CN111092413A - 快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法和装置 - Google Patents

快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法和装置，包括以下控制过程：变压器各侧断路器均处于分闸位置，某一侧电流从无流到有流且该侧断路器由分位到合位，则变压器处于从该侧空充的状态；变压器空充，开放死区保护T秒时间；变压器某非空充侧断路器处于分闸位置；该非空充侧三相电流中最大相电流大于有流整定值，或零序电流大于零序整定值，或负序电流大于负序整定值；当上述条件满足时，延时t1后启动变压器差动保护跳闸动作出口回路，跳开变压器各侧断路器，快速切除死区故障。本发明避免了变压器空充时涌流的影响，与变压器后备保护整定值、变压器类型以及故障类型无关，大大缩短了死区故障的切除时间。

Description

快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法和装置
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种快速切除变压器空充于死区故障的继电保护方法和装置。
背景技术
变压器死区故障是指发生在变压器某侧断路器与变压器差动保护使用的该侧电流互感器之间的短路故障(见图2)，死区故障为变压器出口处故障，故障电流大，对变压器冲击很大，该故障处于变压器差动保护范围之外，即使该侧后备保护或母差保护动作跳开该侧断路器，仍然不能隔离故障，只有当电源侧后备保护动作或该侧后备保护动作跳变压器各侧断路器，断开电源后才能切除故障，切除故障的时间长，容易造成变压器损坏。
空充变压器是指变压器空载投运。
对于新建变电站，空充变压器时，一般前几次充电时其它侧均处于热备用状态，即断路器处于分闸位置，主变侧刀闸处于合闸位置，存在发生死区故障的可能，只有最后一次充电时其它侧断路器和主变侧刀闸均处于合闸位置；而对于变压器正常送电，从某侧空充变压器时，其它侧断路器一般均处于分闸位置，但主变侧刀闸可能处于合闸位置，也存在发生死区故障的可能。
发明专利201310641842.0“基于短时开放保护和封TA(电流互感器)的变压器死区故障继电保护方法”提出了一个通过跳本侧断路器的后备保护电流元件启动标志和本侧断路器分位接点以及本侧故障相电流或零序或负序电流大于整定值判断变压器某侧发生死区故障，该侧TA退出差动保护，使变压器差动保护动作跳各侧断路器切除死区故障的方法。
发明专利201410039071.2“基于断路器分闸位置加速封TA切除变压器死区故障的继电保护方法”提出了一个通过本侧母差保护动作接点或本侧后备保护动作跳本侧开关接点以及本侧故障相电流或零序或负序电流大于整定值判断变压器某侧发生死区故障，该侧TA退出差动保护，使变压器差动保护动作跳各侧断路器切除死区故障的方法。
发明专利201310641634.0“基于开关位置启动的变压器死区故障继电保护方法”提出了一个通过跳本侧断路器的后备保护启动标志和本侧断路器分位接点以及本侧故障相电流或零序或负序电流大于整定值判断变压器某侧发生死区故障，直接启动变压器保护动作跳各侧断路器切除死区故障的方法。该专利，识别死区故障判据需跳本侧断路器的后备保护启动和本侧断路器分位同时满足，跳本侧断路器的后备保护启动标志和该侧后备保护复压过流或零序过流保护定值大小有关，按照继电保护整定规范，复压过流定值按躲变压器该侧额定电流整定，零序过流定值和该侧线路零序过流保护存在配合关系，对于空充于经过渡电阻的死区故障，灵敏度可能不足，对于高阻抗变压器，故障初期短路电流也可能达不到发生死区故障侧后备保护定值。
发明专利201310641655.2“基于短时开放保护的变压器死区故障继电保护方法”提出了一个通过本侧母差保护动作接点或本侧后备保护动作跳本侧开关接点以及本侧故障相电流或零序或负序电流大于整定值判断变压器某侧发生死区故障，直接启动变压器保护动作跳各侧断路器切除死区故障的方法。
发明专利201310641634.0和201310641655.2所提出的切除变压器死区故障的方法，识别出变压器某侧发生死区故障时，直接启动变压器保护动作跳各侧断路器。
对于发明专利201310641655.2，识别死区故障判据需本侧母差保护动作或本侧后备保护动作跳本侧开关满足，对于空充于主变中压侧死区故障，中压侧为双母接线时，如果中压侧处于冷备用状态(即中压侧开关、开关两侧刀闸均处于分位)，主变中压侧电流不计入母线差动，母差保护不会动作，需中压侧复压过流或零序过流2时限保护动作跳中压侧开关时才能识别出发生死区故障，切除死区故障的时间至少在550ms以上，不能保证切除空充于中压侧死区故障的快速性，如果中压侧开关处于热备用状态(即中压侧开关处于分位，开关两侧刀闸处于合位)，则主变中压侧电流计入母线差动，母差保护会动作；而对于空充于主变低压侧死区故障，低压侧多为单母接线，如果主变低压侧母线配置母差保护，低压侧开关处于热备用状态(即低压侧开关处于分位，开关两侧刀闸处于合位)或低压侧开关处于冷备用状态(即低压侧开关、开关两侧刀闸均处于分位)，主变低压侧电流计入母线差动，母差保护会动作，但如果低压侧不配置母差保护，则需低压侧过流2时限保护动作跳低压侧开关时才能识别出发生死区故障，切除死区故障的时间也至少在550ms以上，不能保证切除空充于低压侧死区故障的快速性。
以上发明专利中变压器该侧最大相电流有流定值，按躲过变压器该侧最大负荷电流整定；当变压器该侧为有效接地系统时，零序电流或负序电流定值按对变压器该侧母线接地故障有足够的灵敏度整定。
发明专利201310641842.0和201410039071.2所提出的切除变压器死区故障的方法，识别出变压器某侧发生死区故障时，该侧TA退出差动保护，使变压器差动保护动作跳各侧断路器，对于变压器空充于各侧死区故障，同样存在发明专利201310641634.0和201310641655.2所提出的方法的缺点，而且由于空充时变压器涌流的影响，还可能导致差动保护不动作或延迟动作。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种快速切除变压器空充于死区故障的继电保护方法，通过快速判别变压器空充时某侧发生死区故障，直接启动变压器保护动作跳各侧断路器，隔离故障，避免了变压器空充时涌流的影响，与变压器后备保护整定值、变压器类型以及故障类型无关，保护灵敏度高，切除死区故障的时间短。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法，包括以下控制过程：
(1)变压器各侧断路器均处于分闸位置，某一侧电流从无流到有流且该侧断路器由分位到合位，则变压器处于从该侧空充的状态；
(2)变压器空充，开放死区保护T秒时间；
(3)变压器某非空充侧断路器处于分闸位置；
(4)该非空充侧三相电流中最大相电流Ipmax大于有流整定值，或零序电流大于零序整定值，或负序电流大于负序整定值；
当上述条件满足时，延时t1后启动变压器差动保护跳闸出口回路，跳开变压器各侧断路器，快速切除死区故障。
进一步的，当变压器某一侧为35kV及以下电压等级的系统时，该系统一般为不接地系统或经消弧线圈接地系统，则可退出该侧零序电流判据，若该系统为电阻接地系统，则可投入该侧零序电流判据。
进一步的，变压器非空充侧相电流过流定值按有流门槛整定，零序电流或负序电流定值按躲过不平衡电流整定，判断出变压器空充后，开放死区保护T 秒时间。
一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护装置，包括：
条件判断模块，用于判断变压器空充于死区故障快速跳闸控制条件是否成立；变压器空充于死区故障快速跳闸控制条件，为：
(1)变压器各侧断路器均处于分闸位置，某一侧电流从无流到有流且该侧断路器由分位到合位，则变压器处于从该侧空充的状态；
(2)变压器空充，开放死区保护T秒时间；
(3)变压器某非空充侧断路器处于分闸位置；
(4)该非空充侧三相电流中最大相电流Ipmax大于有流整定值，或零序电流大于零序整定值，或负序电流大于负序整定值；
切除死区故障模块，用于根据判断结果决定是否快速切除死区故障；当上述条件满足时，延时t1(如100ms)后启动变压器差动保护跳闸出口回路，跳开变压器各侧断路器，快速切除死区故障。
进一步的，当变压器某一侧为35kV及以下电压等级的系统时，该系统一般为不接地系统或经消弧线圈接地系统，则可退出该侧零序电流判据，若该系统为电阻接地系统，则可投入该侧零序电流判据。
进一步的，变压器非空充侧相电流过流定值按有流门槛整定，零序电流或负序电流定值按躲过不平衡电流整定，判断出变压器空充后，开放死区保护T 秒时间。
本发明所达到的有益效果：
1、该方法判别出变压器空充于死区故障后直接保护跳闸出口，跳开变压器各侧断路器，切除死区故障的时间约130ms；
2、变压器非空充侧相电流过流定值按有流门槛整定，零序电流或负序电流定值按躲过不平衡电流整定，保护灵敏度高；
3、不受变压器空充时涌流影响，与变压器后备保护整定值、变压器类型以及故障类型无关；
4、变压器空充时开放死区保护T秒时间，T秒内可快速切除空充同时和空充后T秒内发生的死区故障，提高了死区故障保护的可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的空充于变压器某侧死区故障保护逻辑图；
图2是某220kV变电所部分一次主接线图；
图3是RTDS系统接线图；
图1中符号说明如下：
Figure RE-GDA0002396556580000051
-表示逻辑与门，即输入条件全部满足时，输出有效；
Figure RE-GDA0002396556580000052
-表示逻辑或门，即输入条件任一满足时，输出有效；
Figure RE-GDA0002396556580000053
-表逻辑延时元件，延时t动作，瞬时返回；
图2中符号说明如下：
1M -表示Ⅰ段母线
2M -表示Ⅱ段母线
1QF -表示主变高压侧断路器
2QF -表示主变中压侧断路器
3QF -表示主变低压侧断路器
图3中符号说明如下：
K1 -表示主变高压侧死区故障
K2 -表示主变中压侧死区故障
K3 -表示主变低压侧死区故障
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。
本发明的方法可用于各种电压等级不同接线型式的两绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器或其他变压器保护装置，变压器某侧断路器间隔设备包括隔离开关、断路器、电流互感器(TA)等一次设备，TA有多组二次绕组，分别提供给变压器保护、母线保护、测量、计量和故障录波等二次设备，如果变压器某一侧断路器两旁仅有靠近变压器一侧有TA，母线侧没有TA，则存在发生死区故障的可能，变压器存在几个运行电压等级通过断路器间隔设备与电力系统相连，就有几个变压器死区故障位置，在每个死区故障位置均可配置空充于死区故障的保护逻辑。
对于变压器空充于死区故障，需考虑空充同时发生死区故障和空充过程中发生死区故障。
实施例1：
一种快速切除变压器空充于死区故障的继电保护方法，包括以下控制过程：
在变压器空充于死区故障的快速跳闸控制中，设定如下条件：
(1)变压器各侧断路器均处于分闸位置，某一侧电流从无流到有流且该侧断路器由分位到合位，则变压器处于从该侧空充的状态；
(2)变压器空充，开放死区保护T秒时间；
(3)变压器某非空充侧断路器处于分闸位置；
(4)该非空充侧三相电流中最大相电流大于有流整定值，或零序电流大于零序整定值，或负序电流大于负序整定值；
当上述条件满足时，延时t1(如100ms)后启动变压器差动保护跳闸出口回路，跳开变压器各侧断路器，快速切除死区故障。
当变压器某一侧为35kV及以下电压等级的系统时，该系统一般为不接地系统或经消弧线圈接地系统，则可退出该侧零序电流判据，若该系统为电阻接地系统，则可投入该侧零序电流判据。
因为变压器空充时，非空充侧断路器处于分闸位置，该侧TA应无流，因此变压器非空充侧相电流过流定值可按有流门槛整定，零序电流或负序电流定值可按躲过不平衡电流整定，判断出变压器空充后，开放死区保护T秒时间，可快速切除空充同时和空充后T秒内发生的死区故障。
实施例2：
一种快速切除变压器空充于死区故障的继电保护装置，包括：
条件判断模块，用于判断变压器空充于死区故障快速跳闸控制条件是否成立；变压器空充于死区故障快速跳闸控制条件，为：
(1)变压器各侧断路器均处于分闸位置，某一侧电流从无流到有流且该侧断路器由分位到合位，则变压器处于从该侧空充的状态；
(2)变压器空充，开放死区保护T秒时间；
(3)变压器某非空充侧断路器处于分闸位置；
(4)该非空充侧三相电流中最大相电流大于有流整定值，或零序电流大于零序整定值，或负序电流大于负序整定值；
切除死区故障模块，用于根据判断结果决定是否快速切除死区故障；当上述条件满足时，延时t1(如100ms)后启动变压器差动保护跳闸出口回路，跳开变压器各侧断路器，快速切除死区故障。
当变压器某一侧为35kV及以下电压等级的系统时，该系统一般为不接地系统或经消弧线圈接地系统，则可退出该侧零序电流判据(可以通过控制字退出零序电流判据(零序电流Io>零序整定值))，若该系统为电阻接地系统，则可投入该侧零序电流判据。
因为变压器空充时，非空充侧断路器处于分闸位置，该侧TA应无流，因此变压器非空充侧相电流过流定值可按有流门槛整定，零序电流或负序电流定值可按躲过不平衡电流整定，判断出变压器空充后，开放死区保护T秒时间，可快速切除空充同时和空充后T秒内发生的死区故障。
实施例3：
依据220kV电力变压器典型参数，在实时数字仿真系统(RTDS)上建立变压器保护死区故障试验模型，RTDS系统主接线图及故障点设置如图3所示，RTDS 系统参数如表1所示：
表1，系统参数
Figure RE-GDA0002396556580000081
基于该RTDS模型，模拟变压器高压侧空充时，中压侧K2点、低压侧K3 点发生各种类型死区故障，模拟变压器中压侧空充时，高压侧K1点、低压侧K3点发生各种类型死区故障，考核保护装置的动作行为和动作时间。
高压侧空充，中压侧死区故障：
序号 故障类型 动作时间 动作报文
1 K2AN CD 132.00ms 125ms中压侧死区保护动作
2 K2BN CD 132.80ms 125ms中压侧死区保护动作
3 K2CN CD 135.00ms 124ms中压侧死区保护动作
4 K2ABN CD 133.60ms 125ms中压侧死区保护动作
5 K2BCN CD 133.40ms 125ms中压侧死区保护动作
6 K2CAN CD 134.40ms 124ms中压侧死区保护动作
7 K2AB CD 133.20ms 124ms中压侧死区保护动作
8 K2BC CD 135.00ms 125ms中压侧死区保护动作
9 K2CA CD 133.60ms 122ms中压侧死区保护动作
10 K2ABC CD 132.00ms 125ms中压侧死区保护动作
高压侧空充，低压侧死区故障：
序号 故障类型 动作时间 动作报文
1 K3AB CD 136.60ms 123ms低压侧死区保护动作
2 K3BC CD 134.40ms 126ms低压侧死区保护动作
3 K3CA CD 133.80ms 125ms低压侧死区保护动作
4 K3ABC CD 132.60ms 124ms低压侧死区保护动作
中压侧空充，高压侧死区故障：
序号 故障类型 动作时间 动作报文
1 K1AN CD 131.00ms 122ms高压侧死区保护动作
2 K1BN CD 132.80ms 125ms高压侧死区保护动作
3 K1CN CD 131.50ms 123ms高压侧死区保护动作
4 K1ABN CD 132.60ms 125ms高压侧死区保护动作
5 K1BCN CD 132.40ms 125ms高压侧死区保护动作
6 K1CAN CD 134.80ms 124ms高压侧死区保护动作
7 K1AB CD 133.60ms 124ms高压侧死区保护动作
8 K1BC CD 134.80ms 126ms高压侧死区保护动作
9 K1CA CD 133.60ms 123ms高压侧死区保护动作
10 K1ABC CD 133.00ms 125ms高压侧死区保护动作
中压侧空充，低压侧死区故障：
Figure RE-GDA0002396556580000091
Figure RE-GDA0002396556580000101
说明：
CD -表示死区保护动作
K1/2/3 -表示主变高、中、低压侧死区故障
AN -表示A相接地故障
ABN -表示AB相接地故障
BC -表示BC相间故障
ABC -表示ABC三相故障。
以如图2所示220kV变压器高压侧空充时中压侧断路器间隔设备发生死区故障为例，来描述快速切除死区故障的方法，其它运行电压等级变压器类似，不再赘述。
变压器从高压侧空充时，变压器高压侧断路器1QF、中压侧断路器2QF、低压侧断路器3QF均处于分闸位置，高压侧断路器1QF由分位到合位，同时高压侧三相电流由无流到有流，则判别为从高压侧进行变压器空充，中压侧、低压侧为非空充侧，判别变压器空充后开放死区保护T秒时间，当中压侧断路器 2QF与中压侧TA之间发生相间或接地故障时，故障在变压器差动保护范围之外，变压器差动保护不会动作，如果中压侧开关、刀闸处于分位，主变中压侧电流不计入母差差动，母差保护也不会动作，由于发生死区故障，中压侧故障相电流或零序电流、负序电流会超过整定值，同时中压侧断路器2QF一直处于分位，则判别中压侧发生死区故障，变压器保护跳闸出口跳开变压器各侧断路器，快速切除死区故障。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (6)

1.一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法，其特征在于：包括以下控制过程：
(1)变压器各侧断路器均处于分闸位置，某一侧电流从无流到有流且该侧断路器由分位到合位，则变压器处于从该侧空充的状态；
(2)变压器空充，开放死区保护T秒时间；
(3)变压器某非空充侧断路器处于分闸位置；
(4)该非空充侧三相电流中最大相电流大于有流整定值，或零序电流大于零序整定值，或负序电流大于负序整定值；
当上述条件满足时，延时设定时长后启动变压器差动保护跳闸出口回路，跳开变压器各侧断路器，快速切除死区故障。
2.根据权利要求1所述的一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法，其特征是：当变压器某一侧为35kV及以下电压等级的系统时，该系统若为不接地系统或经消弧线圈接地系统，则退出该侧零序电流判据，若该系统为电阻接地系统，则投入该侧零序电流判据。
3.根据权利要求1所述的一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法，其特征是：变压器非空充侧相电流过流定值按有流门槛整定，零序电流或负序电流定值按躲过不平衡电流整定，判断出变压器空充后，开放死区保护T秒时间。
4.一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护装置，其特征是：包括：
条件判断模块，用于判断变压器空充于死区故障快速跳闸控制条件是否成立；变压器空充于死区故障快速跳闸控制条件，为：
(1)变压器各侧断路器均处于分闸位置，某一侧电流从无流到有流且该侧断路器由分位到合位，则变压器处于从该侧空充的状态；
(2)变压器空充，开放死区保护T秒时间；
(3)变压器某非空充侧断路器处于分闸位置；
(4)该非空充侧三相电流中最大相电流大于有流整定值，或零序电流大于零序整定值，或负序电流大于负序整定值；
切除死区故障模块，用于根据判断结果决定是否快速切除死区故障；当上述条件满足时，延时设定时长后启动变压器差动保护跳闸出口回路，跳开变压器各侧断路器，快速切除死区故障。
5.根据权利要求4所述的一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护方法，其特征是：当变压器某一侧为35kV及以下电压等级的系统时，该系统若为不接地系统或经消弧线圈接地系统，则退出该侧零序电流判据，若该系统为电阻接地系统，则可投入该侧零序电流判据。
6.根据权利要求4所述的一种快速切除空充于变压器死区故障的继电保护装置，其特征是：变压器非空充侧相电流过流定值按有流门槛整定，零序电流或负序电流定值按躲过不平衡电流整定，判断出变压器空充后，开放死区保护T秒时间。
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