CN114050552A - 一种并联电抗器匝间保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联电抗器匝间保护方法及装置，该保护方法通过采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗，比较所述计算的各电参量之间的关系，并根据比较结果判断发生的故障类型以及采取相应的保护措施。本发明提供的技术方案，针对并联电抗器在系统非全相运行工况下的保护，不仅可以保证系统非全相运行时，匝间保护可靠不误动；对于系统非全相运行，并联电抗器发生区内故障时，也可以可靠动作，提高了并联电抗器匝间保护的可靠性。

Description

一种并联电抗器匝间保护方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统故障检测技术领域，尤其涉及一种并联电抗器匝间保护方法及装置。

背景技术

对于并联电抗器发生匝间故障传统的保护方法，大都是基于零序电压电流功率方向的方法，利用故障源位置在并联电抗器区内和区外时，零序功率的方向不同来识别并联电抗器是发生区内还是区外故障。但是该识别方法大都是基于系统三相对称运行，当系统处于非全相运行工况，系统发生振荡、重合闸及LC谐振等外部扰动时，无论零序电压是取母线PT还是线路PT，传统零序功率方向识别的方法可靠性将会降低，容易引起并联电抗器匝间保护误动作。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种并联电抗器匝间保护方法及装置，针对并联电抗器在系统处于非全相运行工况下的保护，不仅可以保证系统非全相运行时，匝间保护可靠不误动；对于系统非全相运行，并联电抗器发生区内故障时，也可以可靠动作，提高了并联电抗器匝间保护的可靠性。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种并联电抗器匝间保护方法，包括：

采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗；

比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗之间的关系，并根据比较结果判断是否发生并联电抗器全相运行区外故障；

比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值之间的关系，并根据比较结果判断并联电抗器为全相运行工况或者非全相运行工况；

在并联电抗器全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器全相运行区外故障或者并联电抗器全相运行区内故障；

在并联电抗器非全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或者并联电抗器非全相运行区内故障。

进一步的，所述比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗之间的关系，并根据比较结果判断是否发生并联电抗器全相运行区外故障，包括：

比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗是否满足以下公式：

R₀-k₁*(R_L-a)<0

其中，R₀为零序测量阻抗；R_L为主电抗器阻抗；k₁为零序阻抗系数；a为补偿阻抗；

若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区外故障；若满足以上公式，则进行下一步骤。

进一步的，所述比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值之间的关系，并根据比较结果判断并联电抗器为全相运行工况或者非全相运行工况，包括：

比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值是否满足以下公式：

I_a<I_set1∩I_b<I_set1∩I_c<I_set1

其中，I_a、I_b、I_c分别为并联电抗器首端的三相电流有效值；I_set1为第一电流阈值；

若满足以上公式，则判断并联电抗器为非全相运行工况；若不满足以上公式，则判断并联电抗器为全相运行工况。

进一步的，所述在并联电抗器非全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或者并联电抗器非全相运行区内故障，包括：

比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值是否满足以下公式：

其中，

为a、b或c；3I₀为并联电抗器首端自产零序电流；R_Z为中性点电抗；k₂为第一正序阻抗系数；

若满足以上公式，则判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障；若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障。

进一步的，在并联电抗器全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器全相运行区外故障或者并联电抗器全相运行区内故障，包括：

比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值是否满足以下公式：

其中，

为a、b或c；3I₀为并联电抗器首端自产零序电流；R_Z为中性点电抗；k₃为第二正序阻抗系数；

若满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区内故障；若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区外故障。

进一步的，还包括：

当判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障或并联电抗器全相运行区内故障时，开放匝间保护；

当判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或并联电抗器全相运行区外故障时，闭锁匝间保护。

根据本发明的第二个方面，提供了一种并联电抗器匝间保护装置，包括电参量采集及计算模块和故障类型判断模块；其中，

所述电参量采集及计算模块，用于采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗；

所述故障类型判断模块，用于比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗之间的关系，并根据比较结果判断是否发生并联电抗器全相运行区外故障；

比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值之间的关系，并根据比较结果判断并联电抗器为全相运行工况或者非全相运行工况；

在并联电抗器全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器全相运行区外故障或者并联电抗器全相运行区内故障；

在并联电抗器非全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或者并联电抗器非全相运行区内故障。

进一步的，还包括故障处理模块；

所述故障处理模块，用于当判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障或并联电抗器全相运行区内故障时，开放匝间保护；当判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或并联电抗器全相运行区外故障时，闭锁匝间保护。

根据本发明的第三个方面，提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一个方面所述的方法。

综上所述，本发明提供了一种并联电抗器匝间保护方法及装置，该保护方法通过采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗，比较所述计算的各电参量之间的关系，并根据比较结果判断发生的故障类型以及采取相应的保护措施。本发明提供的技术方案，针对并联电抗器在系统处于非全相运行工况下的保护，不仅可以保证系统非全相运行时，匝间保护可靠不误动；对于系统非全相运行，并联电抗器发生区内故障时，也可以可靠动作，提高了并联电抗器匝间保护的可靠性。

附图说明

图1是并联电抗器运行的系统结构示意图；

图2是本发明实施例并联电抗器匝间保护方法的流程图；

图3是系统非全相运行时，匝间保护取的首端零序电流3I₀和零序电压3U₀的方向分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种并联电抗器匝间保护方法。本发明实施例的并联电抗器匝间保护方法是一种针对系统非全相运行工况下，防止并联电抗器匝间保护误动作；同时在该工况下，并联电抗器发生匝间和区内故障时，还可以可靠动作的方法。图1中示出了并联电抗器运行的系统结构示意图，如图1所示，系统两侧均带有电源G和S2。本发明实施例并联电抗器匝间保护方法的流程图如图2所示，包括以下步骤：

采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，该首端三相电压可取值母线侧PT或线路侧PT；并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗，可以采用全周傅里叶算法对电流及电压有效值、零序电流、以及零序电压进行计算，并利用自产零序电压与零序电流计算零序测量阻抗。

比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗之间的关系，并根据比较结果判断是否发生并联电抗器全相运行区外故障。该步骤中，可以比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗是否满足以下公式：

R₀-k₁*(R_L-a)<0

其中，R₀为零序测量阻抗；R_L为主电抗器阻抗；k₁为零序阻抗系数，取值范围为(0.4，0.6)；a为补偿阻抗，取值范围为(0.025R_L，0.05R_L)；

若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区外故障；若满足以上公式，则进行下一步骤。

比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值之间的关系，并根据比较结果判断并联电抗器为全相运行工况或者非全相运行工况。该步骤中，可以比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值是否满足以下公式：

I_a<I_set1∩I_b<I_set1∩I_c<I_set1

其中，I_a、I_b、I_c分别为并联电抗器首端的三相电流有效值；I_set1为第一电流阈值，取值范围为(0，0.2I_e)，I_e为电抗器首端额定电流；

若满足以上公式，则判断并联电抗器为非全相运行工况；若不满足以上公式，则判断并联电抗器为全相运行工况。

在并联电抗器非全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或者并联电抗器非全相运行区内故障。该步骤中，可以通过比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值是否满足以下公式来进行判断：

其中，

为a、b或c，

分别为并联电抗器首端任一相电压、电流；3I₀为并联电抗器首端自产零序电流；R_Z为中性点电抗；k₂为第一正序阻抗系数，取值范围为(0.4，0.75)；

若满足以上公式，则判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障；若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障。

在并联电抗器全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器全相运行区外故障或者并联电抗器全相运行区内故障。该步骤中，可以通过比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值是否满足以下公式来进行判断：

其中，

为a、b或c；3I₀为并联电抗器首端自产零序电流；R_Z为中性点电抗；k₃为第二正序阻抗系数，取值范围为(0.75，0.9)；

若满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区内故障；若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区外故障。

进一步的，还包括：

当判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障或并联电抗器全相运行区内故障时，可以通过延时时间t后，开放匝间保护，t≤60ms；

当判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或并联电抗器全相运行区外故障时，闭锁匝间保护。

图3中示出了系统非全相运行时，匝间保护取的首端零序电流3I₀和零序电压3U₀的方向分布图，如图3所示，3I₀为并联电抗器首端自产零序电流，3U₀为并联电抗器首端自产零序电压，R_L为并联电抗器电抗，R_Z为中性点电抗，R_so为系统电抗。

根据本发明的第二个实施例，提供了一种并联电抗器匝间保护装置，包括电参量采集及计算模块和故障类型判断模块；其中，

所述电参量采集及计算模块，用于采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗；

所述故障类型判断模块，用于比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗之间的关系，并根据比较结果判断是否发生并联电抗器全相运行区外故障；

比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值之间的关系，并根据比较结果判断并联电抗器为全相运行工况或者非全相运行工况；

在并联电抗器全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器全相运行区外故障或者并联电抗器全相运行区内故障；

在并联电抗器非全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或者并联电抗器非全相运行区内故障。

该装置还可以包括故障处理模块；所述故障处理模块，用于当判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障或并联电抗器全相运行区内故障时，开放匝间保护；当判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或并联电抗器全相运行区外故障时，闭锁匝间保护。

本发明实施例并联电抗器保护装置中各个模块实现其功能的具体步骤与本发明第一个实施例并联电抗器保护方法中的各步骤相同，在此不再赘述。

根据本发明的第三个实施例，提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一个实施例中所述的方法。

综上所述，本发明涉及一种并联电抗器匝间保护方法及装置，该保护方法通过采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗，比较所述计算的各电参量之间的关系，并根据比较结果判断发生的故障类型以及采取相应的保护措施。本发明提供的技术方案，针对并联电抗器在系统处于非全相运行工况下的保护，不仅可以保证系统非全相运行时，匝间保护可靠不误动；对于系统非全相运行，并联电抗器发生区内故障时，也可以可靠动作，提高了并联电抗器匝间保护的可靠性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种并联电抗器匝间保护方法，其特征在于，包括：

采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗；

比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗之间的关系，并根据比较结果判断是否发生并联电抗器全相运行区外故障；

比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值之间的关系，并根据比较结果判断并联电抗器为全相运行工况或者非全相运行工况；

在并联电抗器全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器全相运行区外故障或者并联电抗器全相运行区内故障；

在并联电抗器非全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或者并联电抗器非全相运行区内故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗之间的关系，并根据比较结果判断是否发生并联电抗器全相运行区外故障，包括：

比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗是否满足以下公式：

R₀-k₁*(R_L-a)＜0

其中，R₀为零序测量阻抗；R_L为主电抗器阻抗；k₁为零序阻抗系数；a为补偿阻抗；

若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区外故障；若满足以上公式，则进行下一步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值之间的关系，并根据比较结果判断并联电抗器为全相运行工况或者非全相运行工况，包括：

比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值是否满足以下公式：

I_a＜I_set1∩I_b＜I_set1∩I_c＜I_set1

其中，I_a、I_b、I_c分别为并联电抗器首端的三相电流有效值；I_set1为第一电流阈值；

若满足以上公式，则判断并联电抗器为非全相运行工况；若不满足以上公式，则判断并联电抗器为全相运行工况。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在并联电抗器非全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或者并联电抗器非全相运行区内故障，包括：

比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值是否满足以下公式：

其中，

为a、b或c；3I₀为并联电抗器首端自产零序电流；R_Z为中性点电抗；k₂为第一正序阻抗系数；

若满足以上公式，则判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障；若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在并联电抗器全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器全相运行区外故障或者并联电抗器全相运行区内故障，包括：

比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值是否满足以下公式：

其中，

为a、b或c；3I₀为并联电抗器首端自产零序电流；R_Z为中性点电抗；k₃为第二正序阻抗系数；

若满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区内故障；若不满足以上公式，则判断为发生并联电抗器全相运行区外故障。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障或并联电抗器全相运行区内故障时，开放匝间保护；

当判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或并联电抗器全相运行区外故障时，闭锁匝间保护。

7.一种并联电抗器匝间保护装置，其特征在于，包括电参量采集及计算模块和故障类型判断模块；其中，

所述电参量采集及计算模块，用于采集并联电抗器首端的三相电流和三相电压，并分别计算三相电流的相电流有效值、自产零序电流、自产零序电压以及零序测量阻抗；

所述故障类型判断模块，用于比较零序测量阻抗与主电抗器阻抗之间的关系，并根据比较结果判断是否发生并联电抗器全相运行区外故障；

比较并联电抗器首端的三相电流有效值与第一电流阈值之间的关系，并根据比较结果判断并联电抗器为全相运行工况或者非全相运行工况；

在并联电抗器全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器全相运行区外故障或者并联电抗器全相运行区内故障；

在并联电抗器非全相运行工况下，比较并联电抗器首端的三相电流有效值和三相电压有效值之间的关系，并根据比较结果判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或者并联电抗器非全相运行区内故障。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括故障处理模块；

所述故障处理模块，用于当判断为发生并联电抗器非全相运行区内故障或并联电抗器全相运行区内故障时，开放匝间保护；当判断为发生并联电抗器非全相运行区外故障或并联电抗器全相运行区外故障时，闭锁匝间保护。

9.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

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