CN1555115A - 末端制动的数字式高压并联电抗器纵差保护 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力***中高压并联电抗器的纵差保护。为保护高压并联电抗器内部线圈及其引出线接地故障或引出线相间短路(瞬时性两点接地)故障，公开了一种取电抗器末端电流作为制动电流的数字式纵差保护的方法。该方法由差动速断、比率制动和高值比率制动特性组成比率制动纵差特性，为保证在特高压、超高压电网的暂态过程中保护正确动作，本保护具有电抗器空投检测功能、电抗器两端电流互感器(简称TA)二次回路间隙性断线判据以及TA直流饱和判据，从而构成完整的末端制动的数字式高压并联电抗器纵差保护。其中比率制动采用三段折线特性，高值比率制动采用传统的两段折线特性，TA二次回路间隙性断线判据采用零序电流和相电流相结合的方法，TA直流饱和判据采用波形识别原理并辅以谐波分析。

Description

末端制动的数字式高压并联电抗器纵差保护

技术领域

本发明涉及电力***领域，更具体地涉及高压并联电抗器继电保护的方法。

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.贺家李等，《特高压输电线继电保护配置方案，电力***自动化》，2002年第24期

2.王维俭，《电气主设备继电保护原理与应用》，2002年1月第二版

330kV~750kV的超高压、特高压***，电能输送容量大，输电损耗小，在长距离、大容量输电工程中占有绝对优势，是电力***中的骨干网架，其安全稳定运行是关系到国计民生的大事。与一般高压输电线不同，特高压输电线继电保护的任务，首先是保证不产生危及设备和绝缘子的过电压，其次是保证***稳定。

特高压线路的分布电容产生很大的容性无功，500km长的750kV线路的电容电流可达到额定负荷电流的50％[1]，因此必须装设并联电抗器吸收这种容性功率，限制***的操作过电压，还可限制单相重合闸时的潜供电容电流。

为保证高压并联电抗器的安全运行，需装设高压并联电抗器保护装置。当该保护装置判断电抗器发生内部故障时，若预先的过电压计算表明高压并联电抗器内部故障切除可能引起不能允许的过电压或高压并联电抗器首端无专用断路器，需要同时跳开线路两侧的断路器。因此，高压并联电抗器保护是超高压及特高压电网的重要组成部分，若运行中不正确动作，后果不堪设想。

电抗器内部接地故障和引线的相间短路(瞬时性两点接地)故障是电抗器常见的故障形式，纵差保护是这两种故障形式的主保护。纵差保护因其极高的可靠性、速动性、选择性和灵敏性，几乎成为所有高电压等级元件保护的主保护。但高压并联电抗器有其自身的特点，不应照搬其它元件保护的现有纵差原理，因此提高纵差保护性能是高压并联电抗器保护的关键技术之一。

电力***中使用的国产数字式高压并联电抗器保护，目前只有南自的WDK-600微机电抗器保护装置。其纵差(分相差动)保护采用二段式制动特性，其制动电流采用首末端电流的最大值。这样当发生内部故障时制动作用很大，为保证保护灵敏度，最小动作电流和比率制动斜率都不能整定得太高。本文针对这种情况进行了改进，在提高内部故障灵敏度的同时，增加外部扰动时保护的可靠性。

发明内容

为保护高压并联电抗器内部线圈及其引出线接地故障或引出线相间短路故障，提出了末端制动的数字式纵差保护。图1为电抗器的比率制动纵差特性，由差动速断、比率制动和高值比率制动特性组成。其中比率制动采用三段折线特性，高值比率制动采用传统的两段折线特性，高值比率制动对应的启动电流ICDH和比率制动系数KIDH程序内部固定，用户免整定。本保护具有完善的空投判断、TA直流饱和判断、TA异常判断功能。

本发明提供了一种取电抗器末端电流作为制动电流的数字式纵差保护的方法，该方法包括步骤：电抗器保护装置对电流互感器的电流波形进行采样得到电流瞬时值；通过递归傅氏算法求出各电流量的复数形式；根据用户输入的电流互感器(下文中简称TA)变比自动计算平衡系数，并输出该系数供用户校验；按照式4计算差动电流与制动电流；按后述的式1、式2、式3所描述的动作方程，再加上空投判据、TA直流饱和判据以及TA异常判据构成完整的末端制动数字式纵差保护。

附图说明

图1显示了本发明的电抗器纵差保护特性；

图2显示了本发明的电抗器纵差保护逻辑框图。

图3显示了典型的电抗器***接线图。

具体实施方案

本发明根据以下公式来实现末端制动的数字式高压并联电抗器纵差保护，其动作特性请参考图1，以下公式之间的逻辑关系请参考图2，电抗器的***接线图参考图3。

首先，差动速断的动作方程见式(1)，其中I_dz为动作电流，I_SD为速断电流定值。

                      I_dz＞I_SD                    (1)

其次，比率制动差动保护的动作方程见式(2)：

其中：I_zd为制动电流，KID1、KID2、KID3分别为各段的比率制动斜率，其中KID1和KID3装置内部固定为0.2和0.7，KID2由用户整定。IB1、IB2分别为拐点电流，其中IB1装置内部固定为0.5I_r2ln(I_r2ln为电抗器末端二次额定电流)，IB2由用户整定。I_CD为差动起动电流定值。

大型的电抗器通常为单相式，故对每相采用上述的差动特性。当任一相满足式(1)或式(2)时，差动速断或比率差动保护动作。三段式比率差动保护经TA直流饱和闭锁和TA异常闭锁，其中TA直流饱和闭锁固定投入，TA异常闭锁由用户通过控制字选择。

为了避免内部严重故障时因TA直流饱和保护延时动作，设有不受TA直流饱和闭锁的高值比率差动保护，对应的动作方程见式(3)：

动作电流I_dz和制动电流I_zd的计算公式见式(4)，其中 为电抗器首端电流， 为电抗器末端电流；均以流入电抗器为正方向。

差动各侧因TA变比不同产生的不平衡由软件来进行平衡，差动电流I_dz和制动电流I_zd为经平衡处理后的计算结果。采用式(4)制动电流只选取末端电流的算法，内部故障时保护具有很高的灵敏度，外部故障时，差动保证不误动。

由于电抗器内部接地故障时，故障相末端电流接近于零，无制动作用；而在电抗器并网瞬间，穿越性电流较大时，有较大的制动作用。因此将末端电流作为制动电流的纵差保护方案与将首末端电流差作为制动电流的方案相比，可提高内部故障的灵敏度。

由于电抗器在空投过程中，在空充电流的暂态波形中含有较大的非周期分量，导致TA直流饱和情况的出现。为了躲开空投时差动回路中出现的较大不平衡量，一方面软件设置有TA直流饱和检测功能。另一方面软件还设置了空投检测功能，当检测到电抗器电流从无到有时自动适当提高差动定值，防止因冲击电流使纵差保护误动，同时又能保证空投于内部故障时纵差保护正确动作。

电抗器是一个负载性元件，在电抗器区外故障或其它区外扰动的暂态过程中，流过电抗器的工频(交流)电流不会很大，不足以使TA发生饱和从而令纵差保护误动。而此时流过电抗器的直流分量一般会很大而且衰减缓慢，直流分量很容易使TA饱和(称直流饱和)，如果电抗器首末端TA特性不一致，一端饱和而另一端不饱和，则纵差保护可能会误动。因此与其它元件的纵差保护不同，要保证高压并联电抗器纵差保护可靠运行，需要有完善的TA直流饱和判据。

直流饱和判据采用波形识别与谐波分析相结合，进行容错复判的方法：

1)相电流差流基波大于门槛值，为0.15I_r2ln；

2)相电流差流2次谐波比大于10％，三次谐波比小于10％；

3)相电流差流波形偏向时间轴一侧，即 $|S_{+}-S_{-}|\≥20\%|S_{+}+S_{-}|,$ 其中S₊和S_-分别为差动电流一周波内的正采样值积分和负采样值积分；

4)相电流大于1.5I_r2ln时解除TA直流饱和判别。

现场中TA二次回路经常出现似断非断而非彻底断线的现象，而很多纵差保护只考虑TA彻底断线的情况，经不起似断非断的考验。本装置具有完善的TA异常检测功能，保证在TA似断非断的情况下差动保护不误动。TA异常的判据：

1)电抗器首末端TA，一端自产零流大，另一端自产零流小；

2)自产零流大的一端有一相电流减小，该端其它相以及另一端的三相电流无变化；

3)电抗器首末端三相共六个电流都小于1.1倍额定电流；

4)无零序电压。

对于高压并联电抗器的纵差保护，本发明大大提高了内部故障判别的灵敏度，同时增加外部扰动时保护的可靠性。

Claims (7)

1.一种取电抗器末端电流作为制动电流的数字式纵差保护的方法，由差动速断、比率制动和高值比率制动特性组成电抗器的比率制动纵差特性，其中比率制动采用三段折线特性，高值比率制动采用传统的两段折线特性，对应的高值比率制动的启动电流ICDH和比率制动系数KIDH程序内部固定，该方法包括步骤：

电抗器保护装置对电流互感器的电流波形进行采样得到电流瞬时值；

通过递归傅氏算法求出各电流量的复数形式；

根据用户输入的TA变比自动计算平衡系数，并输出该系数供用户校验；

计算差动电流与制动电流；

电抗器空投判别；

电抗器两端TA二次回路间隙性断线判别；

TA直流饱和判别；

分相判断纵差保护逻辑。

2.如权利要求1的方法，其中根据下式计算动作电流I_dz和制动电流I_zd：

其中 为电抗器首端电流，

为电抗器末端电流；均以流入电抗器为正方向。

3.如权利要求1的方法，其中根据下式进行差动速断的动作判断：

I_dz＞I_SD

其中I_dz为动作电流，I_SD为速断电流定值。

4.如权利要求1的方法，其中根据下式进行比率制动差动保护的动作判断：

其中：I_zd为制动电流，KID1、KID2、KID3分别为各段的比率制动斜率，其中KID1和KID3装置内部固定为0.2和0.7，KID2由用户整定。IB1、IB2分别为拐点电流，其中IB1装置内部固定为0.5I_r2ln(I_r2ln为电抗器末端二次额定电流)，IB2由用户整定。I_CD为差动起动电流定值。

5.如权利要求1的方法，其中包括不受TA直流饱和闭锁的高值比率差动保护，根据下式进行对应的动作判断：

6.如权利要求1的方法，其中TA异常的判据如下：

1)电抗器首末端TA中一端自产零流大，另一端自产零流小；

2)电抗器首末端TA中，零流大的一端有一相电流减小，该端其它相以及另一端的三相电流无变化；

3)电抗器首末端三相共六个电流都小于1.1/_r2ln；

4)无零序电压；

其中，三段式比率差动保护是否经TA异常闭锁，可由用户通过控制字选择。

7.如权利要求1的方法，其中TA直流饱和的判据如下：

1)相电流差流基波大于0.15I_r2ln；

2)相电流差流2次谐波比大于10％，三次谐波比小于10％；

3)相电流差流波形偏向时间轴一侧，即|S₊-S_-|≥20％|S₊+S_-|，其中S₊和S_-分别为差动电流一周波内的正采样值积分和负采样值积分；

4)相电流大于1.5I_r2ln时解除TA直流饱和判别；

其中，判出TA直流饱和后闭锁三段式比率差动保护。

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