專利名稱：末端制動的數(shù)字式高壓并聯(lián)電抗器縱差保護的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及高壓并聯(lián)電抗器繼電保護的方法。
背景技術(shù)：
首先，根據(jù)以下參考文獻簡要描述本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)。
1.賀家李等，《特高壓輸電線繼電保護配置方案，電力系統(tǒng)自動化》，2002年第24期2.王維儉，《電氣主設(shè)備繼電保護原理與應用》，2002年1月第二版330kV~750kV的超高壓、特高壓系統(tǒng)，電能輸送容量大，輸電損耗小，在長距離、大容量輸電工程中占有絕對優(yōu)勢，是電力系統(tǒng)中的骨干網(wǎng)架，其安全穩(wěn)定運行是關(guān)系到國計民生的大事。與一般高壓輸電線不同，特高壓輸電線繼電保護的任務(wù)，首先是保證不產(chǎn)生危及設(shè)備和絕緣子的過電壓，其次是保證系統(tǒng)穩(wěn)定。
特高壓線路的分布電容產(chǎn)生很大的容性無功，500km長的750kV線路的電容電流可達到額定負荷電流的50％[1]，因此必須裝設(shè)并聯(lián)電抗器吸收這種容性功率，限制系統(tǒng)的操作過電壓，還可限制單相重合閘時的潛供電容電流。
為保證高壓并聯(lián)電抗器的安全運行，需裝設(shè)高壓并聯(lián)電抗器保護裝置。當該保護裝置判斷電抗器發(fā)生內(nèi)部故障時，若預先的過電壓計算表明高壓并聯(lián)電抗器內(nèi)部故障切除可能引起不能允許的過電壓或高壓并聯(lián)電抗器首端無專用斷路器，需要同時跳開線路兩側(cè)的斷路器。因此，高壓并聯(lián)電抗器保護是超高壓及特高壓電網(wǎng)的重要組成部分，若運行中不正確動作，后果不堪設(shè)想。
電抗器內(nèi)部接地故障和引線的相間短路(瞬時性兩點接地)故障是電抗器常見的故障形式，縱差保護是這兩種故障形式的主保護?？v差保護因其極高的可靠性、速動性、選擇性和靈敏性，幾乎成為所有高電壓等級元件保護的主保護。但高壓并聯(lián)電抗器有其自身的特點，不應照搬其它元件保護的現(xiàn)有縱差原理，因此提高縱差保護性能是高壓并聯(lián)電抗器保護的關(guān)鍵技術(shù)之一。
電力系統(tǒng)中使用的國產(chǎn)數(shù)字式高壓并聯(lián)電抗器保護，目前只有南自的WDK-600微機電抗器保護裝置。其縱差(分相差動)保護采用二段式制動特性，其制動電流采用首末端電流的最大值。這樣當發(fā)生內(nèi)部故障時制動作用很大，為保證保護靈敏度，最小動作電流和比率制動斜率都不能整定得太高。本文針對這種情況進行了改進，在提高內(nèi)部故障靈敏度的同時，增加外部擾動時保護的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
為保護高壓并聯(lián)電抗器內(nèi)部線圈及其引出線接地故障或引出線相間短路故障，提出了末端制動的數(shù)字式縱差保護。圖1為電抗器的比率制動縱差特性，由差動速斷、比率制動和高值比率制動特性組成。其中比率制動采用三段折線特性，高值比率制動采用傳統(tǒng)的兩段折線特性，高值比率制動對應的啟動電流ICDH和比率制動系數(shù)KIDH程序內(nèi)部固定，用戶免整定。本保護具有完善的空投判斷、TA直流飽和判斷、TA異常判斷功能。
本發(fā)明提供了一種取電抗器末端電流作為制動電流的數(shù)字式縱差保護的方法，該方法包括步驟電抗器保護裝置對電流互感器的電流波形進行采樣得到電流瞬時值；通過遞歸傅氏算法求出各電流量的復數(shù)形式；根據(jù)用戶輸入的電流互感器(下文中簡稱TA)變比自動計算平衡系數(shù)，并輸出該系數(shù)供用戶校驗；按照式4計算差動電流與制動電流；按后述的式1、式2、式3所描述的動作方程，再加上空投判據(jù)、TA直流飽和判據(jù)以及TA異常判據(jù)構(gòu)成完整的末端制動數(shù)字式縱差保護。
圖1顯示了本發(fā)明的電抗器縱差保護特性；
圖2顯示了本發(fā)明的電抗器縱差保護邏輯框圖。
圖3顯示了典型的電抗器系統(tǒng)接線圖。
具體實施方案本發(fā)明根據(jù)以下公式來實現(xiàn)末端制動的數(shù)字式高壓并聯(lián)電抗器縱差保護，其動作特性請參考圖1，以下公式之間的邏輯關(guān)系請參考圖2，電抗器的系統(tǒng)接線圖參考圖3。
首先，差動速斷的動作方程見式(1)，其中Idz為動作電流，ISD為速斷電流定值。
Idz＞ISD(1)其次，比率制動差動保護的動作方程見式(2) 其中Izd為制動電流，KID1、KID2、KID3分別為各段的比率制動斜率，其中KID1和KID3裝置內(nèi)部固定為0.2和0.7，KID2由用戶整定。IB1、IB2分別為拐點電流，其中IB1裝置內(nèi)部固定為0.5Ir2ln(Ir2ln為電抗器末端二次額定電流)，IB2由用戶整定。ICD為差動起動電流定值。
大型的電抗器通常為單相式，故對每相采用上述的差動特性。當任一相滿足式(1)或式(2)時，差動速斷或比率差動保護動作。三段式比率差動保護經(jīng)TA直流飽和閉鎖和TA異常閉鎖，其中TA直流飽和閉鎖固定投入，TA異常閉鎖由用戶通過控制字選擇。
為了避免內(nèi)部嚴重故障時因TA直流飽和保護延時動作，設(shè)有不受TA直流飽和閉鎖的高值比率差動保護，對應的動作方程見式(3)
動作電流Idz和制動電流Izd的計算公式見式(4)，其中 為電抗器首端電流， 為電抗器末端電流；均以流入電抗器為正方向。
差動各側(cè)因TA變比不同產(chǎn)生的不平衡由軟件來進行平衡，差動電流Idz和制動電流Izd為經(jīng)平衡處理后的計算結(jié)果。采用式(4)制動電流只選取末端電流的算法，內(nèi)部故障時保護具有很高的靈敏度，外部故障時，差動保證不誤動。
由于電抗器內(nèi)部接地故障時，故障相末端電流接近于零，無制動作用；而在電抗器并網(wǎng)瞬間，穿越性電流較大時，有較大的制動作用。因此將末端電流作為制動電流的縱差保護方案與將首末端電流差作為制動電流的方案相比，可提高內(nèi)部故障的靈敏度。
由于電抗器在空投過程中，在空充電流的暫態(tài)波形中含有較大的非周期分量，導致TA直流飽和情況的出現(xiàn)。為了躲開空投時差動回路中出現(xiàn)的較大不平衡量，一方面軟件設(shè)置有TA直流飽和檢測功能。另一方面軟件還設(shè)置了空投檢測功能，當檢測到電抗器電流從無到有時自動適當提高差動定值，防止因沖擊電流使縱差保護誤動，同時又能保證空投于內(nèi)部故障時縱差保護正確動作。
電抗器是一個負載性元件，在電抗器區(qū)外故障或其它區(qū)外擾動的暫態(tài)過程中，流過電抗器的工頻(交流)電流不會很大，不足以使TA發(fā)生飽和從而令縱差保護誤動。而此時流過電抗器的直流分量一般會很大而且衰減緩慢，直流分量很容易使TA飽和(稱直流飽和)，如果電抗器首末端TA特性不一致，一端飽和而另一端不飽和，則縱差保護可能會誤動。因此與其它元件的縱差保護不同，要保證高壓并聯(lián)電抗器縱差保護可靠運行，需要有完善的TA直流飽和判據(jù)。
直流飽和判據(jù)采用波形識別與諧波分析相結(jié)合，進行容錯復判的方法1)相電流差流基波大于門檻值，為0.15Ir2ln；2)相電流差流2次諧波比大于10％，三次諧波比小于10％；3)相電流差流波形偏向時間軸一側(cè)，即|S+-S-|≥20%|S++S-|,]]>其中S+和S-分別為差動電流一周波內(nèi)的正采樣值積分和負采樣值積分；4)相電流大于1.5Ir2ln時解除TA直流飽和判別。
現(xiàn)場中TA二次回路經(jīng)常出現(xiàn)似斷非斷而非徹底斷線的現(xiàn)象，而很多縱差保護只考慮TA徹底斷線的情況，經(jīng)不起似斷非斷的考驗。本裝置具有完善的TA異常檢測功能，保證在TA似斷非斷的情況下差動保護不誤動。TA異常的判據(jù)1)電抗器首末端TA，一端自產(chǎn)零流大，另一端自產(chǎn)零流??；2)自產(chǎn)零流大的一端有一相電流減小，該端其它相以及另一端的三相電流無變化；3)電抗器首末端三相共六個電流都小于1.1倍額定電流；4)無零序電壓。
對于高壓并聯(lián)電抗器的縱差保護，本發(fā)明大大提高了內(nèi)部故障判別的靈敏度，同時增加外部擾動時保護的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種取電抗器末端電流作為制動電流的數(shù)字式縱差保護的方法，由差動速斷、比率制動和高值比率制動特性組成電抗器的比率制動縱差特性，其中比率制動采用三段折線特性，高值比率制動采用傳統(tǒng)的兩段折線特性，對應的高值比率制動的啟動電流ICDH和比率制動系數(shù)KIDH程序內(nèi)部固定，該方法包括步驟電抗器保護裝置對電流互感器的電流波形進行采樣得到電流瞬時值；通過遞歸傅氏算法求出各電流量的復數(shù)形式；根據(jù)用戶輸入的TA變比自動計算平衡系數(shù)，并輸出該系數(shù)供用戶校驗；計算差動電流與制動電流；電抗器空投判別；電抗器兩端TA二次回路間隙性斷線判別；TA直流飽和判別；分相判斷縱差保護邏輯。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)下式計算動作電流Idz和制動電流Izd 其中 為電抗器首端電流， 為電抗器末端電流；均以流入電抗器為正方向。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)下式進行差動速斷的動作判斷Idz＞ISD其中Idz為動作電流，ISD為速斷電流定值。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)下式進行比率制動差動保護的動作判斷 其中Izd為制動電流，KID1、KID2、KID3分別為各段的比率制動斜率，其中KID1和KID3裝置內(nèi)部固定為0.2和0.7，KID2由用戶整定。IB1、IB2分別為拐點電流，其中IB1裝置內(nèi)部固定為0.5Ir2ln(Ir2ln為電抗器末端二次額定電流)，IB2由用戶整定。ICD為差動起動電流定值。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中包括不受TA直流飽和閉鎖的高值比率差動保護，根據(jù)下式進行對應的動作判斷
6.如權(quán)利要求1的方法，其中TA異常的判據(jù)如下1)電抗器首末端TA中一端自產(chǎn)零流大，另一端自產(chǎn)零流?。?)電抗器首末端TA中，零流大的一端有一相電流減小，該端其它相以及另一端的三相電流無變化；3)電抗器首末端三相共六個電流都小于1.1/r2ln；4)無零序電壓；其中，三段式比率差動保護是否經(jīng)TA異常閉鎖，可由用戶通過控制字選擇。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中TA直流飽和的判據(jù)如下1)相電流差流基波大于0.15Ir2ln；2)相電流差流2次諧波比大于10％，三次諧波比小于10％；3)相電流差流波形偏向時間軸一側(cè)，即|S+-S-|≥20％|S++S-|，其中S+和S-分別為差動電流一周波內(nèi)的正采樣值積分和負采樣值積分；4)相電流大于1.5Ir2ln時解除TA直流飽和判別；其中，判出TA直流飽和后閉鎖三段式比率差動保護。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中高壓并聯(lián)電抗器的縱差保護。為保護高壓并聯(lián)電抗器內(nèi)部線圈及其引出線接地故障或引出線相間短路(瞬時性兩點接地)故障，公開了一種取電抗器末端電流作為制動電流的數(shù)字式縱差保護的方法。該方法由差動速斷、比率制動和高值比率制動特性組成比率制動縱差特性，為保證在特高壓、超高壓電網(wǎng)的暫態(tài)過程中保護正確動作，本保護具有電抗器空投檢測功能、電抗器兩端電流互感器(簡稱TA)二次回路間隙性斷線判據(jù)以及TA直流飽和判據(jù)，從而構(gòu)成完整的末端制動的數(shù)字式高壓并聯(lián)電抗器縱差保護。其中比率制動采用三段折線特性，高值比率制動采用傳統(tǒng)的兩段折線特性，TA二次回路間隙性斷線判據(jù)采用零序電流和相電流相結(jié)合的方法，TA直流飽和判據(jù)采用波形識別原理并輔以諧波分析。
文檔編號H02H7/00GK1555115SQ20031012244
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者屠黎明, 蘇毅, 聶娟紅 申請人:北京四方繼保自動化有限公司