基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，包括保護(hù)啟動模塊（1）、慢速涌流算法模塊（2）、快速涌流算法模塊（3）和保護(hù)動作出口模塊（4）；快速涌流算法模塊（3）包括快速涌流陷阱態(tài)判別模塊（301）、快速磁通制動計算模塊（302）和轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊（303）；本差動保護(hù)采用了陷阱復(fù)判的勵磁涌流判別機(jī)制，在不改變傳統(tǒng)變壓器差動保護(hù)原理的基礎(chǔ)上，將快速磁通制動判據(jù)與常規(guī)涌流識別判據(jù)相結(jié)合，并在快速涌流判據(jù)無效時，通過慢速涌流識別判據(jù)繼續(xù)處理。既提高了故障時差動保護(hù)的動作時間，又增加了在勵磁涌流助增情況下差動保護(hù)制動的冗余性，對傳統(tǒng)的變壓器差動保護(hù)原理進(jìn)行了補(bǔ)充及改進(jìn)。
【專利說明】基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)智能變電站繼電保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]勵磁涌流的判別一直是變壓器保護(hù)最主要的難點(diǎn)，如何區(qū)分勵磁涌流與故障電流一直是變壓器保護(hù)從業(yè)人員多年來研究的方向。傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)一般都是基于整周波的數(shù)據(jù)窗來進(jìn)行涌流判斷，如二次諧波制動、波形對稱判別等，所以其動作出口速度必然在20ms以后，如變壓器合閘于故障變壓器，由于涌流制動特性的影響繼電保護(hù)的動作速度會進(jìn)一步放慢。隨著大電網(wǎng)建設(shè)電壓等級的不斷提高，系統(tǒng)安全對繼電保護(hù)的動作速度要求越來越高，所以如何解決變壓器保護(hù)的快速可靠動作是主要研究方向。為了解決這一問題，國內(nèi)最早建設(shè)的特高壓變壓器保護(hù)中曾采用磁通制動原理來作為變壓器保護(hù)的主原理。但磁通制動原理是以單相變壓器作為研究模型來進(jìn)行的原理設(shè)施，必須得在變壓器套管內(nèi)部增加套管CT從而將原有的變壓器三圈轉(zhuǎn)角模型轉(zhuǎn)換成三個單相變壓器。而一般的變壓器的套管CT在選型時由于體積的限制其暫態(tài)飽和等級達(dá)不到差動保護(hù)對于CT飽和特性的要求，且大多數(shù)變壓器都是三圈變壓器其內(nèi)部一般不配置套管CT。而電子式互感器的應(yīng)用更加使得套管CT的應(yīng)用變?yōu)椴豢赡堋?br> [0003]國內(nèi)外目前變壓器保護(hù)一般都是采用基于故障穩(wěn)態(tài)過程二次諧波制動的變壓器保護(hù)，以及基于故障暫態(tài)過程的波形識別制動的變壓器保護(hù)。這些原理的保護(hù)都是一個整周波數(shù)據(jù)窗作為判別依據(jù)的，所以其動作速度一定大于20ms，并且都是利用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)其理論模型都存在缺陷。原有磁通制動原理的數(shù)學(xué)模型是以單相變壓器作為對象，所以其適應(yīng)性非常有限。并且對電子式互感器的應(yīng)用存在巨大的理論盲區(qū)。例如，CN1571230A公開了一種虛擬磁通差動電流特性的變壓器差動保護(hù)方法，提出了虛擬磁通的概念，基于簡單、方便且靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，但是保護(hù)動作慢，出口動作時間為1.5?2倍工頻周期，技術(shù)動作出口時間一般為I倍工頻周期(20ms);無法應(yīng)用于帶轉(zhuǎn)角的三圈變壓器問題，目前變電站三圈變主要為帶轉(zhuǎn)角的Y/Y/dll繞組接線方式，現(xiàn)有技術(shù)基于單相變壓器模型轉(zhuǎn)換成三個單相變壓器，不能直接應(yīng)用于帶轉(zhuǎn)角的三圈變壓器。
[0004]如何解決三圈變壓器的可靠快速動作，目前還沒有一種原理能夠有效實(shí)現(xiàn)。所以目前急需研究一種基于磁通的算法，能夠支持變壓器轉(zhuǎn)角后電流的磁通制動算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了更好的解決現(xiàn)有變電站變壓器保護(hù)的勵磁涌流閉鎖問題，針對常規(guī)涌流閉鎖判據(jù)速度較慢而快速磁通制動在角形繞組側(cè)轉(zhuǎn)角時的局限性，研制出基于單相磁通制動陷阱復(fù)判的涌流識別算法，適用于低壓側(cè)轉(zhuǎn)角的三圈變壓器保護(hù)，以滿足電網(wǎng)和變電站的發(fā)展需求，有必要提供一種基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)裝置及方法。[0006]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0007]基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，包括保護(hù)啟動模塊、慢速涌流算法模塊、快速涌流算法模塊和保護(hù)動作出口模塊。
[0008]快速涌流算法模塊包括快速涌流陷阱態(tài)判別模塊、快速磁通制動計算模塊和轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊。
[0009]保護(hù)啟動模塊、均與慢速涌流算法模塊、快速涌流陷阱態(tài)判別模塊、轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊相連接，轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊、快速磁通制動計算模塊、快速涌流陷阱態(tài)判別模塊、慢速涌流算法模塊依次順序連接，快速涌流陷阱態(tài)判別模塊與保護(hù)動作出口模塊相連接，慢速涌流算法模塊與保護(hù)動作出口模塊相連接。
[0010]保護(hù)啟動模塊采用差流突變量啟動，判據(jù)為式(I):
[0011]?φω-2?

Φ (t-T)+i Φ (t-2T) > 0.5Icd (I)
[0012]當(dāng)式⑴條件為真時，保護(hù)啟動，
[0013]其中i^t)為相差動電流離散值,Ied為差動保護(hù)動作定值；t為當(dāng)前采樣時刻，T為采樣間隔時間； [0014]即，當(dāng)任一相差流突變量連續(xù)三次大于啟動閾值時，保護(hù)啟動，進(jìn)入勵磁涌流識別。
[0015]快速涌流陷阱態(tài)判別模炔基于變壓器空載合閘時非助增相主涌流與星型側(cè)零序電流的變化一致性，對三相轉(zhuǎn)角差流進(jìn)行主涌流選相，根據(jù)差流的瞬時值突變，識別出三相差流中電流變化趨勢未受到方向性影響的主涌流相，即差流最大相，如下:
[0016]Idmax — Imax { Δ Ida> Δ Idb^ AIdcJ
[0017]Idmax為差流最大相，Λ Ida為a相差流突變值，Λ Idb為b相差流突變值，Λ Id。為c相差流突變值；Imax{AIda、AIdb、AIdJ表示八^八^八^取最大值；
[0018]判斷主涌流相，比較三相差流瞬時值在同一時域內(nèi)的差流突變值A(chǔ)Ida、AIdb,Λ Id。，若至少其中有一相的差流突變值超過定值1.5，則判斷該相為主涌流相；若沒有任何相滿足，則認(rèn)為主涌流相判別失??；當(dāng)主涌流相判別失敗時，即主涌流相無法判別，快速涌流陷阱失效，退出快速涌流陷阱狀態(tài)，即退出快速涌流算法模塊，進(jìn)入慢速涌流算法模塊，采用慢速涌流算法對勵磁涌流進(jìn)行識別。
[0019]轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊對三圈變的角型側(cè)環(huán)外CT電流進(jìn)行轉(zhuǎn)角變換，在Ydll繞組接線方式下，角型側(cè)各相繞組電流與線電流關(guān)系為式(2):1:=(h-1c)/S
【權(quán)利要求】
1.基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括保護(hù)啟動模塊(I)、慢速涌流算法模塊(2)、快速涌流算法模塊(3)和保護(hù)動作出口模塊(4)； 所述快速涌流算法模塊(3)包括快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)、快速磁通制動計算模塊(302)和轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊(303)； 所述保護(hù)啟動模塊(I)均與慢速涌流算法模塊(2)、快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)、轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊(303)相連接，所述轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊(303)、快速磁通制動計算模塊(302)、快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)、慢速涌流算法模塊(2)依次順序連接，所述快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)與保護(hù)動作出口模塊(4)相連接，所述慢速涌流算法模塊(2)與保護(hù)動作出口模塊(4)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)啟動模塊I采用差流突變量啟動，判據(jù)為式(I):
? φ (t)_2i φ (t-x)+i φ (t-2T)〉0.5Icd (I) 當(dāng)式(I)條件為真時，保護(hù)啟動， 其中Lw為相差動電流離 散值，IedS差動保護(hù)動作定值，t為當(dāng)前采樣時刻，T為采樣間隔時間； 即，當(dāng)任一相差流突變量連續(xù)三次大于啟動閾值時，保護(hù)啟動，進(jìn)入勵磁涌流識別。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)基于變壓器空載合閘時非助增相主涌流與星型側(cè)零序電流的變化一致性，對三相轉(zhuǎn)角差流進(jìn)行主涌流選相，根據(jù)差流的瞬時值突變，識別出三相差流中電流變化趨勢未受到方向性影響的主涌流相，即差流最大相Idfflax，如下:
Idmax Imax {八 Ida、八 Idb、八 IdcJ Idmax為差流最大相，Λ Ida為a相差流突變值，λ Idb為b相差流突變值，△ Id。為C相差流突變值；Imax { AIda、AIdb、AIdJ 表示 AIda、AIdb、Λ Id。取最大值； 判別主涌流相，當(dāng)主涌流相無法判別時，快速涌流陷阱失效，退出快速涌流陷阱狀態(tài)，采用慢速涌流算法對勵磁涌流進(jìn)行識別。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述主涌流相判別具體包括以下步驟，比較三相差流瞬時值在同一時域內(nèi)的差流突變值A(chǔ)Ida、AIdb, Λ Id。，若至少其中有一相的差流突變值超過定值1.5，則判斷該相為主涌流相；若沒有任何相滿足，則認(rèn)為主涌流相判別失敗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊(303)對三圈變的角型側(cè)環(huán)外CT電流進(jìn)行轉(zhuǎn)角變換，在Ydll繞組接線方式下，角型側(cè)各相繞組電流與線電流關(guān)系為式(2):
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述快速磁通制動計算模塊(302)進(jìn)行磁通制動具體包括以下步驟: 差流經(jīng)轉(zhuǎn)角補(bǔ)償后，轉(zhuǎn)換為單相繞組磁通關(guān)系，采用雙繞組單相變壓器的簡化等值電路模型，獲取知勵磁電感與電壓電流關(guān)系如式(4):
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述k取值為3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述慢速涌流算法模塊(2)采用慢速的的二次諧波制動或波形對稱涌流識別算法，在啟動一個工頻周期后，對勵磁涌流進(jìn)行判定，通過檢測差流中二次諧波含量或波形對稱度是否滿足定值，判定是否需要閉鎖保護(hù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)快速涌流算法模塊(3)或慢速涌流算法模塊(2)有效判定差動電流為故障電流后，進(jìn)入所述保護(hù)動作出口模塊(4)，依據(jù)差動速動算法或比率制動算法對區(qū)內(nèi)故障進(jìn)行響應(yīng)處理，若變壓器差動電流大于保護(hù)動作定值且未被閉鎖，保護(hù)動作出口模塊(4)根據(jù)預(yù)設(shè)的跳閘方式發(fā)送出口跳閘信號。
10.基于磁通制動陷阱復(fù)判的變壓器差動保護(hù)方法，其特征在于，具體包括以下步驟: S01，判斷變壓器差動保護(hù)是否啟動:保護(hù)啟動模塊(I)采用差流突變量啟動，判斷式(I)是否為真:
I iφ (t)_2i φ (t_T)+i φ (t_2T) I〉0.5Icd (I) 當(dāng)式(I)條件為真時，保護(hù)啟動，采樣數(shù)據(jù)同時發(fā)送至慢速涌流算法模塊(2)、快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)和轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊(303)，進(jìn)入勵磁涌流識別； S02，快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)判別主涌流相:快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)識別出三相差流中電流變化趨勢未受到方向性影響的主涌流相，即差流最大相Idfflax，如下:
Idmax Imax {八 Ida、八 Idb、八 IdcJ 比較三相差流瞬時值在同一時域內(nèi)的差流突變值A(chǔ)Ida、AIdb, Λ Id。，若至少其中有一相的差流突變值超過定值1.5，則判斷該相為主涌流相；若沒有任何相滿足，則認(rèn)為主涌流相判別失敗，進(jìn)入慢速涌流算法模塊(2)，進(jìn)行慢速涌流算法判斷，即進(jìn)入步驟S06 ； S03，三圈變的角型側(cè)環(huán)外CT電流進(jìn)行轉(zhuǎn)角變換并進(jìn)行環(huán)流補(bǔ)償:在步驟S02快速涌流陷阱態(tài)判別模塊(301)判別主涌流相的同時，轉(zhuǎn)角補(bǔ)償計算模塊(303)對三圈變的角型側(cè)環(huán)外CT電流進(jìn)行轉(zhuǎn)角變換，在Ydll繞組接線方式下，角型側(cè)各相繞組電流與線電流關(guān)系為式⑵:
【文檔編號】H02H7/045GK103986120SQ201410244277
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】高吉普, 陳建國, 徐長寶, 戴宇, 湯漢松, 張煒 申請人:貴州電力試驗(yàn)研究院