CN100449899C - 高压交流可控型并联电抗器控制绕组零序电流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出为高压交流可控型并联电抗器配置副边零序电流保护的方法，其中包括副边外接零序过流保护和零序电压闭锁副边自产零序过流保护。该方法包括如下步骤：电抗器保护装置对高压交流可控型并联电抗器副边三相电流互感器(以下简称TA)、专用的外接零序电流互感器以及首端三相电压互感器(以下简称TV)的波形进行采样得到电流电压的瞬时值，通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；当副边绕组的外接零序电流大于定值，第一时限经T1延时出口，作用于合副边的旁路断路器，第二时限经T2延时出口，作用于跳开原边断路器。

Description

高压交流可控型并联电抗器控制绕组零序电流保护方法

技术领域

本发明涉及电力***领域，更具体地涉及继电保护的方法。

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.陈维贤，陈禾.并联电抗器的可控调节[J].高电压技术，2006，26(5).

2.李达义，陈乔夫，等.基于磁通可控的可调电抗器的新原理[J].中国电机工程学报，2003，23(2).

3.田铬兴，励庆孚.变压器式可控电抗器的磁场和参数计算[J].西安交通大学学报，2005，39(6).

高压并联电抗器是超高压、特高压电网重要的组成部分。装设高压并联电抗器可补偿线路容性功率，并可限制操作过电压、正常运行时的容升效应以及甩负荷时的工频暂态过电压，配合中性点接地电抗器还可以有效限制单相重合闸时的潜供电流。但是，固定高压并联电抗器的容量无法调节，在***潮流变化大时难以及时有效控制电压，极大地限制了超高压和特高压线路的输送能力。加装固定高压并联电抗器后，为使电压不超过预定值，长线路功率传输能力甚至可能会低于自然功率的50％[1]。为减少损耗、平衡无功、控制电压，从长远看有必要采用可根据输电负荷自动调节容量的高压可控型并联电抗器。高压可控型并联电抗器控制灵活，相对有类似功能的补偿装置造价较低，还兼有固定高压并联电抗器所具备的全部功能，是高压电网首选的无功补偿设备。

在国家电网公司的组织和支持下，国内启动了500kV高压可控型并联电抗器的研制工作。在此基础上，结合1000kV固定高压并联电抗器的已有技术，将进一步开发1000kV高压可控型并联电抗器，填补国内外空白。

高压可控型并联电抗器与固定高压并联电抗器有较大的区别，新增了一个副边(二次侧)的控制绕组(以下简称副边绕组)，通过调节副边绕组中的电流就可以控制磁路中的磁通，进而可以控制高压并联电抗器的容量。本发明针对的是高压交流可控型并联电抗器，其原理图如图1所示。在其副边接有负载小电抗器，通过阀和旁路断路器改变所接入的负载小电抗器的数量，可实现容量的分级调节。图1中，当仅K100对应的阀或旁路断路器闭合时，对应100％容量；当仅K75对应的阀或旁路断路器闭合时，对应75％容量；当仅K50对应的阀或旁路断路器闭合时，对应50％容量；当所有阀和旁路断路器都打开时，对应25％容量。高压交流可控型并联电抗器的原理类似一个变压器，但与普通变压器的区别是其漏抗高达100％，正常可运行在副边绕组短路的工况下，此时对应100％容量。除气隙磁路与普通变压器不同外，高压交流可控型并联电抗器铁芯的励磁特性也更为线性，拐点在1.4倍额定电压。

由于高压交流可控型并联电抗器与普通高压并联电抗器的结构特点、运行方式不同，两者所配置的保护有所不同。高压交流可控型并联电抗器可以在副边绕组短路的情况下正常运行，副边故障后的短路电流在多数情况下甚至小于额定电流，若保护方案不当，高压交流可控型并联电抗器保护的灵敏度将大打折扣。高压交流可控型并联电抗器原边故障的保护方法与固定高压并联电抗器保护类似，但对于副边绕组的匝间故障和接地故障，固定高压并联电抗器配置的纵差保护、零差保护以及后备保护都是无法保护到的。如何可靠灵敏地保护高压交流可控型并联电抗器整个副边***的故障，是高压交流可控型并联电抗器保护的难点。

发明内容

为弥补原有固定高压并联电抗器保护的死区，保护高压交流可控型并联电抗器副边的匝间故障和接地故障，在分析高压交流可控型并联电抗器原理和设计参数的基础上，本发明提出为高压交流可控型并联电抗器配置副边零序电流保护的方法，其中包括副边外接零序过流保护和零序电压闭锁副边自产零序过流保护。

本发明的方法包括如下步骤：电抗器保护装置对高压交流可控型并联电抗器副边三相电流互感器(以下简称TA)、专用的外接零序TA以及首端三相电压互感器(以下简称TV)的波形进行采样得到电流电压的瞬时值，其中对副边三相电流的采集选用高精度的采集回路；通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；当副边绕组的外接零序电流大于定值，第一时限经T1延时出口，作用于合副边的旁路断路器，第二时限经T2延时出口，作用于跳开原边断路器；同时计算副边绕组的自产零序电流；当副边自产零序电流大于0.6倍跳闸段定值时，延时5s发告警信号；当副边绕组的自产零序电流大于定值，而以下所有闭锁条件都不满足时，第一时限经T3延时出口，作用于合副边的旁路断路器，第二时限经T4延时出口，作用于跳开原边断路器。闭锁自产零序过流保护的条件有：并联电抗器首端零压大于整定值；并联电抗器首端TV异常或三相无压；副边TA异常。

根据本发明的一个方面，提供了一种高压交流可控型并联电抗器配置副边外接零序过流保护的方法，该方法包括：电抗器保护装置对高压交流可控型并联电抗器副边三相电流互感器、专用的外接零序电流互感器以及首端三相电压互感器的波形进行采样得到电流电压的瞬时值；通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；当副边绕组的外接零序电流大于定值，第一时限经T1延时出口，作用于合副边的旁路断路器；如果故障特征不存在，保护返回；如果故障特征仍存在，第二时限经T2延时出口，作用于跳开原边断路器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种高压交流可控型并联电抗器配置零序电压闭锁副边自产零序过流保护的方法，该方法包括：

计算副边绕组的自产零序电流以及首端的自产零序电压；当副边绕组的自产零序电流大于定值，且闭锁条件都不满足时，第一时限经T3延时出口，作用于合副边的旁路断路器；如果故障特征不存在，保护返回；

如果故障特征仍存在，第二时限经T4延时出口，作用于跳开原边断路器。

在本发明中，闭锁条件包括：并联电抗器首端零压大于整定值；或并联电抗器首端TV异常或三相无压；或者副边TA异常。闭锁条件中当任一闭锁条件满足时闭锁副边自产零序过流保护。

根据本发明的另一个方面，当副边自产零序电流大于0.6倍跳闸段定值时，延时5s发告警信号。

附图说明

图1显示了高压交流可控型并联电抗器原理以及电流互感器和电压互感器的安装位置和极性的定义；

图2显示了高压交流可控型并联电抗器副边零序电流保护逻辑框图。

具体实施方案

高压交流可控型并联电抗器的结构如图1所示，与普通高压并联电抗器的结构有很大不同，如果简单地将原有固定高压并联电抗器保护直接应用在高压交流可控型并联电抗器时会有保护的死区。在分析高压交流可控型并联电抗器原理和设计参数的基础上，本发明提出为高压交流可控型并联电抗器配置副边零序电流保护作为后备保护的方法，其中包括副边外接零序过流保护和零序电压闭锁副边自产零序过流保护。

副边外接零序过流保护电流取自电抗器副边接地点处专用零序TA0，TA0的安装位置参见图1。本保护可作为整个副边***接地故障的快速保护，具有天然的选择性，不必采取额外的闭锁措施，可反应副边绕组内部、负载电抗器内部以及副边端子到控制***电缆的接地故障，对于区内小匝比的接地故障仍有很高的灵敏度。而在区外不对称故障以及其它不对称异常运行工况下可靠不动作。

零序电压闭锁副边自产零序过流保护电流取电抗器副边三相TA电流计算出的自产零序电流，电压取高压并联电抗器首端三相TV电压计算出的自产零序电压，TA和TV的安装位置参见图1。本保护可作为高压交流可控型并联电抗器内部故障后备保护，侧重于其它保护灵敏度不够的副边绕组、负载电抗器以及原边绕组的小匝比匝间短路。

由于跳高压侧开关必须谨慎，对于高压交流可控型并联电抗器保护的出口方式采取了如下措施：零序电压闭锁副边自产零序过流保护和副边外接零序过流保护分两个时限出口，第一时限强合副边的旁路开关，若故障发生在高压交流可控型并联电抗器外部的副边电缆或控制设备等处，保护将返回，这样就不会损失负荷，仅仅是将高压交流可控型并联电抗器调整100％容量下运行。若强合副边旁路断路器后故障特征仍存在，则说明故障发生在高压并联电抗器内部，上述两个保护将以第二时限跳原边断路器。即对于母线高压并联电抗器运行方式跳开高压并联电抗器首端的断路器；对于线路高压并联电抗器运行方式跳开线路两侧的断路器。

该方法包括如下步骤：

电抗器保护装置对高压交流可控型并联电抗器副边三相TA、专用的外接零序TA以及首端三相TV的波形进行采样得到电流电压的瞬时值。其中对副边三相电流的采集选用高精度的采集回路，这是利用副边三相短路电流等于额定电流而不必考虑20倍短路倍数的特点，这样定值可以整定得更灵敏。

通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；

当副边绕组的外接零序电流大于定值，第一时限经T1延时出口，作用于合副边的旁路断路器，此时如果故障特征消失，则保护返回；如果故障特征仍存在，第二时限经T2延时出口，作用于跳开原边断路器，其中T1和T2可整定，副边外接零序过流保护的逻辑可参考图2A；

同时副边绕组的自产零序电流根据公式 ${\stackrel{\→}{I}}_0={\stackrel{\→}{I}}_A+{\stackrel{\→}{I}}_B+{\stackrel{\→}{I}}_C$ 计算，式中

分别表示副边A，B，C相的电流矢量；首端的自产零序电压根据公式 ${\stackrel{\→}{U}}_0={\stackrel{\→}{U}}_A+{\stackrel{\→}{U}}_B+{\stackrel{\→}{U}}_C$ 计算，式中

分别表示首端A，B，C相的电压矢量；

当副边自产零序电流大于0.6倍跳闸段定值时，延时一预定时间发告警信号，比如5秒(5s)，副边自产零序过流告警的逻辑可参考图2B；

分析表明，当高压并联电抗器内部故障时高压并联电抗器首端的零序电压很小，但区外不对称故障时高压并联电抗器首端的零序电压较大。因此，为使保护具有选择性，当原边零压大于整定值时闭锁自产零序过流保护出口；

为避免TV异常时保护失去选择性，当TV异常或三相无压时闭锁该保护出口；

为避免TA异常时保护误动，当TA异常时闭锁该保护出口；

为减小直流分量，副边的控制***采用过零点控制方式，即A相过零点闭合A相阀，B相过零点闭合B相阀，C相过零点闭合C相阀，这样会有13.3ms的三相不一致。因此自产零序过流保护的启动加了20ms延时。即副边绕组的自产零序电流大于定值，而以上所有闭锁条件都不满足时经20ms确认时间，零序电压闭锁副边自产零序过流保护启动。

当副边绕组的自产零序电流大于定值，而以上所有闭锁条件都不满足时，第一时限经T3延时出口，作用于合副边的旁路断路器，此时如果故障特征消失，则保护返回；如果故障特征仍存在，第二时限经T4延时出口，作用于跳开原边断路器，其中T3和T4可整定，副边自产零序过流保护的逻辑可参考图2C。

实验和实际***500kV高压交流可控型并联电抗器投运情况表明，零序电压闭锁副边自产零序过流保护对高压交流可控型并联电抗器内部故障特别是副边匝间故障有很高的灵敏度；副边外接零序过流保护对高压交流可控型并联电抗器副边接地故障有很高的灵敏度；在区外故障、非全相运行和正常操作的暂态稳态过程中这两个零序电流保护都可靠不误动。

Claims (9)

1、一种高压交流可控型并联电抗器配置副边外接零序过流保护的方法，该方法包括：

电抗器保护装置对高压交流可控型并联电抗器副边三相电流互感器、专用的外接零序电流互感器以及首端三相电压互感器的波形进行采样得到电流电压的瞬时值；

通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；

当副边绕组的外接零序电流大于定值，第一时限经T1延时出口，作用于合副边的旁路断路器；

合副边的旁路断路器后如果故障特征消失，保护返回；

如果故障特征仍存在，第二时限经T2延时出口，作用于跳开原边断路器。

2、如权利要求1的方法，其中所述的T1和T2为设置的预定值。

3、一种高压交流可控型并联电抗器配置零序电压闭锁副边自产零序过流保护的方法，该方法包括：

计算副边绕组的自产零序电流以及首端的自产零序电压；

当副边绕组的自产零序电流大于定值，且闭锁条件都不满足时，第一时限经T3延时出口，作用于合副边的旁路断路器；

合副边的旁路断路器后如果故障特征消失，保护返回；

如果故障特征仍存在，第二时限经T4延时出口，作用于跳开原边断路器。

4、如权利要求3的方法，其中闭锁条件包括：并联电抗器首端零序电压大于整定值。

5、如权利要求3的方法，其中闭锁条件包括：并联电抗器首端TV异常或三相无压。

6、如权利要求3的方法，其中闭锁条件包括：副边TA异常。

7、如权利要求3的方法，其中所述的闭锁条件中当任一闭锁条件满足时闭锁副边自产零序过流保护。

8、如权利要求3的方法，其中当副边自产零序电流大于0.6倍跳闸段定值时，延时一预定时间发告警信号。

9、如权利要求3的方法，其中所述的T3和T4为设置的预定值。

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