一种基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法及系统与流程

本发明涉及电气技术继电保护领域，并且更具体地，涉及一种基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法及系统。

背景技术

抽能并联电抗器为超高压、远距离传输网络提供无功补偿，同时也可以为边远地区、无电力供应的开关站提供安全、稳定和高效的电源。其工作原理是在高压并联电抗补偿线路容性无功的同时，利用抽能绕组直接从电抗器中抽出一部分能量供开关站照明和其他生活用电，由于抽能绕组所抽取的能量非常小，不会影响并联电抗器的安全稳定运行。

目前的抽能绕组匝间保护采用抽能绕组的零序过流判据配合区外闭锁判据经延时动作，跳开抽能电抗器所连线路侧断路器。在抽能电抗器区外发生接地短路故障情况下，若区外闭锁判据不能可靠闭锁区外故障，且抽能绕组的零序电流大于预设的零序电流整定值，持续时间超过抽能绕组匝间保护时间定值，造成抽能绕组匝间保护误动作，进而影响抽能电抗器的安全稳定运行。

现有抽能电抗器的匝间保护存在整定配合困难，在抽能绕组匝间故障时灵敏度不足，在区外故障时存在误动风险等问题。为了能够快速的切除抽能绕组匝间故障，避免抽能绕组匝间故障发展损坏整个抽能电抗器，提高抽能电抗器保护可靠性，保证抽能电抗器安全运行，必须配置抽能绕组匝间保护予以补充。

技术实现要素：

本发明提出一种基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法及系统，以解决如何提高抽能电抗器保护可靠性的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法，所述方法包括：

分别根据获取的抽能电抗器的主电抗器侧和抽能绕组侧的电流互感器采样值计算主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量和抽能绕组侧零序电流突变量；

将抽能绕组侧短路，在主电抗器的任意一相绕组上施加预设电压阈值的电压，分别测量主电抗器和抽能绕组侧的该相的电流幅值，并根据所述主电抗器和抽能绕组的该相的电流幅值计算电流变化系数；其中，任意一相为a、b或c相；

判断所述主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量、抽能绕组侧零序电流突变量和电流变化系数是否满足比相判据或任意的比幅判据，并且同时满足差动门槛判据，若满足，则抽能电抗器保护动作；反之，抽能电抗器保护不动作。

优选地，其中所述分别根据获取的抽能电抗器的主电抗器侧和抽能绕组侧的电流互感器采样值计算主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量和抽能绕组侧零序电流突变量，包括：

其中，为主电抗绕组的零序电流；为抽能绕组侧零序电流；为主电抗绕组的零序电流突变量；为抽能绕组侧零序电流突变量；和分别为主电抗器侧的电流相量值；和分别为主电抗器侧的电流相量值；t为基波信号周期时间。

优选地，其中利用如下公式计算电流变化系数：

其中，kf为电流变化系数；为主电抗器在任意一相的电流幅值；为抽能绕组的任意一相的电流幅值。

优选地，其中

所述比相判据为：

所述比幅判据包括：

第一比幅判据为：

第二比幅判据为：

所述差动门槛判据为：

其中，为主电抗绕组的零序电流；为抽能绕组侧零序电流；为主电抗绕组的零序电流突变量；为抽能绕组侧零序电流突变量；kf为电流变化系数；kset1为第一比幅判据的制动系数；kset2为第二比幅判据的制动系数；iset为预设的差动定值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护系统，所述系统包括：

零序电流和零序电流突变量计算单元，用于分别根据获取的抽能电抗器的主电抗器侧和抽能绕组侧的电流互感器采样值计算主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量和抽能绕组侧零序电流突变量；

电流变化系数计算单元，用于将抽能绕组侧短路，在主电抗器的任意一相绕组上施加预设电压阈值的电压，分别测量主电抗器和抽能绕组侧的该相的电流幅值，并根据所述主电抗器和抽能绕组的该相的电流幅值计算电流变化系数；其中，任意一相为a、b或c相；

保护动作单元，用于判断所述主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量、抽能绕组侧零序电流突变量和电流变化系数是否满足比相判据或任意的比幅判据，并且同时满足差动门槛判据，若满足，则抽能电抗器保护动作；反之，抽能电抗器保护不动作。

优选地，其中所述零序电流和零序电流突变量计算单元，分别根据获取的抽能电抗器的主电抗器侧和抽能绕组侧的电流互感器采样值计算主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量和抽能绕组侧零序电流突变量，包括：

其中，为主电抗绕组的零序电流；为抽能绕组侧零序电流；为主电抗绕组的零序电流突变量；为抽能绕组侧零序电流突变量；和分别为主电抗器侧的电流相量值；和分别为主电抗器侧的电流相量值；t为基波信号周期时间。

优选地，其中在所述电流变化系数计算单元，利用如下公式计算电流变化系数：

其中，kf为电流变化系数；为主电抗器在任意一相的电流幅值；为抽能绕组的任意一相的电流幅值。

优选地，其中

所述比相判据为：

所述比幅判据包括：

第一比幅判据为：

第二比幅判据为：

所述差动门槛判据为：

其中，为主电抗绕组的零序电流；为抽能绕组侧零序电流；为主电抗绕组的零序电流突变量；为抽能绕组侧零序电流突变量；kf为电流变化系数；kset1为第一比幅判据的制动系数；kset2为第二比幅判据的制动系数；iset为预设的差动定值。

本发明提供了一种基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法及系统，利用抽能并联电抗器低耦合的特性，基于比相原理和比幅原理构成抽能电抗器差动保护方法，通过判断计算的主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量、抽能绕组侧零序电流突变量和电流变化系数是否满足比相判据或任意的比幅判据，并且同时满足差动门槛判据确定抽能电抗器保护是否动作，若满足，则抽能电抗器保护动作；反之，抽能电抗器保护不动作。本发明的抽能电抗器保护方法充分提高了抽能电抗器保护的可靠性；抽能电抗器保护无需电压量，在pt断线的情况保护能可靠动作；抽能电抗器保护能同时保护主电抗绕组匝间故障和抽能绕组匝间故障，及其他有零序电流的所有故障，避免了保护的冗余配置；抽能电抗器保护灵敏度高，能识别轻微匝间故障；抽能电抗器保护定值无需人工整定，解决了现有抽能电抗器保护定值整定困难的问题。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的抽能电抗器保护判据逻辑图；

图3为根据本发明实施方式的区外故障抽能电抗器差动保护结果图；

图4为根据本发明实施方式主电抗器侧a相1％匝间故障保护结果图；

图5为根据本发明实施方式抽能绕组侧a相5％匝间故障保护结果图；

图6为根据本发明实施方式的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护系统600的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法100的流程图。如图1所示，本发明的实施方式提供的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法，利用抽能并联电抗器低耦合的特性，基于比相原理和比幅原理构成抽能电抗器差动保护方法，通过判断计算的主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量、抽能绕组侧零序电流突变量和电流变化系数是否满足比相判据或任意的比幅判据，并且同时满足差动门槛判据确定抽能电抗器保护是否动作，若满足，则抽能电抗器保护动作；反之，抽能电抗器保护不动作。本发明的实施方式提供的抽能电抗器保护方法充分提高了抽能电抗器保护的可靠性；抽能电抗器保护无需电压量，在pt断线的情况保护能可靠动作；抽能电抗器保护能同时保护主电抗绕组匝间故障和抽能绕组匝间故障，及其他有零序电流的所有故障，避免了保护的冗余配置；抽能电抗器保护灵敏度高，能识别轻微匝间故障；抽能电抗器保护定值无需人工整定，解决了现有抽能电抗器保护定值整定困难的问题。本发明的实施方式提供的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法100从步骤101处开始，在步骤101分别根据获取的抽能电抗器的主电抗器侧和抽能绕组侧的电流互感器采样值计算主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量和抽能绕组侧零序电流突变量。

优选地，其中所述分别根据获取的抽能电抗器的主电抗器侧和抽能绕组侧的电流互感器采样值计算主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量和抽能绕组侧零序电流突变量，包括：

其中，为主电抗绕组的零序电流；为抽能绕组侧零序电流；为主电抗绕组的零序电流突变量；为抽能绕组侧零序电流突变量；和分别为主电抗器侧的电流相量值；和分别为主电抗器侧的电流相量值；t为基波信号周期时间。

优选地，在步骤102将抽能绕组侧短路，在主电抗器的任意一相绕组上施加预设电压阈值的电压，分别测量主电抗器和抽能绕组侧的该相的电流幅值，并根据所述主电抗器和抽能绕组的该相的电流幅值计算电流变化系数；其中，任意一相为a、b或c相。

优选地，其中利用如下公式计算电流变化系数：

其中，kf为电流变化系数；为主电抗器在任意一相的电流幅值；为抽能绕组的任意一相的电流幅值。

优选地，在步骤103判断所述主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量、抽能绕组侧零序电流突变量和电流变化系数是否满足比相判据或任意的比幅判据，并且同时满足差动门槛判据，若满足，则抽能电抗器保护动作；反之，抽能电抗器保护不动作。

优选地，其中

所述比相判据为：

所述比幅判据包括：

第一比幅判据为：

第二比幅判据为：

所述差动门槛判据为：

其中，为主电抗绕组的零序电流；为抽能绕组侧零序电流；为主电抗绕组的零序电流突变量；为抽能绕组侧零序电流突变量；kf为电流变化系数；kset1为第一比幅判据的制动系数；kset2为第二比幅判据的制动系数；iset为预设的差动定值。

图2为根据本发明实施方式的抽能电抗器保护判据逻辑图。如图2所示，所述比相判据、第一比幅判据和第二比幅判据经“或”门后与差动门槛判据进行与门判断，若满足，则抽能电抗器保护动作；反之，抽能电抗器保护不动作。

在本发明的实施方式中，首先，根据抽能电抗器的主电抗器侧的电流互感器采样值ia1、ib1和ic1计算主电抗器侧的电流相量值和根据抽能绕组侧的电流互感器采样值ia2、ib2和ic2计算主电抗器侧的电流相量值和

然后，计算主电抗绕组的零序电流为：抽能绕组侧的零序电流为：主电抗绕组的零序电流突变量为：抽能绕组侧的零序电流突变量为：其中，t为基波信号周期时间。

然后，将抽能绕组侧短路，在主电抗器a相绕组施加电压uax，测量主电抗器的a相的电流幅值ia以及抽能绕组的a相的电流幅值ia，并计算电流变化系数

最后，判断主电抗绕组的零序电流抽能绕组侧的零序电流主电抗绕组的零序电流突变量抽能绕组侧的零序电流突变量和电流变化系数kf是否满足比相判据或任意的比幅判据，并且同时满足差动门槛判据，若满足，则抽能电抗器保护动作；反之，抽能电抗器保护不动作。其中，比相判据为：比幅判据包括：第一比幅判据为：第二比幅判据为：差动门槛判据为：kset1为第一比幅判据的制动系数，kset1＝4；kset2为第二比幅判据的制动系数，kset2＝6；iset为预设的差动定值。

图3为根据本发明实施方式的区外故障抽能电抗器差动保护结果图。如图3所示，抽能电抗器发生区外母线a相金属性接地故障，比相判据、第一比幅判据(比幅判据1)和第二比幅判据2(比幅判据2)均不满足，比相判据和比幅判据的结果，与差动判据进行与门，不满足抽能电抗器保护动作条件，保护可靠不动作。

图4为根据本发明实施方式主电抗器侧a相1％匝间故障保护结果图。如图4所示，抽能电抗器发生主电抗器侧a相1％匝间故障，比相判据和差动门槛判据满足，抽能电抗器保护可靠动作。

图5为根据本发明实施方式抽能绕组侧a相5％匝间故障保护结果图。如图5所示，抽能电抗器发生抽能侧a相5％匝间故障，第一比幅判据和差动门槛判据满足，抽能电抗器保护可靠动作。

图6为根据本发明实施方式的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护系统600的结构示意图。如图6所示，本发明的实施方式提供的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护系统600，包括：零序电流和零序电流突变量计算单元601、电流变化系数计算单元602和保护动作单元603。

优选地，所述零序电流和零序电流突变量计算单元601，用于分别根据获取的抽能电抗器的主电抗器侧和抽能绕组侧的电流互感器采样值计算主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量和抽能绕组侧零序电流突变量。

优选地，其中所述零序电流和零序电流突变量计算单元601，分别根据获取的抽能电抗器的主电抗器侧和抽能绕组侧的电流互感器采样值计算主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量和抽能绕组侧零序电流突变量，包括：

其中，为主电抗绕组的零序电流；为抽能绕组侧零序电流；为主电抗绕组的零序电流突变量；为抽能绕组侧零序电流突变量；和分别为主电抗器侧的电流相量值；和分别为主电抗器侧的电流相量值；t为基波信号周期时间。

优选地，所述电流变化系数计算单元602，用于将抽能绕组侧短路，在主电抗器的任意一相绕组上施加预设电压阈值的电压，分别测量主电抗器和抽能绕组侧的该相的电流幅值，并根据所述主电抗器和抽能绕组的该相的电流幅值计算电流变化系数；其中，任意一相为a、b或c相。

优选地，其中在所述电流变化系数计算单元602，利用如下公式计算电流变化系数：

其中，kf为电流变化系数；为主电抗器在任意一相的电流幅值；为抽能绕组的任意一相的电流幅值。

优选地，所述保护动作单元603，用于判断所述主电抗绕组的零序电流、抽能绕组侧零序电流、主电抗绕组的零序电流突变量、抽能绕组侧零序电流突变量和电流变化系数是否满足比相判据或任意的比幅判据，并且同时满足差动门槛判据，若满足，则抽能电抗器保护动作；反之，抽能电抗器保护不动作。

优选地，其中所述比相判据为：所述比幅判据包括：

第一比幅判据为：第二比幅判据为：

所述差动门槛判据为：其中，为主电抗绕组的零序电流；为抽能绕组侧零序电流；为主电抗绕组的零序电流突变量；为抽能绕组侧零序电流突变量；kf为电流变化系数；kset1为第一比幅判据的制动系数；kset2为第二比幅判据的制动系数；iset为预设的差动定值。

本发明的实施例的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护系统600与本发明的另一个实施例的基于比相和比幅原理的抽能电抗器保护方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。