CN111463751A - 一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法 - Google Patents

一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111463751A
CN111463751A CN202010346213.5A CN202010346213A CN111463751A CN 111463751 A CN111463751 A CN 111463751A CN 202010346213 A CN202010346213 A CN 202010346213A CN 111463751 A CN111463751 A CN 111463751A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transformer
protection
excitation impedance
equivalent excitation
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010346213.5A
Other languages
English (en)
Inventor
李舟
王辉
师琛
王琨
薛倩楠
谈震
魏小栋
马龙涛
何安阳
李宗博
焦在滨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Power Supply Co Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xi'an Power Supply Co Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Power Supply Co Of State Grid Shaanxi Electric Power Co, Xian Jiaotong University filed Critical Xi'an Power Supply Co Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
Priority to CN202010346213.5A priority Critical patent/CN111463751A/zh
Publication of CN111463751A publication Critical patent/CN111463751A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
    • H02H7/045—Differential protection of transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
    • H02H7/045—Differential protection of transformers
    • H02H7/0455—Differential protection of transformers taking into account saturation of current transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Protection Of Transformers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法，变压器差动保护装置启动后，利用半周傅里叶算法计算变压器一、二侧端电压及差动电流工频量，并由此计算保护启动时刻的变压器等效励磁阻抗Z(1)；接着计算保护启动后一段时间t内的变压器等效励磁阻抗与Z(1)的平均值，得到变压器等效励磁阻抗平均值序列Zav；若时间t内变压器等效励磁阻抗平均值始终小于整定值Zset则认为变压器存在内部故障，发出保护跳闸信号；否则认为变压器正常运行或外部故障，保护不动作。本发明能够正确区分内部故障和正常运行/外部故障，在产生励磁涌流时正确闭锁，同时对于存在剩磁及直流偏磁导致变压器饱和或CT饱和等复杂情况也具有良好的适应性。

Description

一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，涉及变压器保护领域，具体涉及一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法。
背景技术
电力变压器作为电力系统中的核心设备，对整个电力系统的安全稳定运行具有至关重要的影响。其中，继电保护的动作可靠性是确保电力变压器设备安全的关键要素。但是，有关电力变压器保护运行情况的统计数据表明，作为大型电力变压器主保护的差动保护，其正确动作率一直处于一个相对较低的水平，这与当前电网实际安全要求和发展水平不相符。近年来，随着电力系统结构的日益复杂，变压器差动保护发生原因不明的误、拒动作几率明显上升，给电网安全带来一定的隐患，也影响工业生产的正常进行。
为了提高变压器差动保护正确率，许多学者提出了不同的改进方法。包括采用小波分析、希尔伯特黄变换、数学形态学等对差动电流进行进一步分析，或采用人工智能技术挖掘变压器故障特征。但现场数据表明，随着电力系统的日益复杂变压器错误动作事故常发生在远复杂于变压器空载合闸的情况，传统的基于励磁涌流的典型波形研究开发的励磁涌流识别算法效果欠佳。因此为了提高差动保护的性能，有必要回归变压器保护的本质问题。变压器励磁涌流的产生本质在于铁芯饱和，而变压器励磁阻抗则能反映铁芯状态。变压器正常运行或外部故障时铁芯不饱和，具有较大的励磁阻抗；变压器发生内部故障时，相当于并联了故障支路，在故障消除前始终具有较小的励磁阻抗；当变压器产生励磁涌流时，铁芯交替进入和退出饱和，励磁阻抗在较大值和较小值间变化。而在复杂电磁环境下，以上特征也基本成立，因此提出了一种基于励磁阻抗特征的保护方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法，以克服现有技术的缺陷，本发明能够正确区分内部匝间故障和正常运行/外部故障，在空载合闸产生励磁涌流时正确闭锁，同时对于存在剩磁及直流偏磁导致变压器饱和或CT饱和的情况也具有良好的适应性，能够有效提高变压器保护的可靠性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于等效励磁阻抗波动特征的变压器保护方法，包括以下步骤：
步骤1、变压器差动保护装置启动后，依据保护装置安装处测得的变压器一、二次侧端电压及差动电流，利用半周傅里叶算法计算变压器一、二侧端电压及差动电流工频量；
步骤2、依据保护启动时刻电压及差动电流工频量计算保护启动时刻的变压器等效励磁阻抗Z(1)；
步骤3、在经过设定的延时后，采用与步骤1、步骤2相同的方式计算保护启动后一段时间t内的变压器等效励磁阻抗，并分别计算与保护启动时刻变压器等效励磁阻抗Z(1)的平均值，得到时间t内的变压器等效励磁阻抗平均值序列Zav；
步骤4、设置整定值Zset，若时间t内变压器等效励磁阻抗平均值始终小于Zset则认为变压器存在内部故障，发出保护跳闸信号；否则认为变压器正常运行或外部故障，保护不动作。
进一步的，步骤1中利用半周傅里叶算法计算变压器一、二侧端电压及差动电流工频量计算方式如下；
Figure BDA0002470258030000021
其中a(1)分别对应变压器一次侧电压工频量、二次侧电压工频量、差动电流工频量；a(n)分别对应压器一次侧电压采样值、二次侧电压采样值、差动电流采样值；N为一个周期内的采样点数；n为离散时间变量；j为虚数的虚数单位；i为离散频率变量；Ω0＝2π/N。
进一步的，步骤2中计算变压器等效励磁阻抗方式如(2)。其中U1、U2分别为变压器一、二次侧端电压工频量模值，I为变压器差动电流工频量模值。
Figure BDA0002470258030000022
进一步的，步骤3中保护判据可用式(3)描述，由于变压器空载合闸时铁芯饱和时间不会超过半个工频周期(10ms)，考虑到铁芯剩磁导致的饱和程度加深及一定裕度，t取保护启动后8-16ms。其中Z(1)表示保护启动时刻等效励磁阻抗；Z(1+k)表示由保护启动后第1+k个采样点对应时刻的等效励磁阻抗；1+k取保护启动后8-16ms内的所有采样点。
Figure BDA0002470258030000023
进一步的，结合大量仿真及现场经验步骤4中整定值kset在[3,5]中取值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
变压器励磁涌流产生的本质原因是变压器铁芯饱和，变压器铁芯未饱和时具有较大的励磁阻抗，变压铁芯器饱和或出现内部故障时其励磁阻抗将大程度下降。由于产生励磁涌流时变压器将交替进入饱和和退出饱和，因此只有变压器发生内部故障时才会始终具有较小的励磁阻抗。考虑到变压器不同运行状态下具有不同的励磁阻抗特征，提出基于等效励磁阻抗特征的变压器保护原理。
相比基于变压器差动电流单一特征的保护方法，本发明方法采用能反映变压器饱和本质特征的等效励磁阻抗作为依据，受系统谐波影响较小，在铁芯严重饱和、CT饱和等复杂电磁暂态下具有更强的适应能力。相比基于变压器内部参数的保护方法，本发明方法无需获取较难获得的变压器内部参数，实现较为简单。相比其它基于变压器等效励磁阻抗的保护方法，本发明方法判据无需计算整个周期的等效励磁阻抗，能够更快的切除故障，同时利用两点的等效励磁阻抗平均值，在变压器严重饱和时保护更加灵敏。
附图说明
图1为PSCAD仿真系统图；
图2-图10为变压器不同运行状态下差动保护启动后8-16ms内采用式(3)计算的等效励磁阻抗平均值。
图11为基于励磁阻抗波动特性的变压器保护方案逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施过程作进一步详细描述：
如图11逻辑框图所示，本发明是一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法，具体实施步骤如下：
步骤1、变压器差动保护装置启动后，依据保护装置安装处测得的变压器一、二次侧端电压及差动电流，利用半周傅式算法计算变压器一、二侧端电压及差动电流工频量，计算方法如式(1)；
步骤2、依据保护启动时刻电压及差动电流工频量计算保护启动时刻的变压器等效励磁阻抗Z(1)，计算方法如式(2)；
步骤3、在经过设定的延时后，采用与步骤1、步骤2相同的方式计算保护启动后一段时间t内的变压器等效励磁阻抗，并分别计算与保护启动时刻变压器等效励磁阻抗Z(1)的平均值，得到时间t内的变压器等效励磁阻抗平均值序列Zav，计算方法如式(3)；
步骤4、设置整定值Zset。理论研究表明，变压器正常运行或外部故障时铁芯不饱和，具有较大的励磁阻抗；变压器发生内部故障时，相当于并联了故障支路，在故障消除前始终具有较小的励磁阻抗；当变压器产生励磁涌流时，铁芯交替进入和退出饱和，励磁阻抗在较大值和较小值间变化。考虑到不同运行状态下励磁阻抗的不同特征，若时间t内变压器等效励磁阻抗平均值始终小于Zset则认为变压器存在内部故障，发出保护跳闸信号；否则认为变压器正常运行或外部故障，保护不动作。
实施例
如图1所示，基于PSCAD仿真环境中说明本发明中的保护方案。仿真环境中变压器为三台230/11kV-120MVA的单相变压器连接组成的三相双绕组变压器组，采用Y/Δ-11方式连接。每台变压器铁耗标幺值为0.07p.u.，铜耗标幺值为0.005p.u.，漏抗标幺值为0.1p.u.。采样频率10kHz。
图2-图10给出了变压器不同运行状态下差动保护启动后8-16ms内采用式(3)计算的等效励磁阻抗平均值。图2给出了变压器正常运行差动保护误启动等效励磁阻抗平均值。变压器正常运行时励磁阻抗平均值始终大于磁阻抗整定值，保护启动后提出的保护方案可以迅速判断出变压器不存在内部故障，提出保护方法可靠闭锁。
图3、图4分别给出了正常变压器无剩磁和存在剩磁时空载合闸，差动电流励磁涌流使差动保护启动后的等效励磁阻抗平均值。图5变压器直流偏磁时导致的差动电流涌流使差动保护启动后的等效励磁阻抗平均值。可以看出以上复杂电磁暂态情况下提出方法仍然可以通过非饱和部分较大的等效励磁阻抗平均值正确识别励磁涌流，正确闭锁保护。
图6、图7、图8分别给出变压器内部故障、变压器空载合闸于内部故障及直流偏磁条件下发生变压器内部故障时故障相等效励磁阻抗平均值。可以看出不同场景下发生变压器内部故障时其等效励磁阻抗平均值均小于磁阻抗整定值，提出保护方法能够正确识别内部故障，发出跳闸信号。
图9、图10分别给出了直流偏磁导致CT饱和情况下变压器正常运行误启动和发生内部故障时等效励磁阻抗平均值。可以在CT不严重饱和的情况下，提出保护方案能够可靠识别内部故障，正确动作。

Claims (5)

1.一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、变压器差动保护装置启动后，依据保护装置安装处测得的变压器一、二次侧端电压及差动电流，计算变压器一、二侧端电压及差动电流工频量；
步骤2、依据保护装置启动时刻电压及差动电流工频量计算保护装置启动时刻的变压器等效励磁阻抗Z(1)；
步骤3、在经过设定的延时后，采用与步骤1、步骤2相同的方式计算保护装置启动后一段时间t内的变压器等效励磁阻抗，并分别计算与保护启动时刻变压器等效励磁阻抗Z(1)的平均值，得到时间t内的变压器等效励磁阻抗平均值序列Zav；
步骤4、设置整定值Zset，若时间t内变压器等效励磁阻抗平均值始终小于Zset则认为变压器存在内部故障，发出保护跳闸信号；否则认为变压器正常运行或外部故障，保护不动作。
2.根据权利要求1所述的一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法，其特征在于，步骤1中利用半周傅式算法计算一、二次侧电压及差动电流工频量，具体公式如下：
Figure FDA0002470258020000011
其中，a(1)分别对应变压器一次侧电压工频量、二次侧电压工频量、差动电流工频量；a(n)分别对应压器一次侧电压采样值、二次侧电压采样值、差动电流采样值；N为一个周期内的采样点数；n为离散时间变量；j为虚数的虚数单位；i为离散频率变量；Ω0＝2π/N。
3.根据权利要求1所述的一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法，其特征在于，步骤2中计算变压器等效励磁阻抗公式如下：
Figure FDA0002470258020000012
其中，U1、U2分别为变压器一、二次侧端电压工频量模值，I为变压器差动电流工频量模值。
4.根据权利要求1所述的一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法，其特征在于，步骤3中t取保护启动后8-16ms，计算等效励磁阻抗平均值序列Zav具体为：
Figure FDA0002470258020000013
其中，Z(1)表示保护启动时刻等效励磁阻抗；Z(1+k)表示由保护启动后第1+k个采样点对应时刻的等效励磁阻抗；1+k取保护启动后t时间内即8-16ms内的所有采样点。
5.根据权利要求1所述的一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法，其特征在于，步骤4中整定值Zset取[3,5]。
CN202010346213.5A 2020-04-27 2020-04-27 一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法 Pending CN111463751A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010346213.5A CN111463751A (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010346213.5A CN111463751A (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111463751A true CN111463751A (zh) 2020-07-28

Family

ID=71680367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010346213.5A Pending CN111463751A (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111463751A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101820166A (zh) * 2010-02-10 2010-09-01 江苏金智科技股份有限公司 基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法
WO2018032894A1 (zh) * 2016-08-19 2018-02-22 中国电力科学研究院 励磁涌流识别方法及识别装置、设备、存储介质
CN110018372A (zh) * 2019-04-09 2019-07-16 国网陕西省电力公司电力科学研究院 一种基于励磁阻抗波动特征的变压器保护方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101820166A (zh) * 2010-02-10 2010-09-01 江苏金智科技股份有限公司 基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法
WO2018032894A1 (zh) * 2016-08-19 2018-02-22 中国电力科学研究院 励磁涌流识别方法及识别装置、设备、存储介质
CN110018372A (zh) * 2019-04-09 2019-07-16 国网陕西省电力公司电力科学研究院 一种基于励磁阻抗波动特征的变压器保护方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
索南加乐等: "基于故障分量综合阻抗的变压器保护新原理", 《中国电机工程学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109444644B (zh) 基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法
CN110061474B (zh) 一种识别并防止和应涌流导致变压器差动保护动作的方法
CN105140893B (zh) 一种差动保护ct饱和识别方法
CN102097785B (zh) 一种牵引变电所变压器内和应涌流的鉴别方法
CN112039020A (zh) 一种基于变压器变比鉴别励磁涌流和故障的方法
CN105552837A (zh) 一种计及直流偏磁影响的分区反时限变压器差动保护方法
CN101726660B (zh) 一种基于漏磁场模型的变压器内部故障识别方法
CN112946530A (zh) 基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法及系统
CN113363939A (zh) 基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法
JP7095926B2 (ja) インバーター側高電圧交流送電線の単相自己適応再閉路の改善方法
CN102646957A (zh) 适用于特高压调压变压器保护的二次谐波涌流闭锁方法
CN110018372B (zh) 一种基于励磁阻抗波动特征的变压器保护方法
WO2023246955A1 (zh) 一种用于换流变压器的匝间保护方法及系统
CN110531195B (zh) 一种识别变压器励磁涌流与内部故障的方法
CN111463751A (zh) 一种基于等效励磁阻抗特征的变压器保护方法
CN106451379A (zh) 一种涌流闭锁的直流50Hz保护优化改进方法
CN111049104B (zh) 一种基于正序二次谐波的换流变压器和应涌流识别方法
CN107294062A (zh) 一种变压器空投时的故障判决方法
CN113852049B (zh) 线路纵联差动保护仿真方法和装置
CN115864332A (zh) 一种计及涌流影响的线路零序电流保护方法
CN112198470B (zh) 电流互感器进出磁饱和状态的实时识别方法
Yu et al. Identification Method for Transformer Inrush and Fault Current Based on Waveform Partition and Reconstruction
Cao et al. Constructing Algorithm of the Circulating Current in D–Winding Based on Unbalanced Quantity
Zhang et al. Longitudinal Protection Method for AC/DC Hybrid System Based on Measuring Current Similarity
Guo Automatic identification of transformer excitation inrush based on second-order Taylor coefficient

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200728

RJ01 Rejection of invention patent application after publication