CN114566945A - 一种换流变压器分接开关的快速保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换流变压器分接开关的快速保护方法，采集换流变压器各侧的电压和电流，构成换流变压器的快速差动保护判据；采集换流变压器的油温高、有载轻瓦斯、有载重瓦斯、压力释放等继电器信号，构成换流变压器的非电气量异常检测判据；采集换流变压器分接开关处的油温温度、本体压力、油色谱等监测信号，构成换流变压器的本体监测信号异常判据。当换流变压器的快速差动保护判据满足且非电气量异常检测判据或本体监测信号异常判据满足，换流变压器分接开关保护动作。本发明能灵敏、有效识别换流变压器分接开关的轻微故障并快速动作，从而有效保护换流变压器分接开关。

Description

一种换流变压器分接开关的快速保护方法
技术领域
本发明涉及电力系统直流输电领域换流变压器保护的设计，具体而言涉及一种换流变压器分接开关短路故障的保护方法。
背景技术
在现代电力系统直流输电工程中，换流变压器被广泛地用在换流变电站中，以实现电压大范围调节和隔离直流，是直流输电工程中的主要电气设备。其造价昂贵，故障后会导致直流输电中断，严重威胁整个电力系统的安全稳定运行。分接开关是换流变压器完成电压调节的核心组件；同时，也是换流变压器的最容易损坏的故障多发组件。
在工程中，换流变压器通常配置了电气量保护和非电气量保护，可以反映换流变压器的各种内部短路故障和接地故障；但是，对换流变压器分接开关处的短路故障却存在灵敏性低和速动性差等不足。近几年来，发生的多起换流变压器分接开关短路的故障，由于所配置的电气量保护和非电气量保护动作时间过长，导致换流变压器严重损毁，甚至爆炸而引发更严重的事故。
为了解决这一问题，综合利用换流变压器的电气量和非电气量信息，研制一种专门针对换流变压器分接开关故障的快速保护方法，大幅提高分接开关故障下保护的灵敏性和速动性，从而有效防止换流变压器爆炸或严重损坏，就显得意义重大了。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种换流变压器分接开关的快速保护方法；该保护方法在非换流变压器故障时可靠不动作，在换流变压器分接开关短路故障时可快速动作跳闸，从而达到有效保护换流变压器分接开关的目的。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：一种换流变压器分接开关的快速保护方法，包括换流变压器的快速差动保护判据、非电气量异常检测判据和本体监测信号异常判据；所述快速差动保护判据由换流变压器各侧的三相电压和三相电流构成，所述非电气量异常检测判据由换流变压器的非电气量信号构成，所述本体监测信号异常判据由换流变压器分接开关处的监测信号构成；当换流变压器的非电气量异常检测判据和本体监测信号异常判据中任一满足，且快速差动保护判据满足，且持续时间达到设定动作延时后，换流变压器分接开关执行保护动作。
进一步地，所述的快速差动保护判据包括：
判据1：换流变压器从三侧均无流变成任一侧有电流时，判定换流变压器处于空投工况，该判据成立；
判据2：换流变压器纵差差动电流变化量超过动作门槛，如以下公式所示。上述判据按相判断，任意相满足则判据成立；
Figure BDA0003547852160000021
其中，ΔId为换流变压器纵差差动电流的工频变化量；ΔIr为换流变压器纵差差动制动电流的工频变化量；Ith为换流变压器纵差差动工频变化量的固定门槛；
Figure BDA0003547852160000022
分别为换流变压器各侧根据变比和联接组调整后的电流的工频变化量矢量；
Figure BDA0003547852160000025
为m侧电流的
Figure BDA0003547852160000023
相电流变化量；k为换流变压器纵差差动工频变化量的制动系数；
判据3：换流变压器纵差差动电流超过启动门槛，如以下公式所示。上述判据按相判断，任意相满足则该判据成立；
Figure BDA0003547852160000024
其中：Id为换流变压器纵差差动电流的稳态量；Ir为换流变压器纵差差动制动电流的稳态量；Iqd为换流变压器纵差差动稳态量的固定门槛；Ii为换流变压器各侧根据变比和联接组调整后的电流，i＝1，2，…m；k2为换流变压器纵差差动稳态量的制动系数；
若判据1不成立，且判据2和判据3均成立时，所述的快速差动保护判据成立。
进一步地，所述换流变压器分接开关处的监测信号包括但不限于油温、油压、可燃气体含量、油色谱信号。
进一步地，所述的本体监测信号异常判据包括：
判据4：换流变压器分接开关处的油温大于设定值1，则该判据成立；
判据5：换流变压器分接开关处的油压大于设定值2，则该判据成立；
判据6：换流变压器分接开关处的可燃气总含量大于设定值3，则该判据成立；
判据7：换流变压器分接开关处的可燃气总含量持续增加，则该判据成立；
所述判据4，判据5，判据6和判据7任一个成立时，所述本体监测信号异常判据成立。
进一步地，采集换流变压器非电气量信号，包括油温高、有载轻瓦斯、有载重瓦斯、压力释放信号，构成换流变压器的非电气量异常检测判据；此判据逻辑如图1所示，当油温高、有载轻瓦斯、有载重瓦斯、压力释放中的任何一个信号为1时，该判据成立。
进一步地，当换流变压器的非电气量异常检测判据或本体监测信号异常判据成立，且快速差动保护判据成立后，则开始计时，当计时达到所设定的动作延时后，换流变压器分接开关执行保护动作，计时清零。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
采用本发明所述方法，改变了传统换流变压器的分接开关无专用保护的现状，打破换流变压器电气量和非电气量信息相互独立的信息孤岛，在不牺牲非换流变压器故障时的可靠性的前提下，能够灵敏地反映换流变压器分接开关故障，并快速动作出口，有效解决传统的换流变压器所配置的电气量保护和非电气量保护均存在着的灵敏性低、速动性差等不足，从而解决了换流变压器分接开关无法有效保护的问题。
附图说明
图1为换流变压器分接开关快速保护逻辑图。
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所示为换流变压器分接开关快速保护逻辑图。本发明的一种换流变压器分接开关的快速保护方法，包括如下步骤：
(一)步骤1
采集换流变压器各侧的三相电压和三相电流，构成换流变压器的快速差动保护判据；该判据由判据1、判据2和判据3共同构成；当判据1不成立，且判据2和判据3均成立时，所述的快速差动保护判据成立。
判据1、判据2和判据3分别为：
判据1：换流变压器空投判据。即，换流变压器从三侧均无流变成任一侧有电流时，判定换流变压器处于空投工况，该判据成立；
判据2：变化量判据。即，换流变压器纵差差动电流变化量超过动作门槛，如以下公式所示，上述判据按相判断，任意相满足则判据成立。
Figure BDA0003547852160000041
其中：
ΔId为换流变压器纵差差动电流的工频变化量值；
ΔIr为换流变压器纵差差动制动电流的工频变化量值，取最大相制动；
Ith为换流变压器纵差差动工频变化量的固定门槛；工程上可取0.1Ie，Ie为换流变压器额定电流。
Figure BDA0003547852160000042
分别为换流变压器各侧根据变比和联接组调整后的电流的工频变化量矢量；
Figure BDA0003547852160000044
为m侧电流的
Figure BDA0003547852160000045
相电流变化量；
k为换流变压器纵差差动工频变化量的制动系数；工程上可取0.4。
判据3：稳态量判据。即，换流变压器纵差差动电流超过启动门槛，如以下公式所示，上述判据按相判断，任意相满足则判据成立。
Figure BDA0003547852160000043
其中：Id为换流变压器纵差差动电流的稳态量；
Ir为换流变压器纵差差动制动电流的稳态值；
Iqd为换流变压器纵差差动稳态固定门槛；工程上可取0.2Ie，Ie为换流变压器额定电流。
Ii为换流变压器各侧根据变比和联接组调整后的电流，i＝1，2，…m。
k2为换流变压器纵差差动稳态量的制动系数；工程上可取0.3。
(二)步骤2
采集换流变压器非电气量信号，包括油温高、有载轻瓦斯、有载重瓦斯、压力释放信号，构成换流变压器的非电气量异常检测判据；此判据逻辑如图1所示，当油温高、有载轻瓦斯、有载重瓦斯、压力释放中的任何一个信号为1时，该判据成立。
(三)步骤3
采集换流变压器分接开关处的监测信号，包括油温温度、油压力、油色谱信号，构成换流变压器的本体监测信号异常判据；该判据由判据4、判据5、判据6和判据7共同构成；当判据4，或判据5，或判据6，或判据7，任何一个成立时，所述的本体监测信号异常判据成立。
判据4、判据5、判据6和判据7分别为：
判据4：换流变压器分接开关处的油温大于设定值1，则该判据成立；工程上，设定值1取1.05*Tmax，Tmax为换流变压器正常无故障时分接开关处油温的最大值；
判据5：换流变压器分接开关处的油压大于设定值2，则该判据成立；工程上，设定值2取1.05*Pmax，Pmax为换流变压器正常无故障时的分接开关处油压力的最大值；
判据6：换流变压器分接开关处的可燃气总含量大于设定值3，则该判据成立；工程上设定值3取1.05*Gmax，Gmax为换流变压器正常无故障时可燃气体含量的最大值；
判据7：换流变压器分接开关处的可燃气总含量持续增加，则该判据成立。
(四)步骤4
当换流变压器的非电气量异常检测判据或本体监测信号异常判据满足，且快速差动保护判据满足后，则进行计时；反之则计时清零；当计时达到所设定的动作延时后，换流变压器分接开关保护动作。动作延时可取5ms。
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 (8)

1.一种换流变压器分接开关的快速保护方法，其特征在于，包括换流变压器的快速差动保护判据、非电气量异常检测判据和本体监测信号异常判据；所述快速差动保护判据由换流变压器各侧的三相电压和三相电流构成，所述非电气量异常检测判据由换流变压器的非电气量信号构成，所述本体监测信号异常判据由换流变压器分接开关处的监测信号构成；
当换流变压器的非电气量异常检测判据和本体监测信号异常判据中任一满足，且快速差动保护判据满足，且持续时间达到设定动作延时后，换流变压器分接开关执行保护动作。
2.如权利要求1所述的一种换流变压器分接开关的快速保护方法，其特征在于，所述的快速差动保护判据包括第一判据至第三判据：
第一判据：换流变压器从三侧均无电流变成任一侧有电流时，则换流变压器处于空投工况，该判据成立；
第二判据：对任一相，换流变压器纵差差动电流的工频变化量超过动作门槛，则该判据成立；
第三判据：对任一相，换流变压器纵差差动电流的稳态量超过启动门槛，则该判据成立；
如果第一判据不成立，且第二判据和第三判据均成立，则所述快速差动保护判据成立。
3.如权利要求2所述的一种换流变压器分接开关的快速保护方法，其特征在于，所述第二判据中换流变压器纵差差动电流的工频变化量超过动作门槛，表达式如下：
Figure FDA0003547852150000011
其中，ΔId为换流变压器纵差差动电流的工频变化量；ΔIr为换流变压器纵差差动制动电流的工频变化量；Ith为换流变压器纵差差动工频变化量的固定门槛；
Figure FDA0003547852150000012
分别为换流变压器各侧根据变比和联接组调整后的电流的工频变化量矢量；
Figure FDA0003547852150000013
为m侧电流的
Figure FDA0003547852150000014
相电流变化量；k为换流变压器纵差差动工频变化量的制动系数。
4.如权利要求2所述的一种换流变压器分接开关的快速保护方法，其特征在于，所述第二判据中换流变压器纵差差动电流超过启动门槛，表达式如下：
Figure FDA0003547852150000015
其中：Id为换流变压器纵差差动电流的稳态量；Ir为换流变压器纵差差动制动电流的稳态量；Iqd为换流变压器纵差差动稳态量的固定门槛；Ii为换流变压器各侧根据变比和联接组调整后的电流，i＝1,2,…m；k2为换流变压器纵差差动稳态量的制动系数。
5.如权利要求1所述的一种换流变压器分接开关的快速保护方法，其特征在于，所述换流变压器分接开关处的监测信号包括油温、油压、可燃气体含量、油色谱信号。
6.如权利要求1所述的一种换流变压器分接开关的快速保护方法，其特征在于，所述本体监测信号异常判据包括第四判据至第七判据：
第四判据：换流变压器分接开关处的油温大于第一设定值，则该判据成立；
第五判据：换流变压器分接开关处的油压大于第二设定值，则该判据成立；
第六判据：换流变压器分接开关处的可燃气总含量大于第三设定值，则该判据成立；
第七判据：换流变压器分接开关处的可燃气总含量持续增加，则该判据成立；
所述第四判据，第五判据，第六判据和第七判据任一个成立时，所述本体监测信号异常判据成立。
7.如权利要求1所述的一种换流变压器分接开关的快速保护方法，其特征在于，采集换流变压器非电气量信号，包括油温高、有载轻瓦斯、有载重瓦斯、压力释放信号，构成换流变压器的非电气量异常检测判据；当油温高、有载轻瓦斯、有载重瓦斯、压力释放中的任何一个信号为1时，该判据成立。
8.如权利要求1所述的一种换流变压器分接开关的快速保护方法，其特征在于，当换流变压器的非电气量异常检测判据或本体监测信号异常判据成立，且快速差动保护判据成立后，则开始计时，当计时达到所设定的动作延时后，换流变压器分接开关执行保护动作，计时清零。
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