基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法技术

本发明专利技术提供一种基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法，采集并联电容器组的星形接线不接地中性点电压后进行通过傅里叶变换，得到中性点电压的基波和谐波有效值分量；分别计算中性点电压中第3、5、7次谐波电压的有效值分量与基波有效值分量比值的百分比，得到第3、5、7次谐波电压含量，判断各次谐波电压含量是否超过并联电容器组串联电抗器匝间短路保护跳闸定值，同时对比母线电压及中性点电压，判断是否出现非母线接地导致的显著偏移，来进行串抗匝间短路故障的判定。对发生串抗匝间短路故障的并联电容器组进行跳闸断开电源，防止串抗匝间短路故障持续发展、进而引起火灾以及含碳离子浓烟可能造成其他更严重的次生相间事故。重的次生相间事故。重的次生相间事故。

【技术实现步骤摘要】
基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法


[0001]本专利技术涉及电力设备故障在线监测
，具体涉及一种基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法。

技术介绍

[0002]并联电容器组(简称“并容”)在电力系统的输变电领域有大量应用，在变压器的低压绕组配置合适容量的并容，实现就地补偿无功电流，提高变压器及输电线路的功率因数，同时控制并稳定电压水平。在并容中，配置一定串抗率的串联电抗器(简称“串抗”)，用以限制频繁投切的并容涌流，目前电力系统枢纽变电站常用的串抗以12％串抗率或5％
‑
6％串抗率为主。星形不接地接线下方式的并容中，串抗通常采用干式空心电抗器，干式空心电抗器运行统计的主要故障为匝间短路。尽管匝间短路造成了等值电感及电阻的显著变化，但是由于匝间短路故障不是金属性短接的故障，随着匝间短路故障的短路匝数不断发展并扩大约几十匝时，会导致串抗的等值电感变得很小直至完全消失，由于串抗等值电感、电抗减小，整个回路的阻抗反而变大，所以不能直接利用测量阻抗变化的原理进行监测。因此，实有必要提供一种基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法，在监测到中性点电压中3、5、7次数谐波的谐波含有率达到一定数值时，对发生故障的相关电容器组进行断开，可以防止串联电抗器匝间短路故障持续发展成为线圈自燃的火灾事故。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法，包括如下步骤：
[0006]S1：实时采集并联电容器组星形接线不接地的中性点电压，通过傅里叶变换得到中性点电压的基波和谐波有效值分量；
[0007]S2：分别计算中性点电压中第3、5、7次谐波电压的有效值分量与基波有效值分量比值的百分比，得到第3、5、7次谐波电压含量HR(3)、HR(5)、HR(7)；
[0008]S3：分别将第3、5、7次谐波电压含量HR(3)、HR(5)、HR(7)与并联电容器组中串联电抗器匝间短路保护跳闸定值HR
dz
进行比较，若HR(3)、HR(5)、HR(7)中的任意一个超过HR
dz
，则执行骤S4，反之则返回步骤S1；
[0009]S4：判断谐波电压的持续时间是否超过低时限阈值Td
z1
，若是，则执行步骤S5；反之则返回步骤S1；
[0010]S5：判断谐波电压的持续时间是否超过高时限阈值Td
z2
，若是，则执行步骤S6，反之则发出告警信号，提示发生串联电抗器匝间短路；
[0011]S6：判断中性点基波电压有效值的最大值是否超过正常相电压有效值的二分之一，若是，则判定发生串联电抗器匝间短路且发生了次生的接地故障，保护装置发出无延时
分闸指令，直接切除整套并联电容器组，并闭锁合闸出口；反之则判定发生串联电抗器匝间短路且未发生接地故障，保护装置发出分闸指令，直接切除整套并联电容器组，并闭锁合闸出口。
[0012]优选的，在所述步骤S1之前还包括如下步骤：
[0013]S0:在仿真软件PSCAD/EMTDC中，按照无穷大发电系统，根据真实故障案例运行状态的相关设备参数，构建并联电容组星形接线不接地模型；在故障相上，用两个反并联的晶闸管来模拟串联电抗器匝间短路的情况；用与两个并联晶闸管串联的电阻模拟串联电抗器发生匝间短路后在串联电抗器中产生的短路环流消耗的有功损耗；用与两个并联晶闸管并联的电感来模拟电感损失情况，通过改变两个并联晶闸管的触发导通角度，来模拟串联电抗器短路匝的短路电弧燃烧时的熄灭及重燃的放电特性。
[0014]优选的，步骤S1中傅里叶变换的过程如下所示：
[0015][0016][0017][0018][0019]A0＝a0[0020][0021][0022]式中，f(t)表示中性点电压经过傅里叶变换后的表示形式，表示f(t)的直流分量，T表示函数f(t)的周期，ω表示函数f(t)的角频率，ωT＝2π，表示初相位，k表示谐波次数；a
k
、b
k
分别表示第k次谐波余弦分量、正弦分量的幅值；代表第k次谐波分量，A
k
表示第k次谐波的幅值，有效值为当k＝1时，代表基波分量，A1表示基波的幅值，有效值为
[0023]优选的，步骤S2中第k次谐波电压含量的计算过程为：
[0024][0025]优选的，所述串联电抗器为12％串抗率或5％
‑
6％串抗率的干式空心串联电抗器。
[0026]优选的，所述电抗器匝间短路保护跳闸定值HR
dz
取5％
‑
7％，低时限阈值T
dz1
＝2～10s，高时限阈值T
dz2
＝10～20s。
[0027]优选的，步骤S6中，若判定发生串联电抗器匝间短路且发生接地故障，还包括如下步骤：
[0028]采取故障相母线电压降低，非故障相母线电压升高的辅助判断方法来判别故障相和非故障相。
[0029]与相关技术相比，本专利技术通过计算机仿真后，采集中性点电压后进行通过傅里叶变换得到中性点电压的基波和谐波有效值分量；分别计算中性点电压中第3、5、7次谐波电压的有效值分量与基波有效值分量比值的百分比，得到第3、5、7次谐波电压含量，判断第3、5、7次谐波电压含量是否超过电容器组串联电抗器匝间短路保护跳闸定值，来进行串抗匝间短路故障的判定。对发生串抗匝间短路故障的并联电容器组进行断开，防止串抗匝间短路故障持续发展而引起火灾以及含碳离子浓烟可能造成其他更严重的次生相间事故。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
[0031]图1为并联电容器组串联电抗器匝间短路故障的系统电路原理图；
[0032]图2为串联电抗器匝间短路故障的中性点电压的仿真结果图；
[0033]图3为35kV3
×
20Mvar组的12％串抗率串联电抗器匝间短路故障仿真模型的原理图；
[0034]图4为图3所示的仿真模型匝间短路故障中性点电压波形及其含量图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。
[0036]请结合参阅图1
‑
4，本专利技术提供一种基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法，包括如下步骤：
[0037]S0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
式中，f(t)表示中性点电压经过傅里叶变换后的表示形式，表示f(t)的直流分量，T表示函数f(t)的周期，ω表示函数f(t)的角频率，ωT＝2π，表示初相位，k表示谐波次数；a
k
、b
k
分别表示第k次谐波余弦分量、正弦分量的幅值；代表第k次谐波分量，A
k
表示第k次谐波的幅值，有效值为当k＝1时，代表基波分量，A1表示基波的幅值，有效值为4.根据权利要求3所述的基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法，其特征在于，步骤S2中第k次谐波电压含量的计算过程为：5.根据权利要求1所述的基于星形中性点电压及谐波变化的串抗匝间短路监测方法，其特征在于，所述串联电抗器为...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾跟卯，刘浩，赵启承，骆福权，翟雨佳，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：