基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法与流程

本发明涉及大型短路电流限制电抗器故障监测及保护，具体涉及两种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法。

背景技术：

1、电力系统在发展过程中会增加电源发电容量，最近几年大规模的太阳能光伏发电、储能项目接入电网系统，建设及投运了多个超大规模如±800kv特高压直流输电、1000kv特高压交流输电项目。这些超大规模电源及输电项目建设的同时，需要新建相应的直流换流站、交流变电站，以及在已经运行的变电站扩建增加新变压器，以增加相应的电源及输电电能的变电、变压能力。因此往往就会在现有变电站扩建第二台或第三台主变压器（简称主变），同时新建相应变电站的变压器容量都较大，为了经济及安全运行的原因，一般设置为3台变压器并联运行，因而系统短路容量增大，变压器容量增大以及三台变压器并联运行共同导致了变压器中压侧电网系统的三相及单相短路电流超过已有断路器的设计开断能力，需要加入限流电抗器进行限制，一是保证短路电流不超标，二是保证主变压器能够并联运行，实现多台主变运行的经济性及可靠性要求。

2、近年来，为了限制输电网扩大及变电容量扩大等造成的局部电网500kv、220 kv及110kv交流系统短路电流超标问题，在电力系统建设或增加主变容量后，也相应建设安装了大量的大型短路电流限制电抗器（简称限流电抗器）。这些限流电抗器或装设在线路末端，或接在母线联络并联回路，或直接接在每台主变的中压侧出线回路中。

3、大型高压（110及220 kv）、超高压500kv限流电抗器的故障主要有底部支持绝缘子闪络故障、电抗器包封外表面贯穿性闪络故障及线圈绕线匝间短路故障。

4、对于底部支持绝缘子闪络故障可以由线路保护、母线保护及变压器差动保护进行监测及保护，不需要额外增加故障监测及保护装置。

5、但对于电抗器包封外表面贯穿性闪络故障及线圈绕线匝间短路故障，目前的线路保护（包括线路差动、距离及过流保护）、母线差动保护、主变压器保护（包括差动、速断及过流及过负荷保护）都不能有效监测故障并进行故障保护。

6、对于110、220及500kv大型干式空心限流电抗器而言，一旦发生了包封外表面闪络放电短路或内部绕线匝间短路故障，没有监测方法、保护技术及保护装置发现并切除故障，会引起着火自燃事故，由于大型限流电抗器体积巨大，造价不菲，起火燃烧事故会造成巨大的社会影响和经济损失。

7、根据统计，交流电网中运行的诸如换流站交流干式空心滤波电抗器、并联补偿并联电抗器，并联补偿电容器组串联电抗器，以及静态无功补偿(svc)系统的tcr相控电抗器发生了较多故障，尤其是匝间短路故障事故率很高，造成了很多火灾事故。

8、因此需要发明一种针对2台及以上主变并联运行时为限制短路电流超标而增加中压侧限流电抗器后的针对串接限流电抗器故障的有效及灵敏监测及保护方法，对这种大电抗、大体积的干式限流电抗器可能出现匝间绝缘失效后的匝间短路故障，以及包封受到长期污秽污染后发生外表面闪络短路故障，进行有效且快速以及灵敏的监测及保护，能够在匝间短路发生后快速地监测、发现故障并切除故障，进行防着火、防自燃保护，阻止匝间短路长期持续发展并导致最终的电抗器自燃着火事故，阻止因电抗器起火后环氧材料产生大量炭黑浓烟污染周围带电设备发生其他诸如接地故障、相间短路事故，阻止事故范围扩大及造成大面积停电事故。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺失和不足，本发明的目的在于提供一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，该方法用于控制并限制多台变压器并联运行后中压侧电网系统短路电流不超出断路器开断能力的大型限流电抗器的故障监测及保护。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，包括：s1，获取并联运行的各变压器中压侧出线回路的各相的电流、中压侧母线电压，利用各变压器中压侧出线回路的各相的电流计算各相别总电流、各相别总电流之间的比值；s2，若中压侧母线电压出现正序电压降低或负序及零序电压升高，并且各相别总电流之间的比值均超出标准范围之外，则判断出现了电抗器外部电路的短路故障；s3，若中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，并且各相别总电流之间的比值均落入标准范围，则计算各变压器中压侧三相之间的电流分配比值；s4，若各变压器中压侧三相之间的电流分配比值中出现至少一组符合特征值的数据，则认定符合特征值的数据所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，否则认定限流电抗器未发生短路故障。

4、本发明中，优选的，还包括：s5，若认定任一限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，则启动对发生短路故障的限流电抗器所在分路的录波及跳闸命令。

5、本发明中，优选的，所述各相别总电流之间的比值的计算公式为：

6、，，；

7、其中，为a相总电流，为b相总电流，为c相总电流，为a相总电流与b相总电流的比值，为b相总电流与c相总电流的比值，为c相总电流与a相总电流的比值；所述标准范围为大于95且小于105。

8、本发明中，优选的，所述各变压器中压侧三相之间的电流分配比值的计算公式为：

9、，；

10、其中，为单个变压器的a相电流，为单个变压器的b相电流，为单个变压器的c相电流，为a相电流与b相电流的比值，为b相电流与c相电流的比值，为c相电流与a相电流的比值。

11、本发明中，优选的，所述各变压器中压侧三相之间的电流分配比值中出现至少一组符合特征值的数据是指同一变压器中的中有一项大于95且小于105，另有一项大于110，还有一项小于90。

12、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任一项所述的基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法。

13、另一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法，包括：s1’，获取并联运行的各变压器中压侧出线回路的各相的电流、中压侧母线电压；s2’，若中压侧母线电压未出现正序电压降低或负序及零序电压升高，则确定并联运行的各变压器的各相电流中的电流最大值、电流最小值和电流平均值，否则认定发生其他外部电路短路故障；s3’，计算电流最大值与电流最小值的比值；s4’，若电流最大值与电流最小值的比值大于或等于预设故障阈值，则认定限流电抗器发生短路故障，并利用电流最大值和电流最小值分别对电流平均值求比值，否则认定限流电抗器未发生短路故障；s5’，若电流最大值与电流平均值的比值大于预设高阈值，且电流最小值与电流平均值的比值小于预设低阈值，则认定电流最大值所对应的变压器串联的限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值。

14、本发明中，优选的，还包括：s6’，若认定任一限流电抗器发生短路故障且电感损失已经达到或超过50%水平值，启动对发生短路故障的限流电抗器所在分路的录波及跳闸命令。

15、本发明中，优选的，所述电流最大值与电流最小值的比值的计算公式为：

16、

17、其中，为电流最大值，为电流最小值，为电流最大值与电流最小值的比值；所述预设故障阈值为120；所述电流最大值与电流平均值的比值的计算公式为：

18、

19、所述电流最小值与电流平均值的比值的计算公式为：

20、

21、其中，为电流平均值，为电流最大值与电流平均值的比值，为电流最大值与电流平均值的比值；所述预设高阈值为110，所述预设低阈值为90。

22、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任一项所述的另一种基于并联环流的主变串接限流电抗器故障监测保护方法。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明的两种方法通过对实际应用典型案例进行电路计算及电路仿真模拟，揭示总结电抗器发生包封闪络及包封线匝匝间短路故障状态下的变压器运行特性变化，特别是对限流电抗器故障后的并联变压器回路的多台变压器之间的环路电流变化特性及其变化规律进行计算分析，根据匝间短路及包封闪络短接电抗器后的回路电感、电抗值变小，并引起回路电流增大的特性，计算环流及电流分配变化，根据特别的故障特征及其量值，建立识别及判别逻辑，进行及时、快速及准确监测，以及发现确认故障，启动告警、录波记录及保护跳闸命令，进行断电保护，阻止、防止这种大型电抗器起火自燃，实现了对主变串接限流电抗器故障的监测及保护。