停电范围扩大的弊端，本发明基于差动保护原理，提供一种接地变压器零序差动保护方法及装置，用于提高接地变压器故障识别的准确率，隔离接地变压器内部故障，保证接地变压器保护动作的准确性与可靠性，维护电网的安全可靠运行，为今后小电阻接地方式的推广提供可靠的技术支持。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

首先，本发明提供一种接地变压器零序差动保护方法，包括以下步骤：

S1、利用输入模块采集接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流；

S2、根据采集到的接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流，利用检测模块检测计算接地变压器的零序差动电流及零序制动电流；

S3、通过判断模块判断零序差动电流是否大于设定门槛值，若是，则预启动接地变压器的保护装置；否则，返回执行步骤S1；

S4、通过判断模块判断零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准，若是，则执行步骤S5；否则，返回执行步骤S1；

S5、通过判断模块判断零序电流纵联差动保护功能是否已投入，若是，则接地变压器的保护装置在延时一定时间T后，跳开接地变压器开关；否则，返回执行步骤S1。

优选地，步骤S1所述的输入模块包括：设置于接地变压器高压侧的零序电流互感器CT1，用于采集接地变压器的高压侧零序电流；设置于接地变压器低压侧的零序电流互感器CT2，用于采集接地变压器的中性点零序电流。

优选地，步骤S2所述的零序差动电流计算方法为：

1)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2按同极性接入时，中性点零序电流方向为正方向，零序差动电流表示为：

其中，I_d1表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

2)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2非同极性接入时，中性点零序电流方向为负方向，零序差动电流表示为：

其中，I_d2表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

零序制动电流计算方法为：

1)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2按同极性接入时，中性点零序电流方向为正方向，零序差动电流表示为：

其中，Ir₁表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

2)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2非同极性接入时，中性点零序电流方向为负方向，零序差动电流表示为：

其中，Ir₂表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流。

优选地，步骤S3所述设定门槛值指零序差动保护动作门槛定值，整定范围可变，可选取为0A～30A，步长为0.01A，用户按下接地变压器保护装置的“启动”按钮，“启动”指示灯亮，装置处于等待执行命令的状态。

优选地，S4所述零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间满足的标准为：

其中，I_d表示接地变压器零序差动电流统称；I_r表示接地变压器零序制动电流的统称；K表示设定比例系数，可根据实际需要整定；步骤S5所述延时的一定时间T指零序差动保护动作时间定值，其整定范围为0～10.00s，步长为0.01s。

其次，本发明还提供了一种接地变压器零序差动保护装置，所述装置用于实现前述接地变压器零序差动保护方法，包括：

输入模块，用于采集接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流；

检测模块，用于检测计算接地变压器的零序差动电流及零序制动电流；

判断模块，用于判断零序差动电流是否大于设定门槛值、判断零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准及判断零序电流纵联差动保护功能是否已投入；

差动保护模块，用于发出控制信号，控制接地变压器开关的跳开或关闭；所述输入模块电连接检测模块，所述检测模块电连接判断模块，所述判断模块电连接差动保护模块。

优选地，所述输入模块为零序电流互感器，包括：

设置于接地变压器高压侧的零序电流互感器CT1，用于采集接地变压器的高压侧零序电流；

设置于接地变压器低压侧的零序电流互感器CT2，用于采集接地变压器的中性点零序电流。

优选地，所述判断模块为逻辑判断器，即逻辑判断器里存在三个分支：1)零序差动电流是否大于设定门槛值的分支；2)零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准的分支；3)零序电流纵联差动保护功能是否已投入分支。

上述三个分支共同构成逻辑“与”门，其中，零序差动电流大于设定门槛值时，保护装置的“启动”指示灯亮；零序差动电流不大于设定门槛值时，保护装置的“启动”指示灯灭；比例系数之间满足标准时，比例判别灯亮，比例系数之间不满足标准时，比例判别灯灭；零序电流纵联差动保护功能已投入时，零序电流纵联差动保护显示灯“1”亮；零序电流纵联差动保护功能退出时，零序电流纵联差动保护显示灯“0”亮；当零序差动电流大于设定门槛值、零序差动电流大于设定门槛值及零序电流纵联差动保护功能已投入这三个分支条件同时满足时，即各自对应的显示灯全亮时，接地变压器差动保护动作。

优选地，所述差动保护模块包括差动保护控制模块及继电器，所述差动保护控制模块与继电器之间通信连接，所述差动保护控制模块发出控制信号，并传输至继电器，所述继电器用于控制接地变压器开关跳闸回路的通断来实现跳开接地变压器开关。

优选地，所述装置上还设有显示模块，所述显示模块分别电连接输入模块、检测模块、判断模块及差动保护模块，用于显示接地变压器零序差动保护装置的状态信息，所述状态信息包括：更新显示输入模块不断采集的高压侧零序电流及中性点零序电流的信息；更新显示检测模块计算检测的接地变压器零序差动电流及零序制动电流的信息；显示判断模块的逻辑判断器“与”门的输出信息。显示模块便于工作人员时刻了解接地变压器的故障电气量状态信息及保护装置自身动作的状态信息。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1)本发明提出的接地变压器零序差动保护方法，通过在接地变压器的高压侧及中性点侧设置零序电流互感器，实现了接地变压器零序差动电流及零序制动电流的采集，为工作人员进一步实现接地变压器内部故障的识别与快速隔离打下基础。

2)本发明提出的接地变压器零序差动保护方法，采用零序差动电流是否大于设定门槛值、比例系数之间是否满足标准及判断零序电流纵联差动保护是否投入进行三重判断，对应接地变压器零序差动保护装置采用了逻辑判断器的三重“与”门控制，保证了接地变压器发生内部故障时对应保护动作的选择性和可靠性。

3)本发明提出的接地变压器零序差动保护装置，采用的显示模块便于工作人员时刻了解接地变压器的故障电气量状态信息及保护装置自身动作的状态信息。

附图说明

图1为本发明提出的接地变压器零序差动保护方法的流程图。

图2为本发明采用的零序电流互感器位置安装示意图。

图3为本发明设定比例系数K下的零序差动保护动作特性图。

图4为本发明实施例中10kV侧主接线示意图。

图5为本发明提出的接地变压器零序差动保护装置的电路原理框图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示的接地变压器零序差动保护方法的流程图，本发明首先提供一种接地变压器零序差动保护方法，包括以下步骤：

S1、利用输入模块采集接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流；图2表示采用小电阻接地方式含接地变压器的部分馈线连接示意图，参见图2，输入模块包括：设置于接地变压器高压侧的零序电流互感器CT1，用于采集接地变压器的高压侧零序电流；设置于接地变压器低压侧的零序电流互感器CT2，用于采集接地变压器的中性点零序电流，如图2所示，1表示接地变压器发生了内部接地故障，零序电流互感器CT1安装在接地变压器的高压侧，采集发生接地故障的接地变压器高压侧零序电流，零序电流互感器CT2安装在接地变压器中性点侧，采集发生接地故障的接地变压器中性点的零序电流。

S2、根据采集到的接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流，利用检测模块检测计算接地变压器的零序差动电流及零序制动电流；

零序差动电流计算方法为：

1)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2按同极性接入时，中性点零序电流方向为正方向，零序差动电流表示为：

其中，I_d1表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

2)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2非同极性接入时，中性点零序电流方向为负方向，零序差动电流表示为：

其中，I_d2表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

零序制动电流计算方法为：

1)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2按同极性接入时，中性点零序电流方向为正方向，零序差动电流表示为：

其中，Ir₁表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

2)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2非同极性接入时，中性点零序电流方向为负方向，零序差动电流表示为：

其中，Ir₂表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流。在本具体实施例中，接地变压器高压侧的零序电流互感器CT1及接地变压器中性点侧的零序电流互感器CT2均为同极性接入。

S3、通过判断模块判断零序差动电流是否大于设定门槛值，若是，则预启动接地变压器的保护装置；否则，返回执行步骤S1；设定门槛值指零序差动保护动作门槛定值，整定范围可变，可选取为0A～30A，步长为0.01A，在本具体实施例中，设定门槛值选取为1A，用户按下接地变压器保护装置的“启动”按钮，“启动”指示灯亮，装置处于等待执行命令的状态。

S4、通过判断模块判断零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准，若是，则执行步骤S5；否则，返回执行步骤S1；零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间满足的标准为：

其中，I_d表示接地变压器零序差动电流统称；I_r表示接地变压器零序制动电流的统称；K表示设定比例系数，可根据实际需要整定，设定比例系数K的整定特性图如图3所示，其中横坐标表示零序制动电流I_r，纵坐标表示零序差动电流I_d，根据零序制动电流与零序差动电流的大小对应值在图3所示的坐标系中的位置，判断差动保护属于动作区域还是制动区域，在本具体实施方式中，K设定为0.6。

S5、通过判断模块判断零序电流纵联差动保护功能是否已投入，若是，则接地变压器的保护装置在延时一定时间T后，跳开接地变压器开关；否则，返回执行步骤S1。延时的一定时间T指零序差动保护动作时间定值，其整定范围为0～10.00s，步长为0.01s，在本具体实施例中，延时时间T取0.5秒。

进一步结合如图4所示具体的10kV侧主接线示意图来进行说明，如图4所示，当前1#接地变压器发生内部单相接地故障，若不采用本发明提出的零序差动保护方法，无零序差动保护时，参见图2所示的零序电流互感器位置安装示意图，接地变压器发生内部单相接地故障的零序电流故障流向网络如图2所示，此时中性点侧零序电流互感器内有零序电流，1#接地变压器保护的零序保护功能经长延时后跳开1#分段开关500及1#主变压器低压侧开关501，零序保护无法识别接地变压器内部单相接地故障，保护失去了选择性，扩大了停电范围。

在接地变压器的高压侧和中性点侧均接入零序电流互感器，由此中性点零序电流互感器CT2回路和接地变压器高压侧零序电流互感器CT2侧零序构成零序差动回路，按照本发明提出的差动保护方法投入了零序差动保护，可迅速切除接地变压器开关507，缩小停电范围。

实施例2

为了实现上述接地变压器的零序差动保护方法，本发明提出了一种接地变压器零序差动保护装置，所述装置的电路原理框图如图5所示，参见图5，装置包括：

输入模块，用于采集接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流；

检测模块，用于检测计算接地变压器的零序差动电流及零序制动电流；

判断模块，用于判断零序差动电流是否大于设定门槛值、判断零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准及判断零序电流纵联差动保护功能是否已投入；

差动保护模块，用于发出控制信号，控制接地变压器开关的跳开或关闭；所述输入模块电连接检测模块，所述检测模块电连接判断模块，所述判断模块电连接差动保护模块。

在本具体实施方式中，输入模块为零序电流互感器，包括：

设置于接地变压器高压侧的零序电流互感器CT1，用于采集接地变压器的高压侧零序电流；

设置于接地变压器低压侧的零序电流互感器CT2，用于采集接地变压器的中性点零序电流。

在本具体实施方式中，判断模块为逻辑判断器，即逻辑判断器里存在三个分支：1)零序差动电流是否大于设定门槛值的分支；2)零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准的分支；3)零序电流纵联差动保护功能是否已投入分支。

上述三个分支共同构成逻辑“与”门，其中，零序差动电流大于设定门槛值时，保护装置的“启动”指示灯亮；零序差动电流不大于设定门槛值时，保护装置的“启动”指示灯灭；比例系数之间满足标准时，比例判别灯亮，比例系数之间不满足标准时，比例判别灯灭；零序电流纵联差动保护功能已投入时，零序电流纵联差动保护显示灯“1”亮；零序电流纵联差动保护功能退出时，零序电流纵联差动保护显示灯“0”亮；当零序差动电流大于设定门槛值、零序差动电流大于设定门槛值及零序电流纵联差动保护功能已投入这三个分支条件同时满足时，即各自对应的显示灯全亮时，接地变压器差动保护动作。

参见图5，差动保护模块包括差动保护控制模块及继电器，差动保护控制模块与继电器之间通信连接，差动保护控制模块发出控制信号，并传输至继电器，所述继电器用于控制接地变压器开关跳闸回路的通断来实现跳开接地变压器开关。

装置上还设有显示模块，所述显示模块分别电连接输入模块、检测模块、判断模块及差动保护模块，用于显示接地变压器零序差动保护装置的状态信息，所述状态信息包括：更新显示输入模块不断采集的高压侧零序电流及中性点零序电流的信息；更新显示检测模块计算检测的接地变压器零序差动电流及零序制动电流的信息；显示判断模块的逻辑判断器“与”门的输出信息。显示模块便于工作人员时刻了解接地变压器的故障电气量状态信息及保护装置自身动作的状态信息。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接地变压器零序差动保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用输入模块采集接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流；

S2、根据采集到的接地变压器高压侧零序电流及中性点零序电流，利用检测模块检测计算接地变压器的零序差动电流及零序制动电流；

S3、通过判断模块判断零序差动电流是否大于设定门槛值，若是，则预启动接地变压器的保护装置；否则，返回执行步骤S1；

S4、通过判断模块判断零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准，若是，则执行步骤S5；否则，返回执行步骤S1；

S5、通过判断模块判断零序电流纵联差动保护功能是否已投入，若是，则接地变压器的保护装置在延时一定时间T后，跳开接地变压器开关；否则，返回执行步骤S1。

2.根据权利要求1所述的接地变压器零序差动保护方法，其特征在于，步骤S1所述的输入模块包括：

设置于接地变压器高压侧的零序电流互感器CT1，用于采集接地变压器的高压侧零序电流；

设置于接地变压器低压侧的零序电流互感器CT2，用于采集接地变压器的中性点零序电流。

3.根据权利要求2所述的接地变压器零序差动保护方法，其特征在于，步骤S2所述的零序差动电流计算方法为：

1)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2按同极性接入时，中性点零序电流方向为正方向，零序差动电流表示为：

其中，I_d1表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

2)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2非同极性接入时，中性点零序电流方向为负方向，零序差动电流表示为：

其中，I_d2表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

零序制动电流计算方法为：

1)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2按同极性接入时，中性点零序电流方向为正方向，零序差动电流表示为：

其中，Ir₁表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流；

2)当零序电流互感器CT1与零序电流互感器CT2非同极性接入时，中性点零序电流方向为负方向，零序差动电流表示为：

其中，Ir₂表示中性点零序电流方向为正方向时，接地变压器零序差动电流值；

表示接地变压器中性点零序电流；

表示接地变压器高压侧零序电流。

4.根据权利1所述的接地变压器零序差动保护方法，其特征在于，步骤S3所述的接地变压器的保护装置预启动成功的标志为：用户按下接地变压器保护装置的“启动”按钮，“启动”指示灯亮，装置处于等待执行命令的状态。

5.根据权利要求1所述的接地变压器零序差动保护方法，其特征在于，步骤S4所述零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间满足的标准为：

其中，I_d表示接地变压器零序差动电流统称；I_r表示接地变压器零序制动电流的统称；K表示设定比例系数。

6.一种接地变压器零序差动保护装置，所述装置用于实现权利要求1-5任意一项所述的接地变压器零序差动保护方法，其特征在于，包括：

输入模块，用于采集接地变压器的高压侧零序电流及中性点零序电流；

检测模块，用于检测计算接地变压器的零序差动电流及零序制动电流；

判断模块，用于判断零序差动电流是否大于设定门槛值、判断零序差动电流、零序制动电流及设定比例系数之间是否满足标准及判断零序电流纵联差动保护功能是否已投入；

差动保护模块，用于发出控制信号，控制接地变压器开关的跳开或关闭；所述输入模块电连接检测模块，所述检测模块电连接判断模块，所述判断模块电连接差动保护模块。

7.根据权利要求6所述的接地变压器零序差动保护装置，其特征在于，所述输入模块包括：

设置于接地变压器高压侧的零序电流互感器CT1，用于采集接地变压器的高压侧零序电流；

设置于接地变压器低压侧的零序电流互感器CT2，用于采集接地变压器的中性点零序电流。

8.根据权利要求6所述的接地变压器差动保护装置，其特征在于，所述判断模块为逻辑判断器。

9.根据权利要求6所述的接地变压器差动保护装置，其特征在于，所述差动保护模块包括差动保护控制模块及继电器，所述差动保护控制模块与继电器之间通信连接，所述差动保护控制模块发出控制信号，并传输至继电器，所述继电器用于控制接地变压器开关跳闸回路的通断来实现跳开接地变压器开关。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的接地变压器差动保护装置，所述装置上还设有显示模块，所述显示模块分别电连接输入模块、检测模块、判断模块及差动保护模块，用于显示接地变压器零序差动保护装置的状态信息。

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