用于双馈式风场送出变压器的差动保护配置方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供用于双馈式风场送出变压器的差动保护配置方法及装置，该方法包括：测量变压器两侧线电流和一次侧相电压；根据变压器两侧线电流，计算变压器两侧电流的有效值、差动电流和制动电流；根据一次侧相电压计算变压器一次侧线电压；计算差电流突变时刻T1与线电压突变时刻T2；判断T1与T2的差值的绝对值是否小于预设阈值；当T1与T2的差值的绝对值小于预设阈值时，根据变压器差动电流与制动电流在比率差动特性线的位置，判断故障为区外故障还是内部故障；如果发生内部故障，则切除发生内部故障的变压器。该方法能够正确并迅速的区分变压器差动电流的出现原因是励磁涌流还是内部故障，避免了双馈式风场变压器暂时闭锁差动保护而使得变压器延时动作。
【专利说明】用于双馈式风场送出变压器的差动保护配置方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统领域，涉及风场送出变压器的差动保护【技术领域】，具体涉及 用于防止变压器因非工频分量影响而延时动作的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 由于当前双馈式风力发电机在新能源发电领域中获得了十分广泛的应用，其在故 障期间会产生不同于传统同步电源的非工频电流，这会导致目前在变压器保护中所广泛采 用的二次谐波制动原理发生误判断而将差动保护短暂闭锁，从而影响变压器保护的速动 性。而上述问题的解决，有赖于性能更好的励磁涌流判断元件。因此，研究适用于双馈式风 电场送出变压器的差动保护配置方案具有重要的理论和现实意义。
[0003] 目前对于风电场送出变压器保护的研究还很少，实际现场采用的变压器保护装置 均为基于常规电源送出变压器的分析结果而研制的，其主要是采用以二次谐波制动原理和 间断角原理来判断励磁涌流。近些年发展而来的有代表性的鉴别励磁涌流的方法有波形对 称原理、波形叠加原理、波形相关性分析法和波形拟合法。实际上由于三相变压器励磁涌流 的波形特征随系统电压和等值阻抗、合闸初相角、绕组接线方式、三相铁芯结构等不同而改 变，所以以励磁涌流波形特征为依据的防止由于励磁涌流而引起误动的措施均不能保证变 压器差动保护不误动。
[0004] 目前实际应用于变压器保护中的鉴定CT饱和的时差法的原理是TA即使经历严重 的故障也不会立即饱和，因此相电流和差电流的变化会存在时间差，当差流出现时间与相 电流突变出现时间出现时间差，则判断为CT饱和，反之则判断为内部故障。经研究，这种原 理也可以应用于防止由于双馈式风电场非工频分量作用而导致的误闭锁现象。
[0005] 在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术的方 案无法防止变压器因非工频分量影响而延时动作。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供用于双馈式风场送出变压器的差动保护配置方法及装置，以防 止变压器因非工频分量影响而延时动作。
[0007] -方面，本发明实施例提供了一种用于双馈式风场送出变压器的差动保护配置方 法，包括如下步骤：
[0008] 测量变压器两侧线电流和一次侧相电压；
[0009] 根据变压器两侧线电流，计算变压器两侧电流的有效值、差动电流、制动电流；
[0010] 根据一次侧相电压计算一次侧线电压；
[0011] 计算差电流突变时刻T1与线电压突变时刻T2 ;
[0012] 判断T1与T2的差值的绝对值是否小于预设阈值；
[0013] 当T1与1~2的差值的绝对值小于预设阈值时，根据变压器差动电流与制动电流在比 率差动特性线的位置，判断故障为区外故障还是内部故障；
[0014] 如果发生内部故障，则切除发生内部故障的变压器。
[0015] 另一方面，本发明实施例提供了一种用于双馈式风场送出变压器的差动保护配置 装置，其包括：
[0016] 测量单元，用于测量变压器两侧线电流和一次侧相电压；
[0017] 计算单元，用于根据变压器两侧线电流，计算变压器两侧电流的有效值、差动电流 和制动电流；根据一次侧相电压计算变压器一次侧线电压；以及计算差电流突变时刻T 1与 线电压突变时刻T2;
[0018] 第一判断单元，用于判断T1与T2的差值的绝对值是否小于预设阈值；
[0019] 第二判断单元，用于当T1与T2的差值的绝对值小于预设阈值时，根据变压器差动 电流与制动电流在比率差动特性线的位置，判断故障为区外故障还是内部故障；
[0020] 执行单元，用于如果发生内部故障，则切除发生内部故障的变压器。
[0021] 上述技术方案具有如下有益效果：
[0022] 本发明实施例的方案在采用时差法判断变压器励磁涌流发生与否时，同时利用了 变压器两侧的电流数据以及高压侧的电压数据，有效地防止了二次谐波制动判据在非工频 电流作用下使变压器差动保护错误的暂时闭锁，使得变压器差动保护可以快速动作切除发 生内部故障的变压器。其中判断时差时的阈值选为3ms，使得其在有效判断励磁涌流发生与 否的同时，又能快速（故障发生3ms后）给出判断结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1是本发明实施例的风电场送出结构的示意图；
[0025] 图2是本发明实施例的方法的流程图；
[0026] 图3是本发明实施例的比率差动特性图；
[0027] 图4是本发明实施例的装置的功能框图。
【具体实施方式】
[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029] 本发明将传统的时差法进行了一些改进，目的是提供一种用于双馈式风场送出变 压器的差动保护配置方案，能够正确并迅速的区分变压器差动电流的出现原因是励磁涌流 还是内部故障，避免了双馈式风场暂态非工频电流作用下导致变压器暂时闭锁差动保护而 使得变压器延时动作；可以在任何故障情况下保证风场送出变压器的快速动作。
[0030] 如图1所示，给出了一个实际的双馈式风力发电场的送出结构示意图，当变压器 发生故障时，使用本发明实施例提出的差动保护配置方法。图1中W 1为由33台双馈式风 机组成的50MW容量的风电场，T1为风电场主变，S为IlOKV等值系统，L1为风电场IlOKV送 出线，仏为风场侧110KV母线电压，G为系统侧110KV母线电压，/2为110KV送出线风场 侦U电流，A为110KV送出线系统侧电流，为故障。
[0031] 如图2所示，本发明实施例的一种用于双馈式风场送出变压器差动保护配置方法 200,可防止双馈式风场送出变压器暂态闭锁，其包括如下步骤：
[0032] 步骤210 :当风电场送出变压器发生故障后，通过电流电压互感器实时测量变压 器一次侧线电流iA、iB、it；;二次侧线电流i a、ib、i。；一次侧相电压uA、uB、uc。设电流互感器 测得的电流统一归算到变压器一次侧CT的二次侧后，分别为：i' la、i' lb、i' lc;、i' 2a、 P 2b、P 2。；电压互感器测得的电压统一归算到变压器一次侧PT的二次侧后，分别为 Ui Ia^Uilc〇
[0033] 步骤220 :根据变压器两侧线电流，分别计算变压器两侧的电流有效值、差动电流 和制动电流；根据一次侧相电压计算变压器一次侧线电压。
[0034] 两侧电流有效值、差动电流和制动电流计算如下（Y/Y接线）：
【权利要求】
1. 一种用于双馈式风场送出变压器的差动保护配置方法，其特征在于，包括如下步 骤： 测量变压器两侧线电流和一次侧相电压； 根据变压器两侧线电流，计算变压器两侧电流的有效值、差动电流、制动电流； 根据一次侧相电压计算一次侧线电压； 计算差电流突变时刻T1与线电压突变时刻T2 ; 判断T1与T2的差值的绝对值是否小于预设阈值； 当T1与T2的差值的绝对值小于预设阈值时，根据变压器差动电流与制动电流在比率差 动特性线的位置，判断故障为区外故障还是内部故障； 如果发生内部故障，则切除发生内部故障的变压器。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量变压器两侧线电流和一次侧相 电压的步骤包括： 通过电流互感器实时测量变压器一次侧线电流iA、iB、ic ; 通过电流互感器实时测量变压器二次侧线电流ia、ib、i。； 通过电压互感器实时测量变压器一次侧相电压uA、uB、; 将电流互感器测得的两侧线电流统一归算到变压器一次侧CT的二次侧后，分别为： i' la、i' lb、i' lc;、i' 2a、i' 2b、i' 2。；将电压互感器测得的相电压统一归算到变压器一 次侧PT的二次侧后，分别为V la、V lb、V 1ε。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据变压器两侧线电流，计算变压器 两侧电流的有效值、差动电流、制动电流的步骤包括： 对于Υ/Υ接线，通过以下各式分别计算变压器一次侧电流的有效值I1、二次侧电流的有 效值I2、差动电流Id和制动电流仁： 1Ia= J- X ICi γ η-ητ~\ y nT η-ητ-\ 1^=J- Σ IC γ y nT n-nT-l . ha 二 j- Σ ΙΖ2α| a=H声 =J~ Σ %c\ Y nT η-ητ-\ . hla = \ha~^la\ ' hb ^hb\ /dc = |Ac ~^2c\ J _K+ha\ m 2 j =lc+4l rc- 2 S- · i 其中，n为当前采样点数，叫为一周期内采样点数，i' la、i' lb、i' i。为变压器归化后 一次侧线电流，i' 2a、y 2b、y 2。为变压器归化后二次侧线电流。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据变压器两侧线电流，计算变压器 两侧电流的有效值、差动电流、制动电流的步骤包括： 对于Y/ Λ接线，通过以下各式分别计算变压器一次侧电流的有效值I1、二次侧电流的 有效值I2、差动电流Id和制动电流仁： y nT η-ητ-\ 7Ic=J^ Σ Icr y nT n-nT-\ . ha 二 j- Σ Yla\ γ η-ητ-\ ' llb = J~ Σ \hb\ y nT η-ητ-\ =J~ Σ Γ Y nT ?-Kr-I . - I'lfl '2α| ' hlb =\hb-hb\ /dc =I1Ic ~J2c\ j _ Υ\α ~ iIc + ha I m - 2 j _ +i'lb\ rb ^ 2 r _ lC ~ kb + 4 j rc- 2 ? 其中，n为当前采样点数，叫为一周期内采样点数，i' la、i' lb、i' i。为变压器归化后 一次侧线电流，i' 2a、y 2b、y 2。为变压器归化后二次侧线电流。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据一次侧相电压通过下式计算变 压器一次侧线电压： liIab = U\b ~ uIa < Ulbc = Ulc - Ulb lAca = liIu ~ uIc O 其中U' la、U' lb、U' i。为变压器归化后一次侧相电压。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算差电流突变时刻T1与线电压突 变时刻T2包括：使用离散滑窗迭代傅立叶DFT检测法，计算T 1与T2。
7. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过下式判断变压器差动电流与制动电 流在比率差动特性线的位置： ^da ^hjfsel +KIra < ^db - ^offset ^rb I il(Hoffset + KIrc 其中，It5ffsrt表示变压器发生区外故障时保护装置所测得的最大不平衡电流；K为差动 比例系数。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设阈值为3ms。
9. 一种用于双馈式风场送出变压器的差动保护配置装置，其特征在于，包括： 测量单元，用于测量变压器两侧线电流和一次侧相电压； 计算单元，用于根据变压器两侧线电流，计算变压器两侧电流的有效值、差动电流、制 动电流；根据一次侧相电压计算一次侧线电压；以及计算差电流突变时刻T1与线电压突变 时刻T2 ; 第一判断单元，用于判断T1与T2的差值的绝对值是否小于预设阈值； 第二判断单元，用于当T1与T2的差值的绝对值小于预设阈值时，根据变压器差动电流 与制动电流在比率差动特性线的位置，判断故障为区外故障还是内部故障； 执行单元，用于如果发生内部故障，则切除发生内部故障的变压器。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述测量单元包括电流电压互感器；所 述预设阈值为3ms。
【文档编号】H02H7/045GK104319737SQ201410596452
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】张爽, 黄永宁, 郝治国, 田蓓, 赵晓东, 焦龙, 李峰 申请人:国网宁夏电力公司电力科学研究院, 西安交通大学, 国家电网公司