CN113363939A - 基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法 - Google Patents

基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法 Download PDF

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肖远清
秦嗣友
张恒祥
戴丽君
韩大洋
于昊夫
朱胜孟
韩建
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Beijing Sifang Project Co ltd
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Beijing Sifang Automation Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
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Abstract

本申请公开了基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，包括：采集变压器各侧电流，识别变压器状态，若处于空载合闸状态，则投入励磁涌流判据，若处于运行状态，则采集变压器电压，计算电压变化量，识别电压突变，进而在电压突变时，判别变压器铁芯状态，若铁芯饱和，则投入电压励磁涌流判据，否则通过电流采样值差动判别区内故障，若发生区内故障，则采样值差动动作，退出励磁涌流判据，否则采样值差动不动作，投入励磁涌流判据。本发明能够可靠、快速地识别变压器运行状态，并根据变压器运行状态采取不同的励磁涌流闭锁策略，切除变压器区内故障，使变压器保护准确可靠动作。

Description

基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，涉及一种基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法。
背景技术
特高压直流输电电力传输损耗小，相比交流输电，其在远距离、大容量的输电场合具有独特的优势。近年来特高压直流输电技术得到了大力的发展，传统的纯交流电网开始逐渐转变为交直流混联电网。换流站中电力电子设备的应用，对交流电网的电能质量产生影响，即使采取了谐波抑制措施，仍会向交流电网注入丰富的高次谐波。
在变压器差动保护中，二次谐波制动的方法仍然是励磁涌流判别的主要依据。当发生区内故障时，差流中较高的二次谐波含量会导致差动保护误闭锁，从而产生拒动的风险。
励磁涌流的产生取决于变压器铁芯是否饱和，在正常运行和外部短路时，变压器铁芯不会饱和。变压器空载合闸、外部故障切除后电压恢复期间，变压器电压从很小数值突然上升到运行电压时，变压器可能会出现铁芯严重饱和的情况，此外直流偏磁也会导致铁芯饱和。
目前的变压器保护并没有严格区分变压器运行状态，励磁涌流闭锁判据一直投入，因此，可根据变压器运行状态的不同，采取不同的励磁涌流闭锁策略，以避免非励磁涌流引起二次谐波含量升高而导致的保护拒动，影响系统稳定运行。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，能够可靠、快速地识别变压器运行状态，并根据变压器运行状态采取不同的励磁涌流闭锁策略，切除变压器区内故障，使变压器保护准确可靠动作。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，包括以下步骤：
步骤1：采集变压器各侧电流，识别变压器状态，若处于空载合闸状态，则投入励磁涌流判据，若处于运行状态，则进入步骤2；
步骤2：采集变压器各侧电压，计算电压变化量，识别电压突变，进而在电压突变时，判别变压器铁芯状态，若铁芯饱和，则投入电压励磁涌流判据，否则进行步骤3；
步骤3：通过电流采样值差动判别区内故障，若发生区内故障，则采样值差动动作，退出励磁涌流判据，否则采样值差动不动作，投入励磁涌流判据。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，步骤1中，获取变压器高、中、低压侧的电流；
若高、中压侧中仅有一侧有电流，且低压侧没有电流，则认为变压器处于空载合闸状态，否则变压器处于运行状态。
优选地，步骤1中，若本侧三相电流中至少有一相电流大于有流门槛，则认为本侧有电流。
优选地，所述有流门槛取值为0.05In，其中，In为CT(电流互感器)二次额定值。
优选地，步骤2中，当连续n个采样点的电压变化量Δu大于设定值Uset时，则认为电压突变；
其中，Δu＝|u(t)-2*u(t-T)+u(t-2T)|；
u为电压采样值，T为一个工频周期。
优选地，所述Uset取值为0.2Un，Un为PT(电压互感器)二次电压额定值。
优选地，所述n取值为4。
优选地，步骤2中，在电压突变时刻判别铁芯状态：
首先计算：
Figure BDA0003062546030000021
其中，S1(k)为电压突变前半周波内电压绝对值之和，用于表示磁链的稳态分量；
S2(k)为电压突变时刻开始的半周波内电压变化量之和，用于表示磁链的非周期分量；
Se为额定电压半周波内采样点绝对值之和，用于表示额定磁链；
N为一周波采样点数，u(k)为第k采样点的电压值，ue为额定电压采样值。
进而得到：
Figure BDA0003062546030000031
当S>Sset时，判别变压器铁芯处于饱和状态。
优选地，所述Sset取值为1.2～1.5。
优选地，步骤3中，根据采样值差动判别区内故障方法如下:
计算采样值差动电流id，采样值制动电流ir：
Figure BDA0003062546030000032
其中，i1,…,in为变压器各电压侧电流折算至高压侧的采样值；
当连续N/2个采样点中有M个点以上满足如下动作区判据，则认为发生区内故障：
Figure BDA0003062546030000033
其中，N为一周波采样点数；
M取值范围：0＜M≤N/2；
Icd为采样值差动启动电流,Ie为变压器高压侧二次额定电流；
k为采样值差动比率制动系数。
本申请所达到的有益效果：
本发明能够根据变压器的运行状态采取不同的励磁涌流策略，当变压器处于运行状态时，若从电压突变时刻开始未判出铁芯饱和且采样值差动处动作，则退出励磁涌流判据，使变压器差动保护不受外部注入谐波的影响而拒动，实现柔性直流输电趋势下的交流电网变压器差动保护。
附图说明
图1是本发明基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，包括以下步骤：
步骤1：采集变压器各侧电流，识别变压器状态，若处于空载合闸状态，则投入励磁涌流判据，若处于运行状态，则进入步骤2；
变压器稳态运行时，空载电流很小，但是在空载合闸时，会在电源接入侧产生很大的冲击电流，因此可利用仅一侧有流的特征判别空载合闸状态。
具体实施时，采集获取变压器高、中、低压各侧的电流幅值。
分别针对高、中、低压各侧，计算A、B、C三相电流是否大于0.05In，In为CT二次额定值；
若至少有一相电流大于0.05In则认为本侧有电流，记录有流侧及有流侧的数量。
若高、中压侧中仅有一侧有电流，且低压侧没有电流，则认为变压器处于空载合闸状态，否则变压器处于运行状态。
步骤2：采集变压器各侧电压，当系统发生故障或扰动时，电压突变，计算电压变化量，识别电压突变，进而在电压突变时，判别变压器铁芯状态，若铁芯饱和，则投入电压励磁涌流判据，否则进行步骤3；
即当系统发生故障或扰动时，首先判别电压是否发生突变，变压器运行状态下电压发生突变时，进而判别变压器铁芯是否饱和；
由交流电压的正弦特性可知，在时间上间隔为工频周期的两个瞬时值，其大小是相等的，即
u(t)＝u(t-T)
其中，u为电压采样值，T为一个工频周期。
当电压变化时，电压变化量Δu可以表示为
Δu＝|u(t)-u(t-T)|
为减小频率变化的影响，可采用如下计算方法
Δu＝||u(t)-u(t-T)|-|u(t-T)-u(t-2T)||
当频率变化时，u(t)和u(t-T)之间的角差与u(t-T)和u(t-2T)之间的角差基本相同，因此将上式整理后，Δu可表示如下：
Δu＝|u(t)-2*u(t-T)+u(t-2T)|
当连续n个采样点的电压变化量Δu大于设定值Uset时，则认为电压突变；
所述Uset取值为0.2Un，Un为PT二次电压额定值。
考虑电压过零点时刻突变，优选地，n取值为4。
在电压突变时刻判别铁芯状态：
电压突变后磁链由稳态分量和非周期分量组成，因此可以用突变后磁链与突变前磁链比值来判别铁芯饱和。
首先计算：
Figure BDA0003062546030000051
其中，S1(k)为电压突变前半周波内电压绝对值之和，用于表示磁链的稳态分量；
S2(k)为电压突变时刻开始的半周波内电压变化量之和，用于表示磁链的非周期分量；
Se为额定电压半周波内采样点绝对值之和，用于表示额定磁链；
N为一周波采样点数，u(k)为第k采样点的电压值，ue为额定电压采样值。
进而得到：
Figure BDA0003062546030000061
当S>Sset时，判别变压器铁芯处于饱和状态。
由于现代变压器的饱和磁通倍数通常在1.2～1.5之间，优选地，所述Sset取值为1.2～1.5。
具体实施时，Sset取1.2。
步骤3：通过电流采样值差动判别区内故障，若发生区内故障，则采样值差动动作，退出励磁涌流判据，否则，采样值差动不动作，投入励磁涌流判据。
若从电压突变时刻开始未判出铁芯饱和且采样值差动动作，则退出励磁涌流判据。
具体的，根据采样值差动判别区内故障方法如下:
近端外部故障时CT可能饱和，此时会产生二次谐波对励磁涌流判别产生不利影响，因采样值差动具有一定的抗饱和能力，因此可以采用半周采样值差动判别区内故障。
计算采样值差动电流id，采样值制动电流ir：
Figure BDA0003062546030000062
其中，i1,…,in为变压器各电压侧电流折算至高压侧的采样值；
为保证采样值差动判据的可靠性，需采用多点重复判断的方法，即连续N/2个采样点中有M个点以上满足动作区判据，才满足动作条件，N为一周波采样点数，M取值范围：0＜M≤N/2。
具体实施时，当连续12个采样点中有8个点以上满足如下动作区判据，则认为发生区内故障：
Figure BDA0003062546030000063
其中，Icd为采样值差动启动电流,Ie为变压器高压侧二次额定电流；
k为采样值差动比率制动系数。
综上，当变压器处于运行状态时，若从电压突变时刻开始未判出铁芯饱和且采样值差动处动作，则退出励磁涌流判据，其它运行状态条件及空载合闸状态时，投入励磁涌流判据。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1：采集变压器各侧电流，识别变压器状态，若处于空载合闸状态，则投入励磁涌流判据，若处于运行状态，则进入步骤2；
步骤2：采集变压器各侧电压，计算电压变化量，识别电压突变，进而在电压突变时，判别变压器铁芯状态，若铁芯饱和，则投入电压励磁涌流判据，否则进行步骤3；
步骤3：通过电流采样值差动判别区内故障，若发生区内故障，则采样值差动动作，退出励磁涌流判据，否则采样值差动不动作，投入励磁涌流判据。
2.根据权利要求1所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
步骤1中，获取变压器高、中、低压侧的电流；
若高、中压侧中仅有一侧有电流，且低压侧没有电流，则认为变压器处于空载合闸状态，否则变压器处于运行状态。
3.根据权利要求1所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
步骤1中，若本侧三相电流中至少有一相电流大于有流门槛，则认为本侧有电流。
4.根据权利要求3所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
所述有流门槛取值为0.05In，其中，In为CT二次额定值。
5.根据权利要求1所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
步骤2中，当连续n个采样点的电压变化量Δu大于设定值Uset时，则认为电压突变；
其中，Δu＝|u(t)-2*u(t-T)+u(t-2T)|；
u为电压采样值，T为一个工频周期。
6.根据权利要求5所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
所述Uset取值为0.2Un，Un为PT二次电压额定值。
7.根据权利要求5所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
所述n取值为4。
8.根据权利要求1所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
步骤2中，在电压突变时刻判别铁芯状态：
首先计算：
Figure FDA0003062546020000021
其中，S1(k)为电压突变前半周波内电压绝对值之和，用于表示磁链的稳态分量；
S2(k)为电压突变时刻开始的半周波内电压变化量之和，用于表示磁链的非周期分量；
Se为额定电压半周波内采样点绝对值之和，用于表示额定磁链；
N为一周波采样点数，u(k)为第k采样点的电压值，ue为额定电压采样值。
进而得到：
Figure FDA0003062546020000022
当S>Sset时，判别变压器铁芯处于饱和状态。
9.根据权利要求8所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
所述Sset取值为1.2～1.5。
10.根据权利要求1所述的基于变压器状态识别的不经励磁涌流闭锁的差动保护方法，其特征在于：
步骤3中，根据采样值差动判别区内故障方法如下:
计算采样值差动电流id，采样值制动电流ir：
Figure FDA0003062546020000031
其中，i1,…,in为变压器各电压侧电流折算至高压侧的采样值；
当连续N/2个采样点中有M个点以上满足如下动作区判据，则认为发生区内故障：
Figure FDA0003062546020000032
其中，N为一周波采样点数；
M取值范围：0＜M≤N/2；
Icd为采样值差动启动电流,Ie为变压器高压侧二次额定电流；
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