CN112421570B - 分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法及装置。该方法包括:根据获取的分级式可控并联电抗器的网侧绕组首端各相电压、网侧绕组首端各相电流和控制绕组首端各相电流,确定分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗;其中,所述分级式可控并联电抗器经断路器接入输电***,断开所述断路器,则将所述分级式可控并联电抗器从输电***切除;在根据所述正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗,确定预设的保护动作判据成立时,控制断路器将分级式可控并联电抗器从输电***切除。该保护方法及装置原理简单,判据合理,保证了分级式可控并联电抗器的安全运行,并保证了交流电网的安全、高效、经济运行。
Description
技术领域
本发明属于继电保护技术领域,尤其涉及分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法及装置。
背景技术
分级式可控并联电抗器是应用于输电***的灵活交流输电装置,可根据输电***的运行情况分级地调节自身的输出容量,解决输电***中针对无功补偿和限制过电压需求而对并联电抗器提出的不同技术要求之间的矛盾,提高***调控的灵活性,是保证交流电网安全、高效、经济运行的重要设备之一。
分级式可控并联电抗器由网侧绕组、控制绕组、辅助电抗等多个部分组成。现有的分级式可控并联电抗器继电保护配置方案(如,磁平衡差动保护、主电抗匝间保护、控制绕组零序过流保护),在响应网侧绕组(也即主电抗)匝间故障时灵敏度较高,但是在响应控制绕组匝间故障以及辅助电抗匝间故障时,存在灵敏度不足的问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法及装置,以改善目前在响应分级式可控并联电抗器的控制绕组匝间故障以及辅助电抗匝间故障时动作灵敏度不足的问题。
第一方面,本发明提供一种分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法,包括:
根据获取的分级式可控并联电抗器的网侧绕组首端各相电压的采样值、网侧绕组首端各相电流的采样值和控制绕组首端各相电流的采样值,确定分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗;
其中,所述分级式可控并联电抗器经断路器接入输电***,断开所述断路器,则将所述分级式可控并联电抗器从输电***切除;
在根据所述正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗,确定预设的保护动作判据成立时,控制断路器将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
第二方面,本发明提供一种分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护装置,包括:
零序差动阻抗确定模块,用于根据获取的分级式可控并联电抗器的网侧绕组首端各相电压的采样值、网侧绕组首端各相电流的采样值和控制绕组首端各相电流的采样值,确定分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗;
其中,所述分级式可控并联电抗器经断路器接入输电***,断开所述断路器,则将所述分级式可控并联电抗器从输电***切除;
保护动作判定及执行模块,用于在根据所述正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗,确定预设的保护动作判据成立时,控制断路器将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
本发明提供的分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法及装置,在保证不降低响应网侧绕组匝间故障时的灵敏度的同时,提高了响应控制绕组匝间故障和辅助电抗匝间故障灵敏度。
本发明提供的分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法及装置,原理简单,判据合理,灵敏度高,可靠性好,保证了分级式可控并联电抗器的安全运行,并保证了交流电网的安全、高效、经济运行。
附图说明
通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式:
图1为本发明优选实施方式的分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法的流程示意图;
图2是本发明优选实施方式的分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护装置的组成示意图;
图3为本发明优选实施方式的零序差动阻抗匝间保护方法及装置在某输电***设置的分级可控并联电抗器实施时的接线及电压电流采样示意图;
图4 为本发明优选实施方式的零序差动阻抗匝间保护方法及装置在某输电***设置的分级可控并联电抗器实施时阻抗平面内的保护动作区示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
电力线路、输电***中的继电保护装置,简称保护,或继保。保护动作时,控制相应的断路器断开。
分级式可控并联电抗器由网侧绕组、控制绕组、至少一个辅助电抗、旁路开关、晶闸管阀等多个部分组成,在交流电网中作为电抗器来使用。从其结构及组成看,分级式可控并联电抗器是一种高匝数比、高漏抗、低负载、网侧绕组中性点经高电抗(如图3中的中性点电抗器)接地的特殊变压器。
如图1所示,本发明实施例的分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法,包括:
步骤S100:根据获取的分级式可控并联电抗器的网侧绕组首端各相电压、网侧绕组首端各相电流和控制绕组首端各相电流,确定分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗;
其中,分级式可控并联电抗器经断路器接入输电***,断开断路器,则将分级式可控并联电抗器从输电***切除;
步骤S200:在根据正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗,确定预设的保护动作判据成立时,控制断路器将分级式可控并联电抗器从输电***切除。该实施例的匝间保护方法采用正向零序差动阻抗或者反向零序差动阻抗作为保护动作判据,原理简单,判据合理,保证了分级式可控并联电抗器的安全可靠运行。
具体地,如图3所示,该实施例的匝间保护方法,
根据获取的分级式可控并联电抗器的网侧绕组首端各相电压、网侧绕组首端各相电流和控制绕组首端各相电流,确定分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗,包括:
分别获取网侧绕组首端各相电压、网侧绕组首端各相电流及控制绕组首端各相电流;
分别计算网侧绕组首端零序电压、网侧绕组首端零序电流及控制绕组首端零序电流;
分别计算网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值;
由网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值计算正向零序差动阻抗Z 0+ ;
由网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值计算反向零序差动阻抗Z 0+ 。
针对分级式可控并联电抗器的结构特点,该实施例的匝间保护方法从最大限度地保护其内部故障的角度出发,以正向地折算到网侧绕组的零序差动电流代替网侧绕组零序电流来确定正向零序差动阻抗,并将控制绕组首端零序电流取反来确定反向零序差动阻抗作为后备保护,从而在保证不降低响应网侧绕组匝间故障时的灵敏度的同时,提高了响应分级式可控并联电抗器的控制绕组匝间故障和辅助电抗器匝间故障的动作灵敏度。
具体地,在向输电***的分级式可控并联电抗器提供匝间故障保护之前,该实施例的匝间保护方法还包括保护动作区及保护动作判据确定步骤。
应该理解为,保护动作判据是指会触发保护动作的判据。因此,保护动作判据所依赖的保护动作区是根据目标故障发生时选定物理量值特征来确定的。
具体地,根据输电***中分级式可控并联电抗器发生匝间故障时,正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗值特征(如,变化趋势、上限值、下限值、取值范围、转折点、临界点、变化轨迹等),来确定保护动作区及设置保护动作判据。
具体地,该匝间保护方法中,预设的保护动作判据,包括:
正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面内预先确定的第一保护动作区;
反向零序差动阻抗Z 0- 位于阻抗平面内预先确定的第二保护动作区。
应该理解为,在阻抗平面内,针对正向零序差动阻抗Z 0+ 的第一保护动作区与针对反向零序差动阻抗Z 0- 的第二保护动作区的形状及覆盖范围可以相同,也可以不同。
应该理解为,预设的保护动作判据中,正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面内预先确定的第一保护动作区及反向零序差动阻抗Z 0- 位于阻抗平面内预先确定的第二保护动作区这两条判据可以同时成立,或者同时不成立,或者一个成立而另一个不成立。
考虑到现场运行时,在控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流较小时,该零序差流的数值受采样误差影响较大。而作为保护动作判据要素之一的正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗均为以该零序差流为除数进行运算得到的数值。为避免因采样误差导致的差动阻抗数值波动而使保护误动,在正向零序差动阻抗及反向零序差动阻抗之外,进一步引入辅助特征及其整定值进行辅助判断。
具体地,该匝间保护方法,预设的保护动作判据,包括:
正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面内预先确定的第三保护动作区,且第一辅助特征大于相应的预先确定的整定值;
反向零序差动阻抗Z 0- 位于阻抗平面内预先确定的第四保护动作区,且第二辅助特征大于相应的预先确定的整定值;
第一辅助特征为以下任一项或多项:
控制绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电流、控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流、控制绕组首端各相电流与网侧绕组首端各相电流形成的各相差流;
第二辅助特征为下任一项或多项:
控制绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电流、控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流、控制绕组首端各相电流与网侧绕组首端各相电流形成的各相差流。
这时,正向零序差动阻抗与第一辅助特征共同构成一条保护动作判据的要件;反向零序差动阻抗与第二辅助特征共同构成另一条保护动作判据的要件。鉴于故障时,正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗值变化趋势不同,因此,与正向零序差动阻抗相匹配的第一辅助特征对应的物理量及整定值,与反向零序差动阻抗相匹配的第二辅助特征对应的物理量及整定值,可以相同,也可以不同。
另外,考虑到现场运行时,来自采集环节、计算环节及电网扰动等干扰因素可能会导致正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗值波动。为避免保护误动,可以视情设置延时时间。在该延时时间内,如果各计算周期内确定的阻抗值均满足保护动作判据,则保护动作。而在阻抗值发生大幅度变化时,可以确定该阻抗值大幅度变化并非因干扰因素而导致的阻抗值波动,则不需要经过延时,保护直接动作。
具体地,该匝间保护方法, 预设的保护动作判据包括:
在阻抗平面内,正向零序差动阻抗Z 0+ 位于预先确定的第五保护动作区,且控制绕组首端零序电流的相量值的模值大于预先确定的第一电流整定值;
在阻抗平面内,在预先确定的第一时段内,正向零序差动阻抗Z 0+ 持续地位于预先确定的第六保护动作区,且控制绕组首端零序电流的相量值的模值大于预先确定的第二电流整定值,其中,第一电流整定值大于第二电流整定值;
在阻抗平面内,反向零序差动阻抗Z 0- 位于预先确定的第七保护动作区,且控制绕组首端零序电流的相量值的模值大于预先确定的第三电流整定值;
在阻抗平面内,在预先确定的第二时段内,反向零序差动阻抗Z 0- 持续地位于预先确定的第八保护动作区,且控制绕组首端零序电流的相量值的模值大于预先确定的第四电流整定值,其中,第三电流整定值大于第四电流整定值。
在现场运行的各分级式可控并联电抗器的设备参数和其所在的变电站(这里认为换流站是变电站的一种)***参数不尽相同,因此,在各分级式可控并联电抗器发生匝间故障时,其正向零序差动阻抗值及反向零序差动阻抗值的变化趋势不尽相同。具体实施时,需要根据各分级式可控并联电抗器发生匝间故障时及发生区外故障时,正向零序差动阻抗值或反向零序差动阻抗值的变化趋势,综合判断后确定其分别对应的保护动作区。
具体地,在阻抗平面内,各分级式可控并联电抗器的保护动作区可以为封闭区域或不封闭区域,可以为圆形、矩形、椭圆形等规则形状,也可以为多条折线依次连接的不规则图形。
具体地,该匝间保护方法中,预先确定的第五保护动作区、第六保护动作区、第七保护动作区或第八保护动作区为阻抗平面内的圆形区域;
其中,在确定位于阻抗平面纵轴上的电抗上限值和电抗下限值后,将电抗上限值和电抗下限值分别确定为阻抗平面纵轴上的截距,并以两个截距之间的连线为直径,确定阻抗平面内的圆形区域。
具体实施时,本发明另一个实施例的分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法,包括:
1)检测值获取及零序差动阻抗计算:
(1.1)分别获取网侧绕组首端各相电压、首端各相电流及控制绕组首端各相电流。
其中,网侧绕组首端各相电压依次记为:u AH ,u BH ,u CH ;网侧绕组首端各相电流依次记为:i AH ,i BH ,i CH ;控制绕组首端各相电流依次记为:i AL ,i BL ,i CL 。
具体实施时,在一个工频周期内,分别对设置在网侧绕组首端的电压互感器、设置在网侧绕组首端的电流互感器及设置在控制绕组首端的电流互感器输出的模拟电气量采样24次,得到24个采样值。也即,在工频周期为1/50 s(也即20ms)时,1s的时间长度内,可获得1200个采样值。
(1.2)分别计算网侧绕组首端零序电压、网侧绕组首端零序电流及控制绕组首端零序电流。
(1.3)分别计算网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值。
具体地,由多个连续采样/控制周期内的网侧绕组首端零序电压值,经傅里叶变换计算得到网侧绕组首端零序电压的相量值;由多个连续采样/控制周期内的网侧绕组首端零序电流值,经傅里叶变换计算得到网侧绕组首端零序电流的相量值;由多个连续采样/控制周期内的控制绕组首端零序电流值,经傅里叶变换计算得到控制绕组首端零序电流的相量值。
应该理解为,在前述(1.1)部分获取的各物理量,是指从设置在线路上的电压互感器或电流互感器获取的采样值;在前述(1.2)部分中,各物理量是根据在前述(1.1)部分获取的采样值计算得到的;在该(1.3)部分计算得到的相量值,是将在多个连续采样/控制周期内前述(1.2)部分计算得到的各物理量的值经傅里叶变换计算得到的,在该(1.3)部分计算得到的相量值对应于当前控制周期,也即当前时刻;也即,在(1.1)部分、(1.2)部分和(1.3)部分分别针对同一个物理对象(包括:网侧绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电压、控制绕组首端零序电流)获取了其离散采样意义上的值和其相量值。
(1.4)计算正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗。
式中,k为网侧绕组与控制绕组的匝数比;
也即,将控制绕组零序电流正向地折算到网侧绕组零序电流内,并与网侧绕组首端零序电压分别做商,得到正向零序差动阻抗;及将控制绕组零序电流反向地折算到网侧绕组零序电流内,并与网侧绕组首端零序电压分别做商,得到反向零序差动阻抗。
2)确定保护动作判据判定及控制保护动作:
(2.1)判断正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗是否满足保护动作判据;如满足保护动作判据,则保护动作。
应该理解为,保护动作是指:生成并传输开关量,以使得断路器响应该开关量,将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
第一种情形:若正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面的保护动作区且I L0 >I 1 ,则延时t 1 后,保护动作。
具体实施时,若在预先确定的延时t 1 (对应于M1个控制周期)内,正向零序差动阻抗Z 0+ 均位于阻抗平面的保护动作区且I L0 >I 1 ,则在下一个时刻/控制周期,保护动作,将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
第二种情形:若反向零序差动阻抗Z 0- 位于阻抗平面的保护动作区且I L0 >I 2 ,则延时t 2 后,保护动作,将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
具体实施时,若在预先确定的延时t 2 (对应于M2个控制周期)内,反向零序差动阻抗Z 0- 均位于阻抗平面的保护动作区且有I L0 >I 2 ,则在下一个时刻/控制周期,保护动作,将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
其中,I L0 为控制绕组首端零序电流的相量值的模值;这里,I L0 为与正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗分别相匹配的辅助特征;
I 1 为与正向零序差动阻抗相匹配的辅助特征之一的控制绕组首端零序电流对应的电流整定值,其数值根据该分级式可控并联电抗器的设备参数及其所在的变电站***的参数确定;
I 2 为与反向零序差动阻抗相匹配的辅助特征之一的控制绕组首端零序电流对应的电流整定值,其数值根据该分级式可控并联电抗器的设备参数及其所在的变电站***的参数确定;
t 1 为与正向零序差动阻抗相匹配的延时整定值,其数值根据该分级式可控并联电抗器的参数及其所在的变电站***的参数综合确定;
t 2 为与反向零序差动阻抗相匹配的延时整定值,其数值根据分级式可控并联电抗器的参数及其所在的变电站***的参数综合确定。
以下结合图3和图4,以某输电***设置的分级式可控并联电抗器为例,对本发明实施例的保护方法及保护装置进行具体说明。
如图3所示,该接入站***配置的分级式可控并联电抗器的额定容量为600MVar,其网侧绕组的额定相电压为1100/kV,其控制绕组的额定相电压为63kV,网侧绕组与控制绕组的匝数比。通过退出或投入1级辅助电抗和/或2级辅助电抗,可以实现该并联电抗器输出容量的三级调节(如表1所列,三级调节依次提供33%,67%和100%分级的额定容量)。
应该理解为,该分级式可控并联电抗器中的辅助电抗为2级;其他分级式可控并联电抗器中的辅助电抗为其他级时(通常分级数不超过5级),根据该分级式可控并联电抗器发生匝间故障或区外故障时,正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗值特征(如,变化趋势、上限值、下限值、取值范围、转折点、临界点、变化轨迹等),来确定保护动作区及设置保护动作判据时,采用与该3级分级式可控并联电抗器相似的方法。
应该理解为,在不同级别调节时,分级式可控并联电抗器的保护动作判据是相同的。
在确定分级式可控并联电抗器的匝间故障保护动作区及保护动作判据时,需要保证:
1)在发生区外故障(指非分级式可控并联电抗器故障)时,该分级式可控并联电抗器的匝间故障保护可靠地不误动;
2)在发生区内故障(指分级式可控并联电抗器故障),包括控制绕组匝间故障、1级辅助电抗匝间故障或2级辅助电抗匝间故障时,该分级式可控并联电抗器的匝间故障保护可靠地动作。
具体地,阻抗平面内的横轴标识为R,其含义是电阻;阻抗平面内的纵轴标识为X,其含义为电抗。
图3所示的输电***中,在发生区外故障时,根据零序等值回路分析,该分级式可控并联电抗器的零序差动阻抗位于阻抗平面内纵轴的上半轴,其数值(记为X1)为网侧绕组的电抗值(记为X2)与中性点电抗器的电抗值(记为X3)的3倍之和的一半(也即,有X1=(X2+ 3*X3)/2),且位于阻抗平面纵轴的正半轴上,大致为2000Ω。
具体地,发生区外故障时,该分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗都在2000Ω的量级。为保证在发生区外故障(指非分级式可控并联电抗器故障)时,该分级式可控并联电抗器的匝间保护可靠地不误动,取可靠系数为1/20,则确定电抗上限值为+100Ω(也即2000Ω×1/20=100Ω,也即图4中纵轴X的上截距+100Ω)。
图3所示的输电***中,在发生区内故障时,根据零序等值回路分析,该分级式可控并联电抗器的零序差动阻抗位于阻抗平面内纵轴的下半轴,其数值(记为X4)为***零序阻抗。
具体地,发生区内故障时,该分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗按***零序电抗的最大值整定,都在-150Ω的量级。为保证在发生区内故障(指分级式可控并联电抗器故障)时,该分级式可控并联电抗器的匝间保护可靠地动作,取可靠系数为2,则可以确定电抗下限值为-300Ω(也即150Ω×2=300Ω,也即图4中纵轴X的下截距-300Ω)。
在确定了纵轴上的电抗上限值X A (即上截距)和电抗下限值X B (即下截距)后,在阻抗平面内,将其分别作为与纵轴的截距,并以两个截距之间的连线为直径,得到与该电抗上限值X A 和电抗下限值X B 对应的圆形区域(如图4中斜线部分覆盖的区域)。将该圆形区域作为保护动作区,并根据确定的保护动作判据,即可以实现针对该输电***分级式可控并联电抗器匝间故障的保护。
应该理解为,在确定其他输电***中设置的分级式可控并联电抗器匝间故障的保护动作区时,与以上步骤类似,根据区外故障不误动、区内故障可靠动作的限定,并根据正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗在区外故障及区内故障时的多种数值特征,如,变化趋势、上限值、下限值、取值范围、转折点、边界点、变化轨迹等,确定出保护动作区的形状和覆盖区域。
如,得到电阻上限值R A 和电阻下限值R B ,并确定对应的保护区形状为椭圆形,而电阻上限值R A 和电阻下限值R B 为该椭圆的长轴或短轴。
如,得到电阻上限值R A 和电阻下限值R B ,并确定对应的保护区形状为矩形形,而电阻上限值R A 和电阻下限值R B 为该矩形的对角线。
针对以上保护动作区,设置保护动作判据为:
正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面内的保护动作区;
反向零序差动阻抗Z 0- 位于阻抗平面内的保护动作区。
应该理解为,尽管针对图3的分级式可控并联电抗器,并未分别针对正向零序差动阻抗Z 0+ 和反向零序差动阻抗Z 0- 分别设置不同覆盖范围的保护动作区。但是,针对分级式可控并联电抗器匝间保护,存在有分别针对正向零序差动阻抗Z 0+ 和反向零序差动阻抗Z 0- 且覆盖范围不同的保护动作区。
为进一步提高灵敏度及可靠性,具体实施时,进一步引入辅助特征及其整定值进行辅助判断。
在确定将控制绕组首端零序电流作为辅助特征时,可以将分级式可控并联电抗器匝间故障的保护详细划分为:速动段、正向延时段和反向延时段。
具体地,在确定将控制绕组首端零序电流作为辅助特征时,根据控制绕组二次额定电流I e3 分别确定速动段、正向延时段和反向延时段对应的控制绕组首端零序电流的整定值。
具体地,图3所示的输电***中,控制绕组二次额定电流I e3 为4000A。则根据工程经验,取估值系数为0.15来确定控制绕组首端零序电流的整定值为600A(即4000A×0.15=600A,为较大整定值,适用于速动段)。再次取估值系数为0.05来确定控制绕组首端零序电流的整定值为200A(即4000A×0.05=200A,为较小整定值,适用于正向延时段和反向延时段)。
根据现场运行情况和工程经验,确定正向延时段的延时整定值为100ms;
根据现场运行情况和工程经验,确定反向延时段的延时整定值为200ms。
根据上述确定的保护动作区、辅助特征及延时整定值,该输电***的分级式可控并联电抗器匝间故障的保护方法分为以下三段并列地执行:
1)速动段。采用以下的保护动作判据:若正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面内的保护动作区且控制绕组首端零序电流的相量值I L0 大于整定值600A,则不经延时,保护立即动作,控制断路器将分级式可控并联电抗器从输电***切除;
2)正向延时段。采用以下的保护动作判据:若正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面内的保护动作区且控制绕组首端零序电流的相量值I L0 大于整定值200A,则经延时100ms后,保护动作,将分级式可控并联电抗器从输电***切除;
3)反向延时段。采用以下的保护动作判据:若反向零序差动阻抗Z 0- 位于阻抗平面内的保护动作区且控制绕组首端零序电流的相量值I L0 大于整定值200A,则经延时200ms后,保护动作,将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
该输电***分级式可控并联电抗器匝间故障的保护方法分为三段且并列地执行,实现了高灵敏度地保护及层级保护。
具体地,优先响应正向零序差动阻抗进入保护动作区且控制绕组首端零序电流的相量值超过较大整定值的情况。针对正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗进入保护动作区且控制绕组首端零序电流的相量值超过较小整定值的情况,设置不同的延时整定值形成保护梯级;这时,反向零序差动阻抗作为正向零序差动阻抗的后备保护。该实施例的分级式可控并联电抗器匝间故障的保护方法可以及时响应控制绕组匝间短路故障和辅助电抗匝间短路故障,并提高了响应控制绕组匝间短路故障和辅助电抗匝间短路故障的灵敏度。
最后,分别采用磁平衡差动保护、主电抗保护、控制绕组零序过流保护及本实施例的零序差动阻抗匝间保护方法对该输电***中分级式可控并联电抗器进行动模试验。
如表1所示,相对于磁平衡差动保护、主电抗保护及控制绕组零序过流保护,该匝间保护方法,在多种工况下不同故障严重程度(表1中匝数比一列用于表征故障严重程度。如,30%是指绕组中占比30%的匝数发生了故障)时,均可以响应控制绕组匝间故障和辅助电抗匝间故障,并提高了响应控制绕组匝间故障和辅助电抗匝间故障的灵敏度。
如图2所示,本发明实施例的分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护装置,包括:
零序差动阻抗确定模块10,用于根据获取的分级式可控并联电抗器的网侧绕组首端各相电压的采样值、网侧绕组首端各相电流的采样值和控制绕组首端各相电流的采样值,确定分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗;
其中,分级式可控并联电抗器经断路器接入输电***,断开断路器,则将分级式可控并联电抗器从输电***切除;
保护动作判定及执行模块20,用于在根据正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗,确定预设的保护动作判据成立时,控制断路器将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
表1 该分级式可控并联电抗器故障类型及保护动作情况
具体地,零序差动阻抗确定模块包括:
采样值获取单元,用于分别获取网侧绕组首端各相电压的采样值、网侧绕组首端各相电流的采样值及控制绕组首端各相电流的采样值;
零序值计算单元,用于分别计算网侧绕组首端零序电压、网侧绕组首端零序电流及控制绕组首端零序电流;
相量值计算单元,用于分别计算网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值;
正向零序差动阻抗计算单元,用于由网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值计算正向零序差动阻抗Z 0+ ;
反向零序差动阻抗计算单元,用于由网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值计算反向零序差动阻抗Z 0- 。
具体地,该匝间保护装置, 预设的保护动作判据包括:
正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面内预先确定的第一保护动作区;
反向零序差动阻抗Z 0- 位于阻抗平面内预先确定的第二保护动作区。
具体地,该匝间保护装置, 预设的保护动作判据包括:
正向零序差动阻抗Z 0+ 位于阻抗平面内预先确定的第三保护动作区,且第一辅助特征大于相应的预先确定的整定值;
反向零序差动阻抗Z 0- 位于阻抗平面内预先确定的第四保护动作区,且第二辅助特征大于相应的预先确定的整定值;
第一辅助特征为以下任一项或多项:
控制绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电流、控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流、控制绕组首端各相电流与网侧绕组首端各相电流形成的各相差流;
第二辅助特征为下任一项或多项:
控制绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电流、控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流、控制绕组首端各相电流与网侧绕组首端各相电流形成的各相差流。
该分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护装置为前述分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法对应的装置权利要求,具有相同的技术构思、技术方案及技术效果,这里不再赘述。
具体实施时,该实施例的分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护装置设置在分级式可控并联电抗器或输电***的继电保护装置内。该继电保护装置获取设置在线路上的互感器监测的各相电压和相电流的采样值(如,借助电力通讯报文获取),并根据各采样值计算得到正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗或其他辅助特征,通过与预先设置的保护动作判据进行对比,生成保护动作决策或不动作决策;并在确定为保护动作决策时,控制断路器将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而,本领域技术人员所公知的,正如附带的专利权利要求所限定的,除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地,在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释,除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例,除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行,除非明确地说明。
Claims (8)
1.一种分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护方法,其特征在于,包括:
根据获取的分级式可控并联电抗器的网侧绕组首端各相电压、网侧绕组首端各相电流和控制绕组首端各相电流,确定分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗,包括:
分别获取网侧绕组首端各相电压、网侧绕组首端各相电流及控制绕组首端各相电流;
分别计算网侧绕组首端零序电压、网侧绕组首端零序电流及控制绕组首端零序电流;
分别计算网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值;
式中:k为网侧绕组与控制绕组的匝比;
其中,所述分级式可控并联电抗器经断路器接入输电***,断开所述断路器,则将所述分级式可控并联电抗器从输电***切除;
在根据所述正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗,确定预设的保护动作判据成立时,控制断路器将所述分级式可控并联电抗器从输电***切除。
2.根据权利要求1所述的保护方法,其特征在于,
所述预设的保护动作判据,包括:
正向零序差动阻抗Z0+位于阻抗平面内预先确定的第一保护动作区;
反向零序差动阻抗Z0-位于阻抗平面内预先确定的第二保护动作区。
3.根据权利要求1所述的保护方法,其特征在于,
所述预设的保护动作判据,包括:
正向零序差动阻抗Z0+位于阻抗平面内预先确定的第三保护动作区,且第一辅助特征大于相应的预先确定的整定值;
反向零序差动阻抗Z0-位于阻抗平面内预先确定的第四保护动作区,且第二辅助特征大于相应的预先确定的整定值;
所述第一辅助特征为以下任一项或多项:
控制绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电流、控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流、控制绕组首端各相电流与网侧绕组首端各相电流形成的各相差流;
所述第二辅助特征为下任一项或多项:
控制绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电流、控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流、控制绕组首端各相电流与网侧绕组首端各相电流形成的各相差流。
4.根据权利要求1所述的保护方法,其特征在于,
所述预设的保护动作判据,包括:
在阻抗平面内,正向零序差动阻抗Z0+位于预先确定的第五保护动作区,且控制绕组首端零序电流的相量值的模值大于预先确定的第一电流整定值;
在阻抗平面内,在预先确定的第一时段内,正向零序差动阻抗Z0+持续地位于预先确定的第六保护动作区,且控制绕组首端零序电流的相量值的模值大于预先确定的第二电流整定值,其中,所述第一电流整定值大于所述第二电流整定值;
在阻抗平面内,反向零序差动阻抗Z0-位于预先确定的第七保护动作区,且控制绕组首端零序电流的相量值的模值大于预先确定的第三电流整定值;
在阻抗平面内,在预先确定的第二时段内,反向零序差动阻抗Z0-持续地位于预先确定的第八保护动作区,且控制绕组首端零序电流的相量值的模值大于预先确定的第四电流整定值,其中,所述第三电流整定值大于所述第四电流整定值。
5.根据权利要求4所述的保护方法,其特征在于,
所述预先确定的第五保护动作区、第六保护动作区、第七保护动作区或第八保护动作区为阻抗平面内的圆形区域;
其中,在确定位于阻抗平面纵轴上的电抗上限值XA和电抗下限值XB后,将所述电抗上限值XA和所述电抗下限值XB分别确定为在阻抗平面纵轴上的截距,并以两个截距之间的连线为直径,确定所述阻抗平面内的圆形区域。
6.一种分级式可控并联电抗器零序差动阻抗匝间保护装置,其特征在于,包括:
零序差动阻抗确定模块,用于根据获取的分级式可控并联电抗器的网侧绕组首端各相电压、网侧绕组首端各相电流和控制绕组首端各相电流,确定分级式可控并联电抗器的正向零序差动阻抗与反向零序差动阻抗,包括:
采样值获取单元,用于分别获取网侧绕组首端各相电压、网侧绕组首端各相电流及控制绕组首端各相电流;
零序值计算单元,用于分别计算网侧绕组首端零序电压、网侧绕组首端零序电流及控制绕组首端零序电流;
相量值计算单元,用于分别计算网侧绕组首端零序电压的相量值、网侧绕组首端零序电流的相量值及控制绕组首端零序电流的相量值;
式中:k为网侧绕组与控制绕组的匝比;
其中,所述分级式可控并联电抗器经断路器接入输电***,断开所述断路器,则将所述分级式可控并联电抗器从输电***切除;
保护动作判定及执行模块,用于在根据所述正向零序差动阻抗或反向零序差动阻抗,确定预设的保护动作判据成立时,控制断路器将分级式可控并联电抗器从输电***切除。
7.根据权利要求6所述的保护装置,其特征在于,
所述预设的保护动作判据,包括:
正向零序差动阻抗Z0+位于阻抗平面内预先确定的第一保护动作区;
反向零序差动阻抗Z0-位于阻抗平面内预先确定的第二保护动作区。
8.根据权利要求6所述的保护装置,其特征在于,
所述预设的保护动作判据,包括:
正向零序差动阻抗Z0+位于阻抗平面内预先确定的第三保护动作区,且第一辅助特征大于相应的预先确定的整定值;
反向零序差动阻抗Z0-位于阻抗平面内预先确定的第四保护动作区,且第二辅助特征大于相应的预先确定的整定值;
所述第一辅助特征为以下任一项或多项:
控制绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电流、控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流、控制绕组首端各相电流与网侧绕组首端各相电流形成的各相差流;
所述第二辅助特征为下任一项或多项:
控制绕组首端零序电流、网侧绕组首端零序电流、控制绕组首端零序电流与网侧绕组首端零序电流形成的零序差流、控制绕组首端各相电流与网侧绕组首端各相电流形成的各相差流。
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