專利名稱：高壓交流可控型并聯(lián)電抗器大差動保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及繼電保護(hù)的方法。
背景技術(shù)：
首先，根據(jù)以下參考文獻(xiàn)簡要描述本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)。
1.陳維賢，陳禾.并聯(lián)電抗器的可控調(diào)節(jié)[J].高電壓技術(shù)，2006，26(5).
2.李達(dá)義，陳喬夫，等.基于磁通可控的可調(diào)電抗器的新原理[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(2).
3.田鉻興，勵(lì)慶孚.變壓器式可控電抗器的磁場和參數(shù)計(jì)算[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，39(6).
高壓并聯(lián)電抗器是超高壓、特高壓電網(wǎng)重要的組成部分。裝設(shè)高壓并聯(lián)電抗器可補(bǔ)償線路容性功率，并可限制操作過電壓、正常運(yùn)行時(shí)的容升效應(yīng)以及甩負(fù)荷時(shí)的工頻暫態(tài)過電壓，配合中性點(diǎn)接地電抗器還可以有效限制單相重合閘時(shí)的潛供電流。但是，固定高壓并聯(lián)電抗器的容量無法調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)潮流變化大時(shí)難以及時(shí)有效控制電壓，極大地限制了超高壓、特高壓線路的輸送能力，為使電壓不超過預(yù)定值，長線路功率傳輸能力甚至可能會低于自然功率的50％[1]。為減少損耗、平衡無功、控制電壓，從長遠(yuǎn)看有必要采用可根據(jù)輸電負(fù)荷自動調(diào)節(jié)容量的高壓可控型并聯(lián)電抗器。高壓可控型并聯(lián)電抗器控制靈活，相對有類似功能的補(bǔ)償裝置造價(jià)較低，還兼有固定高壓并聯(lián)電抗器所具備的全部功能，是高壓電網(wǎng)首選的無功補(bǔ)償設(shè)備。
在國家電網(wǎng)公司的組織和支持下，國內(nèi)啟動了500kV高壓可控型并聯(lián)電抗器的研制工作。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合1000kV固定高壓并聯(lián)電抗器的已有技術(shù)，將進(jìn)一步開發(fā)1000kV高壓可控型并聯(lián)電抗器，填補(bǔ)國內(nèi)外空白。
高壓可控型并聯(lián)電抗器與固定高壓并聯(lián)電抗器有較大的區(qū)別，新增了一個(gè)副邊(二次側(cè))的控制繞組，通過調(diào)節(jié)副邊繞組中的電流就可以控制磁路中的磁通，進(jìn)而可以控制高壓并聯(lián)電抗器的容量。本發(fā)明針對的是高壓交流可控型并聯(lián)電抗器，其原理圖如圖1所示。在其副邊接有負(fù)載小電抗器，通過閥和旁路斷路器改變所接入的負(fù)載小電抗器的數(shù)量，可實(shí)現(xiàn)容量的分級調(diào)節(jié)。圖1中，當(dāng)僅K100對應(yīng)的閥或旁路斷路器閉合時(shí)，對應(yīng)100％容量；當(dāng)僅K75對應(yīng)的閥或旁路斷路器閉合時(shí)，對應(yīng)75％容量；當(dāng)僅K50對應(yīng)的閥或旁路斷路器閉合時(shí)，對應(yīng)50％容量；當(dāng)所有閥和旁路斷路器都打開時(shí)，對應(yīng)25％容量。高壓交流可控型并聯(lián)電抗器的原理類似一個(gè)變壓器，但與普通變壓器的區(qū)別是其漏抗高達(dá)100％，正?？蛇\(yùn)行在副邊繞組短路的工況下，此時(shí)對應(yīng)100％容量。除氣隙磁路與普通變壓器不同外，高壓交流可控型并聯(lián)電抗器鐵芯的勵(lì)磁特性也更為線性，拐點(diǎn)在1.4倍額定電壓。
由于高壓交流可控型并聯(lián)電抗器與普通高壓并聯(lián)電抗器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行方式不同，兩者所配置的保護(hù)有所不同。對于高壓交流可控型并聯(lián)電抗器副邊繞組的匝間故障和接地故障，固定高抗配置的縱差保護(hù)、零差保護(hù)以及后備保護(hù)都是無法保護(hù)到的。如何可靠靈敏地保護(hù)高壓交流可控型并聯(lián)電抗器內(nèi)部的故障，特別是副邊繞組的匝間故障和接地故障是一個(gè)新的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
為可靠保護(hù)高壓交流可控型并聯(lián)電抗器的內(nèi)部故障，彌補(bǔ)原有固定高抗保護(hù)的死區(qū)，在理論分析和仿真的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了裝設(shè)高壓交流可控型并聯(lián)電抗器大差動保護(hù)作為副邊故障主保護(hù)的方案，并公開了高壓交流可控型并聯(lián)電抗器大差動保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場投運(yùn)的結(jié)果表明該方案是可行的。該方案取高壓交流可控型并聯(lián)電抗器原、副邊的首端電流構(gòu)成可以保護(hù)整個(gè)電抗器本體的大差動保護(hù)。該保護(hù)由差動速斷和比率制動特性組成，其中比率制動采用三段折線特性，并具有完善的空投檢測、電流互感器(下文中簡稱TA)直流飽和檢測、TA異常檢測功能。
本發(fā)明的方法包括如下步驟電抗器保護(hù)裝置對高壓交流可控型并聯(lián)電抗器原、副邊電流互感器的波形進(jìn)行采樣得到電流瞬時(shí)值；通過傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；根據(jù)用戶輸入的TA變比自動計(jì)算平衡系數(shù)，并輸出該系數(shù)供用戶校驗(yàn)；按照下述的式(1)計(jì)算差動電流與制動電流；按下述的式(2)、式(3)所描述的動作方程，再加上空投判據(jù)、TA直流飽和判據(jù)以及TA異常判據(jù)構(gòu)成完整的高壓交流可控型并聯(lián)電抗器大差動保護(hù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種由高壓交流可控型并聯(lián)電抗器原、副邊電流構(gòu)成的大差動保護(hù)的方法，該方法包括如下步驟a.電抗器保護(hù)裝置對高壓交流可控型并聯(lián)電抗器原、副邊電流互感器的波形進(jìn)行采樣得到電流瞬時(shí)值；b.通過傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；
c.根據(jù)用戶輸入的TA變比自動計(jì)算平衡系數(shù)，并輸出該系數(shù)供用戶校驗(yàn)；d.利用平衡系數(shù)計(jì)算平衡補(bǔ)償后的電抗器副邊的二次電流；e.計(jì)算差動電流與制動電流；和f.根據(jù)差動速斷和比率制動特性分相判斷大差動保護(hù)邏輯，以進(jìn)行保護(hù)動作。
根據(jù)本發(fā)明，比率制動采用三段折線特性。
在本發(fā)明中，步驟c進(jìn)一步包括電抗器副邊電流的平衡系數(shù)為Kwph=Irh2nIrw2n,]]>式中Irh2n為原邊首端二次額定電流，Irw2n為副邊二次額定電流；和其中步驟d進(jìn)一步包括電抗器副邊電流與平衡系數(shù)相乘，即得補(bǔ)償后的各相電流。
根據(jù)本發(fā)明，步驟e進(jìn)一步包括大差動保護(hù)的動作電流Iwdz和制動電流Iwzd的計(jì)算公式為Iwdz=|Ih.+Iw'.|Iwzd=12×|Ih.-Iw'.---(1)]]>式中 為主電抗器原邊首端的二次電流， 為經(jīng)過平衡補(bǔ)償后的電抗器副邊的二次電流，均以流入電抗器為正方向。
在本發(fā)明中，步驟f進(jìn)一步包括大差動速斷的動作方程為Iwdz＞IwSD(2)式中Iwdz為大差動保護(hù)的動作電流，IwSD為大差動保護(hù)的速斷電流定值。
比率制動大差動保護(hù)的動作方程為Iwdz>KwID1×Iwzd+IwCdIwzd<IwB1Iwdz>KwID2×(Iwzd-IwB1)+KwID1×IwB1+IwCDIwB1≤Iwzd<IwB2Iwdz>KwID3×(Iwzd-IwB2)+KwID2×(IwB2-IwB1)+KwID1×IwB1+IwCDIwB2≤Iwzd---(3)]]>式中Iwzd為大差動保護(hù)的制動電流；KwID1、KwID2、KwID3分別為各段的比率制動斜率，裝置內(nèi)部分別固定為0.2、0.4和0.6；IwB1、IwB2均為拐點(diǎn)電流，其中IwB1在裝置內(nèi)部固定為0.5Irh2n，IwB2在裝置內(nèi)部固定為1.0Irh2n；IwCD為大差動保護(hù)的起動電流定值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，包括TA直流飽和檢測測方法，TA直流飽和的判別條件如下1)差流基波大于0.15Ir2ln；
2)差流2次諧波比大于10％，三次諧波比小于10％；3)差流波形偏向時(shí)間軸一側(cè)，即|S+-S-|≥20％|S++S-|，其中S+和S-分別為差動電流一周波內(nèi)的正采樣值積分和負(fù)采樣值積分；和4)相電流大于1.5Ir2ln時(shí)解除TA直流飽和判別；滿足以上條件后認(rèn)為發(fā)生了TA直流飽和，此時(shí)閉鎖三段式比率大差動保護(hù)。


圖1顯示了高壓交流可控型并聯(lián)電抗器的結(jié)構(gòu)以及電流互感器的安裝位置和極性的定義；圖2顯示了高壓交流可控型并聯(lián)電抗器大差動保護(hù)邏輯框圖。
具體實(shí)施方案為保護(hù)高壓交流可控型并聯(lián)電抗器內(nèi)部的故障，特別是副邊的匝間故障和接地故障，筆者在分析高壓交流可控型并聯(lián)電抗器設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，提出為高壓交流可控型并聯(lián)電抗器配置大差動保護(hù)的方案。理論分析和仿真計(jì)算發(fā)現(xiàn)雖然可控高抗的漏抗高達(dá)100％，氣隙磁路和鐵芯特性都與普通變壓器不同，但其原邊電流與副邊控制繞組的電流仍滿足變比關(guān)系，可以取原、副邊的首端電流構(gòu)成大差動保護(hù)，而且對于高壓交流可控型并聯(lián)電抗器來說涌流非常小，大差動保護(hù)較容易實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)和實(shí)際系統(tǒng)500kV高壓交流可控型并聯(lián)電抗器最終投運(yùn)情況表明，高壓交流可控型并聯(lián)電抗器空充時(shí)涌流很小，大差動保護(hù)對高壓交流可控型并聯(lián)電抗器內(nèi)部故障有很好的靈敏度，在區(qū)外故障、非全相運(yùn)行和正常操作的暫態(tài)穩(wěn)態(tài)過程中不會誤動作。高壓交流可控型并聯(lián)電抗器大差動保護(hù)所用到的TA的安裝位置見圖1，具體保護(hù)裝置的實(shí)施方案為選取電抗器原邊首端電流為基準(zhǔn)側(cè)，電抗器副邊電流的平衡系數(shù)計(jì)算由軟件完成，用戶免整定。電抗器副邊電流的平衡系數(shù)為Kwph=Irh2nIrw2n,]]>式中Irh2n為原邊首端二次額定電流，Irw2n為副邊二次額定電流。將電抗器副邊電流與平衡系數(shù)相乘，即得補(bǔ)償后的各相電流。
對于原邊和幅邊都是Y0接線且無D接繞組的高壓交流可控型并聯(lián)電抗器，不需做相角平衡，也不需做減零流的處理。因此，大差動保護(hù)的動作電流Iwdz和制動電流Iwzd的計(jì)算公式為
Iwdz=|Ih.+Iw'.|Iwzd=12×|Ih.-Iw'.---(1)]]>式中 為主電抗器原邊首端的二次電流， 為經(jīng)過平衡補(bǔ)償后的電抗器副邊的二次電流，均以流入電抗器為正方向。
大差動速斷的動作方程為Iwdz＞IwSD(2)式中Iwdz為大差動保護(hù)的動作電流，IwSD為大差動保護(hù)的速斷電流定值。
如圖2所示邏輯，A、B、C相中仍一相滿足式(2)后大差速斷保護(hù)出口。
比率制動大差動保護(hù)的動作方程見式(3)Iwdz>KwID1×Iwzd+IwCDIwzd<IwB1Iwdz>KwID2×(Iwzd-IwB1)+KwID1×IwB1+IwCDIwB1≤Iwzd<IwB2Iwdz>KwIB3×(Iwzd-IwB2)+KwID2×(IwB2-IwB1)+KwID1×IwB1+IwCDIwB2≤Iwzd---(3)]]>式中Iwzd為大差動保護(hù)的制動電流；KwID1、KwID2、KwID3分別為各段的比率制動斜率，裝置內(nèi)部分別固定為0.2、0.4和0.6；IwB1、IwB2均為拐點(diǎn)電流，其中IwB1在裝置內(nèi)部固定為0.5Irh2n，IwB2在裝置內(nèi)部固定為1.0Irh2n；IwCD為大差動保護(hù)的起動電流定值。
如圖2所示邏輯，A、B、C三相比率制動大差動作為“或”的關(guān)系。A、B、C相中任一相電流滿足式(3)后表示該相大差動作，在保護(hù)出口前還要判斷如下的閉鎖條件。
三段式比率差動保護(hù)經(jīng)TA飽和閉鎖和TA異常閉鎖，其中TA飽和閉鎖固定投入，TA異常閉鎖由用戶通過控制位選擇。
電抗器是一個(gè)負(fù)載性元件，在電抗器區(qū)外故障或其它區(qū)外擾動的暫態(tài)過程中，流過電抗器的工頻(交流)電流不會很大，不足以使TA發(fā)生飽和從而令縱差保護(hù)誤動。而此時(shí)流過電抗器的直流分量一般會很大而且衰減緩慢，直流分量很容易使TA飽和(稱直流飽和)，如果電抗器原邊和副邊TA特性不一致，一端飽和而另一端不飽和，則大差動保護(hù)可能會誤動。因此與其它元件的差動保護(hù)不同，要保證高壓并聯(lián)電抗器大差動保護(hù)可靠運(yùn)行，需要有完善的TA直流飽和判據(jù)。
直流飽和判據(jù)采用波形識別與諧波分析相結(jié)合，進(jìn)行容錯(cuò)復(fù)判的方法1)差流基波大于門檻值，為0.15Ir2ln；2)差流2次諧波比大于10％，三次諧波比小于10％；
3)差流波形偏向時(shí)間軸一側(cè)，即|S+-S-|≥20％|S++S-|，其中S+和S-分別為差動電流一周波內(nèi)的正采樣值積分和負(fù)采樣值積分；4)相電流大于1.5Ir2ln時(shí)解除TA直流飽和判別。
如圖2所示邏輯，判出直流飽和后閉鎖大差動保護(hù)。
裝置具有完善的TA異常判別功能。采用零序電流和相電流相結(jié)合的綜合判據(jù)，能可靠檢測出TA二次回路間隙性斷線，保證在TA似斷非斷的情況下差動保護(hù)不誤動。如圖2所示邏輯，當(dāng)判斷出TA異常后閉鎖大差動保護(hù)，但當(dāng)差流大于1.2倍額定電流后，自動開放大差動保護(hù)。
為了確保電抗器在空投或外部故障切除時(shí)大差動保護(hù)的安全性，裝置具有三相式二次諧波制動性能。采用三相差動電流中二次諧波與基波的比值作為制動判據(jù)Idφ2＞KXB2×Idφ(＝A，B，C)(4)式中Idφ、Idφ2分別為各相差動電流中的基波和二次諧波分量，KXB2為二次諧波制動系數(shù)。
如圖2所示邏輯，二次諧波比制動采用“或”門閉鎖方式，仍一相滿足式(4)后閉鎖大差動保護(hù)。
為了防止電抗器飽和后，由于激磁電流的增大影響大差動保護(hù)的動作，采用差動電流的五次諧波與基波的比值作為閉鎖判據(jù)。
Idφ5＞KXB5×Idφ(＝A，B，C)(5)式中Idφ5為各相差動電流中的五次諧波分量，KXB5為五次諧波制動系數(shù)。
如圖2所示邏輯，五次諧波比制動采用“或”門閉鎖方式，仍一相滿足式(5)后閉鎖大差動保護(hù)。
電抗器空投時(shí)，為了躲開空投時(shí)差動回路中的較大不平衡量，除了TA直流飽和檢測外，還設(shè)置了空投檢測功能。當(dāng)檢測到電抗器空投時(shí)自動適當(dāng)提高差動定值，防止因沖擊電流使大差動保護(hù)誤動，同時(shí)又能保證空投于內(nèi)部故障時(shí)縱差保護(hù)正確動作。
權(quán)利要求
1.一種由高壓交流可控型并聯(lián)電抗器原、副邊電流構(gòu)成的大差動保護(hù)的方法，該方法包括如下步驟a.電抗器保護(hù)裝置對高壓交流可控型并聯(lián)電抗器原、副邊電流互感器的波形進(jìn)行采樣得到電流瞬時(shí)值；b.通過傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；c.根據(jù)用戶輸入的TA變比自動計(jì)算平衡系數(shù)，并輸出該系數(shù)供用戶校驗(yàn)；d.利用平衡系數(shù)計(jì)算平衡補(bǔ)償后的電抗器副邊的二次電流；e.計(jì)算差動電流與制動電流；和f.根據(jù)差動速斷和比率制動特性分相判斷大差動保護(hù)邏輯，以進(jìn)行保護(hù)動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中比率制動采用三段折線特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟c進(jìn)一步包括電抗器副邊電流的平衡系數(shù)為Kwph=Irh2nIrw2n,]]>式中Irh2n為原邊首端二次額定電流，Irw2n為副邊二次額定電流；和其中步驟d進(jìn)一步包括電抗器副邊電流與平衡系數(shù)相乘，即得補(bǔ)償后的各相電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的方法，其中步驟e進(jìn)一步包括大差動保護(hù)的動作電流Iwdz和制動電流Iwzd的計(jì)算公式為Iwdz=|ih+iw′|Iwzd=12×|ih-iw′|]]>式中 為主電抗器原邊首端的二次電流， 為經(jīng)過平衡補(bǔ)償后的電抗器副邊的二次電流，均以流入電抗器為正方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中步驟f進(jìn)一步包括大差動速斷的動作方程為Iwdz＞IwSD式中Iwdz為大差動保護(hù)的動作電流，IwSD為大差動保護(hù)的速斷電流定值。比率制動大差動保護(hù)的動作方程為Iwdz>KwID1×Iwzd+IwCDIwzd<IwB1Iwdz>KwID2×(Iwzd-IwB1)+KwID1×IwB1+IwCDIwB1≤Iwzd<IwB2IwdzKwID3×(Iwzd-IwB2)+KwID2×(IwB2-IwB1)+KwID1×IwB1+IwCDIwB2≤Iwzd]]>式中Lwzd為大差動保護(hù)的制動電流；KwID1、KwID2、KwID3分別為各段的比率制動斜率，裝置內(nèi)部分別固定為0.2、0.4和0.6；IwB1、IwB2均為拐點(diǎn)電流，其中IwB1在裝置內(nèi)部固定為0.5Irh2n，IwB2在裝置內(nèi)部固定為1.0Irh2n；IwCD為大差動保護(hù)的起動電流定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)一步包括空投檢測、TA直流飽和檢測、TA異常檢測步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中空投檢測采用三相差動電流中二次諧波與基波的比值作為制動判據(jù)Idφ2＞KXB2×Idφ(＝A，B，C)式中Idφ、Idφ2分別為各相差動電流中的基波和二次諧波分量，KXB2為二次諧波制動系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中TA直流飽和的判別條件如下1)差流基波大于0.15Ir2ln；2)差流2次諧波比大于10％，三次諧波比小于10％；3)差流波形偏向時(shí)間軸一側(cè)，即|S+-S-|≥20％|S+S-|，其中S+和S-分別為差動電流一周波內(nèi)的正采樣值積分和負(fù)采樣值積分；4)相電流大于15Ir2ln時(shí)解除TA直流飽和判別；和5)判出TA直流飽和后閉鎖三段式比率差動保護(hù)。
全文摘要
公開了一種由高壓交流可控型并聯(lián)電抗器原、副邊電流構(gòu)成的大差動保護(hù)的方法。該方法包括如下步驟電抗器保護(hù)裝置對高壓交流可控型并聯(lián)電抗器原、副邊電流互感器的波形進(jìn)行采樣得到電流瞬時(shí)值；通過傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；根據(jù)用戶輸入的TA變比自動計(jì)算平衡系數(shù)，并輸出該系數(shù)供用戶校驗(yàn)；利用平衡系數(shù)計(jì)算平衡補(bǔ)償后的電抗器副邊的二次電流；計(jì)算差動電流與制動電流；和根據(jù)差動速斷和比率制動特性分相判斷大差動保護(hù)邏輯，以進(jìn)行保護(hù)動作。此外，該方法進(jìn)一步包括空投檢測、TA直流飽和檢測、TA異常檢測步驟。本發(fā)明可靠靈敏地保護(hù)高壓交流可控型并聯(lián)電抗器內(nèi)部的故障，特別是副邊繞組的匝間故障和接地故障。
文檔編號H02H7/00GK1979991SQ20061014556
公開日2007年6月13日 申請日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者蘇毅, 屠黎明, 鄒東霞, 劉建飛, 黃少鋒 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司