专利名称：：突变量采样值差动保护方法和差动继电器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及继电保护技术变压器保护领域，特别涉及一种变压器差动保护技术。
背景技术：
：随着变压器的容量越来越大，变压器的造价非常昂贵，而且系统的短路容量越来越大，在变压器引线上发生严重的故障，短路电流很大，并且穿过变压器本体，对变压器本体的绝缘产生破坏，同时在绕组产生的机械应力对变压器的绕组和铁心产生很大的扭曲作用。因此研究变压器的快速保护成为变压器主保护研究的重要而迫切的课题。目前变压器的快速保护主要是电流差速断保护，不经任何闭锁，为保证其可靠性，定值一般为512倍的变压器额定电流，并且需要采用滤波算法，因此该保护有一定长度的数据窗才能开始计算判别，所以其通常的动作时间在20ms以上，并且由于采用固定定值的方式，不管多大的故障电流动作时间是相同的，这些都不利于降低大电流故障时对变压器的冲击。如果能够采用新的算法在不降低安全性的前提下根据故障电流的大小动态的调整动作时间，依据故障的严重程度快速切除故障，减轻对变压器本体的冲击。
发明内容为解决变压器的快速动作同时兼顾继电器的安全性，本发明提出了突变量采样值变压器差动保护方法和基于该差动保护方法的突变量采样值差动继电器。本发明具体采用以下技术方案—种突变量采样值变压器差动保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)通过变压器各侧电流互感器采集变压器各侧的电流以及各侧的突变量电流值；(2)将变压器的多侧差动转换为变压器突变量采样值两侧差动将所采集的变压器多侧中的突变量电流采样值绝对值最大侧定为变压器差动保护的一端，将其余侧的突变量电流采样值和等效定为变压器差动保护的另一端，其中，Ai￡(t)——变压器突变量采样值差动电流；AiM(t)——变压器各侧突变量电流采样值中的最大值；Ai￡—m(t)=Ai￡(t)-AiM(t)——变压器其它侧突变量电流采样值之和；(3)当满足以下动作方程时，变压器突变量采样值差动保护动作动作方程如下Z《)>-C!ZA~")+.O2W+C2)層(1)EAiM(t)Ai￡—m(t)>C3Ie2N+C41[AiM(t)Ai￡—m(t)]|mx(2)式中N为一周波采样点数；d，c2，c3，c;为常数，依据区分内部故障和区外故障来确定取值范围，其取值范围为110之间。^为变压器额定电沒右=7—3cos20腊n依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》进行取Ai^(t)皿为变压器突变量采样值差动电流平方的最大值；[AiM(t)Ai￡—M(t)]l皿为"变压器各侧突变量电流采样值中的最大值"和"变压器其它侧突变量电流采样值之和"的乘积的最大值；Ai￡2(t)MX反映了故障的严重程度，[AiM(t)Ai￡—M(t)]U反映了故障的性质。在变压器发生严重故障时，所述差动保护方法的动作时间特性会随着故障电流的大小变化，当动作电流越大，动作速度越快，具有反时限的特性。本发明还公开了一种基于上述差动保护方法的突变量采样值变压器差动继电器，其特征在于所述继电器采用突变量电流采样值的差流平方积分和突变量电流采样值等效两侧电流的乘积构成一个高定值的继电器和一个低定值的继电器，其中，所述高定值继电器的动作方程如下5>/〗()>-qSA^(,)Azs—M(0+(P.O2iV+C2Azz2(,)w(1)所述低定值继电器的动作方程如下EAiM(t)Ai￡—M(t)>C3Ie2N+C4|[AiM(t)Ai￡—M(t)]|mx(2)式中N为一周波采样点数；Q，C2，C3，Q为常数，依据区分内部故障和区外故障来确定取值范围，其取值范围10之间。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>为1L为变压器额定电沒右A值。器其它侧突变Aiy/=;7—3cosn依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》进行取^a)皿为变压器突变量采样值差动电流平方的最大值；[AiMa)Ai￡—Ma)]i皿为"变压器各侧突变量电流采样值中的最大值"和"变压:电流采样值之和"的乘积的最大值；a)皿反映了故障的严重程度，[AiMa)a/=;7_3cos20腐￡—M(t)]U反映了故障的性质。n依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》进行取值；当所述高定值继电器动作方程满足时，或者所述高定值继电器动作方程不满足而所述低定值继电器动作方程满足时，所述突变量采样值变压器差动继电器动作。n的取值依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》，如表1所示表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>与现有技术相比，本发明具有以下优点目前变压器的快速保护主要是电流差速断保护，不经任何闭锁，为保证其可靠性，定值一般为512倍的变压器额定电流，并且需要采用滤波算法，因此该保护有一定长度的数据窗才能开始计算判别，所以其通常的动作时间在20ms以上，并且由于采用固定定值的方式，不管多大的故障电流动作时间是相同的。本发明提出的继电器在变压器发生严重故障时，其动作时间特性会随着故障电流的大小变化，当动作电流越大，动作速度越快，具有反时限的特性，与现有技术相比更符合变压器保护的基本原则。同时本继电器具有明显的方向特征(AiM(t)Ai￡—M(t))，具有很好抗CT饱和、CT传变误差、励磁涌流的能力。因此，突变量采样值差动继电器大大提高了严重故障的切除速度同时具有很高的安全性。图1为典型的变电站变压器的系统图及差动保护范围说明；图2为常规变压器典型的电流速断动作曲线；图3为本发明功能实现的流程图。具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。参见图l，典型的变电站变压器的系统图及差动保护范围说明。图1中曲线所包括的范围为差动保护继电器保护的范围，称为区内故障，采用变压器各侧电流构成。曲线外的故障称为区外故障。参见图2，该图为常规变压器典型的差动继电器动作曲线。其动作方程为l厶&^(3)式中^为变压器差动电流，由各侧电流的向量和计算而来；Isd为变压器差速断电流定值，通常按512倍Ie整定；本发明所公开的突变量电流采样值变压器差动保护方法在本实施例中具体包括以下步骤，如图3所示(1)通过变压器各侧电流互感器采集变压器各侧的电流以及各侧的突变量电流值；(2)在本发明中优选将变压器其它侧电流归算到高压侧压为准)以高压侧的电流为基准，其他各侧向高压侧归算。计算各侧的平衡系数为计算变压器各侧--次额定电流Ll《(4)哉e式中为变压器最大额定容j;U^为变压器各侧额定电压(应以运行的实际电计算变压器各侧二次额定电沒右(5)式中1^为变压器各侧一次额定电流；nul为变压器各侧CT变比:以高压侧为基准，计算变压器中、低压侧平衡系数〖〖沐t=,"Z^./T一(7)义由归"(6)将其他侧各相电流与相应的平衡系数相乘，即得幅值补偿后的各相电、》1L(3)进一步优选对变压器各侧电流进行相位补偿变压器各侧CT二次电流相位由软件自校正，以在A△-11变压器为例。其校正方法如下A侧>Y侧进行校正相位，Y0/-A/wc)(《(8)《=(《_《)Y侧广《《=A4--A/0《=A4s--A/0《=《-A/0(9)A/0=d+A/細+A/MC)/3式中A/扁、A/础、A/,为Y侧CT二次电流；A/丄《的各相电流右A7w乂A7A/^为A侧CT二次电流；A/^、A/;顺A/^为Y侧校正后A/^为A侧校正后的各相电流；其它接线方式可以类推。继电器的相关计算，都是在电流相位校正和平衡补偿后的基础上进行。(4)将所采集的变压器多侧中的突变量电流绝对值最大侧定为变压器差动保护的一端，将其余侧的突变量电流和等效定为变压器差动保护的另一端，其中，E(t)M(t)—-变压器突变量采样值差动电沒AAA丄I]—M、L,—u丄^突变量采样值差动电流的计算方法如下7右-变压器各侧突变量电流采样值中的最大值；(t)=AiE(t)-AiM(t)——变压器其它侧突变量电流采样值之和；a4=Sa^(10)1=1式中,为突变量采样值差动电流；f]A/,为所有侧相电流的突变量采样值之和。s.;=i突变量采样值差动电流的平方积分计算公式如下EAi￡2(t)(11)突变量采样值乘积的积分计算公式如下EAiM(t)Ai￡—M(t)(12)求取突变量采样值差动电流的平方最大值Ai^(t)皿，突变量采样值乘积的最大值|[AiM(t)Ais—M(t)]|mx。(5)当满足以下任一动作方程时，变压器突变量采样值差动保护动作动作方程如下Z△《(,)>—SA/M(,)A,,S—M(0+./e)2W+C2A/s2W皿(13)EAiM(t)Ai￡—m(t)>C3Ie2N+C41[AiM(t)Ai￡—m(t)]|mx(14)式中N为一周波采样点数；d，C2，C3，C4为常数，依据区分内部故障和区外故障来确定取值范围，其取值范围为110之间。L为变压器额定电流；/=77-3COS^~"n依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》进行取20譜值。Ai^(t)皿为变压器突变量采样值差动电流平方的最大值；[AiM(t)Ai￡—M(t)]l皿为"变压器各侧突变量电流采样值中的最大值"和"变压器其它侧突变量电流采样值之和"的乘积的最大值；Ai￡2(t)MX反映了故障的严重程度，[AiM(t)Ai￡—M(t)]U反映了故障的性质。/9=;/-3cos~^~f20脂n的取值依据如下原则依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》变压器容量差速断整定定值n的取值6300kVA及以下7.012.0倍Ie126300kVA31500kVA4.57.0倍Ie1040000kVA120000kVA3.06.0倍Ie8120000kVA以上2.05.06满足式(13)或式(14)，则保护动作。8根据上述保护方法的变压器差动继电器的动作方程如下式J]△《W>—GSA~WA'.mW+(P./e)2iV+C2A《(f)層(15)EAiM(t)Ai￡—M(t)>C3Ie2N+C4|[AiM(t)Ai￡—M(t)]U(16)式中N为一周波采样点数；d，C2，C3，Q为常数，依据区分内部故障和区外故障来确定取值范围，其取值范围为110之间。Ie为变压器额定电流；p=;7-3cos^^，n依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》进行取值。Ai￡2(t)MX为变压器突变量采样值差动电流平方的最大值；[AiM(t)Ai￡—M(t)]IMX为"变压器各侧突变量电流采样值中的最大值"和"变压器其它侧突变量电流采样值之和"的乘积的最大值；Ai￡2(t)MX反映了故障的严重程度，[AiM(t)Ai￡—M(t)]U反映了故障的性质。n的取值依据如下原则依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>满足式(15)或式(16)，则保护动作。目前变压器的快速保护主要是电流差速断保护，不经任何闭锁，为保证其可靠性，定值一般为512倍的变压器额定电流，并且需要采用滤波算法，因此该保护有一定长度的数据窗才能开始计算判别，所以其通常的动作时间在20ms以上，并且由于采用固定定值的方式，不管多大的故障电流动作时间是相同的。本发明提出的继电器在变压器发生严重故障时，其动作时间特性会随着故障电流的大小变化，当动作电流越大，动作速度越快，具有反时限的特性，与现有技术相比更符合变压器保护的基本原则。同时本继电器具有明显的方向特征(AiM(t)Ai￡—M(t))，具有很好抗CT饱和、CT传变误差、励磁涌流的能力。因此，突变量采样值差动继电器大大提高了严重故障的切除速度同时具有很高的安全性。权利要求一种突变量采样值变压器差动保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)通过变压器各侧电流互感器采集变压器各侧的电流以及计算各侧的突变量电流值；(2)将变压器的多侧差动转换为变压器突变量采样值两侧差动将所采集的变压器多侧中的突变量电流采样值绝对值最大侧定为变压器差动保护的一端，将其余侧的突变量电流采样值和等效定为变压器差动保护的另一端，其中，Δi∑(t)——变压器突变量采样值差动电流；ΔiM(t)——变压器各侧突变量电流采样值中的最大值；Δi∑-M(t)＝Δi∑(t)-ΔiM(t)——变压器其它侧突变量电流采样值之和；(3)当满足以下任一动作方程时，变压器突变量采样值差动保护动作动作方程如下<mrow><mi>ΣΔ</mi><msubsup><mi>i</mi><mi>Σ</mi><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>></mo><mo>-</mo><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub><mi>ΣΔ</mi><msub><mi>i</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>Σ</mi><mo>-</mo><mi>M</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mi>ρ</mi><mo>·</mo><msub><mi>I</mi><mi>e</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mi>N</mi><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mn>2</mn></msub><mi>Δ</mi><msubsup><mi>i</mi><mi>Σ</mi><mn>2</mn></msubsup><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>MAX</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>∑ΔiM(t)Δi∑-M(t)＞C3Ie2N+C4|[ΔiM(t)Δi∑-M(t)]|MAX(2)式中N为一周波采样点数；C1，C2，C3，C4为常数，依据区分内部故障和区外故障来确定取值范围，其取值范围为1～10之间；Ie为变压器额定电流；<mrow><mi>ρ</mi><mo>=</mo><mi>η</mi><mo>-</mo><mn>3</mn><mi>cos</mi><mfrac><mi>π</mi><mrow><mn>20</mn><mi>ms</mi></mrow></mfrac><mi>t</mi><mo>,</mo></mrow>η依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》进行取值；Δi∑2(t)MAX为变压器突变量采样值差动电流平方的最大值；[ΔiM(t)Δi∑-M(t)]|MAX为“变压器各侧突变量电流采样值中的最大值”和“变压器其余侧突变量电流采样值之和”的乘积的最大值；Δi∑2(t)MAX反映了故障的严重程度，[ΔiM(t)Δi∑-M(t)]|MAX反映了故障的性质。2.根据权利要求1所述的突变量采样值变压器差动保护方法，其特征在于在变压器发生严重故障时，所述差动保护方法的动作时间特性会随着故障电流的大小变化，当动作电流越大，动作速度越快，具有反时限的特性。3.—种基于权利要求1或2的突变量采样值变压器差动继电器，其特征在于所述继电器采用突变量电流采样值的差流平方积分和突变量电流采样值等效两侧电流的乘积构成一个高定值的继电器和一个低定值的继电器，其中，所述高定值继电器的动作方程如下ZA《W>—ZA/M(,)A^省(,)+(P/e)2TV+C2A/S2(,)腿(1)所述低定值继电器的动作方程如下EAiM(t)Ai￡—M(t)>C3Ie2N+C4|[AiM(t)Ai￡—M(t)]|MX(2)式中N为一周波采样点数；Q，C2，C3，c;为常数，依据区分内部故障和区外故障来确定取值范围，其取值范围为i10之间。L为变压器额定电流；^=7-3cos^^"q依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》进行取值；△iE2(t)AX为变压器突变量采样值差动电流平方的最大值；[AiM(t)Ai￡—M(t)]l皿为"变压器各侧突变量电流采样值中的最大值"和"变压器其它侧突变量电流采样值之和"的乘积的最大值；AiJ(t)MAx反映了故障的严重程度，[AiM(t)Ai￡—M(t)]l脆x反映了故障的性质。当所述高定值继电器动作方程满足时，或者所述高定值继电器动作方程不满足而所述低定值继电器动作方程满足时，所述突变量采样值变压器差动继电器动作。全文摘要本发明公开了用于变压器内部故障的突变量采样值差动保护方法和差动继电器。由于常规的稳态量差动保护继电器在变压器发生变压器严重故障时动作速度慢的问题，本发明提出了突变量采样值差动保护方法和差动继电器。该差动保护方法和差动继电器采用突变量采样值的差流平方积分和突变量采样值等效两侧电流的乘积构成一个高定值的继电器和一个低定值的继电器。试验结果表明本发明具有很好的安全性、快速性。文档编号H01H83/14GK101789584SQ20101003408公开日2010年7月28日申请日期2010年1月13日优先权日2010年1月13日发明者尹梁方,屠黎明,张德泉,李会新,杨军,柳焕章,聂娟红,肖远清,陈祥文,黄少锋申请人:北京四方继保自动化股份有限公司;华中电网有限公司