【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统电力设备故障保护，具体涉及一种基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置及方法。
技术介绍
1、换流变压器作为高压直流输电工程中的核心设备，其稳定运行对保证电力系统电能输送至关重要。近年来，特高压换流变容量和电压等级不断提高，但运输尺寸重量限制并未发生变化，这导致其结构设计更加紧凑，绝缘制造难度增加，运行中发生电弧故障概率显著增加。一旦换流变压器发生内部故障，由此释放的故障能量将迅速蒸发绝缘油，导致内部超压。而作为主保护的差动保护对弱匝间故障不灵敏而瓦斯保护机械结构存在固有延迟，断路器存在固有动作时间，内部故障难以快速切除。在故障持续期间，作为主要防御手段的压力释放阀经常难以及时有效泄放超压，进一步加剧了换流变燃爆风险。
2、为应对断路器跳闸和压力释放阀有效泄放压力前的换流变压器内部超压，亟需提出一种换流变压器内部故障能量抑制方法。
技术实现思路
1、为克服现有技术中针对换流变压器内部故障保护策略存在的灵敏性与速动性不足的问题，本专利技术的目的是提供一种基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置及方法，该方法能够实现对换流变压器内部故障的快速甄别，降低换流变压器内部故障后的能量释放，并在持续故障条件下实现对换流变压器内部故障的切除。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，包括设置于单相换流变压器网侧出口处的限流器单元、断路器动作单元和设置于换流变压
4、限流器单元包括电阻式超导限流器及电阻式超导限流器控制系统、快速开关及快速开关控制系统；电阻式超导限流器和快速开关并联，电阻式超导限流器与超导限流器控制系统相连，快速开关和快速开关控制系统连接；电阻式超导限流器控制系统和快速开关控制系统与内部故障实时检测单元相连。
5、进一步的，断路器动作单元包括断路器、弹簧储能机构和断路器控制系统，断路器和弹簧储能机构与断路器控制系统相连，断路器控制系统与内部故障实时检测单元相连。
6、进一步的，断路器的开断电压等级为252kv/245kv，最大开断电流为90ka。
7、进一步的，电阻式超导限流器位于单相变压器网侧母线与断路器之间。
8、进一步的，内部故障实时检测单元包括电流互感器、内部故障启动元件、差动保护计算元件与二次谐波闭锁元件；电流互感器与内部故障启动元件相连，内部故障启动元件与差动保护计算元件相连，内部故障启动元件还与二次谐波闭锁元件相连，二次谐波闭锁元件与差动保护计算元件的闭锁端相连；断路器控制系统与差动保护计算元件输出端相连。
9、进一步的，电流互感器设置于变压器两侧，电流互感器为tpy级。
10、进一步的，电阻式超导限流器串联于换流变压器网侧端部；电阻式超导限流器控制系统和快速开关控制系统与差动保护计算元件输出端相连。
11、根据所述的装置的基于超导限流器的换流变压器内部故障能量抑制方法，包括以下步骤：
12、步骤1，通过安装于变压器两端的电流互感器，实时测量换流变压器两侧电流，并将电流信息发送给内部故障启动元件；
13、步骤2，根据内部故障启动元件接收到的电流信息，得到电流突变量，电流突变量和电流启动门槛值比较，若电流突变量大于等于电流启动门槛值，则进入步骤3，否则返回步骤1；
14、步骤3，将电流信息发送给差动保护计算元件和二次谐波闭锁元件；
15、步骤4，根据二次谐波闭锁元件收到的电流信息，计算二次谐波含量，并与二次谐波闭锁门槛值进行比较，若二次谐波含量大于二次谐波闭锁门槛值，则进入步骤5，反之，则进入步骤6；
16、步骤5，根据差动保护计算元件收到的电流信息，计算主变差动保护动作量，并与差动保护制动量进行比较，若差动保护动作量小于差动保护制动量，则进入步骤7，若主变差动保护动作量大于等于差动保护制动量，则进入步骤8；
17、步骤6，根据差动保护计算元件收到的电流信息，计算差动保护动作量，并与差动保护制动量进行比较，若差动保护动作量小于差动保护制动量，则进入步骤7；若差动保护动作量大于等于差动保护制动量，进入步骤9；
18、步骤7，不发送动作信号给限流器和快速开关控制系统，计算差动保护动作量和二次谐波含量，并返回步骤4；
19、步骤8，发送动作信号给限流器和快速开关控制系统，并计算差动保护动作量和二次谐波含量，并返回步骤4；
20、步骤9，发送动作信号给限流器控制系统、快速开关控制系统和断路器控制系统。
21、进一步的，二次谐波闭锁门槛值shrset为：
22、shrset＝k1·shrmax
23、其中，k1为第一整定系数；shrset为变压器正常运行及外部故障下端电流二次谐波含量最大值。
24、进一步的，差动保护动作量iop为：
25、
26、其中，和分别为电流互感器测得的换流变压器网侧和阀侧电流变化量；
27、差动保护制动量iset为：
28、iset＝k2·f(ires)
29、其中，k2为第二整定系数，f(ires)为制动函数。
30、与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
31、本专利技术利用安装于换流变压器网侧的超导限流器的可忽略超导电阻与快速失超特性，快速抑制换流变压器内部故障期间的故障能量释放。本专利技术与传统变压器差动配合，有效抑制了换流变压器内部故障期间的油压升高，有效降低了换流变压器内部故障引发燃爆的概率。同时，本专利技术在换流变压器励磁涌流期间的涌流也有较好的抑制效果。
32、本专利技术利用超导限流器的快速失超特性和快速开关的快速分闸能力，可以实现差动保护判断出内部故障后的快速投入，且无需等待二次谐波闭锁元件开放，减小了故障后保护介入的时间延迟，对于换流变压器内部故障初期有良好的抑制效果。本专利技术提出的超导限流器投入单元独立于断路器动作单元，能够有效降低对换流变压器内部故障期间的能量释放和故障初期油压升高，对电力设备安全可靠运行具有重要的实际应用价值。同时，本专利技术利用超导限流器对故障电流进行限制，有效降低断路器开断压力，加速断路器拉弧过程，实现故障快速隔离。该方法能够实现对换流变压器内部故障的快速甄别，降低换流变压器内部故障后的能量释放，并在持续故障条件下实现对换流变压器内部故障的切除。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，包括设置于单相换流变压器网侧出口处的限流器单元(1)、断路器动作单元(2)和设置于换流变压器两侧出口处的内部故障实时检测单元(3)；限流器单元(1)和断路器动作单元(2)均与内部故障实时检测单元(3)相连；
2.根据权利要求1所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，断路器动作单元(2)包括断路器、弹簧储能机构和断路器控制系统，断路器和弹簧储能机构与断路器控制系统相连，断路器控制系统与内部故障实时检测单元(3)相连。
3.根据权利要求2所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，断路器的开断电压等级为252kV/245kV，最大开断电流为90kA。
4.根据权利要求2所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，电阻式超导限流器位于单相变压器网侧母线与断路器之间。
5.根据权利要求2所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，内部故障实时检测单元(3)包括电流互感器、内部故障启动元件、差动保护
6.根据权利要求5所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，电流互感器设置于变压器两侧，电流互感器为TPY级。
7.根据权利要求5所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，电阻式超导限流器串联于换流变压器网侧端部；电阻式超导限流器控制系统和快速开关控制系统与差动保护计算元件输出端相连。
8.根据权利要求5所述的装置的基于超导限流器的换流变压器内部故障能量抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于超导限流器的换流变压器内部故障能量抑制方法，其特征在于，二次谐波闭锁门槛值SHRset为：
10.根据权利要求8所述的基于超导限流器的换流变压器内部故障能量抑制方法，其特征在于，差动保护动作量Iop为：
...【技术特征摘要】
1.基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，包括设置于单相换流变压器网侧出口处的限流器单元(1)、断路器动作单元(2)和设置于换流变压器两侧出口处的内部故障实时检测单元(3)；限流器单元(1)和断路器动作单元(2)均与内部故障实时检测单元(3)相连；
2.根据权利要求1所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，断路器动作单元(2)包括断路器、弹簧储能机构和断路器控制系统，断路器和弹簧储能机构与断路器控制系统相连，断路器控制系统与内部故障实时检测单元(3)相连。
3.根据权利要求2所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，断路器的开断电压等级为252kv/245kv，最大开断电流为90ka。
4.根据权利要求2所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，电阻式超导限流器位于单相变压器网侧母线与断路器之间。
5.根据权利要求2所述的基于超导限流器的换流变压器内故障能量抑制装置，其特征在于，内部故障实时检测单元(3)包括电流互感器、内部故障启动...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫晨光，杨弘熙，刘振峰，张芃，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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