CN102354953B - 电炉变压器继电保护方法 - Google Patents

电炉变压器继电保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电炉变压器继电保护***及方法，三个单相电炉变压器低压侧的电子电流互感器通过模拟量采集设备连接到差动保护设备，且各变压器均对应设有载调压控制器，所述有载调压控制器将变压器实时运行档位进行二进制编码，以继电器接点方式输出连接差动保护设备内的档位采集模块，继电器接点数量反映所述二进制编码所采用的编码形式与档位数量；所述档位采集模块，用于解码档位信息，传输到差动保护设备。本发明的方式不需要大量的开关量采集，就能将档位信息传输到继电保护设备进行利用，并能保证实时性。

Description

电炉变压器继电保护方法
技术领域
本发明涉及电炉变压器差动保护领域。 
背景技术
冶金化工行业应用一种特殊性能及结构的电炉变压器，多为Y/△-11/△-11或Y/Y-12/△-11接线方式，高压侧电压为35～220kV，低压侧输出电压为几十伏至200伏，直接供电给电弧型电炉，产生高温来冶炼矿石。高压侧电压取自电力***，基本稳定，低压侧电压可在广泛范围内调压。 
电炉变压器调压与普通电力变压器不同。普通电力变压器有载调压范围小（约5%），变压器差动保护不引入有载调压档位信息，即软件中不考虑调压档位，根据变压器额定参数直接计算电流平衡系数，并且通过适当提高差动保护门槛来躲过有载调压范围引起的不平衡电流。 
而电炉变压器有载调压范围宽（以某种电炉变压器为例，低压侧额定电压204V，调压上限为240V，下限为138V），每相电炉变压器具有35级调压，在电炉变压器运行过程中每相的档位还不相同，3个单相电炉变压器共计多达105级的有载调压档位。电炉变压器一般采用电动操作机构来控制调压。如果差动保护采用变压器一、二次绕组固定变比计算出的平衡系数参与差动电流的计算，则低压侧运行电压不为额定电压时，就会计算出差动电流，最大为额定电流的30%，势必会造成差动保护的误动，如抬高差动保护电流门槛，又会造成差动保护在变压器区内故障时失去灵敏度。因此，用于电炉变压器的差动保护设备必须实时地根据变压器有载调压档位计算差动保护的平衡系数。 
发明内容
本发明的目的是提供一种继电保护***及方法，用以解决多级档位有载调压变压器的差动保护问题。基于这种方法，本发明还提供一种继电保护***。 
为实现上述目的，本发明的方法方案是：一种电炉变压器继电保护方法，步骤如下： 
A，将有载调压控制器输出的档位信息进行二进制编码，转换为相应的二进制码制档位信息； 
B，将所述二进制码制档位信息输送到继电保护设备，继电保护设备进行解码，获取相应的实际档位信息； 
C，继电保护设备根据实际档位信息计算当前档位下各相低压侧电压，并计算出各相平衡系数； 
D，根据每相平衡系数实时计算差动保护电流。 
所述二进制码制为BCD码制。步骤C分为三步，第一步是：首先根据实际档位信息计算各相低压侧电压，并计算出低压侧B、C相相对低压侧A相平衡系数；第二步是：以高压侧电流为基准电流，结合电炉变压器参数计算低压侧A相平衡系数；第三步是：低压侧A相差动保护平衡系数分别与低压侧B、C相相对A相平衡系数相乘得到低压侧B、C相差动保护平衡系数。 
所述第一步为： 
低压侧当前A相电压为：Ua=（Umax-Umin）*(N-Xa)/（N-1）+Umin， 
低压侧当前B相电压为：Ub=（Umax-Umin）*(N-Xb)/（N-1）+Umin， 
低压侧当前C相电压为：Uc=（Umax-Umin）*(N-Xc)/（N-1）+Umin； 
低压侧B、C相相对A相平衡系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua； 
低压侧最低电压为Umin，最高电压为Umax；调压总档位为N；Xa为A相档位，Xb为B相档位，Xc为C相档位，Ua为低压侧A相绕组当前工作电压，Ub为低压侧B相绕组当前工作电压，Uc为低压侧C相绕组当前工作电压； 
第二步为： 
按公式
Figure GDA0000375233780000021
计算出高压侧二次额定电流。 
其中Sn、Un是***参数中的“变压器铭牌额定容量”和“高压侧一次额定 线电压”。 
按公式IA=Sn/(3*Ux*低压侧TA变比)计算出低压侧A相二次额定相电流。 
其中，Sn、Ux是***参数中的“变压器铭牌额定容量”和低压侧A相绕组额定电压。 
可得低压侧A相差动保护平衡系数为：kphA=Ie/IA。 
第三步为： 
低压侧A相差动保护平衡系数为：kphA=Ie/IA
低压侧B相差动保护平衡系数为：kphB=kphA*(Ub/Ua) 
低压侧C相差动保护平衡系数为：kphC=kphA*(Uc/Ua) 
本发明的***方案是：一种电炉变压器继电保护***，三相电炉变压器低压侧的电子电流互感器通过模拟量采集设备连接到差动保护设备，且各变压器均对应设有载调压控制器，所述有载调压控制器将变压器实时运行档位进行二进制编码，以继电器接点方式输出连接差动保护设备内的档位采集模块，继电器接点数量反映所述二进制编码所采用的编码形式与档位数量；所述档位采集模块，用于解码档位信息，传输到差动保护设备。 
所述二进制码制为BCD码制。 
电炉变压器一般安装在冶炼或化工厂房内，控制电炉变压器电动操作机构的控制器安装在生产工艺控制室，该控制器具备码制转换功能，可把多级有载调压档位转换为一定码制的编码信息，将编码信息传输到继电保护设备进行解码还原为实际档位信息。 
为了把电炉变压器电动操作机构控制器输出的每相35级有载调压档位接入到继电保护设备，如果不进行编码处理，就要求继电保护设备必须具备105 个开关量输入接口。这对继电保护设备的硬件资源造成了极大的负担。而本发明的方式不需要大量的开关量采集，就能将档位信息传输到继电保护设备进行利用，并能保证实时性。保护设备安装在变电站继电保护控制室内，码制转换后的档位信息可通过电缆连接到继电保护控制室中的保护设备。 
附图说明
图1是本发明的继电保护***示意图； 
图2是差动保护设备与有载调压控制器的连接图； 
图3是档位采集模块接线图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 
方法实施例 
本发明的要点是，将电炉变压器有载调压控制器输出的码制转换后的档位信息方便地传输到继电保护设备，由继电保护设备进行解码，还原实际的当前档位信息，然后按相实时计算差动保护平衡系数，用于保护。步骤如下： 
A，将有载调压控制器输出的档位信息进行二进制编码，转换为相应的二进制码制档位信息； 
B，将所述二进制码制档位信息输送到继电保护设备，继电保护设备进行解码，获取相应的实际档位信息； 
C，继电保护设备根据实际档位信息计算当前档位下各相低压侧电压，并计算出各相平衡系数； 
D，根据每相平衡系数实时计算差动保护电流。 
具体实施方式如下，选择的电炉变压器具有每相35级有载调压档位，选择BCD码制进行编码解码。 
（1）每相电炉变压器达35级的有载调压档位信息码制转换为BCD码。每相档位信息用6（A6A5A4A3A2A1）个二进制数表示，其中最高两位（A6A5最大为3） 8421码表示档位的十位数，低四位（A4A3A2A1最大为9）8421码表示档位的个位数。如图 
（2）保护设备引入码制转换后的BCD码信息，按照以下原则进行解码。 
每相档位信息用6（A6A5A4A3A2A1）个二进制数表示，其中最高两位（A6A5最大为3）8421码表示档位的十位数，低四位（A4A3A2A1最大为9）8421码表示档位的个位数。 
（3）根据档位信息计算当前档位下各相低压侧电压，并计算出低压侧B、C相相对低压侧A相平衡系数。设定的定值为：低压侧最低电压为Umin，最高电压为Umax；调压总档位N。 
低压侧当前A相电压为：Ua=（Umax-Umin）*(N-Xa)/（N-1）+Umin， 
低压侧当前B相电压为：Ub=（Umax-Umin）*(N-Xb)/（N-1）+Umin， 
低压侧当前C相电压为：Uc=（Umax-Umin）*(N-Xc)/（N-1）+Umin； 
低压侧B、C相相对A相平衡系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua； 
Xa为A相档位，Xb为B相档位，Xc为C相档位，Ua为低压侧A相绕组当前工作电压，Ub为低压侧B相绕组当前工作电压，Uc为低压侧C相绕组当前工作电压。 
低压侧B、C相相对A相平衡系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua。 
（4）以高压侧电流为基准电流，结合电炉变压器参数计算低压侧A相平衡系数。 
按公式
Figure GDA0000375233780000051
计算出高压侧二次额定电流。 
其中Sn、Un是***参数中的“变压器铭牌额定容量”和“高压侧一次额定线电压”。 
按公式IA=Sn/(3*Ux*低压侧TA变比)计算出低压侧A相二次额定相电流。 
其中，Sn、Ux是***参数中的“变压器铭牌额定容量”和低压侧A相绕 组额定电压。 
可得低压侧A相差动保护平衡系数为：kphA=Ie/IA。 
（5）低压侧A相差动保护平衡系数分别与低压侧B、C相相对A相平衡系数相乘得到低压侧B、C相差动保护平衡系数。 
低压侧A相差动保护平衡系数为：kphA=Ie/IA
低压侧B相差动保护平衡系数为：kphB=kphA*(Ub/Ua) 
低压侧C相差动保护平衡系数为：kphC=kphA*(Uc/Ua) 
***实施例 
如图1是本发明的继电保护***示意图。三个单相电炉变压器低压侧安装电子式电流互感器，电子式电流互感器将采集的低压侧电流信息传输到模拟量采集设备，通过模拟量采集设备转换为数字信号并通过光纤传输到差动保护设备。本发明的改进在于，差动保护设备还连接有含码制转换功能的有载调压控制器，这种有载调压控制器按相设置，将变压器实时运行档位转换为BCD码后以继电器接点方式输出到差动保护设备内的档位采集模块。如图2、图3所示，以每相35挡为例，则每相共需6个继电器接点。表1显示了档位控制器原始档位、编码原理及BCD码与采集开入模块端子对应关系（以A相为例）。差动保护设备将档位采集模块采集的档位信息按照编码原则进行解码，还原当前档位。 
表1 
Figure GDA0000375233780000071

Claims (2)

1.一种电炉变压器继电保护方法，其特征在于，步骤如下：
A，将有载调压控制器输出的档位信息进行二进制编码，转换为相应的二进制码制档位信息；
B，将所述二进制码制档位信息输送到继电保护设备，继电保护设备进行解码，获取相应的实际档位信息；
C，继电保护设备根据实际档位信息计算当前档位下各相低压侧电压，并计算出各相平衡系数；
D，根据每相平衡系数实时计算差动保护电流；
步骤C分为三步，
第一步是：首先根据实际档位信息计算各相低压侧电压，并计算出低压侧B、C相相对低压侧A相平衡系数；
第二步是：以高压侧电流为基准电流，结合电炉变压器参数计算低压侧A相差动保护平衡系数；
第三步是：低压侧A相差动保护平衡系数分别与低压侧B、C相相对A相平衡系数相乘得到低压侧B、C相差动保护平衡系数；
所述第一步为：
低压侧当前A相电压为：Ua=（Umax-Umin）*(N-Xa)/（N-1）+Umin，
低压侧当前B相电压为：Ub=（Umax-Umin）*(N-Xb)/（N-1）+Umin，
低压侧当前C相电压为：Uc=（Umax-Umin）*(N-Xc)/（N-1）+Umin；
低压侧B、C相相对A相平衡系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua；
低压侧最低电压为Umin，最高电压为Umax；调压总档位为N；Xa为A相档位，Xb为B相档位，Xc为C相档位，Ua为低压侧A相绕组当前工作电压，Ub为低压侧B相绕组当前工作电压，Uc为低压侧C相绕组当前工作电压；
第二步为：
按公式计算出高压侧二次额定电流；
其中Sn、Un是***参数中的“变压器铭牌额定容量”和“高压侧一次额定线电压”；
按公式IA=Sn/(3*Ux*低压侧TA变比)计算出低压侧A相二次额定相电流；
其中，Sn、Ux是***参数中的“变压器铭牌额定容量”和低压侧A相绕组额定电压；可得低压侧A相差动保护平衡系数为：kphA=Ie/IA；
第三步为：
低压侧A相差动保护平衡系数为：kphA=Ie/IA
低压侧B相差动保护平衡系数为：kphB=kphA*(Ub/Ua)
低压侧C相差动保护平衡系数为：kphC=kphA*(Uc/Ua)。
2.根据权利要求1所述的一种电炉变压器继电保护方法，其特征在于，所述二进制码制为BCD码制。
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