CN1555116A - 容错复判自适应高压并联电抗器匝间保护 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统领域中继电保护的方法。公开了一种通过容错复判电抗器首末端各电气量来区分高压并联电抗器正常运行时三相不平衡和匝间短路的方法，该方法包括如下步骤：电抗器保护装置对互感器的电流电压波形进行采样得到电流电压瞬时值；通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；当测量的零序电压较大时，直接用比相继电器进行比相，若在正方向则主判据动作；当测量的零序电压很小时进行自适应的零序电压补偿，再用比相继电器进行比相，若在正方向同样主判据动作。然后对相关电气量进行容错复判，确保匝间保护正确动作。该方法对匝间故障的识别更加准确，在提高灵敏度的同时可保证保护的安全可靠运行。

Description

容错复判自适应高压并联电抗器匝间保护

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及继电保护的方法。

背景技术

首先，根据以下参考文献简要描述本发明的相关技术。

1.贺家李等，《特高压输电线继电保护配置方案，电力系统自动化》，2002年第24期

2.王维俭，黄润铿，《500kV并联电抗器零序功率方向保护的运行分析》，继电器，1995年第4期。

330kV~750kV的超高压、特高压系统，电能输送容量大，输电损耗小，在长距离、大容量输电工程中占有绝对优势，是电力系统中的骨干网架，其安全稳定运行是关系到国计民生的大事。与一般高压输电线不同，特高压输电线继电保护的任务，首先是保证不产生危及设备和绝缘子的过电压，其次是保证系统稳定。

特高压线路的分布电容产生很大的容性无功，500km长的750kV线路的电容电流可达到额定负荷电流的50％[1]，因此必须装设高压并联电抗器吸收这种容性功率，限制系统的操作过电压，还可限制单相重合闸时的潜供电容电流。

为保证高压并联电抗器的安全运行，需装设高压并联电抗器保护装置。当该保护装置判断发生电抗器内部故障时，若预先的过电压计算表明电抗器内部故障切除可能引起不能允许的过电压或电抗器首端无专用断路器，需要同时跳开线路两侧的断路器。因此，高压并联电抗器保护是超高压及特高压电网的重要组成部分，若运行中不正确动作，后果不堪设想。

匝间故障是电抗器常见的故障形式，但当短路匝数很小时，由于故障引起的电压电流都很小，很难被继电保护装置检出。如何灵敏，快速地判断出小匝比匝间短路，同时在各种区外故障和正常操作的暂态过程中不误动，成为高压并联电抗器保护的难题。因此，可靠完善的匝间保护原理，是高压并联电抗器保护的关键技术之一。

目前系统中使用的高压并联电抗器保护，无论国产产品(目前只有南自的WDK-600微机电抗器保护装置)，还是进口产品(例如ABB保护)由于种种条件的限制，其匝间保护的运行情况尚难令人满意。其中WDK-600的电抗器匝间保护采用零序电流、零序电压组成的零序阻抗继电器，该匝间保护曾数次误动。ABB的匝间保护由于没有对零序电压进行补偿，要求匝间故障后存在相当大的零序电压(二次值一般整定为10V)才能动作。而实际上由于特高压系统的零序阻抗非常小，即使非常严重的匝间短路(接近100％的匝间短路)零序电压也很难达到其门槛，这种原理匝间保护的灵敏度非常的低，甚至形同虚设。

因此，本文针对电抗器匝间保护的现状，提出了容错复判自适应高压并联电抗器匝间保护。

发明内容

为更准确可靠地鉴别小匝间短路和正常的不平衡，并保证在超高压和特高压系统各种严峻的考验下满足继电保护的四性(可靠性、速动性、选择性、灵敏性)要求，本发明提供了一种通过容错复判电抗器首末端各电气量，来可靠快速地区分高压并联电抗器正常运行时三相不平衡和匝间短路的方法，该方法包括如下步骤：电抗器保护装置对互感器的电流电压波形进行采样得到电流电压瞬时值；通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；当测量的零序电压较大时，直接用比相继电器(见后述1式)进行比相，若在正方向则主判据动作；当测量的零序电压很小时要进行自适应的零序电压补偿，再用比相继电器进行比相，若在正方向同样主判据动作。

此外，本发明进一步包括如果主判据动作，还应判断突变量辅助判据(见后述2式)和稳态量辅助判据(见后述3式)，若二者之一动作，则保护出口跳闸；否则保护进入下一次循环计算。这样可较好地解决长期以来由于电抗器小匝间故障特征不明显等原因造成的匝间保护不正确动作的技术难题。

附图说明

图1显示了零序电流、电压正方向定义；

图2为容错复判自适应匝间保护逻辑框图。

具体实施方案

参考图1，本发明的匝间保护采用了容错复判自适应匝间保护原理。由末端自产零序电流、线路自产零序电压组成的零序功率方向继电器。由于电抗器内部匝间短路时，对应的末端测量值总是满足零序电压超前零序电流，而且此时零序电抗的测量值为系统的零序电抗。当电抗器外部(系统)故障时，对应的零序电压滞后于零序电流，此时零序电抗的测量值为电抗器的零序阻抗。而系统的零序阻抗要远小于电抗器的零序阻抗。所以，可以利用零序电流和零序电压的相位关系来区分电抗器匝间短路、内部接地故障和电抗器外部故障。当短路匝数很少时，由于零序电压源很小，相应的在系统零序阻抗上产生的零序电流和零序电压很小。本发明针对电抗器小匝间短路时零序电压很小的实际情况，采用了自适应的零序电压补偿，结合故障后各电气量的变化信息进行综合判断，同时根据故障的严重情况自动调整动作时间。该方法对匝间故障的识别更加准确，在提高灵敏度的同时可保证保护的安全可靠运行。

零序电压和零序电流正方向的取法见图1。

零序功率方向元件的动作方程为：

式中： 分别为线路TV的自产零压和电抗器末端TA的自产零流；z为电抗器的零序阻抗(如有接地电抗器，则包括接地电抗器的零序阻抗)；K为自适应补偿系数，取(0~0.8)。

由于发生小匝间短路故障时，故障特征不明显，为了提高匝间保护的可靠性，需综合判别所有可能的故障信息。因此增加各电气量的变化量作为辅助判据，即突变量判据式(2)、稳态判据式(3)，两者为“或”的关系。其中I₁、I₂分别为电抗器首、末端的电流模值；I_1w、I_2w分别为电抗器首、末端电流的稳态量；3I₀₁为电抗器首端电流的自产零序电流模值；I_r2hn、I_r2ln分别为电抗器首、末端电流额定值；K₁、K₂、K₃为固定常数。

为了保证匝间保护的可靠运行，设有TA异常和TV异常检测元件。当TA或者TV异常时，退出容错复判自适应匝间保护。

容错复判自适应匝间保护的逻辑框图如图2所示。若容错复判自适应匝间保护投入，则依次判断判据2和判据3，若其中之一动作则判断判据1，若同时判据1动作则保护经一个自适应短延时出口，否则进行下一次判断。

在本发明的上述判别中，其中判据2、判据3为“或”的关系，与判据1为“与”的关系。

因此，通过本发明，对匝间故障的识别更加准确，在提高灵敏度的同时可保证保护的安全可靠运行。

Claims (6)

1.一种通过容错复判电抗器首末端各电气量来区分高压并联电抗器正常运行时三相不平衡和匝间短路的方法，该方法包括如下步骤：

电抗器保护装置对互感器的电流电压波形进行采样得到电流电压瞬时值；

通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；

当测量的零序电压较大时，直接用比相继电器进行比相，若在正方向则主判据动作；

当测量的零序电压很小时进行自适应的零序电压补偿，再用比相继电器进行比相，若在正方向同样主判据动作。

2.如权利要求1的方法，其中根据下式用比相继电器进行比相：

式中：

分别为线路TV的自产零压和电抗器末端TA的自产零流；Z为电抗器的零序阻抗(如有接地电抗器，则包括接地电抗器的零序阻抗)；K为自适应补偿系数，取0~0.8。

3.如权利要求1的方法，其中如果主判据动作，进一步包括判断突变量辅助判据和稳态量辅助判据，若二者之一动作，则保护出口跳闸；否则保护进入下一次循环计算。

4.如权利要求3的方法，其中根据下式判断突变量辅助判据：

其中I₁、I₂分别为电抗器首、末端的电流模值；I_1w、I_2w分别为电抗器首、末端电流的稳态量；K₁为固定常数。

5.如权利要求3的方法，其中根据下式判断稳态量辅助判据：

其中I₁、I₂分别为电抗器首、末端的电流模值； 分别为电抗器首、末端电流的自产零序电流模值；I_r2hn、I_r2ln分别为电抗器首、末端电流额定值；K₂、K₃为固定常数。

6.如上述任一权利要求的方法，其中进一步包括当判据动作后，保护出口延时与故障严重程度相关，若故障严重保护瞬时出口；若故障特征不明显，零序电流和零序电压较小，保护会反复判断，经自适应的延时出口。

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