专利名称：一种基于双侧非饱和区等效瞬时电感的变压器保护方法
技术领域：
本发明属于电力系统主设备继电保护技术领域，尤其涉及一种基于双侧非饱和区等效 瞬时电感的变压器保护方法。
背景技术：
差动保护应用于变压器保护在原理上存在一定的缺陷，但是其作为运行变压器的主保 护仍然具有不可替代的地位，所以目前对变压器差动保护的研究很重要的一方面是如何提高保护动作的可靠性和灵敏性。与发电机差动保护不同，变压器在其空载合闸时会产生励 磁涌流现象，使其差动保护在此时产生很大的差动电流，如果不对其采取闭锁措施，此差 动电流将导致变压器差动保护误动。所以，变压器差动保护需要面临和解决的一个主要问 题就是励磁涌流问题。近年来， 一些继电保护工作者跳出差动保护的框架，提出了多种与励磁涌流无关的变 压器保护新原理，如磁通识别法、等值电路参数鉴别法、基于变压器回路方程的方法，展 示了很大的优势。尤其是基于变压器回路方程一类的判据现在研究的比较深入，但是该方 法存在一个很大的弱点是抗电流互感器饱和能力很差，如果出现电流互感器饱和的情况， 无论是区内故障，还是区外故障导致的饱和，都会导致这类基于变压器回路方程的判据误 动。针对目前与励磁涌流无关的变压器保护存在的时电感平均值的变压器保护，该保护方 法是一种新的与励磁涌流无关的变压器保护，它利用变压器正常状态与故障状态下原副边 双侧非饱和区等效瞬时电感值域范围的不同，直接判断变压器是否发生故障，该保护能够 正确区分区内故障和区外故障，本身就具有很强的抗电流互感器饱和能力。发明内容本发明的目的在于提供一种基于双侧非饱和区等效瞬时电感的变压器保护方法。一种基于双侧非饱和区等效瞬时电感的变压器保护方法，其特征在于 步骤(1)由电流突变启动保护步骤(1.1)计算各相电流的突变量/^ = ||/「/^|-|lM-/ ||， ^为采样点序号，M 为每周期采样点数；步骤(1.2)如果某相电流突变量A/〉0.2/N，厶为变压器额定电流，则经20ms延时采 满一个周期数据后，启动保护进行等效瞬时电感的计算； 步骤(2)根据差流门槛人h确定变压器非饱和运行区步骤(2.1)计算差流，差流通过测量原副边相电流计算人=厶+/2，其中，力为原边相 电流，/2为折算到原边的副边相电流，原副边相电流正方向相反；步骤(2.2)取差流门槛^=0.157^&， 一个周期内差流力在-/th"'d《'th范围内时为非饱和区；步骤(3)计算原边非饱和运行区内等效瞬时电感绝对值的平均值厶,P步骤(3. l)按照如下公式计算等效瞬时电感；=2TDd("l) — ] 一 、>t D" - Zd(A-2)]其中，A为采样点序号，T为采样周期，M为变压器的原边相电压，、为差流； 步骤(3.2)计算原边非饱和运行区内各采样点的等效瞬时电感后，再计算它们绝对值 的平均值厶w步骤(4)计算副边非饱和运行区内等效瞬时电感绝对值的平均值Ls步骤(4. l)按照如下公式计算等效瞬时电感AA =2T^~~ — .其中，A为采样点序号，T为采样周期，u'2为变压器的折算到原边的副边相电压，id 为差流，与计算原边非饱和运行区内等效瞬时电感时的差流相同；步骤(4.2)计算副边非饱和运行区内各采样点的等效瞬时电感后，再计算它们绝对值 的平均值U;步骤(5)鉴别变压器故障与非故障状态，区分变压器区内故障与区外故障 步骤(5.1)取鉴别变压器故障与非故障状态的非饱和运行区内等效瞬时电感平均值的 门槛值"=2. 5"，其中厶为变压器的漏感；步骤(5.2)若某相从原副边计算的非饱和区内等效瞬时电感绝对值的平均值同时小于 "时，则变压器发生内部短路故障；步骤(5.3)若某相从原副边计算的非饱和区内等效瞬时电感绝对值的平均值有一个大 于厶h，另一个小于厶h,则变压器发生外部短路故障，且故障点在平均值小于厶h的一侧；步骤(5.4)若某相从原副边计算的非饱和区内等效瞬时电感绝对值的平均值同时大于 "时，则变压器为无故障状态。该保护方法是一种新的与励磁涌流无关的变压器保护，它利用变压器正常状态与故障 状态下原副边双侧非饱和区等效瞬时电感值域范围的不同，直接判断变压器是否发生故障， 该保护能够正确区分区内故障和区外故障，本身就具有很强的抗电流互感器饱和能力。
图1是本发明实施例中变压器运行接线图。图2是本发明实施例中变压器发生高压侧区内A相接地故障时的两侧电压波形。 图3是本发明实施例中变压器发生高压侧区内A相接地故障时的两侧电流波形。 图4是本发明实施例中变压器发生高压侧区内A相接地故障时的两侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的结果。图5是本发明实施例中变压器发生高压侧区外A相接地故障时的两侧电压波形。 图6是本发明实施例中变压器发生高压侧区外A相接地故障时的两侧电流波形。 图7是本发明实施例中变压器发生高压侧区外A相接地故障时的两侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的结果。图8是本发明实施例中保护方案的程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图来说明一下本发明的原理和具体的实施方式。图l是本发明实施例中变压器运行接线图，其中，5TA、 7TA电流互感器分别测量变压 器高低压绕组的相电流，6TV、 1TV电压互感器分别测量变压器高低压绕组的相电压，K3为 变压器区内接地故障，K4为变压器区外接地故障，1C、 2C为断路器。图2是本发明实施例中变压器发生高压侧区内A相接地故障时的两侧电压波形，图(a)为高压侧相电压，A相发生接地故障时，A相电压降为很低；图(b)为低压侧相电压。图3是本发明实施例中变压器发生高压侧区内A相接地故障时的两侧电流波形，图(a) 为高压侧相电流，图(b)为低压侧相电流。图4是本发明实施例中变压器发生高压侧区内A相接地故障时的两侧非饱和区内等效 瞬时电感平均值的结果，图(a)为高压侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的计算结果，图(b) 为低压侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的计算结果，可以看出，发生高压侧区内A相接 地故障时，只有A相高压侧和低压侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的计算结果小于门槛 值，所以判断变压器发生内部短路故障。图5是本发明实施例中变压器发生高压侧区外A相接地故障时的两侧电压波形，图(a) 为高压侧相电压，A相发生接地故障时，A相电压降为很低；图(b)为低压侧相电压。图6是本发明实施例中变压器发生高压侧区外A相接地故障时的两侧电流波形，图(a) 为高压侧相电流，图(b)为低压侧相电流。图7是本发明实施例中变压器发生高压侧区外A相接地故障时的两侧非饱和区内等效 瞬时电感平均值的结果，图(a)为高压侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的计算结果，图(b) 为低压侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的计算结果，可以看出，发生高压侧外内A相接 地故障时，A相高压侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的计算结果小于门槛值，但A相高压 侧非饱和区内等效瞬时电感平均值的计算结果大于门槛值，所以判断变压器发生外部短路 故障。图8是本发明实施例中保护方案的程序流程图，首先获取变压器两侧相电流与相电压， 再计算变压器两侧的差流，寻找变压器差流中的非饱和区，计算两侧非饱和区内等效瞬时 电感的平均值，根据两侧非饱和内等效瞬时电感平均值大小判断变压器是否发生故障。
权利要求
1、一种基于双侧非饱和区等效瞬时电感的变压器保护方法，其特征在于，所述方法是在计算机内依次按以下步骤实现的步骤(1)由电流突变启动保护步骤(1.1)计算各相电流的突变量Δi＝||ik-ik-M|-|ik-M-ik-2M||，k为采样点序号，M为每周期采样点数；步骤(1.2)如果某相电流突变量Δi＞0.2IN，IN为变压器额定电流，则经20ms延时采满一个周期数据后，启动保护；步骤(2)根据差流门槛ith确定变压器非饱和运行区步骤(2.1)计算差流，差流通过测量原副边相电流计算id＝i1+i’2，其中，i1为原边相电流，i’2为折算到原边的副边相电流，原副边相电流正方向相反；步骤(2.2)取差流门槛<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>i</mi> <mi>th</mi></msub><mo>=</mo><mn>0.15</mn><msqrt> <mn>2</mn></msqrt><msub> <mi>I</mi> <mi>N</mi></msub><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2007103045269C00011.gif" wi="109" he="21" img-content="drawing" img-format="tif"/-->一个周期内差流id在-ith＜id＜ith范围内时为非饱和区；步骤(3)计算原边非饱和运行区内等效瞬时电感绝对值的平均值LavP步骤(3.1)按照如下公式计算等效瞬时电感<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>L</mi> <mrow><mn>1</mn><mi>k</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>T</mi><mfrac> <mrow><msub> <mi>u</mi> <mrow><mn>1</mn><mi>k</mi> </mrow></msub><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>-</mo><msub> <mi>u</mi> <mrow><mn>1</mn><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><msub> <mi>i</mi> <mi>dk</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>[</mo><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>-</mo><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>]</mo><mo>-</mo><msub> <mi>i</mi> <mi>dk</mi></msub><mo>[</mo><msub> <mi>i</mi> <mi>dk</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>]</mo> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S2007103045269C00012.gif" wi="316" he="45" img-content="drawing" img-format="tif"/-->其中，k为采样点序号，T为采样周期，u1为变压器的原边相电压，id为差流；步骤(3.2)计算原边非饱和运行区内各采样点的等效瞬时电感后，再计算它们绝对值的平均值LavP；步骤(4)计算副边非饱和运行区内等效瞬时电感绝对值的平均值LavS步骤(4.1)按照如下公式计算等效瞬时电感<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>L</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>k</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>T</mi><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>u</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>k</mi> </mrow> <mo>′</mo></msubsup><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>-</mo><msubsup> <mi>u</mi> <mrow><mn>2</mn><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mo>′</mo></msubsup><msub> <mi>i</mi> <mi>dk</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>[</mo><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>-</mo><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>]</mo><mo>-</mo><msub> <mi>i</mi> <mi>dk</mi></msub><mo>[</mo><msub> <mi>i</mi> <mi>dk</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>i</mi> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>]</mo> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0003" file="S2007103045269C00013.gif" wi="318" he="46" img-content="drawing" img-format="tif"/-->其中，k为采样点序号，T为采样周期，u’2为变压器的折算到原边的副边相电压，id为差流，与计算原边非饱和运行区内等效瞬时电感时的差流相同；步骤(4.2)计算副边非饱和运行区内各采样点的等效瞬时电感后，再计算它们绝对值的平均值LavS；步骤(5)鉴别变压器故障与非故障状态，区分变压器区内故障与区外故障步骤(5.1)取鉴别变压器故障与非故障状态的非饱和运行区内等效瞬时电感平均值的门槛值Lth＝2.5Lδ，其中Lδ为变压器的漏感；步骤(5.2)若某相从原副边计算的非饱和区内等效瞬时电感绝对值的平均值同时小于Lth时，则变压器发生内部短路故障；步骤(5.3)若某相从原副边计算的非饱和区内等效瞬时电感绝对值的平均值有一个大于Lth，另一个小于Lth，则变压器发生外部短路故障，且故障点在平均值小于Lth的一侧；步骤(5.4)若某相从原副边计算的非饱和区内等效瞬时电感绝对值的平均值同时大于Lth时，则变压器为无故障状态。
全文摘要
一种基于双侧非饱和区等效瞬时电感的变压器保护方法，属于电力系统主设备继电保护技术领域。其特征在于利用变压器双侧非饱和区等效瞬时电感实现变压器保护，是一种新的与励磁涌流无关的变压器保护方法，当变压器发生内部故障时，从原副边计算的非饱和区内等效瞬时电感都很小；当变压器发生外部故障时，从原副边计算的非饱和区内等效瞬时电感，在故障侧计算值很小，在非故障侧计算值很大，依据原副边两侧计算的非饱和区内等效瞬时电感是否同时小于门槛值的特点就可以直接判断变压器是否发生故障，并区分区内故障与区外故障，该保护本身就具有很强的抗电流互感器饱和能力。
文档编号H02H7/04GK101222132SQ20071030452
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者毕大强, 王祥珩, 王维俭 申请人:清华大学