专利名称：大型电力变压器负序电流差动保护方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，具体涉及电力系统继电保护的方法。
背景技术：
首先，根据以下参考文献简要描述本发明的相关技术。
1贺家李，宋从矩主编.电力系统继电保护.增订版.北京中国电力出版社，20042杨奇逊，黄少锋编著.微型机继电保护基础.第二版.北京中国电力出版社，20053王维俭编著.电气主设备继电保护原理与应用.第二版.北京中国电力出版社，2002电力变压器是电力系统中重要的电气设备，广泛应用于不同电压等级变电站中。变压器保护对电力变压器的安全运行和电网可靠供电起着极其重要的作用。随着我国电力事业的快速发展，系统互联程度迅速增大，系统电压等级正在由超高压向特高压发展，容量达到百万伏安的特大容量变压器即将出现，整个电力系统的安全运行更加重要。作为电气主设备之一的变压器是整个系统电能传输的枢纽，变压器故障将直接影响到电力系统的安全稳定运行，大型变压器造价高，一旦因为故障损坏，修复难度大，修复时间长，将会造成很大的经济损失。因此对变压器保护的可靠性和灵敏性均提出了很高的要求。然而，近年我国220kV及以上电压等级的变压器保护正确动作率一直停留在较低水平，远不及线路保护的正确动作率。主要原因在于变压器不仅包含有电路，还包含有磁路，而且是各侧绕组通过磁路联系的非线性元件，其内部故障机理和现象非常复杂。
目前变压器电气量主保护主要采用相电流纵差动保护，直接利用变压器各侧的相电流进行故障判断。但是从实际情况看，变压器纵差动保护的运行情况并不理想，由于变压器的特点，变压器纵差动保护受到各种产生差动回路不平衡电流因素的影响，需要采取多种不同措施防止纵差动保护误动，从而降低了变压器内部故障时保护的灵敏度。
变压器带负荷运行时发生内部故障，被保护设备仍会有电流流出，也将会影响保护动作的灵敏度。纵差动保护无法反映变压器内部轻微匝间故障，此时虽然短路环中有很大的故障电流，但是流入差动回路中的电流可能很小，如果匝间故障不被及时切除，将有可能发展成为严重的相间故障，不仅损坏变压器绕组和绝缘，严重时也会烧坏变压器铁芯，造成无法挽回的损失。
随着系统容量的增大，现场运行的大型变压器越来越多，大型变压器绕组多采用纠结式结构，发生匝间故障的可能性大大增加，因此，提高变压器内部故障时保护的灵敏度，特别是变压器内部匝间故障的灵敏度，是改善变压器保护性能，保证变压器安全稳定运行的重要内容，是变压器保护中亟待解决的一个重要问题。
发明内容
针对变压器相电流纵差动保护需要克服各种不平衡电流的影响，使得保护变压器内部故障的灵敏度降低等问题，在对变压器内外部故障进行理论分析和故障仿真的基础上，本发明提出了一种基于负序电流差动原理的大型电力变压器内部故障保护的方法，并公开了变压器负序电流差动保护的具体实现方案，该方案利用变压器各侧负序电流，按照差动保护原理构成负序电流差动保护，该保护采用比率制动负序电流差动保护作为主要故障判别元件，并配合正序电流制动判据，励磁涌流闭锁和电流互感器二次回路断线闭锁等功能，共同组成能够明确区分变压器内外部不对称故障的较完善的变压器负序电流差动保护。
根据本发明，提供了一种基于负序电流差动原理的大型电力变压器内部故障保护的方法。该方法包括如下主要步骤a.变压器保护装置通过对电力变压器各侧电流互感器二次电流进行采样，得到变压器各侧三相二次电流瞬时值；b.采用傅氏算法计算出变压器各侧二次电流的复数形式，并对各二次电流复数值进行变压器各侧不同接线形式的电流相位校正和各侧电流互感器不同变比的幅值平衡计算；c.按照三相电流的负序分量计算方法，由各侧三相电流的复数值分别计算出变压器每一侧的负序电流复数形式；d.根据负序电流差动保护原理，分别计算负序差动电流和负序制动电流，并根据计算的负序差动电流和负序制动电流，进行负序差动比率制动特性的计算与变压器内外部不对称故障判别。
e.保护动作出口逻辑判别，根据上述d中负序差动比率制动特性的判别结果，如果判断为变压器内部不对称故障，同时满足以下条件时保护动作出口跳开变压器的各侧断路器
防止变压器外部严重三相短路时负序不平衡电流的正序电流制动判据不动作；防止变压器励磁涌流时保护误动的闭锁判据不动作；各侧电流互感器二次断线判别的闭锁判据不动作。
根据本发明的一个方面，其中步骤b进一步包括对于傅氏计算后变压器各侧二次电流复数值，按照变压器各侧不同接线形式进行电流相位校正，及对于各侧电流互感器不同变比进行幅值平衡的计算公式。
变压器各侧TA二次电流相位不同，采用在变压器Y侧进行相位校正的方法，其计算公式为I·'A=(I·A-I·B)/3]]>I·'B=(I·B-I·C)/3]]>I·'C=(I·C-I·A)/3]]>式中， 为Y侧TA二次三相电流， 为Y侧校正后的各相电流。变压器Δ侧TA二次电流不变。
对于变压器各侧TA不同变比进行幅值平衡，通过电流平衡系数计算实现。通常以变压器高压侧为基准，计算变压器中、低压侧平衡系数KphM=UlnMUlnH·nTAMnTAH]]>KphL=UlnLUlnH·nTALnTAH]]>式中，KphM、KphL分别为变压器中、低压侧电流平衡系数，UlnH、UlnM、UlnL分别为变压器高、中、低压侧额定电压，nTAH、nTAM、nTAL分别为变压器高、中、低压侧各侧TA变比。
将中、低压侧各相电流与相应的平衡系数相乘，即得幅值平衡补偿后的各相电流。以下负序电流的计算，都是在电流相位校正和幅值平衡计算基础上进行的。
和其中步骤c进一步包括负序电流的计算方法如下I·n(2)=13(I·nA+I·nBe-j23π+I·nCej23π)]]>
其中， 分别为变压器第n侧三相二次电流计算的复数值， 为变压器第n侧负序二次电流计算值，和其中步骤d进一步包括按照下式分别计算负序差动电流和负序制动电流若负序差动电流为Id(2)，负序制动电流为Ires(2)，对于双绕组变压器有Id(2)=|I·1(2)'+I·2(2)'|]]>Ires(2)=|12(I·1(2)'+I·2(2)')|]]>对于多绕组变压器有Id(2)=|I·'1(2)+I·2(2)'+···+I·n(2)'|]]>Ires(2)=max{|I·1(2)'|,|I·2(2)'|,···|I·n(2)'|};]]>其中， 分别为对于具有n侧电流量输入并采样的变压器保护，经过计算所得到的各侧二次负序电流复数值。
根据本发明的另一个方面，其中步骤d进一步包括根据下式所示动作方程，进行负序差动比率制动特性的计算与变压器内外部不对称故障判别Id(2)≥Iop(2)·min]]>Id(2)≥Iop(2)＝K2Ires(2)其中，Iop(2)为负序差动保护动作电流，Iop(2)·min为保护最小动作电流，K2为动作特性斜线段的斜率。如果负序差动电流Id(2)同时满足以上动作判据，则保护判为变压器内部不对称故障，继续进行下述步骤f的判别；否则，保护判为变压器外部不对称故障，程序返回步骤a。
本发明进一步包括步骤f.进行正序电流制动判别，如果该判据满足，则表明满足三相对称故障条件，此时闭锁保护出口，程序返回步骤a；否则判别为发生不对称故障，继续进行下述步骤g的判别；g.保护进行励磁涌流判别，如果满足涌流制动条件，则判为变压器励磁涌流而闭锁保护出口，程序返回步骤a；否则，保护继续进行下述步骤h的判别；h.保护继续进行TA二次回路断线判别，如果判为TA二次断线，为防止负序电流差动保护误动作，此时闭锁保护出口，同时发出TA二次断线告警信号，程序返回步骤a；否则，保护最终判别为变压器发生了内部不对称故障，保护发出跳闸出口命令，跳开变压器各侧断路器。
在本发明一个实施例中，其中步骤f根据下式进行正序电流制动判别In(2)＜β2In(1)式中In(1)、In(2)分别为差动回路各侧的正序电流、负序电流；β2为正序制动系数；变压器任何一侧电流满足上式时，即判为对称故障，将负序差动保护闭锁，通过综合分析各种不对称故障时保护安装处正序电流与负序电流的关系，为保证发生各种不对称故障时可靠开放保护，可取β2＜0.5。
其中步骤g根据下式进行二次谐波制动原理的励磁涌流闭锁判别，采用变压器相间纵差动保护中三相差动电流的二次谐波分量与基波分量的比值作为励磁涌流闭锁判据Idφ2＞Kxb.2Idφ式中，Idφ2为差动电流中的二次谐波分量，Idφ为差动电流中的基波分量，Kxb.2为二次谐波制动系数定值，通常取为0.15。保护采用或门闭锁方式，即三相差流中某一相满足上式即判为励磁涌流，将负序差动保护闭锁。
其中步骤h根据以下判据进行TA断线判别(1)正常情况下，通过检查所有相别的电流中有一相或两相无流且存在差流，即判为TA断线。
(2)在有电流突变时，判据如下a)发生突变后电流减小(而不是增大)b)本侧三相电流中有一相或两相无流，且对侧三相电流无变化满足以上条件时判为TA二次回路断线。TA二次断线后，发出告警信号，并将负序差动保护闭锁。
在本发明中，其中步骤d进一步包括，如果判为变压器内部故障，则继续进行下述步骤f的判别；否则返回步骤a。
根据本发明的另一个方面，其中比率制动特性负序电流差动保护判据中的有关定值整定如下最小负序差动动作电流Iop(2)·min应按避开变压器正常运行负荷状态下负序差动回路中的不平衡电流整定Iop(2)·min=Krel(Ker+ΔU)C(2)IN/nTA]]>
式中IN为变压器额定电流；nTA为电流互感器变比；Krel为可靠系数，一般取1.3～1.5；Ker为电流互感器的比误差，10P型TA取0.03×2，5P型和TP型TA取0.01×2；ΔU为变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值)；C(2)为最大不平衡负荷时负序差动电流的不平衡系数，根据实际系统情况可取为0.1～1/3。一般Iop(2)·min=(0.1-0.2)IN/nTA;]]>比率制动特性折线斜率K2按下式计算K2＝Krel(KapKccKer+ΔU)式中Ker，ΔU，Krel含义同前所述，此时Ker＝0.1；Kcc为电流互感器同型系数，取为1.0；Kap为非周期分量系数，两侧同为TP级TA时取1.0，两侧同为P级TA时取1.5～2.0；一般K2可取为0.3～0.5。
本发明利用负序电流构成差动保护，能够明确区分电力变压器保护范围的内外部不对称故障，有效提高变压器内部不对称故障的保护灵敏度，特别是提高了大型电力变压器发生内部匝间故障时保护的灵敏度。
图1是双绕组变压器负序差动保护原理图。
图2是负序差动保护比率制动特性图。
图3是变压器负序电流差动保护与电力变压器和变压器各侧电流互感器的连接关系示意图。
图4显示了变压器负序电流差动保护实现方案的程序逻辑框图。
具体实施方案本发明的方法包括如下主要步骤变压器保护装置对电力变压器各侧电流互感器二次电流进行采样得到相应的电流瞬时值，通过傅氏算法求出变压器各侧电流的复数形式，并按下述(4)、(5)式对其进行变压器各侧不同接线形式的相位校正和各侧电流互感器变比的幅值平衡计算，按下述(6)式进一步由各侧三相电流的复数值计算出变压器每一侧的负序电流复数形式，按下述(1)或(2)式利用变压器各侧负序电流，按照差动保护原理计算负序差动电流和负序制动电流，并且按照下述(3)式的动作特性方程，由负序差动比率制动特性的故障判别判据和判别逻辑，进行变压器内部和外部不对称故障的判别，当判断为变压器内部故障时，保护动作跳开变压器的各侧断路器，该方法还包括正序电流制动判据，变压器励磁涌流制动和电流互感器二次断线闭锁功能。
根据本发明的一个方面，提出了一种基于负序电流差动原理的大型电力变压器内部故障保护的方法。该方法包括如下主要内容1.负序电流差动保护原理。
差动保护原理基于基尔霍夫电流定律，图1示出了双绕组变压器负序电流差动保护原理示意图，图中所示均为变压器各侧的负序电流。负序电流差动保护的动作量为负序差动电流，负序差动电流是变压器各侧负序电流相量和，变压器区内不对称故障时，负序差动电流为故障点的负序电流，当负序差动电流大于保护的动作电流时，负序差动保护动作。在变压器正常运行时，流入保护的仅为数值很小的负序不平衡电流，变压器外部不对称故障时，流过变压器各侧的负序电流为穿越性负序电流，差动保护不会动作。由于负序电流不受正常负荷电流的影响，负序电流差动保护对于变压器内部不对称故障具有较高的灵敏度，特别是能够有效提高变压器内部匝间短路时保护的灵敏度。
2.比率制动特性负序电流差动保护判据。
负序电流差动保护的比率制动特性判据是本发明所涉及方法的核心内容，主要包括a.负序差动电流和制动电流计算若负序差动电流为Id(2)，负序制动电流为Ires(2)，对于双绕组变压器有Id(2)=|I·1(2)'+I·2(2)'|]]>Ires(2)|12(I·1(2)'-I·2(2)')|---(1)]]>对于多绕组变压器有Id(2)=|I·1(2)'+I·2(2)'+···I·n(2)'|]]>Ires(2)=max{|I·1(2)'|,|I·2(2)'|,···|I·n(2)'|};---(2)]]>其中， 分别为对于具有n侧电流量输入并采样的变压器保护，经过计算所得到的各侧二次负序电流复数值。
b.比率制动特性判据具有比率制动特性的负序电流差动保护，采用两折线比率制动特性，如图2所示，其动作判据如下
Id(2)≥Iop(2)·min]]>Id(2)≥Iop(2)＝K2Ires(2)(3)其中，Iop(2)为负序差动保护动作电流，Iop(2)·min为保护最小动作电流，K2为动作特性折线的斜率。如果负序差动电流Id(2)同时满足以上动作判据，则保护判为变压器内部不对称故障；否则，保护判为变压器外部不对称故障。
3.变压器负序电流差动保护方法的主要步骤。
a.计算电力变压器各侧的负序电流复数值。
变压器保护装置通过对电力变压器各侧电流互感器二次电流进行采样，得到各侧每一相的电流瞬时值，经傅氏算法求出变压器各侧二次电流的复数形式，并对各二次电流复数值进行变压器各侧不同接线形式的电流相位校正和各侧电流互感器不同变比的幅值平衡计算。
电流相位校正采用在变压器Y侧由软件进行相位校正的方法，例如对于Y0/Δ-11接线变压器，其计算公式为Y0侧I·'A=(I·A-I·B)/3]]>I·'B=(I·B-I·C)/3]]>I·'C=(I·C-I·A)/3---(4)]]>式中， 为Y侧TA二次三相电流， 为Y侧校正后的各相电流。变压器Δ侧TA二次电流不变。
变压器幅值平衡通常以变压器高压侧为基准，计算变压器中、低压侧平衡系数KphM=UlnMUlnH·nTAMnTAH]]>KphL=UlnLUlnH·nTALnTAH---(5)]]>式中，KphM、KphL分别为变压器中、低压侧电流平衡系数，UlnH、UlnM、UlnL分别为变压器高、中、低压侧额定电压，nTAH、nTAM、nTAL分别为变压器高、中、低压侧各侧TA变比。
将中、低压侧各相电流与相应的平衡系数相乘，即得幅值平衡补偿后的各相电流。
在对变压器各侧电流进行相位校正和幅值平衡计算基础上，按照三相电流的负序分量计算方法，由各侧三相电流的复数值分别计算出变压器每一侧的负序电流复数形式。负序电流的计算方法如下I·n(2)=13(I·nA+I·nBe-j23π+I·nCej23π)---(6)]]>其中， 分别为变压器第n侧三相二次电流计算的复数值， 为变压器第n侧负序二次电流计算值。
b.计算负序差动电流和负序制动电流。
按照负序电流差动保护原理，按照上述(1)或(2)式分别计算负序差动电流和负序制动电流。
c.负序差动比率制动特性计算与判别。
根据上述(3)式所表示的负序差动比率制动特性及其故障判别判据，通过对比率制动特性的计算比较，进行变压器内部和外部不对称故障的判别。
d.保护动作出口逻辑判别。
根据上述c.中负序差动比率制动特性的判别结果，如果判断为变压器内部不对称故障，同时满足以下条件时保护动作出口跳开变压器的各侧断路器防止变压器外部严重三相短路时负序不平衡电流的正序电流制动判据不动作；防止变压器励磁涌流时保护误动的闭锁判据不动作；各侧电流互感器二次回路断线判别判据不动作。
根据本发明，步骤c.进一步包括比率制动特性负序电流差动保护判据中有关定值整定如下1)最小负序差动动作电流Iop(2)·min应按避开变压器正常运行负荷状态下负序差动回路中的不平衡电流整定Iop(2)·min=Krel(Ker+ΔU)C(2)IN/nTA]]>式中IN为变压器额定电流；nTA为电流互感器变比；Krel为可靠系数，一般取1.3～1.5；Ker为电流互感器的比误差，10P型TA取0.03×2，5P型和TP型TA取0.01×2；ΔU为变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值)；C(2)为最大不平衡负荷时负序差动电流的不平衡系数，根据实际系统情况可取为0.1～1/3。一般Iop(2)·min=(0.1-0.2)IN/nTA.]]>
2)比率制动特性折线斜率K2按下式计算K2＝Krel(KapKccKer+ΔU)式中Ker，ΔU，Krel含义同前所述，此时Ker＝0.1；Kcc为电流互感器同型系数取为1.0；Kap为非周期分量系数，两侧同为TP级TA时取1.0，两侧同为P级TA时取1.5～2.0。一般K2可取为0.3～0.5。
根据本发明，步骤d.进一步包括1)正序电流制动判据。
为防止变压器外部发生严重三相短路时负序不平衡电流可能造成保护误动作，对称故障时保护各侧存在较大的正序短路电流和相对较小的负序不平衡电流，正序电流制动判据为In(2)＜β2In(1)(7)式中In(1)、In(2)分别为差动回路各侧的正序电流、负序电流；β2为正序制动系数。变压器任何一侧电流满足上式时，即判为对称故障，将负序差动保护闭锁。综合分析各种不对称故障时保护安装处正序电流与负序电流的关系，为保证发生各种不对称故障时可靠开放保护，可取β2＜0.5。
2)变压器励磁涌流二次谐波制动判据。
为防止变压器空投时保护可能误动作，采用变压器相间纵差动保护中三相差动电流的二次谐波分量与基波分量的比值作为励磁涌流闭锁判据Idφ2＞Kxb.2Idφ(8)式中，Idφ2为差动电流中的二次谐波分量，Idφ为差动电流中的基波分量，Kxb.2为二次谐波制动系数定值，通常取为0.15。保护采用或门闭锁方式，即三相差流中某一相满足上式即判为励磁涌流，将负序差动保护闭锁。
3)电流互感器二次回路断线判别闭锁判据。
为防止变压器TA二次断线时保护可能误动作，采用TA二次断线判据进行判别(1)正常运行情况下，通过检查所有相别的电流中有一相或两相无流且存在差流，即判为TA断线。
(2)在有电流突变时，判据如下a)发生突变后电流减小(而不是增大)。
b)本侧三相电流中有一相或两相无流，且对侧三相电流无变化。
满足以上条件时判为TA二次回路断线。TA二次断线后，发出告警信号，并将负序差动保护闭锁。
如图3所示，本发明提出了一种基于负序电流差动原理的大型电力变压器内部故障保护的方法，研究设计了变压器负序电流差动保护的具体实现方案，该保护方案以比率制动负序电流差动保护作为主要判别元件，并配合正序电流制动判据，励磁涌流制动和电流互感器二次回路断线闭锁等功能，共同构成变压器负序电流差动保护的总体实现方案。该保护方案在实际装置中实现，并在动模试验中得到验证，试验表明，负序电流差动保护提高了变压器内部不对称故障的灵敏度，特别是在小匝间短路试验中，比相电流纵差动保护有更高的灵敏度。
附图4所示为实现变压器负序电流差动保护方案的程序流程框图。按照该流程图，保护方案具体实现的功能和主要逻辑如下a.首先保护装置启动，程序进入正常循坏逻辑流程。
b.变压器保护装置通过对电力变压器各侧电流互感器二次电流进行采样，得到变压器各侧三相二次电流瞬时值。
c.采用傅氏算法计算出变压器各侧二次电流的复数形式，并按照上述(4)、(5)式分别对各二次电流复数值进行变压器各侧不同接线形式的电流相位校正和各侧电流互感器不同变比的幅值平衡计算。
d.按照上述(6)式中三相电流的负序分量计算方法，由各侧三相电流的复数值分别计算出变压器每一侧的负序电流复数形式。
e.根据负序电流差动保护原理，按照上述(1)或(2)式分别计算负序差动电流和负序制动电流，并根据上述(3)式所示动作方程，进行负序差动比率制动特性的计算与变压器内外部不对称故障判别。如果判为变压器内部故障，则继续进行下述步骤f.的判别。否则程序返回逻辑循环入口。
f.按照上述(7)式进行正序电流制动判别，如果该判据满足，则表明满足三相对称故障条件，此时闭锁保护出口，程序返回逻辑循环入口。否则判别为发生不对称故障，继续进行下述步骤g.的判别。
g.按照上述(8)式，保护进行励磁涌流判别，如果满足涌流制动条件，则判为变压器励磁涌流而闭锁保护出口，程序返回逻辑循环入口。否则，保护继续进行下述步骤h.的判别。
h.按照上述电流互感器二次回路断线判别闭锁判据，保护继续进行TA二次回路断线判别，如果判为TA二次断线，为防止负序电流差动保护误动作，此时闭锁保护出口，同时发出TA二次断线告警信号，程序返回逻辑循环入口。否则，保护最终判别为变压器发生了内部不对称故障，保护发出跳闸出口命令，跳开变压器各侧断路器。
权利要求
1.一种基于负序电流差动原理的大型电力变压器内部故障保护的方法，该方法包括如下主要步骤a.变压器保护装置通过对电力变压器各侧电流互感器(电流互感器简称为TA)二次电流进行采样，得到变压器各侧三相二次电流瞬时值；b.采用傅氏算法计算出变压器各侧二次电流的复数形式，并对各二次电流复数值进行变压器各侧不同接线形式的电流相位校正和各侧电流互感器不同变比的幅值平衡计算；c.按照三相电流的负序分量计算方法，由各侧三相电流的复数值分别计算出变压器每一侧的负序电流复数形式；d.根据负序电流差动保护原理，分别计算负序差动电流和负序制动电流，并根据计算的负序差动电流和负序制动电流，进行负序差动比率制动特性的计算与变压器内外部不对称故障判别。e.保护动作出口逻辑判别，根据上述d中负序差动比率制动特性的判别结果，如果判断为变压器内部故障，同时满足以下条件时保护动作出口跳开变压器的各侧断路器防止变压器外部严重三相短路时负序不平衡电流的正序电流制动判据不动作；防止变压器励磁涌流时保护误动的闭锁判据不动作；各侧电流互感器二次断线判别的闭锁判据不动作。
2.权利要求1的方法，其中步骤b进一步包括变压器各侧TA二次电流相位不同，采用在变压器Y侧进行相位校正的方法，其计算公式为I′·A=(I.A-I.B)/3]]>I′·B=(I.B-I.C)/3]]>I′·C=(I.C-I.A)/3]]>式中， 为Y侧TA二次三相电流， 为Y侧校正后的各相电流。变压器Δ侧TA二次电流不变，对于变压器各侧TA不同变比进行幅值平衡，通过电流平衡系数计算实现。通常以变压器高压侧为基准，计算变压器中、低压侧平衡系数KphM=U1nMU1nH.nTAMnTAH]]>KphL=U1nLU1nH.nTALnTAH]]>式中，KphM、KphL分别为变压器中、低压侧电流平衡系数，U1nH、U1nM、U1nL分别为变压器高、中、低压侧额定电压，nTAH、nTAM、nTAL分别为变压器高、中、低压侧各侧TA变比，将中、低压侧各相电流与相应的平衡系数相乘，即得幅值平衡补偿后的各相电流。
3.权利要求1的方法，其中步骤c进一步包括基于电流相位校正和幅值平衡计算的负序电流，其中负序电流的计算方法如下I.n(2)=13(I.nA+I.nBe-j23π+I.nCej23π)]]>式中， 分别为变压器第n侧三相二次电流计算的复数值， 为变压器第n侧负序二次电流计算值，和其中步骤d进一步包括按照下式分别计算负序差动电流和负序制动电流若负序差动电流为Id(2)，负序制动电流为Ires(2)，对于双绕组变压器有Id(2)=|I·1(2)′+I·2(2)′]]>Ires(2)=|12(I.1(2)′-I.2(2)′)|]]>对于多绕组变压器有Id(2)=|I·1(2)′+I·2(2)′+…+I·n(2)′|]]>Ires(2)=max{|I·1(2)′|,|I·2(2)′|,…|I·n(2)′|};]]>式中， 分别为对于具有n侧电流量输入并采样的变压器保护，经过计算所得到的各侧二次负序电流复数值。
4.权利要求1的方法，其中步骤d进一步包括根据下式所示动作方程，进行负序差动比率制动特性的计算与变压器内外部不对称故障判别Id(2)≥Iop(2)minId(2)≥Iop(2)＝K2Ires(2)其中，Iop(2)为负序差动保护动作电流，Iop(2).min为保护最小动作电流，K2为动作特性斜线段的斜率。如果负序差动电流Id(2)同时满足以上动作判据，则保护判为变压器内部不对称故障，继续进行下述步骤f的判别；否则，保护判为变压器外部不对称故障，程序返回步骤a。
5.权利要求1-4的方法，进一步包括步骤f.进行正序电流制动判别，如果该判据满足，则表明满足三相对称故障条件，此时闭锁保护出口，程序返回步骤a；否则判别为发尘不对称故障，继续进行下述步骤g的判别；g.保护进行励磁涌流判别，如果满足涌流制动条件，则判为变压器励磁涌流而闭锁保护出口，程序返回步骤a；否则，保护继续进行下述步骤h的判别；h.保护继续进行TA二次回路断线判别，如果判为TA二次断线，为防止负序电流差动保护误动作，此时闭锁保护出口，同时发出TA二次断线告警信号，程序返回步骤a；否则，保护最终判别为变压器发尘了内部不对称故障，保护发出跳闸出口命令，跳开变压器各侧断路器。
6.权利要求5的方法，其中步骤f根据下式进行正序电流制动判别In(2)＜β2In(1)式中In(1)、In(2)分别为差动回路各侧的正序电流、负序电流；β2为正序制动系数；变压器任何一侧电流满足上式时，即判为对称故障，将负序差动保护闭锁，通过综合分析各种不对称故障时保护安装处正序电流与负序电流的关系，为保证发尘各种不对称故障时可靠开放保护，可取β2＜0.5。
7.权利要求5的方法，其中步骤g根据下式进行二次谐波制动原理的励磁涌流闭锁判别，采用变压器相间纵差动保护中三相差动电流的二次谐波分量与基波分量的比值作为励磁涌流闭锁判据Idφ2＞Kxb.2Idφ式中，Idφ2为差动电流中的二次谐波分量，Idφ为差动电流中的基波分量，Kxb.2为二次谐波制动系数定值，通常取为0.15。保护采用或门闭锁方式，即三相差流中某一相满足上式即判为励磁涌流，将负序差动保护闭锁。
8.权利要求5的方法，其中步骤h根据以下判据进行TA断线判别(1)正常情况下，通过检查所有相别的电流中有一相或两相无流且存在差流，即判为TA断线；(2)在有电流突变时，判据如下a)发生突变后电流减小(而不是增大)，b)本侧三相电流中有一相或两相无流，且对侧三相电流无变化，满足以上条件时判为TA二次回路断线，其中TA二次断线后，发出告警信号，并将负序差动保护闭锁。
9.权利要求1的方法，其中步骤d进一步包括，如果判为变压器内部故障，则继续进行下述步骤f的判别；否则返回步骤a。
10.权利要求3的方法，其中比率制动特性负序电流差动保护判据中的有关定值整定如下最小负序差动动作电流Iop(2).min应按避开变压器正常运行负荷状态下负序差动回路中的不平衡电流整定Iop(2).min＝Krel(Ker+ΔU)C(2)IN/nTA式中IN为变压器额定电流；nTA为电流互感器变比；Krel为可靠系数，一般取1.3～1.5；Ker为电流互感器的比误差，10P型TA取0.03×2，5P型和TP型TA取0.01×2；ΔU为变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值)；C(2)为最大不平衡负荷时负序差动电流的不平衡系数，根据实际系统情况可取为0.1～1/3。一般Iop(2).min＝(0.1-0.2)IN/nTA；比率制动特性折线斜率K2按下式计算K2＝Krel(KapKccKer+ΔU)式中Ker，ΔU，Krel含义同前所述，此时Ker＝0.1；Kcc为电流互感器同型系数，取为1.0；Kap为非周期分量系数，两侧同为TP级TA时取1.0，两侧同为P级TA时取1.5～2.0；一般K2可取为0.3～0.5。
全文摘要
公开了一种基于负序电流差动原理的大型电力变压器内部故障保护的方法。该方法包括如下主要步骤变压器保护装置对电力变压器各侧电流互感器二次电流采样得到相应的电流瞬时值，通过傅氏算法求出各电气量的复数形式，并对其进行变压器各侧不同接线形式的相位校正和各侧电流互感器变比的幅值平衡计算，在此基础上，由各侧三相电流的复数值计算出变压器每一侧的负序电流复数形式，按照负序电流差动保护原理计算负序差动电流和负序制动电流，由负序差动比率制动特性的故障判别判据和判别逻辑，进行变压器内部和外部不对称故障的判别，当判断为变压器内部不对称故障时，保护动作跳开变压器的各侧断路器，该方法具体包括负序电流差动保护原理，负序差动比率制动特性及保护判据，负序电流差动保护定值的整定方法，防止变压器外部严重三相短路负序不平衡电流的正序电流制动判据，以及防止变压器励磁涌流情况下和电流互感器二次回路断线时保护误动的闭锁功能。
文档编号H02H7/045GK1964149SQ20061016770
公开日2007年5月16日 申请日期2006年12月19日 优先权日2006年12月19日
发明者刘建飞, 李静正, 徐振宇, 屠黎明, 聂娟红, 杨卉卉, 肖远清 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司