CN117526236A - 基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型短路电流限制电抗器故障监测技术领域，公开了基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，包括：S1获取主变中压侧电流、电压；S2若未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，则利用各中压侧各相电流计算各相别总电流及其比值，若总电流之间的比值均落入标准范围之内，则计算中压侧三相之间的电流分配比值若分配比例比值超出预设比例定值，则判断为发生了限流串抗内部故障；S3若出现正序电压降低或负序及零序电压升高，且各相别总电流的比值均超出标准范围之外，则认定发生外部短路故障。该方法能够在匝间短路发生后快速地发现并切除故障，进行防着火及自燃保护，阻止匝间短路长期持续发展并导致最终的电抗器自燃着火事故。

Description

基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法

技术领域

本发明涉及大型短路电流限制电抗器故障监测及保护技术领域，具体涉及两种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法。

背景技术

电力系统在发展过程中会增加电源发电容量，最近几年大规模的太阳能光伏发电、储能项目接入电网系统，建设及投运了多个超大规模如±800kV特高压直流输电、1000kV特高压交流输电项目。这些超大规模电源及输电项目建设的同时，需要新建相应的直流换流站、交流变电站，以及在已经运行的变电站扩建增加新变压器，以增加相应的电源及输电电能的变电、变压能力。因此往往就会在现有变电站扩建第二台或第三台主变压器（简称主变），同时新建相应变电站的变压器容量都较大，为了经济及安全运行的原因，一般设置为3台变压器并联运行，因而系统短路容量增大，变压器容量增大以及三台变压器并联运行共同导致了变压器中压侧电网系统的三相及单相短路电流超过已有断路器的设计开断能力，需要加入限流电抗器进行限制，一是保证短路电流不超标，二是保证主变压器能够并联运行，实现多台主变运行的经济性及可靠性要求。

近年来，为了限制输电网扩大及变电容量扩大等造成的局部电网500kV、220 kV及110kV交流系统短路电流超标问题，在电力系统建设或增加主变容量后，也相应建设安装了大量的大型短路电流限制电抗器（简称限流电抗器）。这些限流电抗器或装设在线路末端，或接在母线联络并联回路，或直接接在每台主变的中压侧出线回路中。

大型高压（110及220 kV）、超高压500kV限流电抗器的故障主要有底部支持绝缘子闪络故障、电抗器包封外表面贯穿性闪络故障及线圈绕线匝间短路故障。

对于底部支持绝缘子闪络故障可以由线路保护、母线保护及变压器差动保护进行监测及保护，不需要额外增加故障监测及保护装置。

但对于电抗器包封外表面贯穿性闪络故障及线圈绕线匝间短路故障，目前的线路保护（包括线路差动、距离及过流保护）、母线差动保护、主变压器保护（包括差动、速断及过流及过负荷保护）都不能有效监测故障并进行故障保护。

对于110、220及500kV大型干式空心限流电抗器而言，一旦发生了包封外表面闪络放电短路或内部绕线匝间短路故障，没有监测方法、保护技术及保护装置发现并切除故障，会引起着火自燃事故，由于大型限流电抗器体积巨大，造价不菲，起火燃烧事故会造成巨大的社会影响和经济损失。

根据统计，交流电网中运行的诸如换流站交流干式空心滤波电抗器、并联补偿并联电抗器，并联补偿电容器组串联电抗器，以及静态无功补偿(SVC)系统的TCR相控电抗器发生了较多故障，尤其是匝间短路故障事故率很高，造成了很多火灾事故。

因此需要发明一种针对2台及以上主变并联运行时为限制短路电流超标而增加中压侧限流电抗器后的针对串接限流电抗器故障的有效及灵敏监测及保护方法，对这种大电抗、大体积的干式限流电抗器可能出现匝间绝缘失效后的匝间短路故障，以及包封受到长期污秽污染后发生外表面闪络短路故障，进行有效且快速以及灵敏的监测及保护，能够在匝间短路发生后快速地监测、发现故障并切除故障，进行防着火、防自燃保护，阻止匝间短路长期持续发展并导致最终的电抗器自燃着火事故，阻止因电抗器起火后环氧材料产生大量炭黑浓烟污染周围带电设备发生其他诸如接地故障、相间短路事故，阻止事故范围扩大及造成大面积停电事故。

发明内容

针对现有技术存在的缺失和不足，本发明的目的在于提供一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，该方法用于控制并限制多台变压器并联运行后中压侧电网系统短路电流不超出断路器开断能力的大型限流电抗器的故障监测及保护。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，包括：S1，获取并联运行的各变压器中压侧出线回路的各相的电流、中压侧母线电压，利用各变压器中压侧出线回路的各相的电流计算各相别总电流、各相别总电流之间的比值；S2，若中压侧母线电压出现正序电压降低或负序及零序电压升高，并且各相别总电流之间的比值均超出标准范围之外，则判断出现了电抗器外部电路的短路故障；S3，若中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，并且各相别总电流之间的比值均落入标准范围，则计算各变压器中压侧三相之间的电流分配比值；S4，若各变压器中压侧三相之间的电流分配比值中出现至少一组符合特征值的数据，则认定符合特征值的数据所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，否则认定限流电抗器未发生短路故障。

本发明中，优选的，还包括：S5，若认定任一限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，则启动对发生短路故障的限流电抗器所在分路的录波及跳闸命令。

本发明中，优选的，所述各相别总电流之间的比值的计算公式为：

，/>，/>；

其中，为A相总电流，/>为B相总电流，/>为C相总电流，/>为A相总电流与B相总电流的比值，/>为B相总电流与C相总电流的比值，/>为C相总电流与A相总电流的比值；所述标准范围为大于95且小于105。

本发明中，优选的，所述各变压器中压侧三相之间的电流分配比值的计算公式为：

，/>；

其中，为单个变压器的A相电流，/>为单个变压器的B相电流，/>为单个变压器的C相电流，/>为A相电流与B相电流的比值，/>为B相电流与C相电流的比值，/>为C相电流与A相电流的比值。

本发明中，优选的，所述各变压器中压侧三相之间的电流分配比值中出现至少一组符合特征值的数据是指同一变压器中的中有一项大于95且小于105，另有一项大于110，还有一项小于90。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任一项所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法。

另一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，包括：S1’，获取并联运行的各变压器中压侧出线回路的各相的电流、中压侧母线电压；S2’，若中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，则确定并联运行的各变压器的各相电流中的电流最大值、电流最小值和电流平均值，否则认定发生其他外部电路短路故障；S3’，计算电流最大值与电流最小值的比值；S4’，若电流最大值与电流最小值的比值大于或等于预设故障阈值，则认定限流电抗器发生短路故障，并利用电流最大值和电流最小值分别对电流平均值求比值，否则认定限流电抗器未发生短路故障；S5’，若电流最大值与电流平均值的比值大于预设高阈值，且电流最小值与电流平均值的比值小于预设低阈值，则认定电流最大值所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值。

本发明中，优选的，还包括：S6’，若认定任一限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，启动对发生短路故障的限流电抗器所在分路的录波及跳闸命令。

本发明中，优选的，所述电流最大值与电流最小值的比值的计算公式为：

其中，为电流最大值，/>为电流最小值，/>为电流最大值与电流最小值的比值；所述预设故障阈值为120；所述电流最大值与电流平均值的比值的计算公式为：

所述电流最小值与电流平均值的比值的计算公式为：

其中，为电流平均值，/>为电流最大值与电流平均值的比值，/>为电流最大值与电流平均值的比值；所述预设高阈值为110，所述预设低阈值为90。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任一项所述的另一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的两种方法通过对实际应用典型案例进行电路计算及电路仿真模拟，揭示总结电抗器发生包封闪络及包封线匝匝间短路故障状态下的变压器运行特性变化，特别是对限流电抗器故障后的并联变压器回路的多台变压器之间的环路电流变化特性及其变化规律进行计算分析，根据匝间短路及包封闪络短接电抗器后的回路电感、电抗值变小，并引起回路电流增大的特性，计算环流及电流分配变化，根据特别的故障特征及其量值，建立识别及判别逻辑，进行及时、快速及准确监测，以及发现确认故障，启动告警、录波记录及保护跳闸命令，进行断电保护，阻止、防止这种大型电抗器起火自燃，实现了对主变串接限流电抗器故障的监测及保护。

附图说明

图1为典型330kV主变压器高中压侧并联运行中压侧出线回路加装限流电抗器电气一次接线及负载运行图。

图2为串联限流电抗器接入主变110kV间隔回路原理图。

图3为空心线圈匝间短路原理示意图。

图4为空心线圈匝间短路等值阻抗变化模拟计算原理示意图。

图5为串联限流电抗器接入主变110kV间隔回路等值电路计算结果及其等值计算参数电路图。

图6为本发明一实施例的一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法的流程图。

图7为本发明另一实施例的另一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、 “ 水平的”、“ 左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

按照图1典型的330kV变电站配置3台主变压器并列运行进行电气接线，据此建立等值阻抗电路计算及计算机仿真模型（如图2、3所示），对比电抗器匝间及包封闪络故障和无故障进行不同状态模拟以及计算，对限流电抗器发生匝间短路及包封闪络故障状态下2-3台并联变压器的运行特性、并联回路环绕电流变化、各相负载电流分配变化特性及其变化规律进行计算分析。

具体以某局域电网330kV变电站加装串接限流电抗器工程为例，该站目前安装运行有3台主变，主变型号为OSFPSZ-360000/330，额定容量为360/360/110MVA，额定电压为345/115/35kV，绕组方式为YN、a0、d11。阻抗电压（百分比）为Uk1-2(%)= 10.5,Uk1-3(%)=25, Uk2-3(%)=13。

图1为案例一次接线及系统运行原理接线图，3台330kV主变压器可以选择2台或三台同时并联运行，正常运行方式为3台主变并列运行。

图2为主变中压侧回路加装了限流电抗器接线图，限流电抗器直接接在中压测出线套管后，并联运行时串接限流电抗器电抗成为并联变压器的总电抗的一部分。

如图1、2所示，在主变中压侧回路加装了限流电抗器，电抗器额定电流2000A，额定电抗值设计为4欧姆，直流电阻设计水平约为0.01338欧姆。安装串接限流电抗器后，可以实现三台变压器并列运行，中压侧电网短路不再超过断路器额定设计开断水平（40kA）。

图2中的电源可以按照345kV理想电压源考虑，345kV系统等值短路电流可按照40kA水平设置，110kV为负载侧，最大负载按照2台主变额定容量考虑，功率因数按照0.9考虑。主变第三绕组35kV侧为无功补偿专用侧，可以考虑带2组3×50Mvar容性或感性无功补偿负载。

模拟干式空心限流电抗器发生了匝间短路（或包封闪络）后的等值阻抗（等值电感、电抗，以及损耗及电阻）变化，按照图3及图4原理图，当空心线圈中的一部分匝发生相邻匝间短路后（图3所示），短路匝与正常匝之间通过交流电磁场交链，短路匝与临近空间一定小尺度上的正常匝的电磁感应原理同两个磁场耦合良好的原副边独立线圈之间的感应关系。如图4所示，设整体线圈电感为L，将整体线圈分为3个串联部分，即L₁₁、L₁₂及L₁₃部分，对应电感为k₁₁*L、k₁₂*L、k₁₃*L，k₁₁、k₁₂、k₁₃分别为L₁₁、L₁₂、L₁₃在L中的占比。

对应匝数为N₁₁，N₁₂，N₁₃，其中线圈L₁₂中的数匝发生了匝间短路，短路匝数为N₂，相当于线圈L₁₂的副边线圈L₂，且线圈L₂与L₁₂之间为与理想变压器一样具有完全的磁通耦合关系。

短路匝与周围一定空间尺寸范围内磁通紧密交链的正常匝之间形成了基于电磁感应原理的磁通安匝平衡关系。实测及理论推算表明，短路一匝造成的短路环流安匝平衡磁通数，约为整体线圈总安匝数的2-3%水平。根据图4原理示意，可建立如下方程式：

；

其中：N₁₂为一定匝数的正常匝，即原边匝；为线圈穿越实时电流，即原边电流；N₂为短路匝数，即副边匝；为短路环实时电流，即副边电流。

匝间短路电弧燃烧时，实时安匝平衡后局部线圈电感消失，则：

；

局部短路匝与周边正常匝安匝平衡后，虽然此处的线圈电感会因此消失，被损失掉。但短路环的短路电流则增大到原来的十几到数十倍，消耗了大量的有功功率及电能，从原边二端口进行等值电路参数等值，则N₁₂的等值电阻可表达为：

；

其中，Rs为单匝等值电阻。

根据实测及理论推算，对于这种大电流的空心电抗器体积非常大，外径可达到3米以上，高度可达4米以上；由于电流巨大，因此电抗器包封可以达到十几个包封，虽然电感值较小（十几到几十毫亨利），当短路匝在1～30匝规模时，短路环电流约为数百倍的线圈电流，即倍（接近或大于100倍）。

随着短路匝数的扩大，需要有更多的周边正常匝参与电磁感应安匝平衡，因此电感损失也越大，直到剩余电感接近0值；同时随着短路匝数的扩大，等值电阻也越大。经实验表明，等值电阻约为短路损失的工频电抗值的1/3～1/2水平，此种由短路环流造成的发热损耗电阻在等值计算时已经不能被忽略。

总之，随着匝间短路的发展，短路匝数规模不断扩大，限流电抗器的等值电感、等值电抗会逐渐减小，并趋近于零；等值电阻不断增大，可以达到1/3～1/2工频电抗值的水平。短路过程中，故障电抗器吸收了大量等值电阻损耗热能，加上电弧燃烧，由环氧树脂浇注固化及铝线绕制的巨大线圈会起火燃烧。

电弧燃烧喷射及铝线熔化、燃烧掉落环氧树脂碳化物，会致使限流电抗器底部支持绝缘子表面污染闪络放电，发生次生的接地短路事件；另外，电抗器燃烧产生的大量炭黑浓烟会造成周围带电设备发生短路故障，造成电网更加严重的后果。

按照图1及依据案例变电站变压器及系统短路电流及负荷参数，进行电力系统及变压器以及串联电抗器阻抗等值计算，计算结果见表1至表4。

按照阻抗电压（百分比）定义，利用额定电压、额定电流及三圈变压器三侧短路阻抗电压百分比数值（（Uk1-2（%），Uk1-3（%），Uk2-3（%）），进行图5等值阻抗电路中的变压器高、中、低压三侧折算（归算到中压侧电压等级下）阻抗X1、X2及X3计算。

表1：典型330kV变电站360MVA主变等值（有名值）电抗计算结果

表2：330kV电源系统等值电抗计算结果（括号内为等值电抗及短路水平归算到121kV电压下数值）

表3：中压侧110kV限流电抗器电抗、电阻（直接物理参数值）

表4：110 kV侧负载等值阻抗（电抗、电阻）计算

表4中的额定负载，按照电网运行一般性原则规定的变压器带载率，即3台主变并列运行带载率为变压器额定容量的2/3考虑，2台运行时每台主变满载运行在额定容量下。则主要直接供电侧110kV母线的合计供电负荷因此为2*360MVA，并以此计算等值负载阻抗。

根据表1至表4计算结果以及图1电气接线及运行原理图，可以得到图5串联限流电抗器接入主变110kV间隔回路等值电路计算结果及其等值计算参数电路图（并联无功补偿侧的等值电抗需要归算到121kV电压等级下）。

根据图5所示的等值阻抗电路，可以进行电路分析计算及仿真模拟，对电抗器匝间及包封闪络故障和无故障时进行不同状态下的模拟计算，对限流电抗器发生匝间短路及包封闪络故障状态下2-3台并联变压器的运行特性、并联回路环绕电流变化、各相负载电流分配变化特性及其变化规律进行计算分析。

首先可以据图5进行直接观察，其次可以进行准确分析并计算由于限流电抗器故障导致的电抗值减小后的回路电流分配及变化规律、变化曲线。

从图5标示的等值后的电抗数值关系可以看出，在不考虑低压侧并联补偿的影响下，当限流电抗器电抗值有显著变化后，例如电抗值变化（减少）10%，25%、50%、75%及100%后，三台主变之间故障相的电流分配关系会发生相应比例的显著变化。

其次在先不考虑变压器第三绕组带无功补偿负载情况下，变压器高压、中压侧并联运行的等值电路可以简化为简单的变压器高、中压短路阻抗的等值阻抗并联关系。据此可以计算当发生了一台变压器的中压侧某相串接电抗器发生匝间短路故障后穿越、通过各自变压器的负载电流变化。

考虑主变35kV无功补偿负载为零时，可以简单直观地计算图5所示的三台变压器并联后，随着某串接限流电抗器发生了匝间短路并导致其等效电感不断减小后的电流分配变化（故障点设置在T1变压器A相限流电抗发生了匝间短路或包封外闪络短路）。故障A相电流分配变化（B、C相电流分配不会变化）计算公式如下：

;

;

;

其中为总的负载电流，/>为T1主变分配电流，/>、/>为T2、T3主变分配电流，/>为并联运行总的变压器等值电抗，/>、/>、/>分别为T1、T2及T3主变高中压之间的归算到中压侧的等值电抗值。据此公式可以计算并联变压器回路等值电抗变化后的负载电流分配关系及其随着串接限流电抗器故障程度增加的变化，表5和表6展示了变化的详细情况。

表5：3台并列运行主变A相分配负载电流比例计算结果

表6：2台并列运行主变A相分配负载电流比例计算结果

从并联变压器回路等值阻抗变化后的负载电流分配结果观察，当T1主变，即图5中T1的A相限流电抗器发生匝间短路故障导致等效电抗逐渐减小时，具体故障A相的负载电流会按照相应的比例发生显著的增大，而并联运行的另外变压器的A相电流会显著减小。故障A相相电流中即产生了环绕三台并联变压器高压侧和中压侧电路的环绕电流。此环绕电流具有如下关系：

；

；

3台并联时，有：

；

2台并联时，有：

；

从电路的角度观察及计算，此增量电流即为环绕电流，故障变压器T1组A相为正常负载分配电流叠加一个同向的增量电流/>，总的电流变大，非故障变压器T2（T3）组A相为正常电流叠加一个反向电流/>，总的电流减小。

由于串接限流电抗器具有通过电流大、包封多的特点。一旦某相邻匝发生电弧性短路故障，局部电弧剧烈烧蚀会导致燃弧处周边的正常线匝绝缘被几千度的高温电弧瞬时损坏，短路匝数剧烈增大到十几匝，电感及等效电抗会有50%以上的减小，表5和表6计算结果显示，故障相与非故障相的电流分配偏差会增大到10%以上的比例水平，电感全部损失后最大偏差为：3台并列运行时为47.6%，2台运行时为31.9%，负载分配偏差变化巨大。

表5和表6计算结果中的等效电抗减小比例（%）为100%的情形可以代表电抗器发生了包封外表面的贯穿性闪络短路放电产生的特殊效果，电抗器被电弧短路，100%减少了等效电抗值。

模拟当进行图1、图5中的35kV并联补偿装置，例如电容器组、电抗器组投退时，也会引起无功电流在2台或3台并联运行的变压器之间的重新分配。

由于35kV并联补偿装置为三相对称的负载，变压器负载电流会在三相同时增大或减小，这种投退低压绕组无功补偿装置引起的电流及功率变化，三相是对称的，与串接限流电抗器发生了匝间短路或外表面闪络放电后引起的电流变化特征是有明显区别的。

需要详细计算各种负载情况下及低压无功补偿投退时发生了并联运行的限流电抗器故障后的中压侧电流分配变化，可以按照图1及图5建立三相电路模型，进行限流电抗器匝间短路故障发展过程，对并联变压器的三相电流分配变化进行计算。实际计算机分析证明，这种三相对称的影响可以采用是否三相同时等比例增大或减少，或者只有一相（故障相别）的电流分配有了变化的特征进行识别与判断区分。

根据实例和模拟得到的数据，进行相电流偏差计算分析及故障识别、故障判断以及处置。图5并联变压器中压侧串接限流电抗器发生匝间短路故障后，2台或3台并联变压器运行时，例如T1主变的A相串接限流电抗器故障，故障相别是A相，并联的2台或3台变压器的A相电流会出现差别：T1主变的A相电流增大，T2及T3 变压器的A相电流会减小，非故障相别（B、C相）的电流在T1、T2及T3变压器之间的分配电流则保持不变。而电容器组或电抗器组投退时，A、B、C相电流会同时增大或减少，据此可以排除电容器组投退时的影响。

T1主变的A相电流增大，T2及T3 变压器的A相电流减小，但总的算术和电流不变，T1主变的A相与T2及T3变压器的A相并联电路之间形成了环绕电流。

根据这种特性，可以进行干式空心限流电抗器匝间短路故障的实时监测，并进行故障保护，在匝间故障快速发展到中期阶段（由于限流电抗器故障大多发生在负载电流较大时，加之串接限流电抗器包封众多，匝间短路后根据短路环流计算数值及经验，匝间多路发展速度极快，十个周波时间内可以发展到十几匝以上规模），即电抗值损失并减少50%以上时，进行准确、及时可靠的监测及故障识别；启动保护跳闸命令，切断电源，及时阻止故障发展及持续，并防止电抗器长期故障后进入着火自燃状态，防止火灾事故发生。

通过高压侧、中压侧变压器断路器及隔离刀闸位置，以及高压侧母线联络断路器及其隔离开关位置，判断变压器是否并联运行，几台并联运行。

请同时参见图6至图7，本发明一较佳实施方式提供一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，可以理解的是，本方法的实施例以2至3台主变并联为例，但本方法的应用并不仅限于2至3台主变并联的情况，亦可应用于更多台主变并联的情况，本方法包括：

S1，获取并联运行的各变压器中压侧出线回路的各相的电流、中压侧母线电压，利用各变压器中压侧出线回路的各相的电流计算各相别总电流、各相别总电流之间的比值。

该步骤监测串联接入变压器中压侧出线回路的三相电流，对每一台并联运行变压器的限流电抗器三相电流大小进行监测，用于实时计算电流大小及三相之间、以及各主变之间的电流不平衡百分比。

对相同相别总负载电流进行计算（以3台主变并联为例）：

；

；

；

其中，为A相总电流，/>为B相总电流，/>为C相总电流，/>为T1主变A相电流，为T2主变A相电流，/>为T3主变A相电流，/>为T1主变B相电流，/>为T2主变B相电流，为T3主变B相电流，/>为T1主变C相电流，/>为T2主变C相电流，/>为T3主变C相电流。

各相别总电流之间的比值的计算主要用于排除外部非对称短路的影响，当有变压器高中压侧外部的短路故障发生时，会出现总相别电流比值极其不对称的情况，外部短路故障相别的总电流很大，非故障相别的总电流很小。

具体的，各相别总电流之间的比值的计算公式可采用：

，/>，/>；

其中，为A相总电流，/>为B相总电流，/>为C相总电流，/>为A相总电流与B相总电流的比值，/>为B相总电流与C相总电流的比值，/>为C相总电流与A相总电流的比值。此处为方便计算，将比值都乘以100，但这不是必须的，也可采用分数、小数、百分比等形式表示该比值。

S2，若中压侧母线电压出现正序电压降低或负序及零序电压升高，并且各相别总电流之间的比值均超出标准范围之外，则判断出现了电抗器外部电路的短路故障。

如果中压侧母线出现正序电压降低、负序及零序电压升高，则说明中压侧母线电压不正常，考虑为负载侧等主变及限流电抗器以外的电路故障，可以初步认定为其他故障，与限流电抗器无关。然后通过各相别总电流之间的比值进行进一步的验证，如果各相别总电流之间的比值均超出标准范围之外，则可以确定出现了电抗器外部电路的短路故障。

S3，若中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，并且各相别总电流之间的比值均落入标准范围，则计算各变压器中压侧三相之间的电流分配比值。

如果中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，则说明没有出现电抗器外部电路的短路故障的情况，可以通过各相别总电流之间的比值进行进一步的验证，如果各相别总电流之间的比值均落入标准范围，则可以完全确定未发生外部电路的短路故障的情况。

具体的，各变压器中压侧三相之间的电流分配比值的计算公式为：

，/>，/>；

其中，为单个变压器的A相电流，/>为单个变压器的B相电流，/>为单个变压器的C相电流，/>为A相电流与B相电流的比值，/>为B相电流与C相电流的比值，/>为C相电流与A相电流的比值。此处为方便计算，仍然将比值都乘以100，但这不是必须的，也可采用分数、小数、百分比等形式表示该比值。

未发生电网线路、母线短路故障时，无论发生了串接限流电抗器匝间短路与否，并联运行中的2台或3台变压器同相的负载电流有效值算术和应当相同，有：。/>

当系统发生了外部的单相、两相短路故障后，故障相对应的算数和电流剧烈增大，非故障相的电流则非常小，将不能成立，此时可以认定发生了外部短路故障。

应当理解的是，三相总电流完全相等是理论上的分析，实际的电路由于种种因素的影响，各相总电流的值会出现一定的误差，只要误差在可接受的范围内，就可以按照该原理来判断外部短路故障情况。具体的，可以认为均落入95~105范围内，即、/>、/>，就认为/>同时等于100（大于95且小于105），就可以认为满足公式/>，则可以继续进行串接限流电抗器匝间短路保护识别。此处将标准范围定为大于95且小于105，是根据实验获得的一个较为居中的范围，根据实际的电路情况，也可以对这个范围进行适当的调整。

S4，若各变压器中压侧三相之间的电流分配比值中出现至少一组符合特征值的数据，则认定符合特征值的数据所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，否则认定限流电抗器未发生短路故障。

串接限流电抗器发生了匝间短路后，并当限流电抗器等效电抗值减小50%以后，并联运行中的2-3台变压器各自三相电流数据中出现了等于100（大于95及小于105）、大于110、小于90三组特征值数据，即各变压器中压侧三相之间的电流分配比值中出现至少一组符合特征值的数据是指同一变压器中的中有一项大于95且小于105，另有一项大于110，还有一项小于90，并且没有外部短路引起的变压器三相电流短时严重不平衡时，并且中压侧母线电压正常，未出现正序电压降低、负序及零序电压升高，则可以认定符合特征值的数据所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障，限流电抗器发生短路故障既可以是匝间短路，也可以是包封闪络短路。此处采用90、100、110作为三个特征值，是根据实验获得的一个较为居中的范围，根据实际的电路情况，也可以对这三个特征值进行适当的调整。

S5，若认定任一限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，则启动对发生短路故障的限流电抗器所在分路的录波及跳闸命令。

并联变压器中压侧串接限流电抗器发生短路故障后，在故障快速发展过程中，根据其他电抗器故障经验，极其巨大的线匝间短路环流会导致导线熔化，加热绝缘膜及环氧固化材料，这些材料会以高温气体的形式从包封玻璃纤维带的缝隙中间向外高速喷射，瞬间导致底部的支持绝缘子闪络放电，形成次生的接地故障，大概率会导致主变差动保护动作。因此，一旦三相电流差异条件满足，就要发出启动录波及跳闸命令，记录限流电抗器短路事故的完整发展过程，为分析故障及查找故障点记录准确可靠信息数据，切断电路，防止事故扩大。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果。其中，的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

本发明还提供另一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，可以理解的是，本方法的实施例以2至3台主变并联为例，但本方法的应用并不仅限于2至3台主变并联的情况，亦可应用于更多台主变并联的情况，本方法包括：

S1’，获取并联运行的各变压器中压侧出线回路的各相的电流、中压侧母线电压。

该步骤监测串联接入变压器中压侧出线回路的三相电流，对每一台并联运行变压器的限流电抗器三相电流大小进行监测。

S2’，若中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，则确定并联运行的各变压器的各相电流中的电流最大值、电流最小值和电流平均值，否则认定发生其他外部电路短路故障。

如果中压侧母线出现正序电压降低、负序及零序电压升高，则说明中压侧母线电压不正常，考虑为负载侧等主变及限流电抗器以外的电路短路故障，因而应认定为其他故障，与限流电抗器无关。

如果中压侧母线电压正常，则可以继续确定并联运行的各变压器的各相电流中的电流最大值、电流最小值和电流平均值。

并联变压器中压侧串接限流电抗器发生匝间短路故障后，由于串接限流电抗器等效电感损失及电抗值不断减小，会导致三相电流之间不对称，以及并联变压器之间的负载电流之间出现明显或显著不对称，但并联变压器不同相别的电流算术和是一样并对称的。

当外部发生了单相接地故障、两相短路故障后穿越变压器的电流在三相之间会出现不对称，且不同相别的电流算术和之间是严重不对称的，2台或3台变压器外部故障相别的电流算术和远大于非故障相别的电流算术和。

而外部三相短路后三相电流是对称的，2台或3台变压器之间短路穿越电流分配也是对称的，但是不会出现并联环流。

可以利用此关系特性，在外部短路故障后，有短路电流穿越造成三相电流算术和之间不对称时，进行闭锁，不认定限流电抗器发生短路故障。

实时计算并联运行变压器2台6相或3台9相电流中的最大值、最小值和电流平均值。

具体的，计算电流最大、最小值公式（公式为可能3台并联9相，当2台并联6相时，只计算其中并联的2台6相）：

；

；

其中，为电流最大值，/>为电流最小值，/>为T1变压器串接限流电抗器的A相电流，/>为T2变压器串接限流电抗器的A相电流，/>为T3变压器串接限流电抗器的A相电流，/>为T1变压器串接限流电抗器的B相电流，/>为T2变压器串接限流电抗器的B相电流，/>为T3变压器串接限流电抗器的B相电流，/>为T1变压器串接限流电抗器的C相电流，/>为T2变压器串接限流电抗器的C相电流，/>为T3变压器串接限流电抗器的C相电流。

计算电流平均值公式为：

；

其中，为电流平均值。

S3’，计算电流最大值与电流最小值的比值。

具体的，电流最大值与电流最小值的比值的计算公式为：

；

其中，为电流最大值，/>为电流最小值，/>为电流最大值与电流最小值的比值。此处为方便计算，将比值都乘以100，但这不是必须的，也可采用分数、小数、百分比等形式表示该比值。

S4’，若电流最大值与电流最小值的比值大于或等于预设故障阈值，则认定限流电抗器发生短路故障，并利用电流最大值和电流最小值分别对电流平均值求比值，否则认定限流电抗器未发生短路故障。

具体的，预设故障阈值为120。如果k大于120，则说明并联组中的最大电流相发生了限流电抗器的短路故障，即可认定限流电抗器发生短路故障，并继续详细分析故障情况。

电流最大值与电流平均值的比值的计算公式为：

；

所述电流最小值与电流平均值的比值的计算公式为：

；

其中，为电流平均值，/>为电流最大值与电流平均值的比值，/>为电流最大值与电流平均值的比值。此处为方便计算，将比值都乘以100，但这不是必须的，也可采用分数、小数、百分比等形式表示该比值。

S5’，若电流最大值与电流平均值的比值大于预设高阈值，且电流最小值与电流平均值的比值小于预设低阈值，则认定电流最大值所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值。

具体的，预设高阈值为110，预设低阈值为90。如果最大值比电流平均值的比值大于110，电流最小值比电流平均值的比值/>小于90，则说明并联组中的最大电流相发生了限流电抗器的匝间短路故障，且电感损失已经达到或超过了50%水平值。

根据案例计算表5、表6进行验算，当串接限流电抗器电感值损失达到50%时，则识别、判断、/>、/>均能满足相对应的预设故障阈值、预设高阈值、预设低阈值的范围。可以认定电流最大值所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值。

S6’，若认定任一限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，启动对发生短路故障的限流电抗器所在分路的录波及跳闸命令。

认定限流电抗器发生短路故障后，可以立即启动故障录波及跳闸命令，对电流最大值对应的一路进行录波，跳开电流最大值对应的一组变压器中压侧开关。

需要说明，在本方法的S1’至S6’，电流最大值均指并联运行的各变压器的各相电流中的最大值，电流最小值均指并联运行的各变压器的各相电流中的最小值，电流平均值均指并联运行的各变压器的各相电流的平均值。

本发明另一实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述另一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果。其中，的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，其特征在于，包括：

S1，获取并联运行的各变压器中压侧出线回路的各相的电流、中压侧母线电压，利用各变压器中压侧出线回路的各相的电流计算各相别总电流、各相别总电流之间的比值；

S2，若中压侧母线电压出现正序电压降低或负序及零序电压升高，并且各相别总电流之间的比值均超出标准范围之外，则判断出现了电抗器外部电路的短路故障；

S3，若中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，并且各相别总电流之间的比值均落入标准范围，则计算各变压器中压侧三相之间的电流分配比值；

S4，若各变压器中压侧三相之间的电流分配比值中出现至少一组符合特征值的数据，则认定符合特征值的数据所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，否则认定限流电抗器未发生短路故障。

2.根据权利要求1所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，其特征在于，还包括：

S5，若认定任一限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，则启动对发生短路故障的限流电抗器所在分路的录波及跳闸命令。

3.根据权利要求1所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，其特征在于，所述各相别总电流之间的比值的计算公式为：

，/>，/>；

其中，为A相总电流，/>为B相总电流，/>为C相总电流，/>为A相总电流与B相总电流的比值，/>为B相总电流与C相总电流的比值，/>为C相总电流与A相总电流的比值；

所述标准范围为大于95且小于105。

4.根据权利要求3所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，其特征在于，所述各变压器中压侧三相之间的电流分配比值的计算公式为：

，/>；

其中，为单个变压器的A相电流，/>为单个变压器的B相电流，/>为单个变压器的C相电流，/>为A相电流与B相电流的比值，/>为B相电流与C相电流的比值，/>为C相电流与A相电流的比值。

5.根据权利要求4所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，其特征在于，所述各变压器中压侧三相之间的电流分配比值中出现至少一组符合特征值的数据是指同一变压器中的中有一项大于95且小于105，另有一项大于110，还有一项小于90。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1至5中任一项所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法。

7.基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，其特征在于，包括：

S1’，获取并联运行的各变压器中压侧出线回路的各相的电流、中压侧母线电压；

S2’，若中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，则确定并联运行的各变压器的各相电流中的电流最大值、电流最小值和电流平均值，否则认定发生其他外部电路短路故障；

S3’，计算电流最大值与电流最小值的比值；

S4’，若电流最大值与电流最小值的比值大于或等于预设故障阈值，则认定限流电抗器发生短路故障，并利用电流最大值和电流最小值分别对电流平均值求比值，否则认定限流电抗器未发生短路故障；

S5’，若电流最大值与电流平均值的比值大于预设高阈值，且电流最小值与电流平均值的比值小于预设低阈值，则认定电流最大值所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值。

8.根据权利要求7所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，其特征在于，还包括：

S6’，若认定任一限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，启动对发生短路故障的限流电抗器所在分路的录波及跳闸命令。

9.根据权利要求7所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，其特征在于，所述电流最大值与电流最小值的比值的计算公式为：

其中，为电流最大值，/>为电流最小值，/>为电流最大值与电流最小值的比值；

所述预设故障阈值为120；

所述电流最大值与电流平均值的比值的计算公式为：

所述电流最小值与电流平均值的比值的计算公式为：

其中，为电流平均值，/>为电流最大值与电流平均值的比值，/>为电流最大值与电流平均值的比值；

所述预设高阈值为110，所述预设低阈值为90。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求7至9中任一项所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法。