CN103683195A - 静止变频器***输出变压器变频差动保护方法 - Google Patents

Abstract

静止变频器***输出变压器变频差动保护方法，保护装置测量SFC***输出变压器各侧的三相电流；根据输出变压器的联接方式，以三角形侧为基准，对星形侧进行相位校正，同时考虑变压器各侧二次额定电流不同，进行各侧平衡系数调整，形成各侧校正电流和差动电流采样值，采用发电机保护中不受频率影响的启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流的幅值；根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现输出变压器变频比率差动保护。本保护方法适应频率大范围变化，与电流速断保护相比，大大提高了输出变压器内部故障检测的灵敏度。

Description

静止变频器***输出变压器变频差动保护方法

技术领域

本发明属于电力***继电保护领域，特别涉及SFC***输出变压器变频差动保护方法和相应的继电保护装置或监测装置。

背景技术

SFC（静止变频器）***一般用于抽水蓄能机组和大型燃气轮发电机组，实现机组的变频启动。目前，国内的SFC***均为国外进口设备，SFC***的继电保护功能一般集成在SFC调节器中，由于SFC***输出变压器高、低压侧电流的频率是变化的，而常规变压器差动保护算法均是基于工频电流，因此，难以在输出变压器上应用。此外国外的SFC***均未配置输出变压器差动保护功能，而以电流速断保护作为快速主保护，灵敏度低，对被保护设备不利。

发明内容

本发明的目的是：提供一种SFC***输出变压器变频差动保护方法，利用发电机保护中不受频率影响的启停机保护算法计算输出变压器差动电流和制动电流幅值，实现比率制动差动保护，适应频率大范围变化，提高输出变压器内部故障检测的灵敏度。

本发明所采用的技术方案是：静止变频器***输出变压器变频差动保护方法，SFC***的保护装置测量SFC***输出变压器各侧的三相电流；根据输出变压器的联接方式，进行输出变压器各侧电流的相位校正和平衡系数调整，形成输出变压器各侧校正电流和差动电流采样值，采用发电机保护中不受频率影响的启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流的幅值；根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现输出变压器变频比率差动保护。

输出变压器包括两圈变或三圈变，根据输出变压器的联接方式，以三角形侧为基准，对星形侧进行相位校正，同时考虑变压器各侧二次额定电流不同，进行各侧平衡系数调整，形成输出变压器各侧校正电流和差动电流采样值。

采用发电机保护中不受频率影响的启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流的幅值，适应频率大范围变化，其中，启停机保护算法包括过零点积分算法和电流峰值判别法。

各侧平衡系数计算方法与采用常规变压器差动保护相同，设高压侧平衡系数分别为K_H，低压1侧平衡系数为K_L1，低压2侧平衡系数为K_L2；得到i_Ha.j(k)、i_Hb.j(k)和i_Hc.j(k)，分别为高压侧三相校正电流采样值，i_L1a.j(k)、i_L1b.j(k)和i_L1c.j(k)分别为低压1侧三相校正电流采样值，i_L2a.j(k)、i_L2b.j(k)和i_L2c.j(k)分别为低压2侧三相校正电流采样值；

由高、低压侧校正电流计算三相差动电流：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{da}}\left(k\right)=i_{\mathrm{Ha}.j}\left(k\right)+i_{L1a.j}\left(k\right)+i_{L2a.j}\left(k\right)\\ i_{\mathrm{db}}\left(k\right)=i_{\mathrm{Hb}.j}\left(k\right)+i_{L1b.j}\left(k\right)+i_{L2b.j}\left(k\right)\\ i_{\mathrm{dc}}\left(k\right)=i_{\mathrm{Hc}.j}\left(k\right)+i_{L1c.j}\left(k\right)+i_{L2c.j}\left(k\right)\end{array}\right.$ 式（1）

其中，i_da(k)、i_db(k)和i_dc(k)分别为三相差流采样值。

采用发电机保护中不受频率影响的启停机保护算法，由高压侧校正电流采样值计算其幅值（I_Ha.j、I_Hb.j和I_Hc.j），由低压1侧校正电流采样值计算其幅值（I_L1a.j、I_L1b.j和I_L1c.j），由低压2侧校正电流采样值计算其幅值（I_L2a.j、I_L2b.j和I_L2c.j），由差动电流采样值计算其幅值（I_da、I_db和I_dc）。

由高、低压侧校正电流计算制动电流如下：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{ra}}=\frac{I_{\mathrm{Ha}.j}+I_{L1a.j}+I_{L2a.j}}{2}\\ I_{\mathrm{rb}}=\frac{I_{\mathrm{Hb}.j}+I_{L1b.j}+I_{L2b.j}}{2}\\ I_{\mathrm{rc}}=\frac{I_{\mathrm{Hc}.j}+I_{L1c.j}+I_{L2c.j}}{2}\end{array}\right.$ 式（2）

其中，I_ra、I_rb和I_rc分别为三相制动电流；

根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现输出变压器变频比率差动保护。比率制动特性选择双折线或多折线比率制动方式、双斜率比率制动方式或变斜率比率制动方式；

双折线比率制动特性的差动保护动作方程：

式（3）

其中，其中I_r为制动电流，I_d为差动电流，I_s为差动保护启动电流，I_t为拐点电流，k为比率制动系数；

采用分相判别，当满足式（3）动作方程时，输出变压器差动保护动作。

本发明的有益效果是：实现了SFC***输出变压器变频比率差动保护，本发明保护方法适应频率大范围变化，与电流速断保护相比，大大提高了输出变压器内部故障检测的灵敏度。更好地保障设备的安全。

附图说明

图1是本发明中SFC***及输出变压器各侧电流测量示意图，TR1为输入变压器，TR2为输出变压器，Ld为直流电抗器，NB1为网桥侧整流桥1，NB2为网桥侧整流桥2，MB1为机桥侧逆变桥1，MB2为机桥侧逆变桥2，VCB1为输入断路器，VCB2为输出断路器，S1为输出变低压侧的隔离刀闸，S2为旁路隔离刀闸，CT1和CT2分别为输出变压器低压1侧和2侧电流互感器，CT3为输出变压器高压侧电流互感器。

图2为双折线比率制动特性图，其中I_r为制动电流，I_d为差动电流，I_s为差动保护启动电流，I_t为拐点电流，k为比率制动系数。

图3为双斜率比率制动特性图，其中I_r为制动电流，I_d为差动电流，I_s为差动保护启动电流，k₁和k₂分别为比率制动系数1和比率制动系数2，I_t1和I_t2为拐点电流1和拐点电流2，两个拐点电流之间为拟合曲线。

图4为变斜率比率制动特性图，其中I_r为制动电流，I_d为差动电流，I_s为差动保护启动电流，k₁和k₂分别为起始斜率和最大斜率，I_t为拐点电流，起始斜率和最大斜率之间为变斜率拟合曲线。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

在图1中，从输出变压器的高、低压侧CT测量各侧三相电流，输出变压器各侧校正电流和差动电流采样值，是根据输出变压器的联接方式，进行输出变压器各侧电流的相位校正和平衡系数调整后获得的。

根据输出变压器的联接方式，以三角形侧为基准，对星形侧进行相位校正，同时考虑变压器各侧二次额定电流不同，进行各侧平衡系数调整，形成各侧校正电流和差动电流采样值。以Y,d，d-11联接方式为例，各侧电流以流入变压器为正方向，设输出变压器高压侧三相电流采样值为i_Ha(k)、i_Hb(k)和i_Hc(k)，低压1侧三相电流采样值为i_L1a(k)、i_L1b(k)和i_L1c(k)，低压2侧三相电流采样值为i_L2a(k)、i_L2b(k)和i_L2c(k)，则对高压侧三相电流进行相位校正，如下式：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Ha}}^{\′}\left(k\right)=\frac{i_{\mathrm{Ha}}\left(k\right)-i_{\mathrm{Hb}}\left(k\right)}{\sqrt{3}}\\ i_{\mathrm{Hb}}^{\′}\left(k\right)=\frac{i_{\mathrm{Hb}}\left(k\right)-i_{\mathrm{Hc}}\left(k\right)}{\sqrt{3}}\\ i_{\mathrm{Hc}}^{\′}\left(k\right)=\frac{i_{\mathrm{Hc}}\left(k\right)-i_{\mathrm{Ha}}\left(k\right)}{\sqrt{3}}\end{array}\right.$ 式（1）

其中，i_Ha(k)、i_Hb(k)和i_Hc(k)为高压侧进行相位校正后的三相电流采样值。

各侧平衡系数计算方法与采用常规变压器差动保护相同，设高压侧平衡系数分别为K_H，低压1侧平衡系数为K_L1，低压2侧平衡系数为K_L2，则高、低压侧校正电流采样值计算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Ha}.j}\left(k\right)=i_{\mathrm{Ha}}^{\′}\left(k\right)\·K_H\\ i_{\mathrm{Hb}.j}\left(k\right)=i_{\mathrm{Hb}}^{\′}\left(k\right)\·K_H\\ i_{\mathrm{Hc}.j}\left(k\right)=i_{\mathrm{Hc}}^{\′}\left(k\right)\·K_H\\ i_{L1a.j}\left(k\right)=i_{L1a}\left(k\right)\·K_{L1}\\ i_{L1b.j}\left(k\right)=i_{L1b}\left(k\right)\·K_{L1}\\ i_{L1c.j}\left(k\right)=i_{L1c}\left(k\right)\·K_{L1}\\ i_{L2a.j}\left(k\right)=i_{L2a}\left(k\right)\·K_{L2}\\ i_{L2b.j}\left(k\right)=i_{L2b}\left(k\right)\·K_{L2}\\ i_{L2c.j}\left(k\right)=i_{L2c}\left(k\right)\·K_{L2}\end{array}\right.$ 式（2）

其中，i_Ha.j(k)、i_Hb.j(k)和i_Hc.j(k)分别为高压侧三相校正电流采样值，i_L1a.j(k)、i_L1b.j(k)和i_L1c.j(k)分别为低压1侧三相校正电流采样值，i_L2a.j(k)、i_L2b.j(k)和i_L2c.j(k)分别为低压2侧三相校正电流采样值。

由高、低压侧校正电流计算三相差动电流：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{da}}\left(k\right)=i_{\mathrm{Ha}.j}\left(k\right)+i_{L1a.j}\left(k\right)+i_{L2a.j}\left(k\right)\\ i_{\mathrm{db}}\left(k\right)=i_{\mathrm{Hb}.j}\left(k\right)+i_{L1b.j}\left(k\right)+i_{L2b.j}\left(k\right)\\ i_{\mathrm{dc}}\left(k\right)=i_{\mathrm{Hc}.j}\left(k\right)+i_{L1c.j}\left(k\right)+i_{L2c.j}\left(k\right)\end{array}\right.$ 式（3）

其中，i_da(k)、i_db(k)和i_dc(k)分别为三相差流采样值。

采用发电机保护中已成熟应用的不受频率影响的启停机保护算法（过零点积分算法和电流峰值判别法，参见“陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社，1992.”），由高压侧校正电流采样值计算其幅值（I_Ha.j、I_Hb.j和I_Ha.j），由低压1侧校正电流采样值计算其幅值（I_L1a.j、I_L1b.j和I_L1c.j），由低压2侧校正电流采样值计算其幅值（I_L2a.j、I_L2b.j和I_L2c.j），由差动电流采样值计算其幅值（I_da、I_db和I_dc）。

由高、低压侧校正电流计算制动电流如下：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{ra}}=\frac{I_{\mathrm{Ha}.j}+I_{L1a.j}+I_{L2a.j}}{2}\\ I_{\mathrm{rb}}=\frac{I_{\mathrm{Hb}.j}+I_{L1b.j}+I_{L2b.j}}{2}\\ I_{\mathrm{rc}}=\frac{I_{\mathrm{Hc}.j}+I_{L1c.j}+I_{L2c.j}}{2}\end{array}\right.$ 式（4）

其中，I_ra、I_rb和I_c分别为三相制动电流。

根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现输出变压器变频比率差动保护。比率制动特性可以选择如图2、图3和图4所示的双折线或多折线比率制动方式、双斜率比率制动方式或变斜率比率制动方式（参见“高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2010.”）。

以如图2所示的双折线比率制动特性为例，差动保护动作方程如下：

式（5）

其中，其中I_r为制动电流，I_d为差动电流，I_s为差动保护启动电流，I_t为拐点电流，k为比率制动系数。

采用分相判别，当满足式（5）动作方程时，输出变压器差动保护动作。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种SFC***输出变压器变频差动保护方法，其特征是：保护装置测量SFC***输出变压器各侧的三相电流；根据输出变压器的联接方式，以三角形侧为基准，对星形侧进行相位校正，同时考虑变压器各侧二次额定电流不同，进行各侧平衡系数调整，形成各侧校正电流和差动电流采样值，采用发电机保护中不受频率影响的启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流的幅值；根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现输出变压器变频比率差动保护。

2.如权利要求1所述的SFC***输出变压器变频差动保护方法，其特征在于：采用发电机保护中的不受频率影响的启停机保护算法包括过零点积分算法或电流峰值判别法。

3.如权利要求1所述的SFC***输出变压器变频差动保护方法，其特征在于：根据输出变压器的联接方式，以三角形侧为基准，对星形侧进行相位校正，同时考虑变压器各侧二次额定电流不同，进行各侧平衡系数调整，Y，d，d-11联接方式的变压器时，各侧平衡系数计算方法与采用常规变压器差动保护相同，设高压侧平衡系数分别为K_H，低压1侧平衡系数为K_L1，低压2侧平衡系数为K_L2；得到i_Ha.j(k)、i_Hb.j(k)和i_Hc.j(k)，分别为高压侧三相校正电流采样值，i_L1a.j(k)、i_L1j(k)和i_L1c.j(k)分别为低压1侧三相校正电流采样值，i_L2a.j(k)、i_L2b.j(K)和i_L2c.j(k)分别为低压2侧三相校正电流采样值；

由高、低压侧校正电流计算三相差动电流：

式（1）

其中，i_da(k)、i_db(k)和i_dc(k)分别为三相差流采样值，

采用发电机保护中不受频率影响的启停机保护算法，由高压侧校正电流采样值计算其幅值I_Ha.j、I_Hb.j和I_Hc.j，由低压1侧校正电流采样值计算其幅值I_L1a.j、I_L1b.j和I_L1c.j，由低压2侧校正电流采样值计算其幅值I_L2a.j、I_L2b.j和I_L2c.j，由差动电流采样值计算其幅值I_da、I_db和I_dc； 

由高、低压侧校正电流计算制动电流如下：

式（2）

其中，I_ra、I_rb和I_rc分别为三相制动电流；

根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现输出变压器变频比率差动保护，比率制动特性选择双折线或多折线比率制动方式、双斜率比率制动方式或变斜率比率制动方式；

双折线比率制动特性的差动保护动作方程：

式（3）

其中，其中I_r为制动电流，I_d为差动电流，I_s为差动保护启动电流，I_t为拐点电流，k为比率制动系数；

采用分相判别，当满足式（3）动作方程时，输出变压器差动保护动作。

4.如权利要求1所述的SFC***输出变压器变频差动保护方法，其特征在于：比率制动特性包括双折线或多折线比率制动方式、双斜率比率制动方式或变斜率比率制动方式。 

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