CN112526411A - 一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法及系统,方法包括:获取磁控式并联电抗器网侧电流、控制电流、补偿绕组电流以及控制绕组分支电压;根据所述网侧电流、所述控制电流和所述补偿绕组电流计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流;根据所述控制绕组分支电压和所述励磁电流计算磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感;根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障。本发明根据匝间故障发生时,等效励磁电感数值很低,而未发生故障时,等效励磁电感数值很大,即根据等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障,不受预励磁合闸影响,检测灵敏度高。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域,特别是涉及一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法及系统。
背景技术
磁控式并联电抗器可实现容量大范围平滑可调,谐波含量小,具有良好的应用前景。
磁控式并联电抗器(Magnetically controlled shunt reactor,MCSR)结构特殊,发生故障概率高且故障暂态特征较为复杂,本体发生故障时如果继电保护不能快速、可靠地动作,不仅会威胁到MCSR自身的安全,而且将会影响其接入系统的无功平衡及电压稳定。因此,对MCSR的继电保护性能提出了很高的要求。单相MCSR的铁芯结构及绕组分布如图1所示,主铁芯分裂为左右芯柱,芯柱上分别缠绕了网侧、控制及补偿绕组。未缠绕绕组的铁芯称之为轭,分为左右旁轭及其上下轭以及中间上下轭。匝数均为N1的两分支网侧绕组同极性串联构成网侧支路;匝数均为N2的两分支控制绕组反极性串联构成控制支路,两端并联有直流电源以产生直流激磁,控制左右芯柱的励磁工作点;匝数均为N3的两分支补偿绕组同极性串联构成补偿绕组支路。
三相超/特高压磁控式并联电抗器由三个如图1所示的MCSR组合而成,三相MCSR的电气主接线图、电流互感器以及电压互感器配置如图2所示。其结构类似于三绕组变压器,网侧绕组连接高压输电系统,三相接成星形结构,中性点直接接地(用作母线高抗);每相两分支控制绕组反极性串联构成控制支路,三相控制支路并联于直流母线间,由外接励磁电源通过整流变给整流桥供电;补偿绕组三相接成角形,连接有5、7次滤波支路,用以减小正常运行时注入网侧的谐波。与普通变压器不同的是,磁控式并联电抗器正常运行时铁芯处于饱和状态,且通过控制绕组流过的直流电流的大小改变铁芯的饱和度从而实现容量调节。具体为,通过调节直流励磁系统中整流桥的晶闸管触发角,改变一个周期内控制绕组电流的平均值,从而平滑地调节电抗器的工作容量。网侧绕组进口及出口两端分别配置CT1和CT2,以测量进出网侧绕组的电流;另外配置PT1测量MCSR安装位置的母线电压;控制绕组配置CT5测量每相电流,配置PT2测量控制绕组每相每分支电压;补偿绕组角内、角外分别配置CT3和CT4,以测量补偿绕组的绕组电流以及角外线电流;直流母线上配置CT6,以测量流过直流母线的电流(简称为“总控电流”)。
结构的复杂性以及容量可调节的特性是MCSR保护配置面临诸多难题的根源,绕组匝间故障是发生概率最高的故障形式。匝间故障发生后,故障、非故障绕组之间存在复杂的电磁耦合关系,并且短路绕组匝数越少、MCSR运行容量越高,匝间故障的检测难度越大。针对匝间故障,工程上配置零序或负序功率方向保护,其测量电压、电流来源于网侧绕组配置PT和CT,但在控制绕组发生匝间故障时,保护灵敏度不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法及系统,其不受预励磁合闸影响,检测灵敏度高。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法,包括:
获取磁控式并联电抗器网侧电流、控制电流、补偿绕组电流以及控制绕组分支电压;
根据所述网侧电流、所述控制电流和所述补偿绕组电流计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流;
根据所述控制绕组分支电压和所述励磁电流计算磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感;
根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障。
可选地,所述根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障,具体包括:
根据所述等效励磁电感计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电感不平衡度;
判断所述励磁电感不平衡度是否大于第一预设整定值;
若所述励磁电感不平衡度不大于所述第一预设整定值,则确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障;
若所述励磁电感不平衡度大于所述第一预设整定值,则判断所述等效励磁电感是否小于第二预设整定值;
若所述等效励磁电感不小于所述第二预设整定值,则确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障;
若所述等效励磁电感大于所述第二预设整定值,则确定磁控式并联电抗器发生绕组匝间故障。
可选地,所述励磁电感不平衡度的计算公式为:
可选地,所述第一预设整定值的计算公式为:
σ.set=Krel1*σ0
其中,σ.set为第一预设整定值,Krel1为第一可靠系数,σ0为不平衡度;所述第二预设整定值的计算公式为:
Lm.set=Krel2*Lm.min
其中,Lm.set为第二预设整定值,Krel2为第二可靠系数,Lm.min为合闸瞬间的最小等效励磁电感。
可选地,所述磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流的计算公式为:
i=i1/K1+i2+i3/K2
其中,i为磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流,i1为网侧电流,i2为控制电流,i3为补偿绕组电流,k1为磁控式并联电抗器控制绕组与网侧绕组的匝数比,k2为磁控式并联电抗器控制绕组与补偿绕组的匝数比。
可选地,所述磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感的计算公式为:
其中,u2为控制绕组分支电压,r2为控制绕组的绕组电阻,i2为控制电流,L2为控制绕组等效漏电感,di2/dt为控制电流对时间的变化率,R为芯柱等效励磁电阻,i为磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流,L为磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感,di/dt为励磁电流对时间的变化率。
一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测系统,包括:
获取模块,用于获取磁控式并联电抗器网侧电流、控制电流、补偿绕组电流以及控制绕组分支电压;
励磁电流计算模块,用于根据所述网侧电流、所述控制电流和所述补偿绕组电流计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流;
等效励磁电感计算模块,用于根据所述控制绕组分支电压和所述励磁电流计算磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感;
故障检测模块,用于根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障。
可选地,所述故障检测模块具体包括:
计算单元,用于根据所述等效励磁电感计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电感不平衡度;
第一判断单元,用于判断所述励磁电感不平衡度是否大于第一预设整定值;
第一确定单元,用于当所述励磁电感不平衡度不大于所述第一预设整定值时,确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障;
第二判断单元,用于当所述励磁电感不平衡度大于所述第一预设整定值时,判断所述等效励磁电感是否小于第二预设整定值;
第二确定单元,用于当所述等效励磁电感不小于所述第二预设整定值时,确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障;
故障确定单元,用于当所述等效励磁电感大于所述第二预设整定值时,确定磁控式并联电抗器发生绕组匝间故障。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明公开了一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法及系统,方法包括:获取磁控式并联电抗器网侧电流、控制电流、补偿绕组电流以及控制绕组分支电压;根据所述网侧电流、所述控制电流和所述补偿绕组电流计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流;根据所述控制绕组分支电压和所述励磁电流计算磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感;根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障。本发明根据匝间故障发生时,等效励磁电感数值很低,而未发生故障时,等效励磁电感数值很大,即根据等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障,不受预励磁合闸影响,检测灵敏度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明背景技术提供的磁控式并联电抗器单相铁芯结构及绕组分布示意图;
图2为本发明背景技术提供的磁控式并联电抗器三相本体结构示意图;
图3为本发明实施例1提供的磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法流程图;
图4为本发明实施例1提供的磁控式并联电抗器的T型等效电路图;
图5为本发明实施例1提供的磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法原理图;
图6为本发明实施例1提供的三相磁控式并联电抗器左芯柱的等效励磁电感示意图;
图7为本发明实施例1提供的三相磁控式并联电抗器右芯柱的等效励磁电感示意图;
图8为本发明实施例1提供的磁控式并联电抗器左、右芯柱等效励磁电感不平衡度示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法及系统,其不受预励磁合闸影响,检测灵敏度高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
图3为本发明实施例1提供的磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法流程图,如图3所示,方法包括:
步骤101:获取磁控式并联电抗器网侧电流、控制电流、补偿绕组电流以及控制绕组分支电压。
步骤102:根据所述网侧电流、所述控制电流和所述补偿绕组电流计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流。具体地,磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流的计算公式为:
i=i1/K1+i2+i3/K2
其中,i为磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流,i1为网侧电流,i2为控制电流,i3为补偿绕组电流,k1为磁控式并联电抗器控制绕组与网侧绕组的匝数比,k2为磁控式并联电抗器控制绕组与补偿绕组的匝数比。
步骤103:根据所述控制绕组分支电压和所述励磁电流计算磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感。具体地,磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感的计算公式为:
其中,u2为控制绕组分支电压,r2为控制绕组的绕组电阻,i2为控制电流,L2为控制绕组等效漏电感,di2/dt为控制电流对时间的变化率,R为芯柱等效励磁电阻,i为磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流,L为磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感,di/dt为励磁电流对时间的变化率。
步骤104:根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障。
在本实施例中,步骤104具体包括:
步骤1041:根据所述等效励磁电感计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电感不平衡度。具体地,励磁电感不平衡度的计算公式为:
其中,u2为控制绕组分支电压,r2为控制绕组的绕组电阻,i2为控制电流,L2为控制绕组等效漏电感,di2/dt为控制电流对时间的变化率,R为芯柱等效励磁电阻,i为磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流,L为磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感,di/dt为励磁电流对时间的变化率。
步骤1042:判断所述励磁电感不平衡度是否大于第一预设整定值。具体地,第一预设整定值的计算公式为:
σ.set=Krel1*σ0
其中,σ.set为第一预设整定值,Krel1为第一可靠系数,σ0为不平衡度。
步骤1043:若所述励磁电感不平衡度不大于所述第一预设整定值,则确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障。
步骤1044:若所述励磁电感不平衡度大于所述第一预设整定值,则判断所述等效励磁电感是否小于第二预设整定值。具体地,判断所述等效励磁电感的平均值是否小于第二预设整定值。其中所述等效励磁电感的平均值计算公式为:
第二预设整定值的计算公式为:
Lm.set=Krel2*Lm.min
其中,Lm.set为第二预设整定值,Krel2为第二可靠系数,Lm.min为合闸瞬间的最小等效励磁电感。
步骤1045:若所述等效励磁电感不小于所述第二预设整定值,则确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障。
步骤1046:若所述等效励磁电感大于所述第二预设整定值,则确定磁控式并联电抗器发生绕组匝间故障。
对本发明步骤103原理进行说明:
图4为本发明实施例1提供的磁控式并联电抗器的T型等效电路图。根据磁控式并联电抗器的T型等效电路,确定控制绕组电压回路方程:
上述控制绕组电压回路方程在第k个采样点可表示为:
控制绕组电压回路方程在第k+1个采样点可表示为:
其中,Ts为采样周期,(k)为第k个采样点,(k+1)第k+1个采样点,(k-1)为第k-1个采样点,(k+2)为第k+2个采样点。
联立控制绕组电压回路在第k和K+1个采样点下的方程可得到第K个采样点下的磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感L(k):
根据第K个采样点下的磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感L(k)可得到磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感L。
图5为本发明实施例1提供的磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法原理图,根据图5提供的原理图对本发明进行进一步验证:
针对电压等级为750kV的磁控式并联电抗器在70%工作容量下40ms时某一相左芯柱上控制绕组发生20%匝间故障的工况,采用本发明中的方法进行检测:
其中,k21为磁控式并联电抗器控制绕组与网侧绕组的匝数比,k23为控制绕组与补偿绕组的匝数比。
步骤3:利用控制绕组分支电压以及左、右芯柱的励磁电流,计算磁控式并联电抗器每相左芯柱的等效励磁电感和右芯柱的等效励磁电感及其在一个周期20ms内左芯柱的等效励磁电感在一个工频周期20ms内的平均值和右芯柱的等效励磁电感在一个周期20ms内的平均值计算公式如下:
图6为本发明实施例1提供的三相磁控式并联电抗器左芯柱的等效励磁电感示意图,图7为本发明实施例1提供的三相磁控式并联电抗器右芯柱的等效励磁电感示意图。图6和图7中实线表示等效励磁电感瞬时值,虚线表示等效励磁电感平均值,点线表示等效励磁电感预设门槛值。
实施例2
本实施例公开了一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测系统,包括:
获取模块,用于获取磁控式并联电抗器网侧电流、控制电流、补偿绕组电流以及控制绕组分支电压。
励磁电流计算模块,用于根据所述网侧电流、所述控制电流和所述补偿绕组电流计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流。
等效励磁电感计算模块,用于根据所述控制绕组分支电压和所述励磁电流计算磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感。
故障检测模块,用于根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障。
在本实施例中,故障检测模块具体包括:
计算单元,用于根据所述等效励磁电感计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电感不平衡度。
第一判断单元,用于判断所述励磁电感不平衡度是否大于第一预设整定值。
第一确定单元,用于当所述励磁电感不平衡度不大于所述第一预设整定值时,确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障。
第二判断单元,用于当所述励磁电感不平衡度大于所述第一预设整定值时,判断所述等效励磁电感是否小于第二预设整定值。
第二确定单元,用于当所述等效励磁电感不小于所述第二预设整定值时,确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障。
故障确定单元,用于当所述等效励磁电感大于所述第二预设整定值时,确定磁控式并联电抗器发生绕组匝间故障。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明利用了磁控式并联电抗器发生匝间故障时,计算得到的故障芯柱等效励磁电感实际上是励磁电感与故障绕组漏感的并联值,远小于励磁电感,而非故障芯柱等效励磁电感与正常运行时相同,数值较大,即故障相左、右芯柱等效励磁电感出现较大不平衡度且故障芯柱等效励磁电感数值降低的故障特性,有效解决了零负序功率方向对控制绕组匝间故障保护灵敏度低,以及基于总控电流基频分量的控制绕组匝间故障保护在预励磁合闸下易误动的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法,其特征在于,包括:
获取磁控式并联电抗器网侧电流、控制电流、补偿绕组电流以及控制绕组分支电压;
根据所述网侧电流、所述控制电流和所述补偿绕组电流计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流;
根据所述控制绕组分支电压和所述励磁电流计算磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感;
根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障。
2.根据权利要求1所述的磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法,其特征在于,所述根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障,具体包括:
根据所述等效励磁电感计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电感不平衡度;
判断所述励磁电感不平衡度是否大于第一预设整定值;
若所述励磁电感不平衡度不大于所述第一预设整定值,则确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障;
若所述励磁电感不平衡度大于所述第一预设整定值,则判断所述等效励磁电感是否小于第二预设整定值;
若所述等效励磁电感不小于所述第二预设整定值,则确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障;
若所述等效励磁电感大于所述第二预设整定值,则确定磁控式并联电抗器发生绕组匝间故障。
4.根据权利要求2所述的磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法,其特征在于,所述第一预设整定值的计算公式为:
σ.set=Krel1*σ0
其中,σ.set为第一预设整定值,Krel1为第一可靠系数,σ0为不平衡度;
所述第二预设整定值的计算公式为:
Lm.set=Krel2*Lm.min
其中,Lm.set为第二预设整定值,Krel2为第二可靠系数,Lm.min为合闸瞬间的最小等效励磁电感。
5.根据权利要求1所述的磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测方法,其特征在于,所述磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流的计算公式为:
i=i1/K1+i2+i3/K2
其中,i为磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流,i1为网侧电流,i2为控制电流,i3为补偿绕组电流,k1为磁控式并联电抗器控制绕组与网侧绕组的匝数比,k2为磁控式并联电抗器控制绕组与补偿绕组的匝数比。
7.一种磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测系统,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取磁控式并联电抗器网侧电流、控制电流、补偿绕组电流以及控制绕组分支电压;
励磁电流计算模块,用于根据所述网侧电流、所述控制电流和所述补偿绕组电流计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电流;
等效励磁电感计算模块,用于根据所述控制绕组分支电压和所述励磁电流计算磁控式并联电抗器芯柱的等效励磁电感;
故障检测模块,用于根据所述等效励磁电感检测磁控式并联电抗器是否发生绕组匝间故障。
8.根据权利要求1所述的磁控式并联电抗器绕组匝间故障检测系统,其特征在于,所述故障检测模块具体包括:
计算单元,用于根据所述等效励磁电感计算磁控式并联电抗器芯柱的励磁电感不平衡度;
第一判断单元,用于判断所述励磁电感不平衡度是否大于第一预设整定值;
第一确定单元,用于当所述励磁电感不平衡度不大于所述第一预设整定值时,确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障;
第二判断单元,用于当所述励磁电感不平衡度大于所述第一预设整定值时,判断所述等效励磁电感是否小于第二预设整定值;
第二确定单元,用于当所述等效励磁电感不小于所述第二预设整定值时,确定磁控式并联电抗器未发生绕组匝间故障;
故障确定单元,用于当所述等效励磁电感大于所述第二预设整定值时,确定磁控式并联电抗器发生绕组匝间故障。
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