CN111525508A - 一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法及装置 - Google Patents

一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法及装置 Download PDF

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CN111525508A CN202010259214.6A CN202010259214A CN111525508A CN 111525508 A CN111525508 A CN 111525508A CN 202010259214 A CN202010259214 A CN 202010259214A CN 111525508 A CN111525508 A CN 111525508A
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Abstract

本发明公开了一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法及装置，通过高抗饱和时直流及谐波分量较大的特点闭锁匝间保护，并通过相阻抗值的波形特性识别匝间短路故障并开放保护动作，解决饱和引起匝间保护误动的问题。

Description

一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法及装置
技术领域
本申请涉及电力系统防误动领域，具体涉及一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法，同时涉及一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动装置。
背景技术
高压并联电抗器(简称“高抗”)是一类用于补偿无功功率、限制工频电压的升高和操作过电压、改善电压分布的装置，其中如抽能高抗、可控高抗等装置还可实现供应偏远站用电、灵活控制电压及无功功率的功能。目前高压并联电抗器在我国超、特高压输电线路已得到广泛应用，一般安装在线路末端或母线上。
高压并联电抗器在部分环境中，因空载投入、外部故障切除或其他原因致使端电压突升时，其铁芯可能出现严重的磁饱和，致使流经高压并联电抗器的电流大幅上升，这种现象一般属于“饱和”概念的一部分。根据电抗器φ-i曲线可知，励磁饱和现象产生时，对应相由于铁芯严重饱和，阻抗值将迅速下降并大幅波动，这与匝间短路故障的故障特征类似，从而易致使高抗匝间保护误动，影响电网的安稳运行，严重时还可损害周边器件、导致直流换相失败及双极闭锁等一系列重大事故。
匝间短路是并联电抗器比较普遍的内部故障，且纵差保护无法反映匝间短路。又因为饱和问题的存在，并联高压电抗器因此必须装设能抵御饱和误动的高灵敏度匝间保护。目前一般的饱和识别方法包括二次谐波法、间断角法及波形对称法等，但匝间保护误动现象仍时有发生，如何识别饱和引起匝间保护误动是亟需解决的问题。
发明内容
本申请提供一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法及装置，解决饱和引起匝间保护误动的问题。
本申请提供一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法，包括：
根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据；
若高压并联电抗器每相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，均不满足闭锁解除判据，则获取高压并联电抗器的相阻抗值；
若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值的阈值，则获取该相的历史数据，根据所述历史数据获取该相的阻抗波动基准值和阻抗波动幅值；
根据高压并联电抗器该相的阻抗波动基准值与阻抗波动幅值的比值，判断高压并联电抗器该相是否发生匝间短路。
优选的，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据的步骤之前，还包括：
对高压并联电抗器三相电流进行傅里叶级数分解，获取三相电流的直流分量有效值
Figure BDA0002438644950000021
二次谐波有效值
Figure BDA0002438644950000022
与基波分量有效值
Figure BDA0002438644950000023
优选的，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据，包括：
高压并联电抗器闭锁解除判据为，
Figure BDA0002438644950000024
上式中
Figure BDA0002438644950000025
分别为被判断相电流的基波有效值、二次谐波有效值与直流分量有效值，
Figure BDA0002438644950000026
若对于高压并联电抗器任意一相上式成立，则闭锁匝间保护三相，且经延时后自动解除闭锁。
优选的，高压并联电抗器的相阻抗值，通过如下公式获得，
Figure BDA0002438644950000027
上式中，
Figure BDA0002438644950000028
为高压并联电抗器每一相的阻抗值，
Figure BDA0002438644950000029
分别为每一相的电压、电流基波相量，其中
Figure BDA00024386449500000210
优选的，若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值的阈值，则获取该相的历史数据，根据所述历史数据获取该相的阻抗波动基准值和阻抗波动幅值，包括：
将高压并联电抗器相阻值真实值的75％作为阈值；
若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值的阈值，则将该相标识为
Figure BDA00024386449500000211
取高压并联电抗器该相当前数据点及该点前23个数据点的数据，求取每一点的相阻抗值并取平均数作为阻抗波动基准值ZFc；若假定当前时刻为t时刻，则ZFc的计算公式如下：
ZFc＝(Zt+Zt-1+…+Zt-23)/24
上式中，Zt为高压并联电抗器在t时刻采用记录得到的数据求取的相阻抗值；
计算当前数据点及该点前23个数据点的阻抗波动幅值ZAm，计算公式如下：
Figure BDA0002438644950000031
优选的，根据高压并联电抗器该相的阻抗波动基准值与阻抗波动幅值的比值，判断高压并联电抗器该相是否发生匝间短路，包括：
根据ZFc及ZAm计算当前数据点及该点前23个数据点的阻抗波动幅值占比P，计算公式如下：
P＝(ZFc/ZAm)×100％
若相
Figure BDA0002438644950000032
的阻抗波动幅值占比P小于15％，且持续满足该判据至少20ms，则认为该相发生了匝间短路，开放匝间保护三相并允许其动作。
本申请同时提供一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动装置，包括：
闭锁解除判据构建单元，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据；
相阻抗值获取单元，若高压并联电抗器每相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，均不满足闭锁解除判据，则获取高压并联电抗器的相阻抗值；
阻抗波动基准值和阻抗波动幅值获取单元，若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值真识值的75％，则获取该相的历史数据，根据所述历史数据获取该相的阻抗波动基准值和阻抗波动幅值；
匝间短路判断单元，根据高压并联电抗器该相的阻抗波动基准值与阻抗波动幅值的比值，判断高压并联电抗器该相是否发生匝间短路。
优选的，还包括：
三相电流分解单元，对高压并联电抗器三相电流进行傅里叶级数分解，获取三相电流的直流分量有效值
Figure BDA0002438644950000033
二次谐波有效值
Figure BDA0002438644950000034
与基波分量有效值
Figure BDA0002438644950000035
本申请提供一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法及装置，通过高抗饱和时直流及谐波分量较大的特点闭锁匝间保护，并通过相阻抗值的波形特性识别匝间短路故障并开放保护动作，解决饱和引起匝间保护误动的问题。
附图说明
图1是本申请提供的一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法的流程示意图；
图2是本申请涉及的高压并联电抗器匝间保护防饱和误动逻辑总图；
图3是本申请涉及的浑源站II母三相电压基波有效值波形图；
图4是本申请涉及的浑源站II母三相阻抗计算值波形图；
图5是本申请涉及的浑源站II母三相电流二次谐波及直流分量和与基波分量比值图；
图6是本申请涉及的浑源站A相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图7是本申请涉及的浑源站A相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图8是本申请涉及的浑源站B相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图9是本申请涉及的浑源站B相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图10是本申请涉及的浑源站C相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图11是本申请涉及的浑源站C相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图12是本申请涉及的现场录波防误动逻辑判定结果；
图13是本申请涉及的仿真模型；
图14是本申请涉及的浑源站II母三相阻抗计算值波形图；
图15是本申请涉及的浑源站II母三相电流二次谐波及直流分量和与基波分量比值图；
图16是本申请涉及的A相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图17是本申请涉及的A相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图18是本申请涉及的B相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图19是本申请涉及的B相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图20是本申请涉及的C相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图21是本申请涉及的C相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图22是本申请涉及的仿真波形防误动逻辑判定结果；
图23是本申请涉及的抽能高抗绕组侧三相阻抗随时间变化图；
图24是本申请涉及的三相电流二次谐波及直流分量和与基波分量比值图；
图25是本申请涉及的A相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图26是本申请涉及的A相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图27是本申请涉及的B相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图28是本申请涉及的B相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图29是本申请涉及的C相阻抗平均波动振幅、阻抗均值与实际值波形图；
图30是本申请涉及的C相阻抗波动幅值与波动基准值比值图；
图31是本申请涉及的抽能高抗现场录波防误动逻辑判定结果；
图32是本申请提供的一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动装置示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
图1是本申请提供的一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法的流程示意图，下面结合图1对本申请提供的方法进行详细说明。
步骤S101，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据。
在构建高压并联电抗器闭锁解除判据的步骤之前，对高压并联电抗器三相电流进行傅里叶级数分解，获取三相电流的直流分量有效值
Figure BDA0002438644950000051
二次谐波有效值
Figure BDA0002438644950000052
与基波分量有效值
Figure BDA0002438644950000053
然后，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据，高压并联电抗器闭锁解除判据为，
Figure BDA0002438644950000054
上式中
Figure BDA0002438644950000055
分别为被判断相电流的基波有效值、二次谐波有效值与直流分量有效值，
Figure BDA0002438644950000056
若对于高压并联电抗器任意一相上式成立，则闭锁匝间保护三相，且经延时后自动解除闭锁。
步骤S102，若高压并联电抗器每相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，均不满足闭锁解除判据，则获取高压并联电抗器的相阻抗值。
若高压并联电抗器三相均不满足闭锁解除判据，则对高压并联电气抗器的每一相通过磁通原理计算相阻抗值，计算公式如下：
Figure BDA0002438644950000061
上式中，
Figure BDA0002438644950000062
为高压并联电抗器每一相的阻抗值，
Figure BDA0002438644950000063
分别为每一相的电压、电流基波相量，其中
Figure BDA0002438644950000064
步骤S103，若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值阈值，则获取该相的历史数据，根据所述历史数据获取该相的阻抗波动基准值和阻抗波动幅值。
将高压并联电抗器相阻值直实值的75％作为阈值。若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值的阈值，则将该相标识为
Figure BDA0002438644950000065
取高压并联电抗器该相当前数据点及该点前23个数据点的数据，求取每一点的相阻抗值并取平均数作为阻抗波动基准值ZFc，若假定当前时刻为t时刻，则ZFc的计算公式如下：
ZFc＝(Zt+Zt-1+…+Zt-23)/24
上式中，Zt为高压并联电抗器在t时刻采用记录得到的数据求取的相阻抗值。
同时，计算计算当前数据点及该点前23个数据点的阻抗波动幅值ZAm，计算公式如下：
Figure BDA0002438644950000066
步骤S104，根据高压并联电抗器该相的阻抗波动基准值与阻抗波动幅值的比值，判断高压并联电抗器该相是否发生匝间短路。
最后，根据ZFc及ZAm计算当前数据点及该点前23个数据点的阻抗波动幅值占比P，计算公式如下：
P＝(ZFc/ZAm)×100％
若相
Figure BDA0002438644950000067
的阻抗波动幅值占比P小于15％，且持续满足该判据至少20ms，则认为该相发生了匝间短路，开放匝间保护三相并允许其动作。
对于抽能电抗器，其主电抗侧执行步骤S101—步骤S104，判断任一相发生了匝间短路；其抽能侧则只执行闭锁解除判据，即可判断抽能抗器该相是否发生匝间短路。
下面结合本申请的实施步骤和具体实例对本申请提供的一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法进行说细说明，防误动逻辑总图如图2所示，通过现场录波及RTDS仿真波形证明本文防误动逻辑的正确性。
2019年7月30日0时12分，500千伏浑源站5032断路器B相因内部闪络发生单相瞬时故障，500千伏托源三线和源霸一线线路保护动作跳开两侧B相断路器后故障消失，然后两条线路重合成功。但是线路重合前，#2母线上52DK电抗器配置的两套PCS-917A-G(保护版本号为V3.00)匝间保护动作跳闸，属于误动作。
根据现场录波数据，结合本方法实施步骤可求得浑源站II母三相电压基波有效值、三相阻抗计算值及三相阻抗波动幅值占比，如图3、图4、图5所示。结合图3及图4可知，500千伏托源三线和源霸一线线路重合成功后，由于B相电压突升，高抗B相产生饱和现象，B相阻抗计算值迅速下降并大幅波动，不符合开放判据；结合图5可知，5032断路器B故障时，II母高抗A相、C相短时内满足闭锁条件，在II母高抗出现饱和现象时，高抗B相满足闭锁判据，从而全过程可靠闭锁匝间保护三相，匝间保护不会误动。
根据本方法实施步骤可计算得到的高抗三相阻抗计算值、阻抗波动基准值、阻抗波动幅值及阻抗波动幅值占比，如图6至图11所示。由图可知，5032断路器B故障切除过程及II母高抗饱和过程中，匝间保护三相均不满足开放判据，匝间保护不会开放。
本方法针对浑源站母线高抗误动波形的逻辑判据判定结果如图12所示。由图可知，本方法能够在母线高抗出现饱和现象时可靠闭锁匝间保护，且不会因相阻抗降低就开放保护动作。
根据浑源站线路及系统参数，利用RTDS数字仿真系统建立了仿真模型，其系统接线如图13所示并令II母高抗发生B相永久性匝间故障，故障匝数为总匝数的5％，再次对本方法进行验证。验证结果如图14至图22所示。由图可知，本方法能在故障瞬间闭锁匝间保护，并在约40ms后开放匝间保护动作。
再对抽能高抗的误动场合进行分析。对东北抽能高抗误动的录波数据进行分析，以验证本方法有效性，验证结果如图23至图31所示。由图可知，本方法也可识别抽能高抗的饱和现象，并可靠闭锁匝间保护三相。
基于同一发明构思，本申请同时提供一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动装置3200，如图32所示，包括：
闭锁解除判据构建单元3201，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据；
相阻抗值获取单元3202，若高压并联电抗器每相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，均不满足闭锁解除判据，则获取高压并联电抗器的相阻抗值；
阻抗波动基准值和阻抗波动幅值获取单元3203，若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值真识值的75％，则获取该相的历史数据，根据所述历史数据获取该相的阻抗波动基准值和阻抗波动幅值；
匝间短路判断单元3204，根据高压并联电抗器该相的阻抗波动基准值与阻抗波动幅值的比值，判断高压并联电抗器该相是否发生匝间短路。
优选的，还包括：
三相电流分解单元，对高压并联电抗器三相电流进行傅里叶级数分解，获取三相电流的直流分量有效值
Figure BDA0002438644950000081
二次谐波有效值
Figure BDA0002438644950000082
与基波分量有效值
Figure BDA0002438644950000083
本申请提供一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法及装置，通过高抗励磁饱和时直流及谐波分量较大的特点闭锁匝间保护，并通过相阻抗值的波形特性识别匝间短路故障并开放保护动作，解决饱和引起匝间保护误动的问题。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法，其特征在于，包括：
根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据；
若高压并联电抗器每相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，均不满足闭锁解除判据，则获取高压并联电抗器的相阻抗值；
若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值的阈值，则获取该相的历史数据，根据所述历史数据获取该相的阻抗波动基准值和阻抗波动幅值；
根据高压并联电抗器该相的阻抗波动基准值与阻抗波动幅值的比值，判断高压并联电抗器该相是否发生匝间短路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据的步骤之前，还包括：
对高压并联电抗器三相电流进行傅里叶级数分解，获取三相电流的直流分量有效值
Figure FDA0002438644940000011
二次谐波有效值
Figure FDA0002438644940000012
与基波分量有效值
Figure FDA0002438644940000013
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据，包括：
高压并联电抗器闭锁解除判据为，
Figure FDA0002438644940000014
上式中
Figure FDA0002438644940000015
分别为被判断相电流的基波有效值、二次谐波有效值与直流分量有效值，
Figure FDA0002438644940000016
若对于高压并联电抗器任意一相上式成立，则闭锁匝间保护三相，且经延时后自动解除闭锁。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高压并联电抗器的相阻抗值，通过如下公式获得，
Figure FDA0002438644940000017
上式中，
Figure FDA0002438644940000018
为高压并联电抗器每一相的阻抗值，
Figure FDA0002438644940000019
分别为每一相的电压、电流基波相量，其中
Figure FDA00024386449400000110
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值的阈值，则获取该相的历史数据，根据所述历史数据获取该相的阻抗波动基准值和阻抗波动幅值，包括：
将高压并联电抗器相阻值真实值的75％作为阈值；
若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值的阈值，则将该相标识为
Figure FDA0002438644940000023
取高压并联电抗器该相当前数据点及该点前23个数据点的数据，求取每一点的相阻抗值并取平均数作为阻抗波动基准值ZFc；若假定当前时刻为t时刻，则ZFc的计算公式如下：
ZFc＝(Zt+Zt-1+…+Zt-23)/24
上式中，Zt为高压并联电抗器在t时刻采用记录得到的数据求取的相阻抗值；
计算当前数据点及该点前23个数据点的阻抗波动幅值ZAm，计算公式如下：
Figure FDA0002438644940000021
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据高压并联电抗器该相的阻抗波动基准值与阻抗波动幅值的比值，判断高压并联电抗器该相是否发生匝间短路，包括：
根据ZFc及ZAm计算当前数据点及该点前23个数据点的阻抗波动幅值占比P，计算公式如下：
P＝(ZFc/ZAm)×100％
若相
Figure FDA0002438644940000022
的阻抗波动幅值占比P小于15％，且持续满足该判据至少20ms，则认为该相发生了匝间短路，开放匝间保护三相并允许其动作。
7.一种高压并联电抗器匝间保护防饱和误动装置，其特征在于，包括：
闭锁解除判据构建单元，根据高压并联电抗器三相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，构建高压并联电抗器闭锁解除判据；
相阻抗值获取单元，若高压并联电抗器每相电流的直流分量有效值、二次谐波有效值与基波分量有效值，均不满足闭锁解除判据，则获取高压并联电抗器的相阻抗值；
阻抗波动基准值和阻抗波动幅值获取单元，若高压并联电抗器任意一相阻抗值小于高压并联电抗器相阻值真识值的75％，则获取该相的历史数据，根据所述历史数据获取该相的阻抗波动基准值和阻抗波动幅值；
匝间短路判断单元，根据高压并联电抗器该相的阻抗波动基准值与阻抗波动幅值的比值，判断高压并联电抗器该相是否发生匝间短路。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
三相电流分解单元，对高压并联电抗器三相电流进行傅里叶级数分解，获取三相电流的直流分量有效值
Figure FDA0002438644940000031
二次谐波有效值
Figure FDA0002438644940000032
与基波分量有效值
Figure FDA0002438644940000033
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