CN112968423B - 过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法 - Google Patents

过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法 Download PDF

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Abstract

过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，属于变压器安全运行技术领域。包括故障保护装置，还包括如下步骤：步骤a，获取接地变压器高压绕组三相电流值；步骤b，计算接地变压器高压绕组三相电流的有效值和零序电流；步骤c，接地变压器高压绕组电流值是否大于以低压侧容量计算的高压绕组额定电流IN2的1.5倍，若大于执行步骤d，否则执行步骤f；步骤d，判断是否存在零序电流，存在零序电流执行步骤e，否则执行步骤g；步骤e，输出过电流保护闭锁指令；步骤f，接地变压器运行正常；步骤g，发出跳闸指令。本故障保护方法，可在接地变压器低压绕组发生单匝匝间短路故障时达到动作定值，及时发出跳闸指令，防止接地变压器的烧毁。

Description

过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法
技术领域
过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，属于变压器安全运行技术领域。
背景技术
中压配电网中的主变压器低压侧一般采用三角形接线方式，无直接用于消弧线圈或接地电阻接地的中性点。随着城市电网中电缆线路比重的增加，系统发生单相接地故障时的电容电流越来越大，电弧无法自行熄灭，易引起电气设备绝缘击穿、相间短路等故障，传统的中性点不接地运行方式已不能满足电力系统安全稳定运行的要求。因此，接地变压器在我国大中型变电站中被普遍采用，为中性点不接地系统提供经消弧线圈或接地电阻接地的中性点，从而有效抑制了弧光接地过电压的产生，同时其低压侧为变电站内部设备供电，节省建设成本和占地面积。可见，接地变压器对电力系统的安全稳定运行具有十分重要的作用。
由于接地变压器的绕组接线方式和运行工况更复杂，易发生绕组匝间短路故障，尤其是低压绕组发生匝间短路故障时往往会引起变电站供电中断并可能扩大事故，有必要对其进行在线监测，及时发现故障，以免扩大事故。
目前接地变压器继电保护装置的基本配置为电流速断保护和过电流保护。由于接地变压器高、低压侧容量相差较大，现有高压侧过电流保护的动作定值以高压侧容量为基准进行计算，当低压绕组发生单匝匝间短路故障时，高压侧电流即使增大亦达不到保护动作的定值，无法起到保护作用。因此，设计一种在匝间短路故障早期及时发现并切除故障，以免接地变压器烧毁的技术方案成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过将接地变压器高压侧过电流保护动作定值改为以低压侧容量为基准计算出的高压绕组额定电流IN2的1.5倍，可在接地变压器低压绕组发生单匝匝间短路故障时达到动作定值，及时发出跳闸指令，有效防止了接地变压器烧毁的过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，其特征在于：包括故障保护装置，还包括如下步骤：
步骤a，故障保护装置获取接地变压器高压绕组A、B、C三相的电流值IA、IB、IC；
步骤b，故障保护装置计算接地变压器高压绕组三相电流的有效值和接地变压器高压侧零序电流的大小；
步骤c，故障保护装置判断接地变压器高压绕组电流值是否大于以低压侧容量为基准计算的高压绕组额定电流IN2的1.5倍，若接地变压器高压绕组电流值大于高压绕组额定电流IN2的1.5倍，执行步骤d，否则执行步骤f；
步骤d，故障保护装置判断接地变压器高压侧绕组是否存在零序电流，如果存在零序电流，执行步骤e，如果不存在零序电流，执行步骤g；
步骤e，故障保护装置输出过电流保护闭锁指令；
步骤f，故障保护装置判定接地变压器运行正常；
步骤g，故障保护装置判断出接地变压器低压绕组发生匝间短路故障，发出跳闸指令。
优选的，所述的故障保护装置包括电流互感器、信号采集单元、逻辑分析单元以及通讯单元，电流互感器设置有三个，分别连接在接地变压器高压绕组的三相上，电流互感器的输出端连接信号采集单元的输入端，信号采集单元的输出端连接逻辑分析单元的输入端，逻辑分析单元的输出端连接通讯单元的输入端。
优选的，所述的三个电流互感器的输出端还分别与一一对应的电流比较模块的输入端相连，所有电流比较模块的输出端同时接入与门芯片的一个输入端，所述逻辑分析单元输出端电流保护闭锁指令接入与门芯片的另一个输入端。
优选的，所述高压绕组额定电流IN2的计算公式为：
Figure BDA0002937683700000021
其中，IN2代表以低压侧容量为基准计算出的高压绕组额定电流，SN2代表接地变压器低压侧容量，UN1代表接地变压器高压侧额定电压。
优选的，所述的电流比较模块为过电流继电器。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
在本过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法中，通过将接地变压器高压侧过电流保护动作定值改为以低压侧容量为基准计算出的高压绕组额定电流IN2的1.5倍，可在接地变压器低压绕组发生单匝匝间短路故障时达到动作定值，及时发出跳闸指令，有效防止了接地变压器的烧毁。
系统发生单相接地故障时，接地变压器中性点消弧线圈投入运行引起高压侧电流增大，通过检测接地变压器高压侧零序电流存在将过电流保护闭锁，防止过电流保护误动。
在本过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法中，所需的电流信号从接地变压器高压侧已有的电流互感器上采集，无需增加新的设备，节省成本。
附图说明
图1为过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法流程图。
图2为过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护装置原理方框图。
图3为接地变压器接线图。
具体实施方式
图1～3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～3对本发明做进一步说明。
如图1所示，过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，包括如下步骤：
步骤1001，步骤1001，获取接地变压器电流信号；
如图3所示，接地变压器B1高压侧A、B、C三相绕组的输入端分别通过断路器QF1～QF3与输电线路A、B、C三相相连，接地变压器B1不仅为变电站一、二次设备提供工作电源，还为不接地系统创建接入消弧线圈的中性点。在接地变压器B1高压侧A、B、C三相绕组的输入端与断路器QF1～QF3之间的线路上分别安装有电流互感器CT1～CT3。电流互感器CT1～CT3的一个输出端分别接入电流比较模块U1～U3的一端，电流互感器CT1～CT3的另一个输出端接地，电流比较模块U1～U3的另一个输入端接地。电流比较模块采用市售常见的过电流继电器实现，当电流互感器CT1～CT3任一个采集到的电流值的输出端。电流比较模块U1～U3的输出端同时接入与门芯片U4的一个输入端。
同时结合图2，设置有过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护装置，过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护装置包括电流传感器(即电流互感器CT1～CT3)、信号采集单元、逻辑分析单元以及通讯单元，电流互感器的输出端连接信号采集单元的输入端，通过电流传感器得到对接地变压器B1高压绕组三相的电流值IA、IB、IC。信号采集单元的输出端连接逻辑分析单元的输入端，逻辑分析单元的输出端连接通讯单元的输入端。在接地变压器的低压绕组上同样设置有电流互感器，对低压绕组的电流值进行采集。
电流传感器的输出端与信号采集单元的信号输入端相连，信号采集单元的输出端与逻辑分析单元的输入端相连，信号采集模块将低压绕组电流传感器和高压绕组电流传感器送入的电流信号送入逻辑分析模块进行判断，逻辑分析模块送入通讯单元。上述与门芯片U4的另一个输入端与逻辑分析模块相连。
步骤1002，计算接地变压器电流信号有效值和零序电流；
逻辑分析单元根据信号采集模块送入的数据，分别计算接地变压器高压绕组三相电流的有效值，其计算公式为：
Figure BDA0002937683700000031
其中，i(t)代表接地变压器高、低压侧的电流互感器测得的电流瞬时值，T代表时间，取0.1s。
逻辑分析单元同时计算接地变压器高压侧零序电流的大小，其计算公式为：
Figure BDA0002937683700000041
式中，
Figure BDA0002937683700000042
代表接地变压器高压侧零序电流，
Figure BDA0002937683700000043
分别代表接地变压器高压绕组三相电流。
步骤1003，判断接地变压器高压绕组电流值是否大于以低压侧容量为基准计算的高压绕组额定电流IN2的1.5倍；
逻辑运算单元判断接地变压器高压绕组电流值是否大于高压绕组额定电流IN2的1.5倍，若接地变压器高压绕组电流值大于高压绕组额定电流IN2的1.5倍，执行步骤1004，否则执行步骤1006。
高压绕组额定电流IN2的计算公式为：
Figure BDA0002937683700000044
其中，IN2代表以低压侧容量为基准计算出的高压绕组额定电流，SN2代表接地变压器低压侧容量，UN1代表接地变压器高压侧额定电压。
步骤1004，判断接地变压器高压侧是否存在零序电流；
逻辑运算单元判断接地变压器高压侧绕组是否存在零序电流，如果存在零序电流，执行步骤1005，如果不存在零序电流，执行步骤1007。
步骤1005，过电流保护闭锁；
逻辑运算单元向上述的与门芯片U4输出过电流保护闭锁指令，防止系统单相接地故障导致保护误动。
步骤1006，接地变压器继续运行正常。
逻辑分析模块判定接地变压器运行正常。
步骤1007，发出跳闸指令；
逻辑分析模块判断出接地变压器低压绕组发生匝间短路故障，发出跳闸指令并通过通讯模块将判断结果进行传输。
具体工作过程及工作原理如下：
接地变压器B1高压侧A、B、C三相绕组的输入端分别通过断路器QF1～QF3与输电线路A、B、C三相相连，接地变压器B1不仅为变电站一、二次设备提供工作电源，还为不接地系统创建接入消弧线圈的中性点。在运行过程中，电流互感器CT1～CT3实时采集对接地变压器B1高压绕组三相的电流值IA、IB、IC，并将采集到的电流值分别送入信号采集单元和电流比较模块。
当电流互感器输出端电流值大于电流比较模块的动作值时，电流比较模块输出信号，闭锁模块在保护不需要闭锁时输出高电平信号，在保护需要闭锁时输出低电平信号，当电流比较模块任一相有输出且不被闭锁时，与门芯片输出高电平信号，发出跳闸指令，当检测到接地变压器高压侧存在零序电流时，将保护闭锁，防止消弧线圈投入引起保护误动。
逻辑分析单元根据信号采集模块送入的数据，分别计算接地变压器高压绕组三相电流的有效值以及接地变压器高压侧零序电流的大小，并判断接地变压器高压绕组电流值是否大于高压绕组额定电流IN2的1.5倍；如果接地变压器高压绕组电流值不大于高压绕组额定电流IN2的1.5倍，表示接地变压器继续运行正常。如果接地变压器高压绕组电流值大于高压绕组额定电流IN2的1.5倍，逻辑运算单元判断接地变压器高压侧绕组是否存在零序电流，如果存在零序电流，逻辑运算单元向上述的与门芯片U4输出过电流保护闭锁指令，防止系统单相接地故障导致保护误动。如果不存在零序电流，逻辑分析模块判断出接地变压器低压绕组发生匝间短路故障，发出跳闸指令并通过通讯模块将判断结果进行传输。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，其特征在于：包括故障保护装置，还包括如下步骤：
步骤a，故障保护装置获取接地变压器高压绕组A、B、C三相的电流值IA、IB、IC；
步骤b，故障保护装置计算接地变压器高压绕组三相电流的有效值和接地变压器高压侧零序电流的大小；
步骤c，故障保护装置判断接地变压器高压绕组电流值是否大于以低压侧容量为基准计算的高压绕组额定电流IN2的1.5倍，若接地变压器高压绕组电流值大于高压绕组额定电流IN2的1.5倍，执行步骤d，否则执行步骤f；
步骤d，故障保护装置判断接地变压器高压侧绕组是否存在零序电流，如果存在零序电流，执行步骤e，如果不存在零序电流，执行步骤g；
步骤e，故障保护装置输出过电流保护闭锁指令；
步骤f，故障保护装置判定接地变压器运行正常；
步骤g，故障保护装置判断出接地变压器低压绕组发生匝间短路故障，发出跳闸指令。
2.根据权利要求1所述的过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，其特征在于：所述的故障保护装置包括电流互感器、信号采集单元、逻辑分析单元以及通讯单元，电流互感器设置有三个，分别连接在接地变压器高压绕组的三相上，电流互感器的输出端连接信号采集单元的输入端，信号采集单元的输出端连接逻辑分析单元的输入端，逻辑分析单元的输出端连接通讯单元的输入端。
3.根据权利要求2所述的过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，其特征在于：三个所述电流互感器的输出端还分别与一一对应的电流比较模块的输入端相连，所有电流比较模块的输出端同时接入与门芯片的一个输入端，所述逻辑分析单元输出端电流保护闭锁指令接入与门芯片的另一个输入端。
4.根据权利要求1所述的过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，其特征在于：所述高压绕组额定电流IN2的计算公式为：
Figure FDA0003640531490000011
其中，IN2代表以低压侧容量为基准计算出的高压绕组额定电流，SN2代表接地变压器低压侧容量，UN1代表接地变压器高压侧额定电压。
5.根据权利要求3所述的过电流保护的接地变压器低压绕组匝间短路故障保护方法，其特征在于：所述的电流比较模块为过电流继电器。
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