一种可控电抗器匝间短路故障的保护方法与流程

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种可控电抗器匝间短路故障的保护方法。

背景技术：

经济的快速发展使得用电量在不断增加。然而，电力生产中心和用电负荷中心位置较远，不能实现电能的就近供给，需要大容量、长距离的输电系统输送电能。随着输电容量的不断增加，现有的超高压输电系统已经出现了输电能力不足的问题，需要发展特高压输电系统来解决该类问题，形成以特高压输电系统为骨干网架的电网布局，解决用电负荷空间分布不均的问题，真正达到充分有效利用全国能源的目的。

特高压输电系统电压等级高，线路上无功功率大，容易产生由不对称短路或甩负荷引起的工频过电压，不同区域的电网间交换功率增加会使输电线上功率的波动增大，电压变化加剧，电网的无功和电压控制问题突出，电力系统面临非常严峻的挑战。

通常给高压输电线路加装高压并联电抗器来解决线路的电容效应，改变线路电压分布，同时可进行无功补偿。高压并联电抗器可以降低线路有功损耗，抑制工频过电压和操作过电压，限制潜供电流。但是，传统的并联电抗器容量固定，不可调节。特高压输电线路潮流变化大，固定电抗器难以及时、有效地控制电压，会限制线路地输送能力。风力发电、光伏发电等新能源大规模的接入更加剧了输电通道上的电压和无功的控制难度。可控电抗器无功补偿容量可以按需调节，动态补偿输电线路上过剩的无功功率，提高线路电压的稳定性。

可控电抗器结构较为复杂，故障率高于相同电压等级的其他设备，尤其是可控电抗器本体的匝间故障，是一种非常常见的故障，同时也难以检测出来，对保护的要求较高。

目前，较为常见的可控电抗器匝间故障保护方法一般是基于磁平衡原理的差动保护和零序功率方向保护，在短路匝比较大时可以检测出故障的发生，但小匝间短路时，难以检测出故障，灵敏度不足。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可控电抗器匝间短路故障的保护方法，采用控制侧零序电流和网侧负序功率方向原理相结合的保护方法，可以提高可控电抗器控制侧匝间短路保护的灵敏度；采用动态均值的方法处理小匝间短路时负序功率方向角波动的问题，提高保护的可靠性。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种可控电抗器匝间短路故障的保护方法，包括：

步骤1：获取可控电抗器电气量：网侧三相电压三相电流控制侧三相电流

步骤2：根据电气量计算控制侧零序电流网侧负序电压和负序电流

步骤3：将控制侧零序电流作为保护启动门槛进行保护启动判断；

步骤4：利用网侧负序电压和负序电流计算负序功率方向角作为故障位置的判断依据；

步骤5：小匝间故障时，使用动态均值方法处理负序功率方向角再判断系统里故障发生的位置。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤2所述控制侧零序电流

上述的步骤2所述网侧负序电压和负序电流计算公式为其中a＝e^j120°＝1∠120°。

上述的步骤3所述将控制侧零序电流作为保护启动门槛进行保护启动判断，包括：

判断控制侧零序电流有效值i2(0)是否超过启动门槛i2(0)th；

若i2(0)≤i2(0)th，判定为系统无故障；若i2(0)>i2(0)th，保护启动，进入步骤4。

上述的步骤4所述网侧负序功率方向角

上述的步骤5所述小匝间故障时，使用动态均值方法处理负序功率方向角，再判断系统里故障发生的位置，包括：

步骤5.1：计算网侧负序功率方向角在[t―δt，t+δt]内的波动幅度

步骤5.2：判断网侧负序功率方向角波动幅度是否超过门槛值

若进入步骤5.5，若进入步骤5.3。

步骤5.3：计算[t―δt，t+δt]内负序功率方向角的均值t随时间变化；

步骤5.4：判断是否连续n次满足动作条件，若满足，保护动作，若不满足，保护不动作。

步骤5.5：判断是否满足动作条件，若满足，保护动作，若不满足，保护不动作。

本发明具有以下有益效果：

本发明涉及可控电抗器控制侧发生匝间短路时故障位置的判断，大补偿容量、小匝间短路时故障特征量的处理方法，可控电抗器控制侧匝间短路的保护灵敏度较低，采用控制侧零序电流作为保护启动门槛，提高保护的灵敏性；负序功率方向角经取动态均值处理后，波动减小，可提高故障位置判断的准确性，提高保护可靠性。

本发明提出使用控制侧的零序电流作为启动门槛，相比于网侧零序电流，具有更加明显的故障特征，网侧负序电压和负序电流较零序具有更明显故障特征，本方法将控制侧零序电流和负序功率方向原理相结合，可以在提高保护的灵敏度。

本发明提供了一种处理小匝间短路故障时负序功率方向角会产生波动的方法，采用动态均值的方法处理负序功率方向角，可以平滑功率角的波动程度，该方法处理后的负序功率方向角判断故障发生的位置更加可靠。

附图说明

图1为本发明保护方法流程图；

图2为可控电抗器接线图；

图3为小匝间故障时，动态均值处理前后负序功率方向角波形。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1所示，一种可控电抗器匝间短路故障的保护方法，包括：

步骤1：获取可控电抗器电气量：网侧三相电压三相电流控制侧三相电流图2显示可控电抗器电气量取值位置，可控电抗器控制侧匝间短路时的各电气量如表1所示。(a-g表示可控电抗器外部线路a相接地故障。)

表1全容量补偿时，可控电抗器控制侧匝间短路时的各电气量

步骤2：计算控制侧零序电流网侧负序电压和负序电流

步骤3：控制侧零序电流作为保护启动门槛，判断控制侧零序电流有效值i2(0)是否超过启动门槛i2(0)th；

若i2(0)<i2(0)th，判定为系统无故障；若i2(0)>i2(0)th，保护启动，进入步骤4；

步骤4：计算网侧负序功率方向角作为故障位置的判断依据；

步骤5：小匝间故障时，使用动态均值方法处理负序功率方向角，再判断系统里故障发生的位置，即动态均值处理小匝间短路时负序功率方向角波动的问题，负序功率方向角判断故障位置，包括：

步骤5.1：计算网侧负序功率方向角在[t―δt，t+δt]内的波动幅度

步骤5.2：判断网侧负序功率方向角波动幅度是否超过门槛值

若进入步骤5.5，若进入步骤5.3。

步骤5.3：计算[t―δt，t+δt]内负序功率方向角的均值t随时间变化；

步骤5.4：判断是否连续n次满足动作条件，若满足，保护动作，若不满足，保护不动作。

步骤5.5：判断是否满足动作条件，若满足，保护动作，若不满足，保护不动作。

小匝间故障时，动态均值处理前后负序功率方向角波形如图3所示，由图3可知，采用动态均值的方法处理负序功率方向角，可以平滑功率角的波动程度，该方法处理后的负序功率方向角判断故障发生的位置更加可靠。

本发明公开了一种可控电抗器匝间短路故障的保护方法，可控电抗器控制侧零序电流作为启动门槛，网侧首端负序电压和负序电流计算负序功率方向角，判断故障位置。大补偿容量、小匝比的匝间短路故障时，采用基于动态均值的负序功率方向角平滑方法，降低负序功率方向角的波动，可以更加准确地判断故障发生的位置。可控电抗器控制侧零序电流具有较高故障特征，网侧首端负序电压和电流相较于零序电压和电流具有更明显故障特征，计算所得负序功率方向角更加准确，故障位置的判断更加可靠。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。