专利名称：变压器复合电流差动保护方法和复合电流差动继电器的制作方法
技术领域：
本发明属于继电保护技术中变压器保护领域，特别涉及一种变压器差动保护方法
和差动继电器。
背景技术：
目前，变压器稳态量差动保护继电器在变压器重载发生变压器本体匝间故障时或 区外故障转换为区内匝间故障时(区外区内同时存在)，由于负荷电流或区外穿越性电流 较大且大部分为制动电流，而匝间故障时故障电流相对较小主要为差动电流，导致稳态量 差动保护继电器灵敏度不够无法动作。 如果采用减小比率制动系数K的方法，则在区外故障时由于变压器各侧CT的传变 特性不一致、CT的暂态误差等因数可能会导致差动保护的误动，牺牲了差动保护的安全性。 因此必须有条件的调整比率制动系数K，使之在区内故障时减小，在其他情况下增大，这样 就在不影响差动继电器的安全性的前提下提高了差动继电器的灵敏度。
发明内容
为解决现有技术中变压器稳态量差动保护继电器在变压器重载发生变压器本体 匝间故障时或区外故障转换为区内匝间故障时(区外区内同时存在)灵敏度不够的问题， 同时必须兼顾继电器的安全性，本发明提出了一种基于稳态量与故障分量的变压器复合电 流差动保护方法和复合电流差动继电器。 本发明公开了一种基于稳态量与故障分量的变压器复合电流差动保护方法，所述 方法包括以下步骤 —种基于稳态量与故障分量的变压器复合电流差动保护方法，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测量并计算变压器各侧稳态量电流和故障分量电
流，其中所述故障分量电流为突变量电流、负序电流或零序电流中的任一种； (2)将所述变压器各侧稳态量电流绝对值最大的一侧作为稳态量差动保护的一
端，将其余侧的稳态量电流和等效定为所述稳态量差动保护的另一端，上述稳态量差动保
护的两端电流分别为/^ 、 /s—M ，稳态量差动电流记为4 ，其中^—m_4 ; (3)将所述变压器各侧故障分量电流绝对值最大的一侧作为故障分量差动保
护的一端，将其余侧的故障分量电流和等效定为所述故障分量差动保护的另一端，上述
故障分量差动保护的两端电流分别为,/^ 、 F/^m ，故障分量差动电流记为i^:，其中 (4)当同时满足以下变压器复合电流差动保护动作方程以及稳态量差动保护附加
条件和故障分量差动保护附加条件时，变压器复合电流差动保护动作
|2 IWM -M)l 变压器复合电流差动保护动作方程； I /s ^ 变压器稳态量差动保护附加条件； I F/, |2 变压器故障分量差动保护附加条件；
其中，/n;省为^—M的电流正序分量；
K，k，、为制动系数，
K取值范围为0. 5 2之间；
k取值范围为0. 1 1之间；
、取值范围为0. 1 l之间；
Iset为稳态量差动保护设定的阈值；
FIsrt分别为突变量、负序及零序附加条件设定的阈值。 根据上述差动保护方法，本发明还进一步公开了一种基于稳态量与故障分量的变 压器复合电流差动继电器，所述复合电流差动继电器采用稳态量计算差流和制动电流构成 一个稳态量双K差动继电器，采用故障分量电流计算差流和制动电流构成另一个故障分量 附加条件的差动继电器，其中故障分量电流为突变量电流、负序电流或零序电流中的任一 种；当复合电流差动继电器满足复合电流差动保护动作方程以及变压器稳态量差动保护附 加条件和变压器故障分量差动保护附加条件时，该继电器动作。 该复合电流差动继电器的实现方法，进一步优选但不局限于以下方式来实现 (1)将多侧差动转换为两侧差动 采用由多侧差动转换为两侧差动的方法。 稳态量差动 找到多侧中的稳态量电流绝对值最大侧，且将该侧定为一端，将其余侧的稳态量
电流和等效定为另一端。分别命名M和E -M，常作为电流的下标。 /z——稳态量差动电流 /M——各侧中稳态量电流最大侧电流 /z—M = 4 - ^——其余侧等效电流 故障分量包括相电流突变量a/、负序电流/2、零序电流/。，记为尸/。
找到多侧中的故障分量电流绝对值最大的一侧，下面以突变量电流为例将突变量 电流绝对值最大侧定为一侧，将其余侧的突变量电流和等效定为另一侧。分别命名M和 E -M，常作为电流的下标。 a/s——突变量差动电沒 a/w——各侧中突变量电流最大侧电流 [OO31 ] a/s_m = a4 - a/m——其余侧等效电流
(2)稳态量与故障分量复合电流差动继电器动作方程 双K值比率差动方程的通用表达式将两侧电流中的大电流/M乘小制动系数k ; 小电流A一M乘大制动系数K。分别取不同制动系数有利于改善动作特性。如下式
I /z |S AJM - |=| "《4 — /￡省I 稳态量分相电流差动如下式所述
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|/s —M —A/^Jl (1) 其中，/化省为4^的电流正序分量； K， k，、为制动系数， K取值范围为0. 5 2之间； k取值范围为0. 1 1之间； ki取值范围为O. 1 l之间； Iset为稳态量差动保护设定的阈值； FI^分别为突变量、负序及零序附加条件设定的阈值。。故障分量电流差动如下式 所述 (2) 将式(1) X式(2)得到稳态量与故障分量的复合电流差动继电器。令K = l，得到 下式 问^4 — F/E—M —(/S_M —M)| 不等式两边除以l F/￡ I ，得到下式 |4 — 风I 令K = J^M" ,M ，当K < 0. 5时，强制性K = 0. 5，得到 I,A: I I /z |2 K I WM — (/z—M — )| ( 3 ) 复合电流差动继电器附加动作条件
(4) 与现有技术相比，本发明具有以下优点 在变压器重载发生变压器本体匝间故障时或区外故障转换为区内匝间故障时 (区外区内同时存在)，由于负荷电流或区外穿越性电流较大且为制动电流，而匝间故障时 故障电流相对较小主要为差动电流，导致稳态量差动保护继电器灵敏度不够而保护无法动 作。故障分量电流差动与负荷无关，动作性能优良。但是，故障分量电流差动也有自身的问 题如，零序、负序是三相运算的结果，不能选相。当发生区内外同时性故障，若外部故障强 于内部故障，可能拒动。又如，相电流突变量，一般突变量差动不能长期投入，计算突变量 时，减数为当前电流，被减数为前一周或前两周电流，由于被减数的复杂性，前一周或前两 周可能无故障、可能已经存在故障、可能发生振荡等。为了长期投入突变量差动，必须附加 苛刻的限制条件iA^ |2A/re，P|A/s |>|M/M - A4il，这两个条件同时满足几乎就是区内故
障了。更何况，故障分量差动只是有限度地改变稳态量分相电流差动的制动系数。两类差 动有机结合，相互补充、相互制约。总之，故障分量差动帮助稳态量差动提高灵敏度；稳态量 差动帮助故障分量差动提高安全性。
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
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图2为变压器典型的差动继电器动作曲线；
图3为本发明提出的变压器差动继电器动作曲线；
图4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1，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。图l中虚线方框为变压器本体内的绕组 故障称为匝间故障。 参见图2，该图为变压器典型的差动继电器动作曲线。其动作方程为
M i 附加条件
|/s|"e, 图2中纵坐标^为差动电流，横坐标乙为制动电流，Iset为最小动作电流，K为斜率 为一固定的整定值。比率差动保护曲线是由差动电流和制动电流构成的动作曲线。曲线上 方为动作区。 本发明的一种基于稳态量与故障分量的变压器复合电流差动保护方法，如图4所 示，其具体实现方法如下 (1)通过变压器各侧电流互感器测量并计算变压器各侧稳态量电流和突变量电 流，并以高压侧的电流为基准，将其他侧电流归算到高压侧； 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
计算变压器各侧一次额定电流、= 式中&为变压器最大额定容量；U^为变压器各侧额定电压(应以运行的实际电 压为准)。
计算变压器各侧二次额定电流/2e =i 式中Ile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《 == '"Z^H = ,^^le.//Wj^/jt/ 二 . Wi/fjy/ Ai = 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流。 [OO76] (2)各侧电流相位补偿 变压器各侧CT二次电流相位由软件自校正，以在Y侧进行校正相位(以11点接 线变压器为例)。其校正方法如下
Y0侧= (/s - /c ) / V^" > 式中八、八、^为Y侧CT二次电流；^、 /;、 ^为Y侧校正后的各相电流。其 它接线方式可以类推。 差动电流与制动电流的相关计算，都是在电流相位校正和平衡补偿后的基础上进 行。 (3)差动电流计算 差动电流的计算方法如下
w . ^=》,.
i=l 式中/为差动电流；Z,为所有侧相电流之和。
(4)多侧差动转换为两侧差动的方法。
1)稳态量差动 找到多侧中的稳态量电流绝对值最大侧，且将该侧定为一侧，将其余侧的稳态量
电流和等效定为另一侧。分别命名M和E -M，常作为电流的下标。 &——稳态量差动电流 /M——各侧中稳态量电流最大侧电流 /s—m = /s -/M——其余侧等效电流 2)故障分量差动(包括相电流突变量A/、负序电流人、零序电流/。)下面以相电流 突变量A/为例 找到多侧中的突变量电流绝对值最大侧，且将该侧定为一侧，将其余侧的突变量
电流和等效定为另一侧。分别命名M和E -M，常作为电流的下标。 A/s——突变量差动电流 A/M——各侧中突变量电流最大侧电流 ^s—m = -——其余侧等效电流 (5)稳态量与故障分量复合电流差动继电器动作方程双K值比率差动方程的通用 表达式将两侧电流中的大电流/^乘小制动系数k ;小电流/^m乘大制动系数K。分别取不 同制动系数有利于改善动作特性。如下式
I /s闳WM —《A省H "《4 —A雀I
稳态量分相电流差动如下式所述 &同《—m -az)I (1) 其中，4省为^-a/的电流正序分量； K，k，、为制动系数， K取值范围为0. 5 2之间；
k取值范围为0. 1 1之间；
、取值范围为0. 1 l之间；
故障分量电流差动如下式所述 i/^i^Ki^^M — (2) 将式(1) X式(2)得到稳态量与故障分量的复合电流差动继电器。令K = l，得到 下式 I F/s II &问- M || — (A—M — ) I 不等式两边除以l尸/￡ I ，得到下式 I /s ^ 」I "M - fc省—V醫)I IA I令〖=j^m . '，当K < 0. 5时，强制性K = 0. 5，得到 I^^KI^^—&/'s—M)| (3) 复合电流差动继电器附加动作条件
(4) 其动作曲线如图3。 从图3和图2的对比可以看出，常规典型的比率制动曲线是一条固定的曲线，对 于任何情况都是一陈不变的。本发明提出的继电器则是一簇曲线，其通过故障的严重程度 来调整曲线斜率。在变压器重载发生变压器本体匝间故障时或区外故障转换为区内匝间 故障时(区外区内同时存在)，由于负荷电流或区外穿越性电流较大且为制动电流，而匝间 故障时故障电流相对较小，导致稳态量差动保护继电器灵敏度不够无法动作。故障分量电 流差动与负荷无关，动作性能优良。但是，故障分量电流差动也有自身的问题如，零序、负 序是三相运算的结果，不能选相。当发生区内外同时性故障，若外部故障强于内部故障，可 能拒动。又如，相电流突变量， 一般突变量差动不能长期投入，计算突变量时，被减数为当 前电流，减数为前一周或前两周电流，由于减数的复杂性，前一周或前两周可能无故障、可 能已经存在故障、可能发生振荡等。为了长期投入突变量差动，必须附加苛刻的限制条件 | A4 A/jPI A4 |>|丛4 - A^爿| ，这两个条件同时满足几乎就是区内故障了 。更何况，突 变量差动只是有限度地改变稳态量分相电流差动的制动系数。两类差动有机结合，相互补 充、相互制约。总之，故障分量差动帮助稳态量差动提高灵敏度；稳态量差动帮助故障分量 差动提高安全性。 本发明还公开了一种基于稳态量与故障分量的变压器复合电流差动继电器，所述 复合电流差动继电器采用稳态量计算差流和制动电流构成一个稳态量双K差动继电器，采 用故障分量电流计算差流和制动电流构成另一个故障分量双K差动继电器；当复合电流差 动继电器满足以下动作方程时，该继电器动作
9<formula>formula see original document page 10</formula> K，k，、为制动系数， K取值范围为0. 5 2之间； k取值范围为0. 1 1之间；
、取值范围为0. 1 l之间； Iset为稳态量差动保护设定的阈值； FIset分别为突变量、负序及零序附加条件设定的阈值。
I A ^尸/,
变压器稳态量差动保护附加条件;
变压器故障分量差动保护附加条件;
权利要求
一种基于稳态量与故障分量的变压器复合电流差动保护方法，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测量并计算变压器各侧稳态量电流和故障分量电流，其中所述故障分量电流为突变量电流、负序电流或零序电流中的任一种；(2)将所述变压器各侧稳态量电流绝对值最大的一侧作为稳态量差动保护的一端，将其余侧的稳态量电流和等效定为所述稳态量差动保护的另一端，上述稳态量差动保护的两端电流分别为稳态量差动电流记为其中(3)将所述变压器各侧故障分量电流绝对值最大的一侧作为故障分量差动保护的一端，将其余侧的故障分量电流和等效定为所述故障分量差动保护的另一端，上述故障分量差动保护的两端电流分别为故障分量差动电流记为其中(4)当同时满足以下变压器复合电流差动保护动作方程以及稳态量差动保护附加条件和故障分量差动保护附加条件时，变压器复合电流差动保护动作其中，K，k，k1为制动系数，K值范围为0.5～2之间；k取值范围为0.1～1之间；k1取值范围为0.1～1之间；Iset为稳态量差动保护设定的阈值；FIset分别为故障分量差动保护设定的阈值。F2010100340857C00011.tif,F2010100340857C00012.tif,F2010100340857C00013.tif,F2010100340857C00014.tif,F2010100340857C00015.tif,F2010100340857C00016.tif,F2010100340857C00017.tif
2. —种基于稳态量与故障分量的变压器复合电流差动继电器，其特征在于，所述复合 电流差动继电器采用稳态量计算差流和制动电流构成一个稳态量双K差动继电器，以及采 用故障分量电流计算差流和制动电流构成另一个故障分量附加条件的差动继电器，其中故 障分量电流为突变量电流、负序电流或零序电流中的任一种；当复合电流差动继电器满足 复合电流差动保护动作方程以及变压器稳态量差动保护附加条件和变压器故障分量差动 保护附加条件时，该继电器动 作。
3、根据权利要求2所述的变压器复合电流差动继电器，其 特征在于，将变压器多侧差动转换为两侧差动，艮卩将所述变压器各侧稳态量电流绝对值最大的一侧作为稳态量双K差动继电器的一端， 将其余侧的稳态量电流和等效定为所述稳态量双K差动继电器的另一端，上述稳态量双K 差动继电器的两端电流分别记为4 、 /s—M ，稳态量差动电流记为^ ，其中 <formula>formula see original document page 2</formula>将所述变压器各侧故障分量电流绝对值最大的一侧作为故障分量附加条件的差动继 电器的一端，将其余侧的故障分量电流和等效定为所述故障分量附加条件的差动继电器的 另一端，上述故障分量差动保护的两端电流分别记为尸/^、 m，故障分量差动电流记为3.根据权利要求3所述的变压器复合电流差动继电器，其特征在于，所述复合电流差 动保护动作方程以及变压器稳态量差动保护附加条件和变压器故障分量差动保护附加条件优选如下 <formula>formula see original document page 3</formula> m)l变压器复合电流差动保护动作方程； I & |2/ ,变压器稳态量差动保护附加条件；1^i^e,变压器差动保护附加条件；其中，4省为4省的电流正序分量； K， k，、为制动系数， K取值范围为O. 5 2之间；k取值范围为O. 1 l之间； 、取值范围为0. 1 1之间；Isrt为稳态量差动保护设定的阈值；FIsrt分别为突变量、负序及零序附加条件设定的阈值。
全文摘要
本发明公开了用于变压器内部故障的稳态量与故障分量的复合电流差动保护方法和复合电流差动继电器。由于常规的稳态量差动保护继电器在变压器重载时发生变压器本体匝间故障时或区外故障转换为区内匝间故障时(区外区内同时存在)灵敏度不够，本发明提出了基于稳态量与故障分量的复合电流差动保护方法和差动继电器。该继电器采用稳态量计算差流和制动电流构成一个稳态量双K差动继电器，采用故障分量(相电流突变量负序电流零序电流)计算差流和制动电流构成另一个故障分量双K差动继电器。将此两个差动继电器合成一个稳态量与故障分量的复合电流差动继电器。试验结果表明该差动保护方法和基于该方法的继电器具有很好的灵敏性、安全性、快速性。
文档编号H02H7/04GK101752835SQ20101003408
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者冯勇, 尹梁方, 屠黎明, 张德泉, 李锋, 柳焕章, 聂娟红, 肖远清, 陈学道, 黄少锋 申请人:华中电网有限公司;北京四方继保自动化股份有限公司