專利名稱：判別并聯(lián)電抗器匝間短路、兩相短路和單相短路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種判別并聯(lián)電抗器匝間短路、兩相短路和單相短路的方法，屬于電力系統(tǒng) 主設(shè)備繼電保護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外繼電保護(hù)領(lǐng)域中的方向繼電器(或稱方向元件、方向判據(jù))有以下幾種
(1) 9()<>接線的功率方向繼電器 廣泛應(yīng)用于輸電線路、發(fā)電機(jī)、變壓器的繼電保護(hù)； 其基本動(dòng)作方程為
/Ac cos".j + ") > 0, = arg *
< /》rCj4 c。s(^V萬+ ") > 0 ，』=arg ^ 々"w謡(& c + ) > 0 ，& c = arg ^
"為繼電器內(nèi)角，為最靈敏角
"(或爐柳)值可整定，如『30°或45°， ^=30°或45°;
因?yàn)樵摲N方法反映的是電抗器首端的功率'//7, 、 ^"^' /c^、5，當(dāng)電抗器匝間短 路時(shí)，這些功率值變化極小，無法檢測(cè)，所以這種功率方向繼電器不能用于判別匝間短路。 (2)零序功率方向繼電器 廣泛應(yīng)用于輸電線路、變壓器的繼電保護(hù) 其基本動(dòng)作方程為
C/0/。 cos"十《) > 0 ，& = arg * ■
4°為繼電器測(cè)量的零序電壓、零序電流
,ct = 110u
A,
值可整定，如變壓器、輸電線路的零序功率方向繼電器整定 =一110°
內(nèi)角"—，即最靈敏角
(3)故障分量的負(fù)序功率方向繼電器 應(yīng)用于發(fā)電機(jī)匝間短路的繼電器保護(hù)，參見許繼電氣公司的WFB-800發(fā)變組保護(hù)的技術(shù) 說明書；
其基本動(dòng)作方程為 &一2 x A/2 xe-化"|>,
式中，八"2為繼電器鄰 A^為A^的共軛向量:
^為一個(gè)小門坎功率值 :的發(fā)電機(jī)機(jī)端的負(fù)序故障分量電壓；
而"'2為繼電器測(cè)量的發(fā)電機(jī)機(jī)端的負(fù)序故障分量電流； ^"為繼電器的最靈敏角，《ra按發(fā)電機(jī)負(fù)序阻抗角整定， 一般整定^"=S?！?。 由于該種判別方法反映的是電抗器首端的負(fù)序功率A/])，當(dāng)電抗器匝間短路的匝
數(shù)少時(shí)，A^及"都小，
是一個(gè)固定
者乘積的負(fù)序功率小，又繼電器整定的門坎值 的常數(shù)，致使負(fù)序功率方向繼電器拒動(dòng)或者靈敏度低。 (4)電壓絕對(duì)值比較式零序方向繼電器 這種繼電器能判別出并聯(lián)電抗器的匝間短路及單相接地短路故障，見中國(guó)專利申請(qǐng)公開 說明書CN101071151A，
公開日為2007年11月14日，其基本動(dòng)作方程為
t/0 — ^。Zi() ^ "。 + ,0義
SO
式中，
仏
5Q——繼電器測(cè)量的并聯(lián)電抗器首端的零序電流； iQ——并聯(lián)電抗器的零序電抗；
_系統(tǒng)的零序電抗。
但該種判別方法對(duì)于中性點(diǎn)不接地的并聯(lián)電抗器靈敏度較低，例如當(dāng)并聯(lián)電抗器的匝間
短路匝數(shù)與每相總匝數(shù)之比^ = JQ/Q的情況下(1 )、對(duì)于中性點(diǎn)不接地的并聯(lián)電抗器，
由于7" ，故判別不出電抗器匝間短路故障；(2)當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)過小電抗器接地時(shí)，由于
A = 0.6 厶 /。
7" ，所以靈敏度比較差，其中(為電抗器的額定電流， 為電抗器的零序
電流)

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠同時(shí)判別并聯(lián)電抗器匝 間短路、兩相短路和單相短路且靈敏度高的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種判別并聯(lián)電抗器匝間短路、兩相 短路和單相短路的方法，包括如下步驟
(1) 測(cè)量并計(jì)算電抗器首端三相電壓的故障分量A"、 A"s、 A"C，進(jìn)而計(jì)算出負(fù)序 電壓的故障分量八"2;
(2) 測(cè)量并計(jì)算電抗器首端三相電流的故障分量A7、 A/ 、 A/c，進(jìn)而計(jì)算出負(fù)序電 流的故障分量A^;
(3) 將A&、 A^代入式(A);式(A)為電壓絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器的動(dòng)作方程<formula>formula see original document page 7</formula>
(A)
式中，Z"—電抗器的負(fù)序電抗； Z"_系統(tǒng)的負(fù)序電抗；
(4)若式(A)成立，則判別出中性點(diǎn)不接地的并聯(lián)電抗器內(nèi)部有匝間短路或兩相短路 故障；若并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地，則判別出電抗器內(nèi)部有匝間短路 或兩相短路或單相接地短路故障。
本發(fā)明的另一種技術(shù)方案采用了一種判別并聯(lián)電抗器匝間短路、兩相短路和單相短路的 方法，包括如下步驟
(1) 測(cè)量并計(jì)算電抗器首端的三相電壓"、"8、 ^c，進(jìn)而計(jì)算出負(fù)序電壓^;
(2) 測(cè)量并計(jì)算電抗器首端三相電流"、"、々，進(jìn)而計(jì)算出負(fù)序電流"；
(3) 將^、 ^代入式(B)，
式(B)為電壓絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器的動(dòng)作方程；
<formula>formula see original document page 7</formula>
(B)
式中，Z"—電抗器的負(fù)序電抗； Z"_系統(tǒng)的負(fù)序電抗；
(4) 若式(B)成立，對(duì)中性點(diǎn)不接地的并聯(lián)電抗器而言，則判別出電抗器內(nèi)部有匝間短 路或兩相短路故障；對(duì)中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地的并聯(lián)電抗器而言，則判別出電抗 器內(nèi)部有匝間短路或兩相短路或單相接地短路故障。
本發(fā)明"電壓絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器"主要應(yīng)用于高壓并聯(lián)電抗器的繼電保護(hù)裝 置。若并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)不接地，本發(fā)明能判別出電抗器的匝間短路及內(nèi)部?jī)上喽搪饭收?;若并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地，本發(fā)明能判別出電抗器的匝間短路、內(nèi)部?jī)上喽搪芬约皟?nèi)部單相接地短路故障。
本發(fā)明"電壓絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器"在電抗器匝間短路的匝數(shù)少時(shí)，雖然 A^及^都小，但由于電抗器的負(fù)序電抗Z"很大，致使繼電器的動(dòng)作量
|M>2-/A/^卜A/2(^+X工2仍具有相當(dāng)?shù)闹?，且其制?dòng)量為零，所以本發(fā)明的繼電器動(dòng)作靈
敏度高。又本發(fā)明負(fù)序方向繼電器的動(dòng)作方程方法比負(fù)序功率方向繼電器的方法簡(jiǎn)單。
背景技術(shù)：
中描述的"電壓絕對(duì)值比較式零序方向繼電器"能判別出并聯(lián)電抗器的匝間短 路，但其總體性能不如本發(fā)明的負(fù)序方向繼電器。根據(jù)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的分析計(jì)算，并聯(lián)電抗器
的匝間短路匝數(shù)與每相總匝數(shù)之比"='%的情況下若電抗器的中性點(diǎn)直接接地，電抗 f = ， = l。/0 /
器的首端^ f" ("為電抗器的額定電流)；若電抗器的中性點(diǎn)經(jīng)小電抗器接地
,=1。/。 ， A = 0,6% 4 = l。/o ， i = 0
，" " ；若電抗器的中性點(diǎn)不接地，f" f" 。
可見，本發(fā)明的繼電器與"電壓絕對(duì)值比較式零序方向繼電器"(簡(jiǎn)稱后者)相比
中性點(diǎn)直接接地的并聯(lián)電抗器匝間短路，本發(fā)明的動(dòng)作靈敏度與后者相同；
中性點(diǎn)經(jīng)小電抗器接地的并聯(lián)電抗器匝間短路，本發(fā)明的動(dòng)作靈敏度高于后者；
中性點(diǎn)不接地的并聯(lián)電抗器匝間短路，本發(fā)明能判別出而后者不能。


圖l為并聯(lián)電抗器匝間短路負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖2a為并聯(lián)電抗器內(nèi)部?jī)上喽搪坟?fù)序網(wǎng)絡(luò)圖2b為并聯(lián)電抗器外部?jī)上喽搪坟?fù)序網(wǎng)絡(luò)圖3a為并聯(lián)電抗器內(nèi)部單相接地短路負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖3b為并聯(lián)電抗器外部單相接地短路負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖4為本發(fā)明的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器"的方法動(dòng)作方程有兩種第一種是繼電器的測(cè)量電壓采用電抗器首端的負(fù)序電壓故障分量，測(cè)量電流采用電抗器首端的負(fù)序電流故障分量
;第二種是繼電器的測(cè)量電壓采用電抗器首端的負(fù)序電壓^，測(cè)量電流采用電抗器首端的 負(fù)序電流"。用戶以控制字可任選一種，第一種的動(dòng)作特性精度高于第二種，但第一種的方 法較復(fù)雜些。
以下分析第一種方法動(dòng)作方程
動(dòng)作方程
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中，|A^"AJ2Xi2
為動(dòng)作量；
為制動(dòng)量； Z"_為并聯(lián)電抗器的負(fù)序電抗； Z"_為系統(tǒng)的負(fù)序電抗。 1、并聯(lián)電抗器匝間短路
見圖1所示的并聯(lián)電抗器匝間短路負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖。 m>2 = _a/2 X= _/a/2JQ2
A^滯后于^2 90° 。 將式(2)代入式(1)，得 <formula>formula see original document page 9</formula>
(1)
(2)動(dòng)作量很大，制動(dòng)量為零，本發(fā)明"負(fù)序方向繼電器"動(dòng)作最靈敏。
2、 并聯(lián)電抗器內(nèi)部?jī)上喽搪?br> 見圖2a所示的并聯(lián)電抗器內(nèi)部?jī)上喽搪坟?fù)序網(wǎng)絡(luò)圖 △f>2 = _A/2 x jXS2 = _/A/2JTS2
(3)
將式(3)代入式(1)，所得結(jié)論與內(nèi)部匝間短路相同，動(dòng)作量很大，制動(dòng)量為零，本 發(fā)明"負(fù)序方向繼電器"動(dòng)作最靈敏。
3、 并聯(lián)電抗器外部?jī)上喽搪?br> 見圖2b所示的并聯(lián)電抗器外部?jī)上喽搪坟?fù)序網(wǎng)絡(luò)圖。
(4)
A"2超前于A72 90° 。
將式(4)代入式(1)，得
0<A/2(X￡2+U
<
s2 I
動(dòng)作量為零，制動(dòng)量很大，本發(fā)明"負(fù)序方向繼電器"可靠不動(dòng)作。
4、中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地情況下電抗器內(nèi) 部單相接地短路
見圖3a所示的中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地的并聯(lián)電抗器內(nèi)部單相接地負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖
(5)將式(5)代入式(1)，所得結(jié)論與電抗器內(nèi)部?jī)上喽搪废嗤?，?dòng)作量很大，制動(dòng)量為 零，本發(fā)明"負(fù)序方向繼電器"動(dòng)作最靈敏。
5、中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地情況下電抗器外 部單相接地短路
見圖3b所示的中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地的并聯(lián)電抗器外部單相接地負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖
A"2 = A/2 x & =風(fēng)JT
(6)
A"2超前于A72 90° 。
將式(6)代入式(1)，所得結(jié)論與電抗器外部?jī)上喽搪废嗤瑒?dòng)作量為零，制動(dòng)量很 大，本發(fā)明"負(fù)序方向繼電器"可靠地不動(dòng)作。
本發(fā)明"電壓絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器"的第二種方法動(dòng)作方程為
/仏2》"2 + #,
(7)
式中，^抓并聯(lián)電抗器首端的負(fù)序電壓； /2抓并聯(lián)電抗器首端的負(fù)序電流。
并聯(lián)電抗器匝間短路、內(nèi)部外部?jī)上喽搪?、?nèi)部外部單相接地時(shí)第二種方法動(dòng)作方程的 動(dòng)作行為分析相應(yīng)地與第一種方法動(dòng)作方程的動(dòng)作行為相同，不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種判別并聯(lián)電抗器匝間短路、兩相短路和單相短路的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)測(cè)量并計(jì)算電抗器首端三相電壓的故障分量 id="icf0001" file="A2009103038370002C1.tif" wi="9" he="5" top= "40" left = "119" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0002" file="A2009103038370002C2.tif" wi="9" he="5" top= "40" left = "132" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0003" file="A2009103038370002C3.tif" wi="9" he="6" top= "40" left = "144" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>進(jìn)而計(jì)算出負(fù)序電壓的故障分量 id="icf0004" file="A2009103038370002C4.tif" wi="8" he="6" top= "49" left = "57" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>(2)測(cè)量并計(jì)算電抗器首端三相電流的故障分量 id="icf0005" file="A2009103038370002C5.tif" wi="7" he="5" top= "57" left = "119" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0006" file="A2009103038370002C6.tif" wi="7" he="5" top= "57" left = "130" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0007" file="A2009103038370002C7.tif" wi="7" he="6" top= "57" left = "141" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>進(jìn)而計(jì)算出負(fù)序電流的故障分量 id="icf0008" file="A2009103038370002C8.tif" wi="7" he="6" top= "65" left = "49" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>(3)將 id="icf0009" file="A2009103038370002C9.tif" wi="8" he="5" top= "73" left = "48" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0010" file="A2009103038370002C10.tif" wi="5" he="4" top= "73" left = "60" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>代入式(A)式(A)為電壓絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器的動(dòng)作方程<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>|</mo><mi>&Delta;</mi><msub> <mover><mi>U</mi><mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mi>j&Delta;</mi><msub> <mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><msub> <mi>X</mi> <mrow><mi>L</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>&GreaterEqual;</mo><mo>|</mo><mi>&Delta;</mi><msub> <mover><mi>U</mi><mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><mo>+</mo><mi>j&Delta;</mi><msub> <mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><msub> <mi>X</mi> <mrow><mi>S</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中，XL2——電抗器的負(fù)序電抗；XS2系統(tǒng)的負(fù)序電抗；(4)若式(A)成立，則判別出中性點(diǎn)不接地的并聯(lián)電抗器內(nèi)部有匝間短路或兩相短路故障；若并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地，則判別出電抗器內(nèi)部有匝間短路或兩相短路或單相接地短路故障。
2. 一種判別并聯(lián)電抗器匝間短路、兩相短路和單相短路的方法，其 特征在于，包括以下步驟(1) 測(cè)量并計(jì)算電抗器首端的三相電壓"、"8、 ^c，進(jìn)而計(jì)算出負(fù)序電壓^;(2) 測(cè)量并計(jì)算電抗器首端三相電流"、"、々，進(jìn)而計(jì)算出負(fù)序電流"；(3) 將^、 ^代入式(B)式(B)為電壓絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器的動(dòng)作方程 |t>2-_//2Xi2|》p2+/2A2|(B)式中，A"——電抗器的負(fù)序電抗；Z"——系統(tǒng)的負(fù)序電抗； (4)若式(B)成立，對(duì)中性點(diǎn)不接地的并聯(lián)電抗器而言，則判別出電抗器內(nèi)部有匝間 短路或兩相短路故障；對(duì)中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地的并聯(lián)電抗器而言，則判別出電 抗器內(nèi)部有匝間短路或兩相短路或單相接地短路故障。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種判別并聯(lián)電抗器匝間短路、兩相短路和單相短路的方法，該方法包括如下步驟(1)根據(jù)測(cè)量計(jì)算出負(fù)序電壓的故障分量Δ₂；(2)根據(jù)測(cè)量計(jì)算出負(fù)序電流的故障分量Δ₂；(3)將Δ₂、Δ₂代入式|Δ₂-jΔ₂X_L2|≥Δ₂+jΔ₂X_S2|(A)，式(A)為電壓絕對(duì)值比較式負(fù)序方向繼電器的動(dòng)作方程，式中，X_L2——電抗器的負(fù)序電抗；X_S2——系統(tǒng)的負(fù)序電抗；(4)若式(A)成立，則判別出中性點(diǎn)不接地的并聯(lián)電抗器內(nèi)部有匝間短路或兩相短路故障；若并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電抗器接地，則判別出電抗器內(nèi)部有匝間短路或兩相短路或單相接地短路故障；本方法主要應(yīng)用于高壓并聯(lián)電抗器的繼電保護(hù)裝置。
文檔編號(hào)G01R31/02GK101614779SQ20091030383
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者姚晴林, 曹麗璐, 李瑞生, 偉 王 申請(qǐng)人:許繼集團(tuán)有限公司;許繼電氣股份有限公司