一种干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法技术

本发明专利技术公开了一种用于并联电容器组的干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法，涉及电力系统电气设备故障保护领域。目前，缺乏对电容器组并联串联电抗器匝间短路故障发展过程中引发、激发复杂电磁场能量转化的认识，没有关注到匝间短路故障会伴随次生接地故障发生。本方法通过采集母线PT电压，采集角形接线变压器角内套管CT三相电流(I

A method of turn to turn fault monitoring and protection identification for dry air core series reactor

【技术实现步骤摘要】
一种干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法
本专利技术涉及电力系统电气设备故障保护领域，尤其涉及一种干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法。
技术介绍
在并联补偿电容器组(以下简称并容)中，为了限制涌流及防止谐波放大或谐振，通常串联限流电抗器(以下简称串抗)。大容量户外布置的并容多采用干式空心串联电抗器(以下简称空心串抗)进行限流，其典型故障主要有：股间短路、匝间短路、包封表面闪络放电。行业统计数据显示，匝间短路是主要的故障类型。这种故障电流为线圈绕线匝间内部短路环流，即便匝间短路故障发展扩大，并最终导致空心串抗电感完全消失(短路匝环流具有去磁效应，能部分或全部抵消正常匝产生的磁通)，整个并联电容器组的支路电流由于等值容抗变大，回路电流不增反而会减小，同时用于检测及保护电容器故障的双星或H桥接线的电容器组差动保护，从技术原理看，根本无法检测到串抗匝间故障的存在。目前，行业研究研发出了适合干式空心并联电抗器(以下简称并抗)匝间短路故障的保护方法主要有：相电压电流相位角偏移变化；有功功率或等值电阻变化；阻抗变化；有功功率与无功功率比值变化；三相组负序电流变化；外部测温或热成像监测技术；外部测量电抗器漏磁通变化。上述针对并抗匝间短路的检测及保护方法实际并不适用于空心串抗与电容器组串联后的LC电路特点及特性。虽然，匝间故障发展过程中短路匝发展扩大速度以及故障暂态变化特性，无论空心并抗还是串抗都具有相似性。但对于空心串抗发生了匝间短路故障后，会出现等值电感、电阻变化，进而会引发、激发了串抗电感与串联电容器LC回路产生了复杂的电磁场能量转化关系，这种电磁场能量转化有其独特电路机理，会产生独特的电气特性，特征，尤其是在长达几十秒时间内的暂态和稳态交替匝间短路状态与电力系统产生了诸如谐波振荡、谐波谐振现象，同时跟并抗一样，匝间短路故障过程中会伴随次生接地故障的发生。这种LC回路独特的电磁场能量转化机理，以及以谐波谐振的表现形式呈现出的电气量变化特性，为LC回路中串抗发生匝间短路的检测及故障保护提供了一种特别并且可靠的检测和保护方法。例如专利技术专利《串联电抗器保护方法》(专利号2013105018933)提出通过监测电抗器容量与电容器容量的比值关系(即电抗值的变化)来判定电抗器是否发生故障；例如专利技术专利《500kV变电站35kV所用变压器串联电抗器保护装置及保护方法》(专利号2016106055990)提出通过等值阻抗来判定电抗器是否发生相间故障。电抗器发生匝间故障初期，其阻抗变化并不明显，尤其是串联电抗器，常用的12％及5-6％的串抗匝间故障后的出现百分之几到十几的电感参数变化会被很大的电容容抗淹没或稀释掉，即从外部电路反映出的电感量特性变化量会显著变小，从而使得从LC电路特性的外部等值参数变化进行监测发现其故障要困难得多。根据近年来收集到的多起500kV站35kV并联电容器组12％空心串抗的故障案例录波数据分析的基础上，进行了故障案例的等值系统仿真计算及研究，提出了空心串抗匝间故障后持续不断的匝间短路发展及匝规模扩大造成的电感突变，以及通过匝间绝缘聚酯薄膜短路时具有正负半波不对称性，因此在LC回路必然会引发一个或两个低次谐波的振荡及持续谐振，并且这种相对稳定的谐振会在特定两相(变压器角形接线角内)或三相(变压器角形接线角外电流或母线支路电流)出现，从角内三相电流的序分量性质观察为负序谐波电流(故障相谐振谐波电流与特定相别非故障相谐波电流大小相等方向相反)，从角外或母线支路相电流角度观察为约两倍比例谐波关系(故障相激发产生的谐振谐波基本均匀分配到其它两非故障相)。同时，由于空心串抗总匝数远小于空心并抗，其匝内短路环流也远小于并抗短路环流，这决定了空心串抗匝间短路的发展及扩大速度相对是比较缓慢的。这种发展特性以及与电容器串联后在电磁场及电路原理方面产生了一种独特并显著的特性及特征，为有效对匝间短路故障的准确、快速监测和保护的识别，以及判别提供了一种可行、可靠的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种适用于并联电容器组的干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法，并以在设备发生匝间故障初期进行准确识别与故障相位确定，能够及时进行告警及切断电源为目的。为此，本专利技术采取以下技术方案。一种用于并联电容器组的干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法，包括以下步骤：1)输入基本数据，包括电抗率、电抗和容抗等，然后执行步骤2)、3)、4)。其中，步骤2)和步骤4)为根据实际工程项目的接线要求，可择其一，也可全部执行；2)对于采集角形接线变压器角内套管CT三相总电流Ia、Ib、Ic，然后执行步骤5)；3)采集母线PT电压，然后执行步骤11)；4)对于采集电容器支路CT三相电流I′a、I′b、I′c，然后执行步骤8)；5)按照公式计算谐波含有率：和实时计算HR(Iab)、HR(Ibc)、HR(Ica)值，其中，Iab、Ibc、Ica为变压器角形接线角外电流，HR(Iab)、HR(Ibc)、HR(Ica)为角外电流Iab、Ibc、Ica电流中的2～6次谐波含有率之和，用于判断变压器总回路角外相电流中的故障相与非故障的两倍谐波含有率比例关系是否满足定值要求，若是，执行下一步，若否，则返回步骤2)；6)判断角外电流谐波含有率是否超过低值保护阈值，若是，则执行下一步。若否，则返回步骤2)；7)判断角外电流谐波含有率是否超过高值保护阈值，若是，则执行步骤12)；若否，则执行步骤11)；8)实时计算HR(I′a)、HR(I′b)、HR(I′c)值，其中HR(I′a)、HR(I′b)、HR(I′c)为电容器支路相电流I′a、I′b、I′c中的2～6次谐波含有率之和，然后根据并联电容器组支路电流中的故障相与非故障的两倍谐波含有率比例关系是否满足定值要求，若是，步骤9)，若否，则返回步骤4)；9)判断支路电流谐波含有率是否超过低值保护阈值，若是，则执行步骤10)。若否，则返回步骤4)；10)判断支路电流谐波含有率是否超过高值保护阈值，若是，则执行步骤12)；若否，则执行步骤11)；11)判断是否发生接地故障且残压中的特征谐波的谐波频次与相电流中的谐波频次是否一致，若是，执行下一步，若否，则返回步骤3)；12)启动告警及保护动作。本方法灵敏、快速、可靠，在空心串抗发生第一匝匝间短路后，就可以利用匝间短路的突变电感产生的暂态扰动量所激发的谐波谐振信号进行明确而灵敏的检测，之后的持续出现的第二匝，第三匝等不断扩大发展的匝间短路，就会源源不断地提供离散并持续的突变电感暂态扰动能量；同时，研究发现，由于通过聚酯膜发生短路的匝间短路具有一定的正负半波不对称，这也是另外一种激发并维持谐波谐振的持续扰动源；因此，利用匝间短路激发的谐波谐振信号进行有效检测匝间短路故障，并可以持续跟踪匝间短路的发展、扩大及其发展猛烈程度，因此，具有非常灵敏发现匝间短路故障的能力，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于并联电容器组的干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法，其特征在于包括以下步骤：/n1)输入基本数据，包括电抗率、电抗和容抗等，然后执行步骤2)、3)、4)；其中，步骤2)和步骤4)为根据实际工程项目的接线要求，可择其一，也可全部执行；/n2)对于采集角形接线变压器角内套管CT三相总电流I

【技术特征摘要】
1.一种用于并联电容器组的干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法，其特征在于包括以下步骤：
1)输入基本数据，包括电抗率、电抗和容抗等，然后执行步骤2)、3)、4)；其中，步骤2)和步骤4)为根据实际工程项目的接线要求，可择其一，也可全部执行；
2)对于采集角形接线变压器角内套管CT三相总电流Ia、Ib、Ic，然后执行步骤5)；
3)采集母线PT电压，然后执行步骤11)；
4)对于采集电容器支路CT三相电流I′a、I′b、I′c，然后执行步骤8)：
5)按照公式计算谐波含有率：和实时计算HR(Iab)、HR(Ibc)、HR(Ica)值，其中，Iab、Ibc、Ica为变压器角形接线角外电流，HR(Iab)、HR(Ibc)、HR(Ica)为角外电流Iab、Ibc、Ica电流中的2～6次谐波含有率之和，用于判断变压器总回路角外相电流中的故障相与非故障的约两倍谐波含有率比例关系是否满足定值要求，若是，执行下一步，若否，则返回步骤2)；
6)判断角外电流谐波含有率是否超过低值保护阈值，若是，则执行下一步；若否，则返回步骤2)；
7)判断角外电流谐波含有率是否超过高值保护阈值，若是，则执行步骤12)；若否，则执行步骤11)；
8)实时计算HR(I′a)、HR(I′b)、HR(I′c)值，其中HR(I′a)、HR(I′b)、HR(I′c)为电容器支路相电流I′a、I′b、I′c中的2～6次谐波含有率之和，然后根据并联电容器组支路电流中的故障相与非故障的约两倍谐波含有率比例关系是否满足定值要求，若是，步骤9)，若否，则返回步骤4)；
9)判断支路电流谐波含有率是否超过低值保护阈值，若是，则执行步骤10)；若否，则返回步骤4)；
10)判断支路电流谐波含有率是否超过高值保护阈值，若是，则执行步骤12)；若否，则执行步骤11)；
11)判断是否发生接地故障且残压中的特征谐波的谐波频次与相电流中的谐波频次是否一致，若是，执行下一步，若否，则返回步骤3)：
12)启动告警及保护动作。


2.根据权利要求1所述的一种用于并联电容器组干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法，其特征在于：步骤5)；步骤8)和11)中，谐波电流的主导频次与电抗率的一致性识别的判断依据为：对于通常采用的电抗率为12％串抗，产生3次、5次谐波为主且幅度显著的谐波谐振；对于通常采用的电抗率为5-6％串抗，产生5次、6次谐波为主且幅度显著的谐波谐振。


3.根据权利要求1所述的一种用于并联电容器组的干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法，其特征在于：电容器组串联电抗器发生匝间短路过程中，由于匝间故障短路放电有显著正负半波不对称性，导致在相电流回路中出现了幅度显著的直流电流分量，以此作为匝间短路故障辅助识别信号。


4.根据权利要求1所述的一种用于并联电容器组的干式空心串联电抗器匝间故障监测及保护识别方法，其特征在于：当干式空心串联电抗器短路匝铝线熔融后，电弧高温燃烧喷射或溅落的铝离子会导致空心串抗下部的支持绝缘子会紧接着发生闪...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，姚晖，张彩友，董建新，贾跟卯，骆福权，邹晖，陈锋，刘世安，赖尚峰，张志展，李斌帅，叶海明，孙林涛，计荣荣，王一，邢佳磊，吴米佳，陈彩霞，吴承福，段开元，郑文棋，范志远，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司检修分公司，国家电网有限公司，国网浙江省电力有限公司，珠海蓝瑞盟电气有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33