CN113030553B - 1%串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法 - Google Patents

1%串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种1%串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，利用谐波阻抗特性随串抗匝间短路发生而显著变化的特点，对串抗匝间短路进行可靠监测；提出归算至变压器低压侧的等值电路计算方法，以及谐波电流放大及分配关系的计算方法；可以分析在变压器和并容的不同运行方式下，5次谐波电流放大程度及并容谐波过载的状态；通过监测分析变压器三侧电流中5次谐波的比例关系，可以监测谐波放大以及被并容吸收的状态，及时发出告警信息，避免变电站系统出现5次谐波电流长期放大现象。本发明通过监测变压器低压侧及并容回路三相谐波电流不平衡度，监测1%串抗匝间短路故障，及时发出告警信息，避免串抗因匝间短路引发设备损坏或火灾事故。

Description

1%串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法
技术领域
本发明属于电力系统谐波异常及设备故障在线监测领域，尤其涉及一种1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法。
背景技术
变电站变压器低压侧通常采用1％电抗率的串联电抗器(以下简称1％串抗)的并联电容器组(以下简称并容)，作为变电站系统无功功率补偿。1％串抗的并容，易放大负载电流中的5次谐波电流，在并容回路中形成5次滤波通路，造成串抗谐波严重过载，导致串抗匝间短路。因此，监测1％串抗的谐波电流放大、过载与匝间短路信息，对防止串抗匝间短路后起火燃烧等隐患非常有必要。
根据电力工程典型化设计，220kV、110kV变电站，变压器低压侧一般不接入负荷，承担无功补偿装置的接入作用。并容作为无功补偿的一种形式，配置1％、5％(6％)或12％电抗率的串抗。串抗一般起限制并容投切时涌流的作用，电抗率越大，限制涌流的作用越大。同时， 5％(6％)串抗对5次谐波放大有抑制作用，12％串抗对3次谐波放大有抑制作用。
220kV变电站的变压器一般分高、中、低压三侧，对应220kV、110kV、35(20、10)kV三个电压等级。110kV变电站的变压器一般分高、低压两侧，对应110kV、20(10)kV两个电压等级。一般负载含有3、5、7次谐波，为防止并容投入时引起谐波放大和吸收，并容需要配置5(6)％串抗。由于电力工程典型化设计的局限性，2015年前投运的变电站，广泛采用了1％串抗的并容，仅用于抑制涌流，无法抑制谐波放大和吸收。
根据电力行业统计数据，2017-2020年，浙江电网1％串抗发生故障30余起，平均每年10 起左右，故障发生率较高。多起故障案例故障录波图显示，1％串抗发生匝间短路时，5次谐波电流含有率达50％以上。串抗匝间短路后起火燃烧，由于没有相应的电气监测信号和保护动作，串抗燃烧至接地后并容开关才跳闸，火灾隐患及次生故障危害非常大。
1％串抗发生匝间短路故障后起火燃烧，燃烧的为A相时，对变电站系统谐波放大进行等值和仿真模拟，结果表明：
(1)配置1％串抗，能在并容投切时将涌流限制在并容额定电流的100倍以内，但无法解决5次谐波放大的问题。目前，没有相关标准对1％串抗的并容发生5次谐波放大进行监测或保护。
(2)根据浙江电网1％串抗故障统计，1％串抗发生匝间短路导致起火燃烧的事件较为常见，故障串抗与谐波放大后电流、电压过载有关。由于1％串抗电感量较小，发生匝间短路时即使会周期性重燃，也无法像12％串抗匝间短路时激发3、5次谐波电流。
(3)根据变电站典型设计和运行方式，变压器在高压侧并列，中压侧两台并列、第三台分列，低压侧分列，变电站一次接线如图1所示。
(4)以变频器为主的负载一般采用六脉动整流，产生的谐波以5、7为主，含少量的3次谐波。对谐波源进行等值计算，发现变压器高压侧等值阻抗与并容阻抗形成了并联谐振条件，对5次谐波电流有显著放大作用，或者在一定运行方式下，变压器电抗与并容阻抗在5次谐波频率下形成理想的滤波器。
发明内容
本发明的目的在于针对1％串抗易发生匝间短路故障且无有效监测手段和保护措施的不足，提供一种1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法。本发明可有效防止串抗匝间短路故障及因此引发的设备损坏和火灾隐患。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，包括以下步骤：
(1)根据变电站接线图和运行方式，收集设备参数、计算设备等值电路；其中，设备包括变压器和并联电容器；
(1.1)收集变电站正常运行方式下设备运行参数；
(1.2)计算变电站系统及设备的电抗、电阻及容抗参数；
(1.3)将设备等值电路参数归算到变压器低压侧电压等级；
(1.4)将等值电路参数进一步归算5次谐波频率下，分析不同运行方式下谐波电流放大及三相不平衡关系；
(2)仿真分析并联电容器正常运行及1％串抗匝间短路时的5次谐波电流放大比例及三相不平衡关系；
(2.1)仿真分析变压器并列运行、并联电容器投入不同数量的多种运行方式下，并联电容器回路谐波电流放大比例及三相不平衡关系；
(3)监测变压器三侧及并联电容器回路谐波电流，计算谐波电流放大比例；当谐波电流显著放大或被并联电容器吸收时，发出5次谐波电流超限告警信息；
(4)监测5次谐波电流放大或吸收条件下的1％串抗谐波过载及匝间短路故障；设定告警阈值，监测并容谐波电流过载和1％串抗匝间短路故障，发出谐波电流过载或串抗匝间短路告警信号。
进一步地，步骤(1)中，收集设备参数、计算设备等值电路，具体包括：电力系统短路电流水平及其等值电阻、电抗计算；变压器参数及其三侧等值电抗计算；并联电容器电路参数及串抗等值电抗、电容等值容抗计算。
进一步地，步骤(1.1)收集如下参数：
(1.1.1)变压器型号、接线组别、变比、容量及短路阻抗百分比；
(1.1.2)变电站最大运行方式及最小运行方式下的系统等值短路阻抗，发电机按无穷大系统考虑；
(1.1.3)并联电容器配置情况及其参数。
进一步地，步骤(3)具体为：
(3.1)监测分析变压器三侧电流，计算基波电流及5次谐波电流；
(3.2)计算谐波电流放大比例，当变压器低压侧任意一相的5次谐波电流放大比例大于 150％，且归算至变压器低压侧的任意一相5次谐波电流有效值大于150A时，发出谐波电流放大告警信息。
进一步地，步骤(4)具体为：在并联电容器放大或吸收大量5次谐波电流时，监测变压器低压侧及并联电容器的三相5次谐波电流；当并联电容器回路任意一相的5次谐波电流有效值大于基波额定电流值的0.15倍时，表示并容5次谐波过载；当并联电容器回路任意一相的5 次谐波电流有效值大于基波额定电流值0.3倍时，表示串抗发生匝间短路。
进一步地，当1％串抗电感量损失在25％～100％时，三相谐波电流不平衡度在10％～40％之间。
本发明的有益效果是：本发明提出了5次谐波放大的监测方法，可防止因谐波放大导致电力系统谐波过载及电压畸变。本发明针对变压器低压侧或并容5次谐波含量激增，以及1％串抗匝间短路后故障相与非故障相电流显著不对称的特点，提出了1％串抗匝间短路故障识别方法，填补了当前1％串抗运维和保护的不足。本发明针对1％串抗发生匝间短路，提出告警或跳闸动作的方法，防止故障扩大导致设备损坏或引发火灾危害。
附图说明
图1为某220kV变电站电气一次接线简图，其中110kV侧接入负载及谐波源；
图2为某220kV变电站1％串抗匝间短路时并容回路的故障录波图；
图3为某220kV变电站系统等值电路图；其中，XS为上级电网等值短路电抗，XL-3、XL-4分别为#3变压器、#4变压器的并容电抗，XC-3、Xc-4分别为#3变压器、#4变压器的并容容抗， Xgt3、Xgt4分别为#3变压器、#4变压器的低压侧限流电抗器的电抗；I5为谐波源电流，设定为标准值100A；
图4为某220kV变电站系统等值电路归算简化图，其中，XL-T3、XLT-4分别#3变压器、#4变压器回路的等值感抗，XC-T3、XC-T4分别#3变压器、#4变压器回路的等值容抗；
图5为理想谐波源下的变电站系统等效电路图；其中，XL5为感性谐波电抗，XC5为容性谐波电抗，I5为谐波源电流，IC5为流经容性谐波电抗的电流，IL5为流经感性谐波电抗的谐波电流；
图6为串抗匝间短路时电磁感应原理图；
图7为某220kV变电站#6并容1％串抗匝间短路时有功/无功变化分析图；
图8为1％串抗匝间短路25％电感量损失时，谐波电流在三相电路的分配关系示意图；
图9为变压器三侧谐波电流放大及分配的监测原理图；其中，CT1、CT2、CT3分别为变压器高、中、低压侧的电流互感器，CT31、CT32为并容回路的电流互感器，I5为谐波源电流。
具体实施方式
本发明一种1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，利用谐波阻抗特性随串抗匝间短路发生而显著变化的特点，对串抗匝间短路进行可靠监测。
本发明通过建模仿真，揭示了5次谐波电流放大及被1％串抗并容吸收的机理，解释了1％串抗频繁发生匝间短路故障的现象；结合多起故障案例统计分析，还原了5次谐波电流放大及三相不平衡的原因，验证了建模仿真的结论，即1％串抗发生匝间短路是因长期承受谐波过载。
如图2所示，某220kV变电站1％串抗发生匝间短路且未接地短路前(即图2中第4通道零序电流出现前)，故障并容5次谐波电流含量分别为A相27％、B相47％、C相52％。图2 中第1-4通道(从上至下)分别为故障并容A、B、C相及零序电流(含少量负载电流)。
根据录波记录，#6并容故障后，#3变压器和并容的基波电流、5次谐波电流如表1所示。
表1：#6并容故障后基波和谐波电流统计表
Figure GDA0003146191970000041
Figure GDA0003146191970000051
对于谐波阻抗特性，根据1％串抗的并容及变压器三侧阻抗在110kV母线端口处等值计算，发现并容阻抗、变压器阻抗及高压侧系统阻抗在不同运行方式下形成了并联谐振条件和接近理想的滤波器回路。在中压侧放大的5次谐波，由1％串抗的并容大量吸收，导致串抗长期处于谐波电流过载状态，易引发局部或整体高温。同时，5次谐波电势远大于基波电势，造成串抗匝间绝缘加速老化或失效，最终导致匝间故障。
在本故障案例中，当1％串抗发生匝间短路时，根据表1可知，#6并容的串抗实际电势(基波电势+谐波电势)，A相为3.01倍基波电势，B相为3.6倍基波电势，C相为4.0倍基波电势；#6并容的实际电势，A相为1.083倍基波电势，B相为1.10倍基波电势，C相为基波电势的1.12倍。由此可见，串抗及并容均处于过电压状态。
总之，采用1％串抗的并容，由于电路参数匹配的原因，必然会形成谐波电流放大和吸收，造成并容谐波电流及电压过载，导致串抗匝间短路故障。某220kV变电站并容谐波电流放大、过载及三相不平衡统计如表2所示。因此，需要对1％串抗匝间短路提供一种可靠、准确的监测方法。
表2：#6并容谐波电流放大、过载及三相不平衡统计表(串抗短路接地前)
Figure GDA0003146191970000052
Figure GDA0003146191970000061
注：()内数值为归算到20kV侧的电流值。
本故障案例中，串抗起火燃烧，汇流铝排熔断接地，引起零序保护动作。故障录波显示，负载的3、5、7次谐波电流较小。串抗匝间短路发生时，因其电感量偏小，等值电感及电阻值变化不明显，不宜采用测量阻抗的方法监测。
本发明提出了归算至变压器低压侧的等值电路计算方法，以及谐波电流放大及分配关系的计算方法。通过该方法可以分析在变压器和并容的不同运行方式下，5次谐波电流放大程度及并容谐波过载的状态。本发明通过监测分析变压器三侧电流中5次谐波的比例关系，可以监测谐波放大以及被并容吸收的状态，及时发出告警信息，避免变电站系统出现5次谐波电流长期放大现象。本发明通过监测变压器低压侧及并容回路三相谐波电流不平衡度，可以监测1％串抗匝间短路故障，及时发出告警信息，避免串抗因匝间短路引发设备损坏或火灾事故。
本发明的故障案例中，5次谐波电流数值如表1所示，5次谐波电流的放大及吸收对串抗等值电感变化非常敏感，故障相与非故障相电流差别显著，比例关系约为100:150。具体地，本发明包括以下步骤：
(1)根据变电站接线图和运行方式，收集设备(变压器和并联电容器)参数、计算变电站系统等值电路，主要工作包括：变电站系统短路电流水平及其等值电阻、电抗计算；变压器参数及其三侧等值电抗计算；并联电容器电路参数及串抗等值电抗、电容等值容抗计算。
(1.1)收集变电站正常运行方式下设备运行参数，如下：
(1.1.1)变压器型号、接线组别、变比、容量及短路阻抗百分比；
(1.1.2)变电站最大运行方式及最小运行方式下的系统等值短路阻抗，发电机按无穷大系统考虑；
(1.1.3)并联电容器配置情况及其参数。
(1.2)计算变电站系统及设备的电抗、电阻及容抗参数。
(1.3)为计算方便，将设备等值电路参数归算到变压器低压侧电压等级。本故障案例中，为了变电站系统等值及谐波阻抗分析方便起见，根据变电站系统运行方式从变压器三侧进行等值计算，并将等值参数归算至低压侧，再进行谐波分析。
根据图1，在#3变压器和#4变压器并列、#6并联电容器组故障的运行方式下，变电站系统的等值电路如图3所示。各设备等值阻抗归算到低压侧的计算如下：
(1.3.1)变压器三侧阻抗计算为：
Figure GDA0003146191970000071
Figure GDA0003146191970000072
Figure GDA0003146191970000073
Figure GDA0003146191970000074
Figure GDA0003146191970000075
Figure GDA0003146191970000076
其中，XT3-1、XT3-2、XT3-3分别为#3变压器高、中、低压侧的等值短路电抗；XT4-1、XT4-2、XT4-3分别为#4变压器高、中、低压侧的等值短路电抗；UK1-2、UK2-3、UK1-3分别为#3变压器高压侧 -中压侧、中压侧-低压侧、高压侧-低压侧的短路阻抗百分比；U’K1-2、U’K2-3、U’K1-3分别为#4 变压器高压侧-中压侧、中压侧-低压侧、高压侧-低压侧的短路阻抗百分比；Ue为#3、#4变压器低压侧额定相电压
Figure GDA0003146191970000077
Ie-3、Ie-4为#3、#4变压器低压侧额定相电流，对于180MVA容量的变压器，
Figure GDA0003146191970000078
(1.3.2)变电站系统阻抗为：
Figure GDA0003146191970000079
其中，XS为高压侧系统等值短路电抗，230kV为上级电网电源端口平均电压，30kA为变压器高压侧短路电流，
Figure GDA00031461919700000710
为变压器高压侧-低压侧电压变比平方值。
(1.3.3)低压侧设备的电抗及容抗值。
根据图3，公式(1)-(4)的设备电抗及容抗计算结果如表3-7所示。
表3：变电站系统等值电路计算表
短路水平(kA) 高压侧电抗(Ω) 归算至低压侧等值电抗(Ω)
30 4.43 0.033(基波)/0.167(5次谐波)
表4：#3变压器(180MVA、220/110/20kV)参数等值计算表
Figure GDA0003146191970000081
表5：#4变压器(240MVA、220/110/20kV)参数等值计算表
Figure GDA0003146191970000082
表6：#3、#4变压器低压侧限流电抗器等值计算表
Figure GDA0003146191970000083
表7：并容(TBB12-20-12000)参数等值计算表
Figure GDA0003146191970000091
(1.4)将等值电路参数进一步归算5次谐波频率下，分析不同运行方式下的谐波电流放大及分配关系。
(1.4.1)等值阻抗特性计算：按照表3-7的计算数据，根据图4进行5次谐波电流阻抗特性计算。
(1.4.1.1)变压器并列，存在以下运行方式：
运行方式一：#3变压器低压侧投入2组并容，#4变压器低压侧投入2组并容。
运行方式二：#3变压器低压侧投入1组并容，#4变压器低压侧投入1组并容。
运行方式三：#3变压器低压侧投入2组并容，#4变压器低压侧投入3组并容。
运行方式四：#3变压器低压侧投入1组并容，#4变压器低压侧投入2组并容。
变压器高压侧短路水平按照30kA考虑，不同运行方式下的5次谐波等值阻抗特性计算结果见表8(归算至20kV电压等级)。
表8：5次谐波频率下不同运行方式的电路等值电抗、容抗
Figure GDA0003146191970000092
Figure GDA0003146191970000101
从表8的计算结果中，可以看出：
运行方式一中，#3变压器侧的并容吸收了大部分负载谐波电流，近似形成了5次谐波滤波器，谐波放大作用不显著；
运行方式二中，#3、#4变压器侧的并容5次谐波阻抗呈容性且数值接近，平均吸收了5 次谐波电流，谐波放大作用显著。
运行方式三中，#3变压器侧的并容5次谐波阻抗呈容性，#4变压器侧的并容5次谐波阻抗呈感性，感抗与容抗值接近且数值偏小；#3变压器侧并容吸收大量5次谐波电流时，谐波放大作用显著；
运行方式四中，#4变压器侧并容吸收大量5次谐波电流时，谐波放大作用显著。
(1.4.1.2)变压器分列运行
在#3变压器、#4变压器中压侧分列运行情况下，投入不同数量的并容，主要存在以下两种运行方式：
运行方式五：#3变压器低压侧投入1组并容，#4变压器低压侧并容不投入；
运行方式六：#4变压器低压侧投入2组并容，#4变压器低压侧并容不投入。
不同运行方式下的5次谐波等值阻抗特性计算结果见表9(归算至20kV电压等级)。
表9：5次谐波频率下不同运行方式电路等值电抗、容抗
运行方式五 运行方式六
电源侧等值感抗 +1.8317 +1.8317
变压器低压侧等值电抗(容抗) -2.6788 -0.1788
从表9的计算结果中，可以看出：
运行方式一中，并容基本吸收大部分的负载谐波电流，谐波放大显著；
运行方式二中，并容基本吸收大部分的负载谐波电流，成为了实际的5次谐波滤波器，谐波放大不显著。
(1.4.2)5次谐波电流放大及分配计算
在理想谐波电流源下，谐波电流进入由感性及容性谐波电抗下的两个支路后(图5)，谐波电流放大及分配可用下式进行计算。
I5＝-IC5+IL5 (5)
UC5＝IC5·XC5 (6)
UL5＝IL5·XL5 (7)
UL5＝UC5 (8)
其中，I5为谐波源电流，IC5为流经容性谐波电抗的电流，IL5为流经感性谐波电抗的谐波电流； XL5为感性谐波电抗，XC5为容性谐波电抗，UL5为感性谐波电压，UC5为容性谐波电压。
对公式(5)-(8)解方程得出：
Figure GDA0003146191970000111
Figure GDA0003146191970000112
据公式(9)、(10)，以及表8中运行方式三的计算结果，得到谐波电流放大及分配关系为：并容侧放大3.25倍，变压器高压侧放大2.25倍，谐波电流共计放大5.5倍。
Figure GDA0003146191970000113
Figure GDA0003146191970000114
据公式(9)、(10)，以及表8中运行方式一的计算结果，得到谐波分配比例为：并容侧放大1.173倍，变压器高压侧放大0.173倍，谐波电流共计放大1.34倍。
Figure GDA0003146191970000115
Figure GDA0003146191970000116
(2)通过计算机建模，仿真分析1％串抗匝间短路时的5次谐波电流放大及分配关系。
1％串抗在5次谐波过载或放大时发生匝间短路故障，引起串抗电感及电阻值发生变化，电感及电阻值随短路线匝数增多而增大。1％串抗发生匝间短路的电磁感应原理如图6所示，其中，N11、N13是正常线匝，N12是短路线匝，I1是流经串抗的电流，N2是短路线匝等值电路的匝数，I2是等值电路的电流。短路线匝与周边正常线匝达到安匝平衡后，短路线匝的短路电流增至数十倍，消耗了短路线匝的数百倍有功功率。对故障线匝电阻进行等值电路计算：
Figure GDA0003146191970000117
其中，R12是故障线匝等值电阻，Rs为(正常)单位线匝电阻。
根据理论计算和实测，1％串抗发生匝间短路，当短路线匝N12在1～10匝规模时，短路电流I2约为60～80倍I1，即I2/I1＝(60～80)倍。由于1％串抗率线圈需要多匝并联设计，12％、5％串抗短路电流小于I2。随着短路线匝规模增大，需要更多的正常线匝参与安匝平衡，因此电感量损失、等值电阻也越大。
本故障案例的故障录波如图7所示，1％串抗在5次谐波过载或放大期间匝间短路故障时，故障相与非故障相的有功损耗出现显著差异。其中，T2是串抗匝间短路开始时刻，T1是匝间短路发展到接地前时刻，T2和T1有功损耗差值分别为112kW和215kW，无功损耗差值为分别为1kVar和80kVar。故障期间及接地前时刻故障相有功损耗占比为112/4200(约为2.5％) 及215/4200(约为5.0％)，远远超出了1％串抗正常水平。
基于图1和表7开展仿真分析，结果显示1％串抗匝间短路故障期间，三相电流中的5次谐波出现显著不平衡。
按照1％串抗电感量损失25％、50％、100％三种情况，对应等值电阻相应增至50倍、100 倍、200倍开展计算，结果如表10。1％串抗匝间故障且电感量损失25％时，三相5次谐波分配仿真如图8所示。
表10：#6并容串抗电感量不同损失下谐波电流
Figure GDA0003146191970000121
(3)监测变压器三侧和并容回路的5次谐波电流放大及分配关系，谐波电流放大及分配计算原理如图5所示。
(3.1)利用图9中所示的电流互感器CT1～CT3，监测计算变压器三侧和并容回路基波、5 次谐波电流。
(3.2)计算谐波放大比例及程度。
根据公式(12)、(13)、(14)计算变压器低压侧三相5次谐波电流放大比例：
Figure GDA0003146191970000122
Figure GDA0003146191970000123
Figure GDA0003146191970000131
其中，Ih1(5)-A、Ih1(5)-B、Ih1(5)-C为变压器高压侧三相5次谐波电流有效值，Ih2(5)-A、Ih2(5)-B、Ih2(5)-C为变压器中压侧三相5次谐波电流源有效值，Ih3(5)-A、Ih3(5)-B、Ih3(5)-C为变压器低压侧三相5次谐波电流有效值；N’13和N’23分别为变压器高-低、中-低变比；KA(％)、KB(％)、KC(％)为变压器低压侧三相5次谐波电流放大比例。公式(12)～(14)中谐波电流值均取绝对值。
当KA(％)、KB(％)、KC(％)中任一值大于150％，且任一相的N’13Ih1(5)+N’23Ih2(5)+Ih3(5)≥150A 时，发出告警信号。其中，Ih1(5)为变压器高压侧5次谐波电流有效值，Ih2(5)为变压器中压侧5 次谐波电流有效值，Ih3(5)为变压器低压侧5次谐波电流有效值。
(4)监测在5次谐波电流放大并过载情况下1％串抗匝间短路故障
根据表10，1％串抗的并容放大或吸收大量5次谐波后，一旦发生匝间短路，当1％串抗电感量损失在25～100％时，三相谐波电流的不平衡度在10～40％之间。对流经并容的5次谐波三相不平衡度进行监测，可及时发现串抗匝间短路故障。
图9中所示的电流互感器CT31、CT32监测并容回路5次谐波过载，当满足如下公式(15) ～(17)时，发出告警信号：
Ih31(5)-A≥0.15IE (15)
Ih31(5)-B≥0.15IE (16)
Ih31(5)-C≥0.15IE (17)
其中，Ih31(5)-A、Ih31(5)-B、Ih31(5)-C分别为CT31所在回路的三相5次谐波电流有效值，IE为CT31 所在回路的基波额定电流值。
CT32所在回路同CT31所在回路，当满足以下公式(18)～(20)时，可判定在5次谐波电流过载同时串抗发生了匝间短路故障，触发告警信号：
Ih32(5)-A≥0.3IE (18)
Ih32(5)-B≥0.3IE (19)
Ih32(5)-C≥0.3IE (20)
Figure GDA0003146191970000132
其中，Ih32(5)-A、Ih32(5)-B、Ih32(5)-C分别为CT32所在回路的三相5次谐波电流有效值，IE也为CT32 所在回路的基波额定电流值。Ih32(5)-max、Ih32(5)-min为变压器低压侧或并容回路5次谐波电流最大值和最小值。
5次谐波频率下，当某一相串抗电感损失后，并容三相回路的等值容抗变化较大，按电感量损失25％、50％、75％、100％划分，串抗电感量损失与等值容抗变化关系见表11。
表11：5次谐波频率下串抗电感量损失与等值容抗
Figure GDA0003146191970000141
由表11可见，5次谐波频率下，1％串抗电感量损失100％后，谐波阻抗变化显著，谐波电流三相不平衡度也较大。

Claims (6)

1.一种1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据变电站接线图和运行方式，收集设备参数、计算设备等值电路；其中，设备包括变压器和并联电容器；
(1.1)收集变电站正常运行方式下设备运行参数；
(1.2)计算变电站系统及设备的电抗、电阻及容抗参数；
(1.3)将设备等值电路参数归算到变压器低压侧电压等级；
(1.4)将等值电路参数进一步归算5次谐波频率下，分析不同运行方式下5次谐波电流放大及三相不平衡关系；
(2)仿真分析并联电容器正常运行及1％串抗匝间短路时的5次谐波电流放大比例及三相不平衡关系；
(2.1)仿真分析变压器并列运行、并联电容器投入不同数量的多种运行方式下，并联电容器回路谐波电流放大比例及三相不平衡关系；
(3)监测变压器三侧及并联电容器回路5次谐波电流，计算5次谐波电流放大比例；当5次谐波电流显著放大或被并联电容器吸收时，发出5次谐波电流超限告警信息；
(4)监测5次谐波电流放大或吸收条件下的1％串抗谐波电流过载及匝间短路故障；设定告警阈值，监测并联电容器谐波电流过载和1％串抗匝间短路故障，发出谐波电流过载或串抗匝间短路告警信号。
2.如权利要求1所述1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，其特征在于，步骤(1)中，收集设备参数、计算设备等值电路，具体包括：电力系统短路电流水平及其等值电阻、电抗计算；变压器参数及其三侧等值电抗计算；并联电容器电路参数及串抗等值电抗、电容等值容抗计算。
3.如权利要求1所述1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，其特征在于，步骤(1.1)收集如下参数：
(1.1.1)变压器型号、接线组别、变比、容量及短路阻抗百分比；
(1.1.2)变电站最大运行方式及最小运行方式下的系统等值短路阻抗，发电机按无穷大系统考虑；
(1.1.3)并联电容器配置情况及其参数。
4.如权利要求1所述1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，其特征在于，步骤(3)具体为：
(3.1)监测分析变压器三侧电流，计算基波电流及5次谐波电流；
(3.2)计算谐波电流放大比例，当变压器低压侧任意一相的5次谐波电流放大比例大于150％，且归算至变压器低压侧的任意一相5次谐波电流有效值大于150A时，发出谐波电流放大告警信息。
5.如权利要求1所述1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，其特征在于，步骤(4)具体为：在并联电容器放大或吸收大量5次谐波电流时，监测变压器低压侧及并联电容器的三相5次谐波电流；当并联电容器回路任意一相的5次谐波电流有效值大于基波额定电流值的0.15倍时，表示并联电容器5次谐波过载；当并联电容器回路任意一相的5次谐波电流有效值大于基波额定电流值0.3倍时，表示串抗发生匝间短路。
6.如权利要求1所述1％串抗并联电容器谐波放大、过载与匝间短路监测方法，其特征在于，当1％串抗电感量损失在25％～100％时，三相谐波电流不平衡度在10％～40％之间。
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