串联电抗器保护装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种串联电抗器保护装置及方法，方法基于保护装置实现，根据需要抑制的谐波次数设定串联电抗器与电容器的容量比，进一步得出标准阻抗比以及阻抗比误差值；通过采集母线电压值、并联电容电压值以及回路电流值计算回路的实际阻抗比；判断实际阻抗比是否超出设定阻抗比误差值，当实际阻抗比与标准阻抗比差值的绝对值超出设定阻抗比误差值时，发出报警信号并将串联电抗器退出系统回路。本发明克服了现有并联电容补偿装装置中串联电抗的安全运行问题，不仅可以解决串联电抗器绕组线包间短路问题，也可以解决串联电抗器匝间、层间短路问题，从而保障串联电抗器的安全运行。
【专利说明】串联电抗器保护装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力系统并联电容器无功补偿领域，特别是一种应用在并联电容器无功补偿系统中的保护装置及保护方法。
【背景技术】
[0002]电力系统中所使用的电抗器多分为串联电抗器和并联电抗器，其中串联电抗器多用在滤波回路中与电容器串联或者并联连接来限制电网中的高次谐波，从而达到保护电容器的目的。串联电抗器与电容器一样是对过电压、过电流和高次谐波十分敏感的器件，如果串联电抗器使用不当，容易发生损坏甚至烧毁，因此电力系统并联电容补偿装置基本上采用串联电抗器后置的接线型式，并采用继电保护装置对并联电容器装置进行保护。
[0003]但是在系统运行过程中，当串联电抗器发生匝间短路、层间短路、绕组线包间短路以及串联电抗器与电容器连接软线对地短路时，串联电抗器被全部或部分旁路，由于系统电压保持不变，使滤波器支路总电抗值增大、短路电流减小，短路电流且小于滤波器正常的工作电流，电容器端电压降低，因此在继电保护装置中反映电流增量的速断和过电流保护不会动作、以母线电压为基准的电压保护也不会动作、电容器本体差压保护也不会动作，以致现在使用的继电保护无法识别这种故障而形成运行保护死区。更为严重的是，因电容器、串联电抗器距离较近，在串联电抗器烧损以致着火，若危及电容器组、引起电容爆炸，将酿成严重的供电责任事故。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的技术问题是提供一种能够解决串联电抗器绕组包间短路、匝间短路以及层间短路的保护装置及保护方法，从而保障串联电抗器的安全运行。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
串联电抗器保护装置，包括开关电源、MCU处理电路、模拟信号转换电路、用于采集串联电抗器所接回路母线电压值的母线PT、用于采集并联电容器电压值的放电PT以及用于采集回路电流值的电流互感器，所述母线PT、放电PT以及电流互感器的输出端分别与模拟信号转换电路的输入端连接，模拟信号转换电路的输出端连接MCU处理电路的输入端；MCU处理电路的输出端经开关量输出电路连接串联电抗器的投切开关。
[0006]本发明的改进在于:所述MCU处理电路的输入端连接有开关量输入电路。
[0007]本发明的进一步改进在于:所述MCU处理电路的输出端连接有与电力系统后台控制中心通过电缆相互通信的通信接口电路。
[0008]串联电抗器保护方法，具体包括以下步骤:
A.根据需要抑制的谐波次数设定串联电抗器与电容器的容量比，进一步得出标准阻抗比以及阻抗比误差值；
B.分别采集串联电抗器所接回路的母线电压值、串联电抗器所接回路中的并联电容电压值以及回路电流值；C.结合步骤B采集的母线电压值、并联电容电压值以及回路电流值计算系统回路的实际阻抗比；
D.根据步骤A所得的标准阻抗比以及步骤C所得的实际阻抗比，判断实际阻抗比是否超出设定阻抗比误差值，当实际阻抗比与标准阻抗比差值的绝对值超出设定阻抗比误差值时，发出报警信号，并将串联电抗器退出系统回路。
[0009]所述串联电抗器保护方法基于串联电抗器保护装置实现，所述串联电抗器保护装置包括开关电源、MCU处理电路、模拟信号转换电路、用于采集串联电抗器所接回路母线电压值的母线PT、用于采集并联电容器电压值的放电PT以及用于采集回路电流值的电流互感器，所述母线PT、放电PT以及电流互感器的输出端分别与模拟信号转换电路的输入端连接，模拟信号转换电路的输出端连接MCU处理电路的输入端；MCU处理电路的输出端经开关量输出电路连接串联电抗器的投切开关；具体保护方法为:
A.MCU处理电路根据需要抑制的谐波次数设定串联电抗器与电容器的容量比，进一步得出标准阻抗比以及阻抗比误差值；
B.通过母线PT采集串联电抗器所接回路的母线电压值，通过放电PT采集串联电抗器所接回路中的并联电容电压值，通过连接在回路中的电流互感器采集回路电流值；
C.模拟信号转换电路将步骤B采集的母线电压值、并联电容电压值以及回路电流值转换为MCU处理电路所能处理的信号传输给MCU处理电路，MCU处理电路根据采集的信号计算系统回路的实际阻抗比；
D.MCU处理电路对标准阻抗比以及实际阻抗比进行分析，判断实际阻抗比是否超出设定阻抗比误差值，当实际阻抗比与标准阻抗比差值的绝对值超出设定阻抗比误差值时，通过开关量输出电路发出报警信号，并通过开关量输出电路控制连接串联电抗器的投切开关动作将串联电抗器退出系统回路。
`[0010]由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是:
本发明克服了现有并联电容补偿装装置中串联电抗的安全运行问题，不仅可以解决串联电抗器绕组线包间短路问题，也可以解决串联电抗器匝间、层间短路问题，从而保障串联电抗器的安全运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明所述保护装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明:
在并联电容器以及串联电抗器形成的系统回路中，母线电压Um与并联电容电压Uc同向量，串联电抗器电压队向量超前180°，回路电流值I超前90°。
[0013]串联电抗器两端的电压为-JJ1U1 其中为串联电抗器的阻抗值'Z1=TT^L
由上式可以得出，在一定频率条件下，串联电抗器阻抗的大小取决于其电感值，由电感的特性可知，当串联电抗器发生匝间短路或者层间短路故障时，其电感器会减小，故串联电抗器的阻抗值也会随之减小，系统回路的总阻抗值增大，回路的电流值则会降低，串联电抗器以及并联电容器两端的电压值都相应减小。因此串联电抗器的匝间短路和层间短路故障不会导致过流、过压、失压等保护的动作，即传统的保护对串联电抗器的匝间短路或层间短路故障没有保护作用。
[0014]在系统设计过程中，串联电抗器和电容器是按照一定的容量比进行选择的:
【权利要求】
1.串联电抗器保护装置，其特征在于:包括开关电源、MCU处理电路、模拟信号转换电路、用于采集串联电抗器所接回路母线电压值的母线PT、用于采集并联电容器电压值的放电PT以及用于采集回路电流值的电流互感器，所述母线PT、放电PT以及电流互感器的输出端分别与模拟信号转换电路的输入端连接，模拟信号转换电路的输出端连接MCU处理电路的输入端；MCU处理电路的输出端经开关量输出电路连接串联电抗器的投切开关。
2.根据权利要求1所述的串联电抗器保护装置，其特征在于:所述MCU处理电路的输入端连接有开关量输入电路。
3.根据权利要求1所述的串联电抗器保护装置，其特征在于:所述MCU处理电路的输出端连接有与电力系统后台控制中心通过电缆相互通信的通信接口电路。
4.串联电抗器保护方法，其特征在于具体包括以下步骤: A.根据需要抑制的谐波次数设定串联电抗器与电容器的容量比，进一步得出标准阻抗比以及阻抗比误差值； B.分别采集串联电抗器所接回路的母线电压值、串联电抗器所接回路中的并联电容电压值以及回路电流值； C.结合步骤B采集的母线电压值、并联电容电压值以及回路电流值计算系统回路的实际阻抗比； D.根据步骤A所得的标准阻抗比以及步骤C所得的实际阻抗比，判断实际阻抗比是否超出设定阻抗比误差值，当实际阻抗比与标准阻抗比差值的绝对值超出设定阻抗比误差值时，发出报警信号，并将串联电抗器退出系统回路。
5.根据权利要求4所述的串联电抗器保护方法，其特征在于:该方法基于串联电抗器保护装置实现，所述串联电抗器保护装置包括开关电源、MCU处理电路、模拟信号转换电路、用于采集串联电抗器所接回路母线电压值的母线PT、用于采集并联电容器电压值的放电PT以及用于采集回路电流值的电流互感器，所述母线PT、放电PT以及电流互感器的输出端分别与模拟信号转换电路的输入端连接，模拟信号转换电路的输出端连接MCU处理电路的输入端；MCU处理电路的输出端经开关量输出电路连接串联电抗器的投切开关；具体保护方法为: A.MCU处理电路根据需要抑制的谐波次数设定串联电抗器与电容器的容量比，进一步得出标准阻抗比以及阻抗比误差值； B.通过母线PT采集串联电抗器所接回路的母线电压值，通过放电PT采集串联电抗器所接回路中的并联电容电压值，通过连接在回路中的电流互感器采集回路电流值； C.模拟信号转换电路将步骤B采集的母线电压值、并联电容电压值以及回路电流值转换为MCU处理电路所能处理的信号传输给MCU处理电路，MCU处理电路根据采集的信号计算系统回路的实际阻抗比； D.MCU处理电路对标准阻抗比以及实际阻抗比进行分析，判断实际阻抗比是否超出设定阻抗比误差值，当实际阻抗比与标准阻抗比差值的绝对值超出设定阻抗比误差值时，通过开关量输出电路发出报警信号，并通过开关量输出电路控制连接串联电抗器的投切开关动作将串联电抗器退出系统回路。
【文档编号】H02H3/20GK103515924SQ201310501893
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】杨海运, 李红卫, 武晋文, 方胜勇, 杨书军 申请人:国家电网公司, 国网河北省电力公司邯郸供电分公司, 河北德普电器有限公司