CN112782494B - 一种并联电抗器的饱和识别方法和装置 - Google Patents

一种并联电抗器的饱和识别方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并联电抗器的饱和识别方法。其工作方式是：采集并联电抗器绕组三相电流，计算每相电流中的直流分量值、工频基波有效值、工频分量除外的全波有效值，再计算空投饱和门槛值和谐振饱和门槛值；当判断到并联电抗器空投时每相电流中工频分量除外的全波有效值大于空投饱和门槛值，或者是每相电流中直流分量值大于谐振饱和门槛值，且持续设定时间后，判定并联电抗器处于饱和状态，闭锁并联电抗器匝间保护或加大并联电抗器匝间保护的延时，防止并联电抗器匝间保护误动。本发明还公开了相应的饱和识别装置。本发明能有效识别并联电抗器空投或并联电抗器谐振等工况引起的并联电抗器饱和状态，可提高并联电抗器匝间短路保护的可靠性。

Description

一种并联电抗器的饱和识别方法和装置
技术领域
本发明涉及电力系统领域并联电抗器保护的设计，具体而言涉及一种并联电抗器的饱和识别方法和装置。
背景技术
并联电抗器在电力系统中，主要起到吸收电力系统多余的无功功率、限制过电压水平的作用。高压远距离输电线路在空载或轻载时，其送端的电压会偏高，会影响到送端电力设备的正常运行，需要在高压长线路或母线上安装并联电抗器以吸收送端多余的无功功率、限制送端过电压水平。对于装在高压长线路上的并联电抗器，通常还装设有中性点电抗器，还可以起到限制高压长线路潜供电流的作用。总之，并联电抗器作为一种重要的一次设备，其稳定可靠运行，直接关系到电力系统的安全稳定。
并联电抗器最多见的故障是主电抗器(也称主绕组)匝间短路故障，其次是接地短路故障。据有关资料统计表明，工程现场电抗器故障的80％以上属于匝间短路故障。对于并联电抗器的匝间短路故障，工程上通常的做法是配置匝间保护以为电抗器提供保护。匝间保护通常有基于零序功率方向+零序阻抗原理的，和基于负序功率方向+负序阻抗原理这两种。这两种原理的匝间保护，在电抗器铁芯不饱和或轻微饱和时，能很好地区分电抗器的匝间故障和电抗器区外故障，具有很高的灵敏性、可靠性和速动性。但是，当电抗器空投或是电抗器谐振等工况导致该电抗器铁芯明显饱和时，上述原理的匝间保护则容易出现误动情况，进而危及到电力系统的安全稳定运行。
为了解决上述电抗器空投或是电抗器谐振等工况引发电抗器铁芯饱和，导致匝间保护误动这一问题，需要增加一种并联电抗器的饱和识别方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种并联电抗器的铁芯饱和识别方法和装置，为并联电抗器匝间保护提供闭锁条件。在不影响匝间保护灵敏性和速动性的前提下，解决匝间保护在并联电抗器空投和谐振等引起铁芯饱和的工况下的误动问题，从而大幅提高匝间保护的可靠性。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：一种并联电抗器的饱和识别方法，包括：
采集并联电抗器绕组三相电流；
计算每相电流中的直流分量值、工频基波有效值、工频分量除外的全波有效值；
计算空投饱和门槛值和谐振饱和门槛值；
进行空投饱和判据和谐振饱和判据的判断；
如果所述空投饱和判据和谐振饱和判据中任何一个满足且持续时间达到设定延时后，则判定并联电抗器饱和。
进一步地，所述空投饱和门槛值的计算方法为：将空投饱和系数与工频基波有效值相乘得到空投饱和门槛值。
进一步地，所述空投饱和判据包括：
判据1：并联电抗器相电流的工频分量除外的全波有效值是否大于其空投饱和门槛值；
判据2：并联电抗器三相电流工频基波有效值的最大值是否低于空投饱和过流闭锁系数定值与并联电抗器额定电流值之乘积。
进一步地，所述空投饱和判据还包括：
判据3：并联电抗器当前相电流中的工频基波有效值是否大于并联电抗器有载系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积；
判据4：并联电抗器前一个计算周期的相电流中的工频基波有效值是否小于并联电抗器有流判据定值；
上述判据按相进行判断，任何一相的判据1～4均满足时判定空投饱和判据满足。
进一步地，所述谐振饱和门槛值的一个计算方法为：将谐振饱和系数与工频基波有效值相乘得到谐振饱和门槛值。
进一步地，所述谐振饱和门槛值的另一个计算方法为：计算并联电抗器谐振饱和启动系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积、并联电抗器谐振饱和制动系数定值与并联电抗器每相电流中的工频基波有效值的乘积，取两者中的最大值作为谐振饱和门槛值。
进一步地，所述谐振饱和判据包括：
判据5：并联电抗器相电流的直流分量值是否大于谐振饱和门槛值；
判据6：三相电流工频基波有效值的最大值是否低于谐振饱和过流闭锁系数与并联电抗器额定电流值之乘积；
上述判据按相进行判断，任何一相的判据5、6均满足时判定谐振饱和判据满足。
进一步地，当判定并联电抗器饱和时，闭锁并联电抗器匝间保护或加大并联电抗器匝间保护的延时，防止并联电抗器匝间保护误动。
本发明还相应提出了一种并联电抗器的饱和识别装置，包括：
采集单元：用于采集并联电抗器绕组三相电流；
计算单元：用于计算每相电流中的直流分量值、工频基波有效值、工频分量除外的全波有效值；
门槛值设定单元：计算空投饱和门槛值和谐振饱和门槛值；
判定单元：用于进行空投饱和判据和谐振饱和判据的判断；如果所述空投饱和判据和谐振饱和判据中任何一个满足且持续时间达到设定延时后，则判定并联电抗器饱和。
进一步地，上述装置中，所述门槛值设定单元中将空投饱和系数与工频基波有效值相乘得到空投饱和门槛值。
进一步地，上述装置中，所述判定单元中，包括空投饱和判据单元，所述空投饱和判据单元包括：
空投判据子单元一：判断并联电抗器相电流的工频分量除外的全波有效值是否大于其空投饱和门槛值；
空投判据子单元二：判断并联电抗器三相电流工频基波有效值的最大值是否低于空投饱和过流闭锁系数定值与并联电抗器额定电流值之乘积。
进一步地，上述装置中，所述空投饱和判据单元还包括：
空投判据子单元三：判断并联电抗器当前相电流中的工频基波有效值是否大于并联电抗器有载系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积；
空投判据子单元四：判断并联电抗器前一个计算周期的相电流中的工频基波有效值是否小于并联电抗器有流判据定值；
上述空投判据子单元一～四按相进行判断，任何一相四个单元均满足时判定空投饱和判据满足。
进一步地，上述装置中，所述门槛值设定单元中将谐振饱和系数与工频基波有效值相乘得到谐振饱和门槛值。
进一步地，上述装置中，所述门槛值设定单元中计算并联电抗器谐振饱和启动系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积、并联电抗器谐振饱和制动系数定值与并联电抗器每相电流中的工频基波有效值的乘积，取两者中的最大值作为谐振饱和门槛值。
进一步地，上述装置中，所述判定单元中，包括谐振饱和判据单元，所述谐振饱和判据单元包括：
谐振判据子单元一：判断并联电抗器相电流的直流分量值是否大于谐振饱和门槛值；
谐振判据子单元二：判断三相电流工频基波有效值的最大值是否低于谐振饱和过流闭锁系数与并联电抗器额定电流值之乘积；
上述谐振判据子单元一、二按相进行判断，任何一相的两个单元均满足时判定谐振饱和判据满足。
进一步地，上述装置还包括防误处理单元，当判定并联电抗器饱和时，闭锁并联电抗器匝间保护或加大并联电抗器匝间保护的延时，防止并联电抗器匝间保护误动。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
传统并联电抗器匝间保护，并未配置有专门的铁芯饱和识别判据。采用本发明所述方法，能够可靠有效地识别并联电抗器空投和并联电抗器谐振等工况引起的并联电抗器铁芯饱和，为并联电抗器匝间保护提供闭锁条件，在不影响匝间保护灵敏性和速动性的前提下，解决了匝间保护在空投和谐振等引起并联电抗器铁芯饱和的工况下的误动问题，从而大幅提高匝间保护的可靠性。
附图说明
图1并联电抗器结构及匝间保护配置图。
图2并联电抗器饱和识别逻辑图。
图3并联电抗器饱和识别装置实施例一。
图4并联电抗器饱和识别装置实施例二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示为并联电抗器结构及匝间保护配置图。本发明的一种并联电抗器的饱和识别方法实施例一，包括如下步骤：
步骤1：采集并联电抗器绕组三相电流。
步骤2：计算每相电流中的直流分量值、工频基波有效值、工频分量除外的全波有效值。
步骤3：计算空投饱和门槛值和谐振饱和门槛值。
其中，空投饱和门槛值的计算方法为：将空投饱和系数与工频基波有效值相乘得到空投饱和门槛值。
其中，谐振饱和门槛值计算采用的方法为：将谐振饱和系数与工频基波有效值相乘得到谐振饱和门槛值。
步骤4：进行空投饱和判据和谐振饱和判据的判断。
空投饱和判据指的是，通过比较电抗器空投时每相电流中工频分量外的全波有效值与空投饱和门槛值的大小以区分电抗器是否饱和；谐振饱和判据，指的是通过判断每相电流中的直流分量值是否大于谐振饱和门槛值以确定电抗器是否饱和。
其中，空投饱和判据具体包括：
判据1：并联电抗器相电流的工频分量除外的全波有效值是否大于其空投饱和门槛值；
判据2：并联电抗器三相电流工频基波有效值的最大值是否低于空投饱和过流闭锁系数定值与并联电抗器额定电流值之乘积。
判据3：并联电抗器当前相电流中的工频基波有效值是否大于并联电抗器有载系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积；
判据4：并联电抗器前一个计算周期的相电流中的工频基波有效值是否小于并联电抗器有流判据定值；
上述判据按相进行判断，任何一相的判据1～4均满足时判定空投饱和判据满足。
其中，谐振饱和判据具体包括：
判据5：并联电抗器相电流的直流分量值是否大于谐振饱和门槛值；
判据6：三相电流工频基波有效值的最大值是否低于谐振饱和过流闭锁系数与并联电抗器额定电流值之乘积；
上述判据按相进行判断，任何一相的判据5、6均满足时判定谐振饱和判据满足。
步骤5：如果所述空投饱和判据和谐振饱和判据中任何一个满足且持续时间达到设定延时后，则判定并联电抗器饱和。
在另一个实施例二中，并联电抗器的饱和识别方法还包括
步骤6：当判定并联电抗器饱和时，闭锁并联电抗器匝间保护或加大并联电抗器匝间保护的延时，防止并联电抗器匝间保护误动。
在又一个实施例三中，谐振饱和门槛值采用的计算方法为：计算并联电抗器谐振饱和启动系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积、并联电抗器谐振饱和制动系数定值与并联电抗器每相电流中的工频基波有效值的乘积，取两者中的最大值作为谐振饱和门槛值。
在如图2所示另一个实施例四中，空投饱和动作判据如下，
上述判据分ABC三相，按相判断，任何一相满足则判据成立。
其中，Ip.rms为并联电抗器每相电流中工频分量除外的全波有效值；k1为空投饱和系数定值；Ip为并联电抗器当前每相电流中的工频基波有效值；Imax为并联电抗器当前三相电流中最大相的工频基波有效值；k2为空投饱和过流闭锁系数定值；Ie为并联电抗器额定电流值；Ip.old为并联电抗器前一个计算周期的每相电流中的工频基波有效值；k3为并联电抗器有载系数定值；Iset为并联电抗器有流判据定值；k1*Ip为并联电抗器空投饱和门槛值。
当所述公式1中的四个表达式同时成立时，所述空投饱和判据满足。
上述电抗器的空投饱和判据中，所述有流判据定值Iset，按躲过电抗器退出电力系统时三相绕组CT最小正确测量门槛整定；所述电抗器空投饱和系数定值k1，工程上取0.15；所述空投饱和过流闭锁系数定值k3，工程上可取2.0。所述电抗器有载系数定值k3，按考虑了可靠系数后的电抗器额定电流整定，取0.5。
谐振饱和动作判据如下，
上述判据分ABC三相，按相判断，任何一相满足则判据成立。
其中，Idc为并联电抗器每相电流中的直流分量值；Ip为并联电抗器每相电流中的工频基波有效值；Imax为并联电抗器三相电流工频基波有效值的最大值；Ie为并联电抗器额定电流值；k4为并联电抗器谐振饱和启动系数定值；k5为并联电抗器谐振饱和制动系数定值；k6为并联电抗器谐振饱和过流闭锁系数定值；max(k4*Ie,k5*Ip)为并联电抗器谐振饱和门槛值。
当所述公式2中的两个个表达式同时成立时，所述谐波饱和判据满足。
上述电抗器的谐波饱和判据中，所述的电抗器谐振饱和启动系数定值k4，按躲过无故障时最大可能出现的直流分量考虑，工程上取0.4；所述谐振饱和制动系数定值k5，工程上取0.6；所述谐振饱和过流闭锁系数定值k6，工程上取3.0。
本发明的一种并联电抗器的饱和识别装置的实施例，如图3所示包括：
采集单元：用于采集并联电抗器绕组三相电流；
计算单元：用于计算每相电流中的直流分量值、工频基波有效值、工频分量除外的全波有效值；
门槛值设定单元：计算空投饱和门槛值和谐振饱和门槛值；
判定单元：用于进行空投饱和判据和谐振饱和判据的判断；如果所述空投饱和判据和谐振饱和判据中任何一个满足且持续时间达到设定延时后，则判定并联电抗器饱和。
其中，上述装置中，所述门槛值设定单元中将空投饱和系数与工频基波有效值相乘得到空投饱和门槛值。
其中，上述装置中，所述判定单元中，包括空投饱和判据单元，所述空投饱和判据单元包括：
空投判据子单元一：判断并联电抗器相电流的工频分量除外的全波有效值是否大于其空投饱和门槛值。
空投判据子单元二：判断并联电抗器三相电流工频基波有效值的最大值是否低于空投饱和过流闭锁系数定值与并联电抗器额定电流值之乘积。
空投判据子单元三：判断并联电抗器当前相电流中的工频基波有效值是否大于并联电抗器有载系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积；
空投判据子单元四：判断并联电抗器前一个计算周期的相电流中的工频基波有效值是否小于并联电抗器有流判据定值；
上述空投判据子单元一～四按相进行判断，任何一相四个单元均满足时判定空投饱和判据满足。
其中，上述装置中，所述门槛值设定单元中将谐振饱和系数与工频基波有效值相乘得到谐振饱和门槛值。
另一个装置实施例中，所述门槛值设定单元中计算并联电抗器谐振饱和启动系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积、并联电抗器谐振饱和制动系数定值与并联电抗器每相电流中的工频基波有效值的乘积，取两者中的最大值作为谐振饱和门槛值。
其中，上述装置中，所述判定单元中，包括谐振饱和判据单元，所述谐振饱和判据单元包括：
谐振判据子单元一：判断并联电抗器相电流的直流分量值是否大于谐振饱和门槛值；
谐振判据子单元二：判断三相电流工频基波有效值的最大值是否低于谐振饱和过流闭锁系数与并联电抗器额定电流值之乘积；
上述谐振判据子单元一、二按相进行判断，任何一相的两个单元均满足时判定谐振饱和判据满足。
又一个装置实施例中，如图4所示在前述实施例的基础上还包括防误处理单元，当判定并联电抗器饱和时，闭锁并联电抗器匝间保护或加大并联电抗器匝间保护的延时，防止并联电抗器匝间保护误动。
在本发明的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例的技术手段进行替换、变换、修改，并且起到的作用与本发明的相应技术手段基本相同，实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种并联电抗器的饱和识别方法，其特征在于：
采集并联电抗器绕组三相电流；
计算每相电流中的直流分量值、工频基波有效值、工频分量除外的全波有效值；
根据所述工频基波有效值计算空投饱和门槛值和谐振饱和门槛值；
进行空投饱和判据和谐振饱和判据的判断；
如果所述空投饱和判据和谐振饱和判据中任何一个满足且持续时间达到设定延时后，则判定并联电抗器饱和；
所述空投饱和判据包括：
判据1：并联电抗器相电流的工频分量除外的全波有效值是否大于其空投饱和门槛值；
判据2：并联电抗器三相电流工频基波有效值的最大值是否低于空投饱和过流闭锁系数定值与并联电抗器额定电流值之乘积；
判据3：并联电抗器当前相电流中的工频基波有效值是否大于并联电抗器有载系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积；
判据4：并联电抗器前一个计算周期的相电流中的工频基波有效值是否小于并联电抗器有流判据定值；
上述判据按相进行判断，任何一相的判据1～4均满足时判定空投饱和判据满足；
所述谐振饱和判据包括：
判据5：并联电抗器相电流的直流分量值是否大于谐振饱和门槛值；
判据6：三相电流工频基波有效值的最大值是否低于谐振饱和过流闭锁系数与并联电抗器额定电流值之乘积；
上述判据按相进行判断，任何一相的判据5、6均满足时判定谐振饱和判据满足。
2.如权利要求1所述的一种并联电抗器的饱和识别方法，其特征在于，
所述空投饱和门槛值的计算方法为：将空投饱和系数与工频基波有效值相乘得到空投饱和门槛值。
3.如权利要求1所述的一种并联电抗器的饱和识别方法，其特征在于，所述谐振饱和门槛值的计算方法为：将谐振饱和系数与工频基波有效值相乘得到谐振饱和门槛值。
4.如权利要求1所述的一种并联电抗器的饱和识别方法，其特征在于，所述谐振饱和门槛值的计算方法为：计算并联电抗器谐振饱和启动系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积、并联电抗器谐振饱和制动系数定值与并联电抗器每相电流中的工频基波有效值的乘积，取两者中的最大值作为谐振饱和门槛值。
5.如权利要求1所述的一种并联电抗器的饱和识别方法，其特征在于，当判定并联电抗器饱和时，闭锁并联电抗器匝间保护或加大并联电抗器匝间保护的延时，防止并联电抗器匝间保护误动。
6.一种并联电抗器的饱和识别装置，其特征在于，包括：
采集单元：用于采集并联电抗器绕组三相电流；
计算单元：用于计算每相电流中的直流分量值、工频基波有效值、工频分量除外的全波有效值；
门槛值设定单元：根据所述工频基波有效值计算空投饱和门槛值和谐振饱和门槛值；
判定单元：用于进行空投饱和判据和谐振饱和判据的判断；如果所述空投饱和判据和谐振饱和判据中任何一个满足且持续时间达到设定延时后，则判定并联电抗器饱和；
所述判定单元中，包括空投饱和判据单元，所述空投饱和判据单元包括：
空投判据子单元一：判断并联电抗器相电流的工频分量除外的全波有效值是否大于其空投饱和门槛值；
空投判据子单元二：判断并联电抗器三相电流工频基波有效值的最大值是否低于空投饱和过流闭锁系数定值与并联电抗器额定电流值之乘积；
空投判据子单元三：判断并联电抗器当前相电流中的工频基波有效值是否大于并联电抗器有载系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积；
空投判据子单元四：判断并联电抗器前一个计算周期的相电流中的工频基波有效值是否小于并联电抗器有流判据定值；
上述空投判据子单元一～四按相进行判断，任何一相四个单元均满足时判定空投饱和判据满足；
所述判定单元中，包括谐振饱和判据单元，所述谐振饱和判据单元包括：
谐振判据子单元一：判断并联电抗器相电流的直流分量值是否大于谐振饱和门槛值；
谐振判据子单元二：判断三相电流工频基波有效值的最大值是否低于谐振饱和过流闭锁系数与并联电抗器额定电流值之乘积；
上述谐振判据子单元一、二按相进行判断，任何一相的两个单元均满足时判定谐振饱和判据满足。
7.如权利要求6所述的一种并联电抗器的饱和识别装置，其特征在于，
所述门槛值设定单元中将空投饱和系数与工频基波有效值相乘得到空投饱和门槛值。
8.如权利要求6所述的一种并联电抗器的饱和识别装置，其特征在于，所述门槛值设定单元中将谐振饱和系数与工频基波有效值相乘得到谐振饱和门槛值。
9.如权利要求6所述的一种并联电抗器的饱和识别装置，其特征在于，所述门槛值设定单元中计算并联电抗器谐振饱和启动系数定值与并联电抗器额定电流值的乘积、并联电抗器谐振饱和制动系数定值与并联电抗器每相电流中的工频基波有效值的乘积，取两者中的最大值作为谐振饱和门槛值。
10.如权利要求6所述的一种并联电抗器的饱和识别装置，其特征在于，还包括防误处理单元，当判定并联电抗器饱和时，闭锁并联电抗器匝间保护或加大并联电抗器匝间保护的延时，防止并联电抗器匝间保护误动。
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