一种用于换流变压器的匝间保护方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于换流变压器的匝间保护方法和系统。所述方法和系统采集换流变压器网侧和阀侧在匝间保护启动前后的三相电流，并根据所述三相电流计算换流变压器的三相差动电流、三相差动电流变化量和三相差动电流变化量的正负序量和的基波相量，再根据计算的上述参数值确定差动保护判据、二次谐波闭锁判据、波形识别开放判据和序差动电流开放判据的判据结果，最后根据判据结果确定匝间保护是否动作。所述方法和系统能在换流变压器发生发展性匝间短路故障，差动保护因二次谐波闭锁时间较长，无法快速识别并切除故障时，快速进行匝间保护动作出口，大幅提升了匝间故障时保护的灵敏度及动作速度。敏度及动作速度。敏度及动作速度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于换流变压器的匝间保护方法及系统


[0001]本专利技术涉及继电保护领域,并且更具体地，涉及一种用于换流变压器的匝间保护方法及系统。

技术介绍

[0002]特高压直流输电系统是特高压电网的重要组成部分，换流变压器作为交流部分和直流部分的分界点，是交直流输电系统中的整流、逆变两端接口的核心设备，其安全运行是特高压直流输电工程取得效益的关键和重要保证，具有十分重要的意义。
[0003]根据历年换流站设备故障数据统计，大约60%
‑
70%的换流变压器内部故障是绕组匝间绝缘损坏导致的匝间短路故障。当交流系统容量较大时，匝间绝缘损坏的绕组将瞬间承受较大的能量，导致设备出现严重故障，甚至烧毁换流变压器。换流变压器通常配置有电量保护和非电量保护，针对稳态的绕组匝间绝缘损坏，电量保护中换流变压器大差比率差动保护、Y/Y变比率差动保护、Y/D变比率差动保护等主保护均能够快速识别稳态的绕组匝间短路故障，非电量保护中瓦斯保护等也能够识别稳态的绕组匝间短路故障，对设备形成有效保护。
[0004]但随着特高压换流站接入交流电网电压等级越来越高，换流变压器绕组匝间绝缘损坏形成内部短路后可能迅速发展成多匝短路，暂态短路电流急剧增大，形成快速发展的故障形态。由于换流变压器差动保护配置二次谐波制动功能，当二次谐波含量大于一定数值后，将闭锁差动保护出口，防止励磁涌流造成差动保护误动。换流变压器发展性匝间短路故障中电流急剧增大的特征同励磁涌流产生的二次谐波特征难以区分，导致换流变压器差动保护因二次谐波闭锁时间较长，无法快速识别并切除故障，可能危及到设备甚至系统的安全稳定运行。
[0005]为了大幅提升匝间故障时保护动作的灵敏度及速度，必须为换流变压器配置高灵敏快速匝间保护。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中换流变压器绕组匝间绝缘损坏形成快速发展的故障形态，而现有保护方法无法快速识别的技术问题，本专利技术提供一种用于换流变压器的匝间保护方法及系统。
[0007]根据本专利技术的一方面，本专利技术提供一种用于换流变压器的匝间保护方法，所述方法包括：采集换流变压器网侧在t
aj
时刻的三相电流i
Φpri
(t
aj
)和阀侧在t
aj
时刻的三相电流i
Φva
(t
aj
)，以及换流变压器网侧在t
gj
时刻的三相电流i
Φpri
(t
gj
)和阀侧在t
gj
时刻的三相电流i
Φva
(t
gj
)，其中，Φ为换流变压器的A、B、C三相，t
gj
为匝间保护启动前一个时间窗口的第j个采样时刻，t
aj
为匝间保护启动后第a个时间窗口的第j个采样时刻, N为一个时间窗口中的采样时刻总数， a ≥ 1，1 ≤ j ≤ N，a，j ，N均为自然数，三相电流i
Φpri
(t
aj
)、i
Φva
(t
aj
)、i
Φpri
(t
gj
)和i
Φva
(t
gj
)的正方向均为指向变压器内部；根据所述网侧三相电流i
Φpri
(t
aj
)和阀侧三相电流i
Φva
(t
aj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)，以及根据所述网侧三相电流i
Φpri
(t
gj
)和阀侧三相电流i
Φva
(t
gj
)分别计算t
gj
时刻换流变压器的三相差动电流i
diffΦ
(t
gj
)；根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)的基波有效值I
diffΦ
(t
aj
)和二次谐波有效值I
diff2Φ
(t
aj
)；根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)和所述三相差动电流i
diffΦ
(t
gj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流变化量Δi
diffΦ
(t
aj
)的正负序量和Δi
diffΦ
±
(t
aj
)的基波相量ΔI
diffΦ
±
(t
aj
)；根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)的基波有效值I
diffΦ
(t
aj
)和预设的差动保护判据分别确定三相的第一判据结果，根据三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)的基波有效值I
diffΦ
(t
aj
)和二次谐波有效值I
diff2Φ
(t
aj
)，以及预设的二次谐波闭锁判据分别确定三相的第二判据结果，根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)和预设的波形识别开放判据分别确定三相的第三判据结果，以及根据所述基波相量ΔI
diffΦ
±
(t
aj
)和预设的序差动电流开放判据分别确定三相的第四判据结果；根据三相的第一判据结果、第二判据结果、第三判据结果和第四判据结果确定各自的匝间保护动作的输出结果。
[0008]可选地，根据所述网侧三相电流i
Φpri
(t
aj
)和阀侧三相电流i
Φva
(t
aj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)，以及根据所述网侧三相电流i
Φpri
(t
gj
)和阀侧三相电流i
Φva
(t
gj
)分别计算t
gj
时刻换流变压器的三相差动电流i
diffΦ
(t
gj
)，其中，所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)和i
diffΦ
(t
gj
)的计算公式分别为：i
diffΦ
(t
aj
)=i
Φpri
(t
aj
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
根据所述三相差动电流变化量Δi
diffΦ
(t
aj
)和所述零序分量Δi
diff0
(t
aj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流变化量Δi
diffΦ
(t
aj
)的正负序量和Δi
diffΦ
±
(t
aj
)，所述正负序量和Δi
diffΦ
±
(t
aj
)的计算公式：Δi
diffΦ
±
(t
aj
)=Δi
diffΦ
(t
aj
)
‑
Δi
diff0
(t
aj
)根据三相差动电流变化量Δi
diffΦ
(t
aj
)的正负序量和Δi
diffΦ
±
(t
aj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流变化量Δi
diffΦ
(t
aj
)的正负序量和Δi
diffΦ
±
(t
aj
)的基波相量ΔI
diffΦ
±
(t
aj
)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)的基波有效值I
diffΦ
(t
aj
)和预设的差动保护判据分别确定三相的第一判据结果，根据三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)的基波有效值I
diffΦ
(t
aj
)和二次谐波有效值I
diff2Φ
(t
aj
)，以及预设的的二次谐波闭锁判据分别确定三相的第二判据结果，根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)和预设的波形识别开放判据分别确定三相的第三判据结果，以及根据所述基波相量ΔI
diffΦ
±
(t
aj
)和预设的序差动电流开放判据分别确定三相的第四判据结果，其中：差动保护判据的公式为：I
resΦ
(t
aj
)=|i
Φpri
(t
aj
)
‑
i
Φva
(t
aj
)
÷
ratio|/2式中，I
res0
和k0均为常数，I
cdqd
为预设的第一系数，所述第一判据结果为差动保护判据的公式成立时，满足差动保护判据，差动保护判据的公式不成立时，不满足差动保护判据；二次谐波闭锁判据的公式为：I
diff2Φ
(t
aj
)＞k1I
diffΦ
(t
aj
)式中，k1为预设的第二系数，所述第二判据结果为二次谐波闭锁判据的公式成立时，满足二次谐波闭锁判据，二次谐波闭锁判据的公式不成立时，不满足二次谐波闭锁判据；波形识别开放判据的公式为：式中，t0为保护启动时刻，t1为第一阶段时刻，t2为第二阶段时刻，t1和t2是依据涌流间断角特征而定的经验值，t1＜ t2＜20ms，P
set
为开放系数，是按照保证匝间故障有灵敏度整定的经验值；所述第三判据结果为三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)使波形识别开放判据的公式成立时，满足波形识别开放判据，三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)使波形识别开放判据的公式不成立时，不满足波形识别开放判据；序差动电流开放判据的公式为：｜ΔI
diffmax
±
(t
aj
)+2ΔI
diffx
±
(t
aj
)｜＜k2｜ΔI
diffmax
±
(t
aj
)｜｜ΔI
diffmax
±
(t
aj
)+2ΔI
diffy
±
(t
aj
)｜＜k2｜ΔI
diffmax
±
(t
aj
)｜式中，ΔI
diffmax
±
(t
aj
)=max｛ΔI
diffA
±
(t
aj
),ΔI
diffB
±
(t
aj
)ΔI
diffC
±
(t
aj
)｝，ΔI
diffx
±
(t
aj
)和ΔI
diffy
±
(t
aj
)是三相差动电流变化量Δi
diffΦ
(t
aj
)的正负序量和Δi
diffΦ
±
(t
aj
)的基波相量ΔI
diffΦ
±
(t
aj
)中除ΔI
diffmax
±
(t
aj
)外的剩余两相的差动电流变化量的正负序量和的基波
相量，k2＜1；所述第四判据结果为序差动电流开放判据的两个公式同时成立时，三相中ΔI
diffmax
±
(t
aj
)对应的一相满足序差动电流开放判据，剩余两相不满足序差动电流开放判据；当序差动电流开放判据的两个公式中任意一个不成立时，三相均不满足序差动电流开放判据。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据三相的第一判据结果、第二判据结果、第三判据结果和第四判据结果确定各自的匝间保护动作的输出结果，包括：当三相中的某一相的第一判据结果为满足差动保护判据，第二判据结果为不满足二次谐波闭锁判据时，确定该相的匝间保护动作出口，或者当三相中的某一相的第一判据结果为满足差动保护判据，第二判据结果为满足二次谐波闭锁判据，且第三判据结果为满足波形识别开放判据，第四判据结果为满足序差动电流开放判据时，确定该相的匝间保护动作出口。6.一种用于换流变压器的匝间保护系统，其特征在于，所述系统包括：数据采集单元，用于采集换流变压器网侧在t
aj
时刻的三相电流i
Φpri
(t
aj
)和阀侧在t
aj
时刻的三相电流i
Φva
(t
aj
)，以及换流变压器网侧在t
gj
时刻的三相电流i
Φpri
(t
gj
)和阀侧在t
gj
时刻的三相电流i
Φva
(t
gj
)，其中，Φ为换流变压器的A、B、C三相，t
gj
为匝间保护启动前一个时间窗口的第j个采样时刻，t
aj
为匝间保护启动后第a个时间窗口的第j个采样时刻, N为一个时间窗口中的采样时刻总数， a ≥ 1，1 ≤ j ≤ N，a，j ，N均为自然数，三相电流i
Φpri
(t
aj
)、i
Φva
(t
aj
)、i
Φpri
(t
gj
)和i
Φva
(t
gj
)的正方向均为指向变压器内部；第一计算单元，用于根据所述网侧三相电流i
Φpri
(t
aj
)和阀侧三相电流i
Φva
(t
aj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)，以及根据所述网侧三相电流i
Φpri
(t
gj
)和阀侧三相电流i
Φva
(t
gj
)分别计算t
gj
时刻换流变压器的三相差动电流i
diffΦ
(t
gj
)；第二计算单元，用于根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)的基波有效值I
diffΦ
(t
aj
)和二次谐波有效值I
diff2Φ
(t
aj
)；第三计算单元，用于根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)和所述三相差动电流i
diffΦ
(t
gj
)分别计算t
aj
时刻换流变压器的三相差动电流变化量Δi
diffΦ
(t
aj
)的正负序量和Δi
diffΦ
±
(t
aj
)的基波相量ΔI
diffΦ
±
(t
aj
)；判据结果单元，用于根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)的基波有效值I
diffΦ
(t
aj
)和预设的差动保护判据分别确定三相的第一判据结果，根据三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)的基波有效值I
diffΦ
(t
aj
)和二次谐波有效值I
diff2Φ
(t
aj
)，以及预设的二次谐波闭锁判据分别确定三相的第二判据结果，根据所述三相差动电流i
diffΦ
(t
aj
)和预设的波形识别开放判据分别确定三相的第三判据结果，以及根据所述基波相量ΔI
diffΦ
±
(t
aj
)和预设的序差动电流开放判据分别确定三相的第四判据结果；保护动作单元，用于根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜丁香，杨国生，曹虹，吕鹏飞，梁英，高晨光，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：