CN111049104A - 一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法 - Google Patents

一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法，首先启动换流变压器差动保护启动后，并同时开始进行和应涌流的识别；当检测到换流变压器交流侧存在一相正序二次谐波超过正序电流的8％时，则闭锁三相的差动保护，持续闭锁70ms，并同时抬高直流侧50HZ谐波保护定值为原来的1.8倍，持续20ms，或者直到正序二次谐波量重新回到整定值范围内，保护返回，重新开放差动保护，恢复直流侧50HZ谐波保护定值，当检测到换流变压器交流侧三相正序二次谐波均不超过正序电流的8％时，则同时开放三相的差动保护；差动电流小于差动保护启动整定的大小后，保护返回。本发明可增加差动保护的选择性，更好地降低和应涌流造成多个保护同时动作的可能性。

Description

一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护的技术领域，尤其是指一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法。
背景技术
高压直流输电系统主要包括两个换流站，即整流站和逆变站，和高压直流输电走廊。换流站的五大部件包括换流桥，换流变压器，平波电抗器，无功补偿装置和滤波器组。其中，换流变压器为12脉换流阀提供了换相所需的换相电压以及30°的换相角度差，同时利用网侧和直流侧绕组的磁耦合传送功率，使得交流电网和直流输电系统在电气上实现绝缘和隔离。在高压直流输电系统的一次设备中，换流变压器是较常导致直流系统不能稳定运行的设备，其主要原因是换流变压器空载合闸产生幅值较高、衰减较慢的励磁涌流，导致站内另一极的运行换流变压器或双回直流的另一回运行换流变压器产生和应涌流，进而导致直流保护误动。截止至今，在南网和国网系统的运行中发生了多起因换流变压器或临近变压器空载合闸导致保护误动的事件，事件分析表明，换流变压器空载合闸产生了幅值较高衰减较慢的励磁涌流，励磁涌流流经交流系统使得交流母线电压发生畸变，从而导致与之并联与同一交流母线上的运行变压器发生和应作用产生和应涌流，和应涌流含有大量的正序二次谐波，其经换流阀的传递转换以及直流输电系统的传递放大使得两侧的50Hz谐波含量超出保护定值，进而导致50Hz谐波保护动作，同时导致差动保护误动作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法，使用正序二次谐波来判断和应涌流的方式更具有代表性，采用检测正序二次谐波的衰减程度来确定是否闭锁差动保护的方式作为防止正序二次谐波导致差动保护同时造成50HZ谐波保护误动的依据，增加了差动保护的选择性，更好地降低和应涌流造成多个保护同时动作的可能性。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法，包括以下步骤：
1)从换流变压器的交流侧通过电流互感器采样得到换流变压器交流侧的电流大小及相位，当电流大小和突变量超过整定的大小后，启动换流变压器差动保护，并同时开始进行和应涌流的识别；
2)采用傅里叶算法将换流变压器交流侧的差动电流分解为各次谐波，当检测到换流变压器交流网侧存在一相正序二次谐波超过正序电流的8％时，则闭锁三相的差动保护，且采用的是换流变压器一相差动电流中出现涌流闭锁则换流变压器三相差动保护的方式，持续闭锁70ms，并同时抬高直流侧50HZ谐波保护定值为原来的1.8倍，持续20ms，或者直到正序二次谐波量重新回到整定值范围内，保护返回，重新开放差动保护，恢复直流侧50HZ谐波保护定值，当检测到换流变压器交流侧三相正序二次谐波均不超过正序电流的8％时，则同时开放三相的差动保护；
3)当换流变压器交流侧流过的差动电流小于差动保护的启动门槛时，保护返回。
在步骤1)中，所述换流变压器的差动保护配置以12脉动为基本单元。
在步骤1)中，所述差动保护采用门槛启动及突变量启动两种启动方式，当电流的大小和突变量的大小超过启动值时，则差动保护启动并计算相应的量是否超过整定值来确定差动保护是否出口动作。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、相对现有的仅采用二次谐波幅值大小的方式来判断和应涌流的方式，由于正序二次谐波和二次谐波出现时刻相同但其波形特征更为明显，同时正序二次谐波还对直流侧的50HZ谐波保护有较大影响，因此使用正序二次谐波来判断和应涌流的方式更具有代表性，采用差动电流中正序二次谐波的含量来作为是否闭锁差动保护的判据，同时防止正序二次谐波导致差动保护和50HZ谐波保护误动，增加了差动保护的选择性，更好地降低和应涌流造成多个保护同时误动作的可能性。
2、出现和应涌流后，立刻闭锁涌流相的差动保护(三相闭锁)的方式，由于和应涌流往往都是三侧同时出现，并且和普通变压器相比较而言，换流变压器的和应涌流二次谐波含量更多，衰减更为缓慢，为了保证差动保护对换流变压器选择性，防止涌流造成差动保护误动作，本发明采用了换流变压器一相差动电流中出现涌流则闭锁换流变压器三相差动保护的方式。
3、由于和应涌流的衰减周期慢，但其在第一周期衰减速率较快，因此到70ms后和应涌流的幅值基本到达差动保护的整定值之下，闭锁差动保护70ms可以最大程度提升保护的快速性，灵敏性以防在涌流期间出现短路故障差动保护难以出口的问题。
4、判断出和应涌流后，立刻对50HZ谐波保护进行抬高定值的处理方式，极大地降低了由于和应涌流中的正序的二次谐波导致的50HZ谐波保护误动的可能，并且只闭锁50HZ保护20ms(试验及仿真证明大部分情况下和应涌流出现后，20ms后正序二次谐波减少到50HZ谐波保护整定值内)，在20ms后开放50HZ谐波保护，极大的提升了保护的灵敏性，同时防止了正序二次谐波造成50HZ谐波保护误动的可能性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
描述的换流变压器来自超高压直流输电系统，该超高压直流输电系统采用单极双12脉动的主接线方式，双12脉动的换流器的故障特征与单个12脉动的换流器相似，双12脉动的换流器保护是以1个12脉动的换流器为单元进行单独配置，2个12脉动的换流器的保护分区相互独立。作为系统的重要组成部分，换流变压器的差动保护配置同样以12脉动为基本单元。
如图1所示，为本实施例上述换流变压器基于正序二次谐波进行的和应涌流识别方法，包括以下步骤：
1)从换流变压器的交流侧通过电流互感器采样得到换流变压器交流侧的电流大小及相位，当电流大小和突变量超过整定的大小后，启动换流变压器差动保护，并同时开始进行和应涌流的识别；其中，差动保护采用门槛启动及突变量启动两种启动方式，当电流的大小和突变量的大小超过启动值时，则差动保护启动并计算相应的量是否超过整定值来确定差动保护是否出口动作。
2)采用傅里叶算法将换流变压器交流侧的差动电流分解为各次谐波，当检测到换流变压器交流网侧存在一相正序二次谐波超过正序电流的8％时，则闭锁三相的差动保护，且采用的是换流变压器一相差动电流中出现涌流闭锁则换流变压器三相差动保护的方式，持续闭锁70ms，并同时抬高直流侧50HZ谐波保护定值为原来的1.8倍，持续20ms，或者直到正序二次谐波量重新回到整定值范围内，保护返回，重新开放差动保护，恢复直流侧50HZ谐波保护定值，当检测到换流变压器交流侧三相正序二次谐波均不超过正序电流的8％时，则同时开放三相的差动保护；
其中，检测到换流变压器交流侧存在一相正序二次谐波超过正序电流的8％时则闭锁三相的差动保护，采用的是一相出现涌流闭锁该相差动保护的方式，提高了差动保护的选择性，由于涌流出现往往都是三侧同时出现，并且换流变压器的和应涌流和普通变压器相比较而言，其二次谐波含量更多，衰减更为缓慢，为了保证差动保护对换流变压器快速性，防止在涌流期间出现故障，本发明采用了换流变压器一相差动电流中出现涌流闭锁则换流变压器三相差动保护的方式，当其它相出现故障时可以快速的切除该相的故障。其中正序二次谐波含量达到8％是因为根据理论计算及运行经验表示二次谐波达15％以上闭锁差动保护最准确，而实验表示正序二次谐波的幅值约为二次谐波的50％，所以暂时设定闭锁的定值为8％。此定值设置为可整定。此外，由于和应涌流的衰减周期慢，但其在第一周期衰减速率较快，因此到70ms后(试验及仿真结果)和应涌流的幅值基本到达差动保护的整定值之下，闭锁差动保护70ms可以最大程度提升保护的快速性，灵敏性以防在涌流期间出现短路故障难以出口的问题。
另外，同时抬高直流侧50HZ谐波保护定值为原来的1.8倍持续20ms。理论和工程现场验证表明，和应涌流包含了较多正序二次谐波，其经换流阀和直流输电系统的传递与放大过程使得两侧的50Hz谐波含量超出保护定值，导致50Hz谐波保护动作。但由于50HZ谐波保护的重要性，即使出现涌流超过50HZ谐波保护定值也不能完全闭锁50HZ谐波保护，因此在分析了和应涌流对50HZ谐波保护的影响后，发现其对50HZ谐波保护的影响的增量最大程度均不超过50HZ谐波保护的定值1.5倍，因此考虑一定裕度后，抬高直流侧50HZ谐波保护定值为原来的1.8倍持续20ms，试验及仿真证明大部分情况下和应涌流出现后，20ms后正序二次谐波基本减少到50HZ谐波保护整定值内，因此仅提高定值20ms后则恢复原来的定值，极大地提升了保护的灵敏性，同时也防止了正序二次谐波造成50HZ谐波保护误动的可能性。
3)换流变压器交流侧流过的差动电流小于差动保护的启动门槛时，保护返回。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)从换流变压器的交流侧通过电流互感器采样得到换流变压器交流侧的电流大小及相位，当差动电流大小和突变量超过整定的大小后，启动换流变压器差动保护，并同时开始进行和应涌流的识别；
2)采用傅里叶算法将换流变压器交流侧的差动电流分解为各次谐波，当检测到换流变压器交流网侧存在一相正序二次谐波超过正序电流的8％时，则闭锁三相的差动保护，且采用的是换流变压器一相差动电流中出现涌流闭锁则换流变压器三相差动保护的方式，持续闭锁70ms，并同时抬高直流侧50HZ谐波保护定值为原来的1.8倍，持续20ms，或者直到正序二次谐波量重新回到整定值范围内，保护返回，重新开放差动保护，恢复直流侧50HZ谐波保护定值，当检测到换流变压器交流侧三相正序二次谐波均不超过正序电流的8％时，则同时开放三相的差动保护；
3)当换流变压器交流侧流过的差动电流小于差动保护的启动门槛时，保护返回。
2.根据权利要求1所述的一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法，其特征在于：在步骤1)中，所述换流变压器的差动保护配置以12脉动为基本单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法，其特征在于：在步骤1)中，所述差动保护采用门槛启动及突变量启动两种启动方式，当电流的大小和突变量的大小超过启动值时，则差动保护启动并计算相应的量是否超过整定值来确定差动保护是否出口动作。
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