專利名稱：容錯復(fù)判自適應(yīng)高壓并聯(lián)電抗器匝間保護(hù)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，更具體地涉及繼電保護(hù)的方法。
背景技術(shù)：
首先，根據(jù)以下參考文獻(xiàn)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(hù)配置方案，電力系統(tǒng)自動化》，2002年第24期2.王維儉，黃潤鏗，《500kV并聯(lián)電抗器零序功率方向保護(hù)的運行分析》，繼電器，1995年第4期。
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(hù)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(dá)到額定負(fù)荷電流的50％[1]，因此必須裝設(shè)高壓并聯(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(hù)裝置。當(dāng)該保護(hù)裝置判斷發(fā)生電抗器內(nèi)部故障時，若預(yù)先的過電壓計算表明電抗器內(nèi)部故障切除可能引起不能允許的過電壓或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(hù)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。
匝間故障是電抗器常見的故障形式，但當(dāng)短路匝數(shù)很小時，由于故障引起的電壓電流都很小，很難被繼電保護(hù)裝置檢出。如何靈敏，快速地判斷出小匝比匝間短路，同時在各種區(qū)外故障和正常操作的暫態(tài)過程中不誤動，成為高壓并聯(lián)電抗器保護(hù)的難題。因此，可靠完善的匝間保護(hù)原理，是高壓并聯(lián)電抗器保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
目前系統(tǒng)中使用的高壓并聯(lián)電抗器保護(hù)，無論國產(chǎn)產(chǎn)品(目前只有南自的WDK-600微機電抗器保護(hù)裝置)，還是進(jìn)口產(chǎn)品(例如ABB保護(hù))由于種種條件的限制，其匝間保護(hù)的運行情況尚難令人滿意。其中WDK-600的電抗器匝間保護(hù)采用零序電流、零序電壓組成的零序阻抗繼電器，該匝間保護(hù)曾數(shù)次誤動。ABB的匝間保護(hù)由于沒有對零序電壓進(jìn)行補償，要求匝間故障后存在相當(dāng)大的零序電壓(二次值一般整定為10V)才能動作。而實際上由于特高壓系統(tǒng)的零序阻抗非常小，即使非常嚴(yán)重的匝間短路(接近100％的匝間短路)零序電壓也很難達(dá)到其門檻，這種原理匝間保護(hù)的靈敏度非常的低，甚至形同虛設(shè)。
因此，本文針對電抗器匝間保護(hù)的現(xiàn)狀，提出了容錯復(fù)判自適應(yīng)高壓并聯(lián)電抗器匝間保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
為更準(zhǔn)確可靠地鑒別小匝間短路和正常的不平衡，并保證在超高壓和特高壓系統(tǒng)各種嚴(yán)峻的考驗下滿足繼電保護(hù)的四性(可靠性、速動性、選擇性、靈敏性)要求，本發(fā)明提供了一種通過容錯復(fù)判電抗器首末端各電氣量，來可靠快速地區(qū)分高壓并聯(lián)電抗器正常運行時三相不平衡和匝間短路的方法，該方法包括如下步驟電抗器保護(hù)裝置對互感器的電流電壓波形進(jìn)行采樣得到電流電壓瞬時值；通過傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；當(dāng)測量的零序電壓較大時，直接用比相繼電器(見后述1式)進(jìn)行比相，若在正方向則主判據(jù)動作；當(dāng)測量的零序電壓很小時要進(jìn)行自適應(yīng)的零序電壓補償，再用比相繼電器進(jìn)行比相，若在正方向同樣主判據(jù)動作。
此外，本發(fā)明進(jìn)一步包括如果主判據(jù)動作，還應(yīng)判斷突變量輔助判據(jù)(見后述2式)和穩(wěn)態(tài)量輔助判據(jù)(見后述3式)，若二者之一動作，則保護(hù)出口跳閘；否則保護(hù)進(jìn)入下一次循環(huán)計算。這樣可較好地解決長期以來由于電抗器小匝間故障特征不明顯等原因造成的匝間保護(hù)不正確動作的技術(shù)難題。


圖1顯示了零序電流、電壓正方向定義；圖2為容錯復(fù)判自適應(yīng)匝間保護(hù)邏輯框圖。
具體實施方案參考圖1，本發(fā)明的匝間保護(hù)采用了容錯復(fù)判自適應(yīng)匝間保護(hù)原理。由末端自產(chǎn)零序電流、線路自產(chǎn)零序電壓組成的零序功率方向繼電器。由于電抗器內(nèi)部匝間短路時，對應(yīng)的末端測量值總是滿足零序電壓超前零序電流，而且此時零序電抗的測量值為系統(tǒng)的零序電抗。當(dāng)電抗器外部(系統(tǒng))故障時，對應(yīng)的零序電壓滯后于零序電流，此時零序電抗的測量值為電抗器的零序阻抗。而系統(tǒng)的零序阻抗要遠(yuǎn)小于電抗器的零序阻抗。所以，可以利用零序電流和零序電壓的相位關(guān)系來區(qū)分電抗器匝間短路、內(nèi)部接地故障和電抗器外部故障。當(dāng)短路匝數(shù)很少時，由于零序電壓源很小，相應(yīng)的在系統(tǒng)零序阻抗上產(chǎn)生的零序電流和零序電壓很小。本發(fā)明針對電抗器小匝間短路時零序電壓很小的實際情況，采用了自適應(yīng)的零序電壓補償，結(jié)合故障后各電氣量的變化信息進(jìn)行綜合判斷，同時根據(jù)故障的嚴(yán)重情況自動調(diào)整動作時間。該方法對匝間故障的識別更加準(zhǔn)確，在提高靈敏度的同時可保證保護(hù)的安全可靠運行。
零序電壓和零序電流正方向的取法見圖1。
零序功率方向元件的動作方程為 式中 分別為線路TV的自產(chǎn)零壓和電抗器末端TA的自產(chǎn)零流；z為電抗器的零序阻抗(如有接地電抗器，則包括接地電抗器的零序阻抗)；K為自適應(yīng)補償系數(shù)，取(0~0.8)。
由于發(fā)生小匝間短路故障時，故障特征不明顯，為了提高匝間保護(hù)的可靠性，需綜合判別所有可能的故障信息。因此增加各電氣量的變化量作為輔助判據(jù)，即突變量判據(jù)式(2)、穩(wěn)態(tài)判據(jù)式(3)，兩者為“或”的關(guān)系。其中I1、I2分別為電抗器首、末端的電流模值；I1w、I2w分別為電抗器首、末端電流的穩(wěn)態(tài)量；3I01為電抗器首端電流的自產(chǎn)零序電流模值；Ir2hn、Ir2ln分別為電抗器首、末端電流額定值；K1、K2、K3為固定常數(shù)。
為了保證匝間保護(hù)的可靠運行，設(shè)有TA異常和TV異常檢測元件。當(dāng)TA或者TV異常時，退出容錯復(fù)判自適應(yīng)匝間保護(hù)。
容錯復(fù)判自適應(yīng)匝間保護(hù)的邏輯框圖如圖2所示。若容錯復(fù)判自適應(yīng)匝間保護(hù)投入，則依次判斷判據(jù)2和判據(jù)3，若其中之一動作則判斷判據(jù)1，若同時判據(jù)1動作則保護(hù)經(jīng)一個自適應(yīng)短延時出口，否則進(jìn)行下一次判斷。
在本發(fā)明的上述判別中，其中判據(jù)2、判據(jù)3為“或”的關(guān)系，與判據(jù)1為“與”的關(guān)系。
因此，通過本發(fā)明，對匝間故障的識別更加準(zhǔn)確，在提高靈敏度的同時可保證保護(hù)的安全可靠運行。
權(quán)利要求
1.一種通過容錯復(fù)判電抗器首末端各電氣量來區(qū)分高壓并聯(lián)電抗器正常運行時三相不平衡和匝間短路的方法，該方法包括如下步驟電抗器保護(hù)裝置對互感器的電流電壓波形進(jìn)行采樣得到電流電壓瞬時值；通過傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；當(dāng)測量的零序電壓較大時，直接用比相繼電器進(jìn)行比相，若在正方向則主判據(jù)動作；當(dāng)測量的零序電壓很小時進(jìn)行自適應(yīng)的零序電壓補償，再用比相繼電器進(jìn)行比相，若在正方向同樣主判據(jù)動作。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)下式用比相繼電器進(jìn)行比相 式中 分別為線路TV的自產(chǎn)零壓和電抗器末端TA的自產(chǎn)零流；Z為電抗器的零序阻抗(如有接地電抗器，則包括接地電抗器的零序阻抗)；K為自適應(yīng)補償系數(shù)，取0~0.8。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中如果主判據(jù)動作，進(jìn)一步包括判斷突變量輔助判據(jù)和穩(wěn)態(tài)量輔助判據(jù)，若二者之一動作，則保護(hù)出口跳閘；否則保護(hù)進(jìn)入下一次循環(huán)計算。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中根據(jù)下式判斷突變量輔助判據(jù) 其中I1、I2分別為電抗器首、末端的電流模值；I1w、I2w分別為電抗器首、末端電流的穩(wěn)態(tài)量；K1為固定常數(shù)。
5.如權(quán)利要求3的方法，其中根據(jù)下式判斷穩(wěn)態(tài)量輔助判據(jù) 其中I1、I2分別為電抗器首、末端的電流模值； 分別為電抗器首、末端電流的自產(chǎn)零序電流模值；Ir2hn、Ir2ln分別為電抗器首、末端電流額定值；K2、K3為固定常數(shù)。
6.如上述任一權(quán)利要求的方法，其中進(jìn)一步包括當(dāng)判據(jù)動作后，保護(hù)出口延時與故障嚴(yán)重程度相關(guān)，若故障嚴(yán)重保護(hù)瞬時出口；若故障特征不明顯，零序電流和零序電壓較小，保護(hù)會反復(fù)判斷，經(jīng)自適應(yīng)的延時出口。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中繼電保護(hù)的方法。公開了一種通過容錯復(fù)判電抗器首末端各電氣量來區(qū)分高壓并聯(lián)電抗器正常運行時三相不平衡和匝間短路的方法，該方法包括如下步驟電抗器保護(hù)裝置對互感器的電流電壓波形進(jìn)行采樣得到電流電壓瞬時值；通過傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；當(dāng)測量的零序電壓較大時，直接用比相繼電器進(jìn)行比相，若在正方向則主判據(jù)動作；當(dāng)測量的零序電壓很小時進(jìn)行自適應(yīng)的零序電壓補償，再用比相繼電器進(jìn)行比相，若在正方向同樣主判據(jù)動作。然后對相關(guān)電氣量進(jìn)行容錯復(fù)判，確保匝間保護(hù)正確動作。該方法對匝間故障的識別更加準(zhǔn)確，在提高靈敏度的同時可保證保護(hù)的安全可靠運行。
文檔編號H02H7/00GK1555116SQ20031012244
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, 鄒衛(wèi)華 申請人:北京四方繼保自動化有限公司