CN111327021B - 一种用于高过载变压器的过负荷保护方法 - Google Patents

一种用于高过载变压器的过负荷保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于高过载变压器的过负荷保护方法，包括如下步骤：设定高过载变压器延时保护的分段数量，并设定各段参数；采样电流数据；获取电流有效值、电流周期时间和电流最大值；将电流最大值分别与各段长延时电流进行比较：对于电流最大值≤长延时电流的段级，则根据该段长延时热记忆开关是否开启来对该段能量累计值进行更新或清零；对于电流最大值＞长延时电流的段级，则将周期能量值累加到该段原有能量累计值中，作为该段新的能量累计值；当该段新的能量累计值＞该段保护能量值，则执行保护。本发明既可以充分发挥高过载变压器高过载性能，也可以对高过载变压器实现安全的长延时保护。

Description

一种用于高过载变压器的过负荷保护方法
技术领域
本发明涉及变压器保护技术领域，更具体地说，涉及一种用于高过载变压器的过负荷保护方法。
背景技术
目前有专用的变压器测控装置对变压器进行监测，其主要应用于普通变压器，作用在于对变压器的电信号检测、温度检测，一般采用断路器对变压器进行保护。普通断路器长延时保护只有一段保护曲线，其保护曲线斜率变化很大，且不具备对变压器的各种保护以及热记忆保护功能。
目前没有专门针对高过载变压器而设计的延时控制方法，通常是将普通变压器的长延时保护方式应用到高过载变压器上，仅仅只是将长延时保护电流调大，就当作实现了高过载的长延时保护功能。该方式显然不能更好地体现高过载变压器的优势以及不能充分发挥高过载变压器的性能。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于高过载变压器的过负荷保护方法，既可以充分发挥高过载变压器高过载性能，也可以对高过载变压器实现安全的长延时保护。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种用于高过载变压器的过负荷保护方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1步，设定高过载变压器延时保护的分段数量N，并设定各段长延时电流Lix的数值和各段长延时热记忆开关LhSWx的开关状态；其中x＝1,2…N；N≥2；
计算出各段保护能量值Qax以及单位冷却能量Qcx；将各段能量累计值Qvx初始化为零；
S2步，对高过载变压器低压侧三相电流采样一个采样周期的电流数据；
S3步，从一个采样周期的电流数据中计算出电流有效值、电流周期时间Ci和电流最大值Imax；
S4步，将电流最大值Imax分别与各段长延时电流Lix进行比较：
对于电流最大值Imax≤长延时电流Lix的段级，则执行A步：
A步，判断该段长延时热记忆开关LhSWx是否开启：若该段长延时热记忆开关LhSWx开启，则通过减除周期冷却能量值来更新该段能量累计值Qvx，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；若该段长延时热记忆开关LhSWx关闭，则将该段能量累计值Qvx清零，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
对于电流最大值Imax＞长延时电流Lix的段级，则执行B1和B2步：
B1步，计算周期能量值Qe；将周期能量值Qe累加到该段原有能量累计值Qvx中，作为该段新的能量累计值Qvx；
B2步，判断该段新的能量累计值Qvx与该段保护能量值Qax之间的大小：
若该段新的能量累计值Qvx≤该段保护能量值Qax，则跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
若该段新的能量累计值Qvx＞该段保护能量值Qax，则判断是否已发生保护：若是，则直接跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则执行保护，之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据。
本发明针对高过载变压器过载保护，具有分段保护以及热记忆功能，可充分发挥高过载变压器高过载性能，也能对高过载变压器实现安全的长延时保护；输出精确；具有多段长延时保护，可以根据高过载变压器性能针对性设置，各段保护曲线兼容设置，且相互独立保护；可灵活应用于不同单位、不同场景下的长延时保护方法。
优选地，在所述B2步中，该段新的能量累计值Qvx≤该段保护能量值Qax时，在跳至S2步之前，还包括步骤：判断该段保护能量值Qax与该段新的能量累计值Qvx之间的差值是否大于或等于周期能量值Qe：若是，则直接跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则，开启预脱扣保护标志，并将该段长延时电流Lix设定为保护值；计算距离保护时间Tb和预脱扣次数Tnum；之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
所述S2步，在采样过程中，当预脱扣保护标志开启时，将采样电流值逐个与保护值进行比较，将该采样周期内大于保护值的采样电流值的数量进行累计；当累计数量超过预脱扣次数Tnum时，执行保护。
本发明通过计算该段保护能量值Qax与该段新的能量累计值Qvx之间的差值来得到能接纳的能量余值；在能接纳的能量余值不足以满足一个采样周期的周期能量值时，开启预脱扣保护标志，在采样时时刻判别能量提升状况，并在能量提升达到上限时执行保护，可进一步提高保护输出的精准程度。
优选地，所述S2步中，包括如下分步骤：
S21步，将累计值初始化为零；
S22步，采样高过载变压器的电流值；
S23步，判断预脱扣保护标志是否开启：
若预脱扣保护标志关闭，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；
若预脱扣保护标志开启，则执行S24步；
S24步，将采样电流值与保护值进行比较：
若采样电流值＜保护值，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；
若采样电流值≥保护值，则累计值次数加一；比较累计值次数与预脱扣次数Tnum之间大小：
若累计值次数≤预脱扣次数Tnum，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；若累计值次数＞预脱扣次数Tnum，则执行保护。
优选地，所述距离保护时间Tb和预脱扣次数Tnum的计算方法是：
Tb＝(Qax-Qvx)/Qcx×Ci
Tnum＝(Qax-Qvx)/Qcx×ADCnum；
其中，ADCnum为一个采样周期的采样点数。
优选地，所述S1步中，还设定各段长延时时间Ltx和各段长延时冷却时间Lthx的数值；各段保护能量值Qax和单位冷却能量Qcx的计算方法是：
Qax＝Lix×Lix×Ltx
Qcx＝Qax/Lthx。
优选地，所述A步中，通过减除周期冷却能量值来更新该段能量累计值Qvx，是指：比较该段能量累计值Qvx与周期冷却能量值之间的大小；其中，周期冷却能量值＝单位冷却能量Qcx×电流周期时间Ci：若该段能量累计值Qvx＜周期冷却能量值，则将该段能量累计值Qvx清零，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则将该段能量累计值Qvx减去单周期冷却能量值，作为该段新的能量累计值Qvx，之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据。
所述B1步中，周期能量值Qe的计算方法是：
Qe＝Imax×Imax×Ci。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明针对高过载变压器过载保护，具有分段保护以及热记忆功能，可充分发挥高过载变压器高过载性能，也能对高过载变压器实现安全的长延时保护；输出精确；
2、本发明具有多段长延时保护，可以根据高过载变压器性能针对性设置，各段保护曲线兼容设置，且相互独立保护；可灵活应用于不同单位、不同场景下的长延时保护方法；
3、本发明在能接纳的能量余值不足以满足一个采样周期的周期能量值时，开启预脱扣保护标志，在采样时时刻判别能量提升状况，并在能量提升达到上限时执行保护，可进一步提高保护输出的精准程度。
附图说明
图1是实施例一用于高过载变压器的过负荷保护方法的流程图；
图2是实施例二用于高过载变压器的过负荷保护方法的流程图；
图3是实施例二用于高过载变压器的过负荷保护方法中采样步骤的流程图；
图4是实施例二过负荷保护方法的三段保护曲线图；
图5是实施例二过负荷保护方法在采用单段保护时的保护曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
本实施例一种用于高过载变压器的过负荷保护方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1步，设定高过载变压器延时保护的分段数量N，并设定各段长延时电流Lix的数值和各段长延时热记忆开关LhSWx的开关状态，以及各段长延时时间Ltx和各段长延时冷却时间Lthx的数值；其中x＝1,2…N；
计算出各段保护能量值Qax以及单位冷却能量Qcx；
Qax＝Lix×Lix×Ltx
Qcx＝Qax/Lthx
将各段能量累计值Qvx初始化为零；
S2步，对高过载变压器低压侧三相电流采样一个采样周期的电流数据；
S3步，从一个采样周期的电流数据中计算出电流有效值、电流周期时间Ci和电流最大值Imax；电流最大值Imax是指高过载变压器低压侧三相电流的最大值；
S4步，将电流最大值Imax分别与各段长延时电流Lix进行比较：
对于电流最大值Imax≤长延时电流Lix的段级，则执行A步：
A步，判断该段长延时热记忆开关LhSWx是否开启：
若该段长延时热记忆开关LhSWx开启，则通过减除周期冷却能量值来更新该段能量累计值Qvx，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；若该段长延时热记忆开关LhSWx关闭，则将该段能量累计值Qvx清零，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
具体地说，通过减除周期冷却能量值来更新该段能量累计值Qvx，是指：比较该段能量累计值Qvx与周期冷却能量值之间的大小；其中，周期冷却能量值＝单位冷却能量Qcx×电流周期时间Ci：若该段能量累计值Qvx＜周期冷却能量值，则将该段能量累计值Qvx清零，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则将该段能量累计值Qvx减去单周期冷却能量值，作为该段新的能量累计值Qvx，之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
对于电流最大值Imax＞长延时电流Lix的段级，则执行B1和B2步：
B1步，计算周期能量值Qe；
Qe＝Imax×Imax×Ci；
将周期能量值Qe累加到该段原有能量累计值Qvx中，作为该段新的能量累计值Qvx；
B2步，判断该段新的能量累计值Qvx与该段保护能量值Qax之间的大小：
若该段新的能量累计值Qvx≤该段保护能量值Qax，则跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
若该段新的能量累计值Qvx＞该段保护能量值Qax，则判断是否已发生保护：若是，则直接跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则执行保护，之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据。
高过载变压器低压侧三相电流的电流数据采样可通过电流传感器实现，可采用现有技术；执行保护可采用现有技术，一般是指通过断路器脱扣断路来实现高过载变压器保护。
本发明具有热记忆开启或关闭功能，可由用户自行选定；对高过载变压器的过载保护，一般根据高过载变压器过载后的累计发热量进行判断，当能量累计值Qvx(发热量)达到或者大于保护能量值Qax(安全的热累计数量)时，发生脱扣保护；如果出现高过载变压器过载一段时间后，又恢复到了小于额定电流的情况，然后又发生了过载情况，直到发热量大于了安全的热累计数量，发生脱扣保护；这时若开启热记忆功能，就能够不忽略掉已发生过载时已经累计的热能量，也不会忽略掉小于额定电流的那段时间的热量降低，从而实现对高过载变压器的精准保护。
热记忆功能相关参数由用户可自行设置，冷却时间Lthx根据不同散热介质、使用环境以及所处的分段保护区间可对应的设置不同的冷却系数，对高过载变压器起到精准的保护控制。
本发明针对高过载变压器过载保护，具有分段保护以及热记忆功能，可充分发挥高过载变压器高过载性能，也能对高过载变压器实现安全的长延时保护；输出精确；具有多段长延时保护，可以根据高过载变压器性能针对性设置，各段保护曲线兼容设置，且相互独立保护；可灵活应用于不同单位、不同场景下的长延时保护方法。
实施例二
本实施例一种用于高过载变压器的过负荷保护方法，如图2所示，与实施例一的区别在于：本实施例中，在所述B2步中，该段新的能量累计值Qvx≤该段保护能量值Qax时，在跳至S2步之前，还包括步骤：判断该段保护能量值Qax与该段新的能量累计值Qvx之间的差值是否大于或等于周期能量值Qe：若是，则直接跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则，开启预脱扣保护标志，并将该段长延时电流Lix设定为保护值；计算距离保护时间Tb和预脱扣次数Tnum；之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据。
距离保护时间Tb和预脱扣次数Tnum的计算方法是：
Tb＝(Qax-Qvx)/Qcx×Ci
Tnum＝(Qax-Qvx)/Qcx×ADCnum；
其中，ADCnum为一个采样周期的采样点数。
相应地，所述S2步，在采样过程中，当预脱扣保护标志开启时，将采样电流值逐个与保护值进行比较，将该采样周期内大于保护值的采样电流值的数量进行累计；当累计数量超过预脱扣次数Tnum时，执行保护。
具体地说，所述S2步中，包括如下分步骤，如图3所示：
S21步，将累计值初始化为零；
S22步，采样高过载变压器的电流值；
S23步，判断预脱扣保护标志是否开启：
若预脱扣保护标志关闭，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；
若预脱扣保护标志开启，则执行S24步；
S24步，将采样电流值与保护值进行比较：
若采样电流值＜保护值，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；
若采样电流值≥保护值，则累计值次数加一；比较累计值次数与预脱扣次数Tnum之间大小：
若累计值次数≤预脱扣次数Tnum，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；若累计值次数＞预脱扣次数Tnum，则执行保护。
本实施例其余步骤与实施例一相同。
本实施例以630KVA高过载变压器为例进行说明，设定额定电流为900A，高过载变压器分段支持过载保护，一段支持额定1.5倍过载10小时，二段支持额定1.75倍过载4小时，三段支持额定2倍过载1小时，在以上过载情况下，不影响高过载变压器寿命，针对此高过载变压器，本方法使用在高过载控制器上可以满足对高过载变压器进行三段长延时保护。
本实施例另外再提供一个具体例子，设定：
一段参数：一段长延时电流Li1为900A、一段长延时时间Lt1为600分钟、一段长延时冷却时间Lth1为600分钟、一段长延时热记忆开关LhSW1为关闭；
二段参数：二段长延时电流Li2为1350A、二段长延时时间Lt2为240分钟、二段长延时冷却时间Lth2为500分钟、二段长延时热记忆开关LhSW2为关闭；
三段参数：三段长延时电流Li3为1575A、三段长延时时间Lt3为60分钟、三段长延时冷却时间Lth3为200分钟、三段长延时热记忆开关LhSW3为关闭。
将高过载变压器延时保护的分段数量N设定为3；则得到的三段保护曲线如图4所示，由图4可知，本实施例方法可充分发挥高过载变压器高过载性能，也能对高过载变压器实现安全的长延时保护。
若将高过载变压器延时保护的分段数量N设定为1，采样一段参数、二段参数和三段参数中任一项来进行保护，则保护曲线如图5所示。
例如若按照一段参数设置，那么当过载电流超过900A时，延时时间太久，容易造成变压器烧坏；按照二段参数设置，那么在电流小于900A过载时，延时时间太短，容易造成过早保护脱扣，也浪费高过载变压器性能，其次，当超过1350A过载时，延时时间太长，容易造成高过载变压器烧毁；按照三段参数设置，那么在电流小于900A过载时，延时时间太短，容易造成过早保护脱扣，十分浪费高过载变压器性能。因此，将高过载变压器延时保护的分段数量N设定为1，都存在不理想的情况。因此，N需要≥2，例如N为2、3、4、5、6，甚至更多。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于高过载变压器的过负荷保护方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1步，设定高过载变压器延时保护的分段数量N，并设定各段长延时电流Lix的数值和各段长延时热记忆开关LhSWx的开关状态；其中x＝1,2…N；N≥2；
计算出各段保护能量值Qax以及单位冷却能量Qcx；将各段能量累计值Qvx初始化为零；
S2步，对高过载变压器低压侧三相电流采样一个采样周期的电流数据；
S3步，从一个采样周期的电流数据中计算出电流有效值、电流周期时间Ci和电流最大值Imax；
S4步，将电流最大值Imax分别与各段长延时电流Lix进行比较：
对于电流最大值Imax≤长延时电流Lix的段级，则执行A步：
A步，判断该段长延时热记忆开关LhSWx是否开启：若该段长延时热记忆开关LhSWx开启，则通过减除周期冷却能量值来更新该段能量累计值Qvx，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；若该段长延时热记忆开关LhSWx关闭，则将该段能量累计值Qvx清零，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
对于电流最大值Imax＞长延时电流Lix的段级，则执行B1和B2步：
B1步，计算周期能量值Qe；将周期能量值Qe累加到该段原有能量累计值Qvx中，作为该段新的能量累计值Qvx；
B2步，判断该段新的能量累计值Qvx与该段保护能量值Qax之间的大小：
若该段新的能量累计值Qvx≤该段保护能量值Qax，则跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
若该段新的能量累计值Qvx＞该段保护能量值Qax，则判断是否已发生保护：若是，则直接跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则执行保护，之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
在所述B2步中，该段新的能量累计值Qvx≤该段保护能量值Qax时，在跳至S2步之前，还包括步骤：判断该段保护能量值Qax与该段新的能量累计值Qvx之间的差值是否大于或等于周期能量值Qe：若是，则直接跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则，开启预脱扣保护标志，并将该段长延时电流Lix设定为保护值；计算距离保护时间Tb和预脱扣次数Tnum；之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据；
所述S2步，在采样过程中，当预脱扣保护标志开启时，将采样电流值逐个与保护值进行比较，将该采样周期内大于保护值的采样电流值的数量进行累计；当累计数量超过预脱扣次数Tnum时，执行保护。
2.根据权利要求1所述的用于高过载变压器的过负荷保护方法，其特征在于：所述S2步中，包括如下分步骤：
S21步，将累计值初始化为零；
S22步，采样高过载变压器的电流值；
S23步，判断预脱扣保护标志是否开启：
若预脱扣保护标志关闭，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；
若预脱扣保护标志开启，则执行S24步；
S24步，将采样电流值与保护值进行比较：
若采样电流值＜保护值，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；
若采样电流值≥保护值，则累计值次数加一；比较累计值次数与预脱扣次数Tnum之间大小：
若累计值次数≤预脱扣次数Tnum，则判断采样周期是否结束：若结束则跳至S3步，否则跳至S22步继续采样；若累计值次数＞预脱扣次数Tnum，则执行保护。
3.根据权利要求1所述的用于高过载变压器的过负荷保护方法，其特征在于：所述距离保护时间Tb和预脱扣次数Tnum的计算方法是：
Tb＝(Qax-Qvx)/Qcx×Ci
Tnum＝(Qax-Qvx)/Qcx×ADCnum；
其中，ADCnum为一个采样周期的采样点数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于高过载变压器的过负荷保护方法，其特征在于：所述S1步中，还设定各段长延时时间Ltx和各段长延时冷却时间Lthx的数值；各段保护能量值Qax和单位冷却能量Qcx的计算方法是：
Qax＝Lix×Lix×Ltx
Qcx＝Qax/Lthx。
5.根据权利要求1至3任一项所述的用于高过载变压器的过负荷保护方法，其特征在于：所述A步中，通过减除周期冷却能量值来更新该段能量累计值Qvx，是指：比较该段能量累计值Qvx与周期冷却能量值之间的大小；其中，周期冷却能量值＝单位冷却能量Qcx×电流周期时间Ci：若该段能量累计值Qvx＜周期冷却能量值，则将该段能量累计值Qvx清零，并跳至S2步采样下一采样周期电流数据；否则将该段能量累计值Qvx减去单周期冷却能量值，作为该段新的能量累计值Qvx，之后跳至S2步采样下一采样周期电流数据。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于高过载变压器的过负荷保护方法，其特征在于：所述B1步中，周期能量值Qe的计算方法是：
Qe＝Imax×Imax×Ci。
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