專利名稱：適用于大型電力變壓器的附加相位判別的勵磁涌流識別新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大型電力變壓器差動保護中勵磁涌流識別的新方法，特別適用于三相分體安裝的電力變壓器，屬于電力自動化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國電力變壓器差動保護中勵磁涌流識別方法主要是依靠二次諧波幅值制動原理，隨著大型電力變壓器的不斷應(yīng)用，尤其是特高壓電力變壓器的應(yīng)用，變壓器在空載合閘的時候可能會由于某一相的二次諧波很小，導(dǎo)致差動保護誤動，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
變壓器勵磁涌流識別是變壓器差動保護中的一個關(guān)鍵技術(shù)問題，目前使用的二次諧波、波形對稱原理在其核心思想是利用了涌流中含有豐富的偶次諧波分量，但某些情況下，尤其對大型電力變壓器(500kV以上)，由于剩磁和合閘相角的關(guān)系，變壓器空投會出現(xiàn)涌流特征不明顯的情況，此時單純利用涌流中諧波的幅值信息進行判別效果就不太明顯，容易造成誤判引起保護誤動，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成威脅。因此提出有效的勵磁涌流判別方法就具有重要的實際應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型、可靠安全的變壓器勵磁涌流閉鎖判據(jù)，在涌流的諧波分析中，可以證明勵磁涌流中的相位信息對正確判別涌流也非常有效，如二次諧波制動原理增加相位判據(jù)特征，根據(jù)基波與二次諧波之間的相位關(guān)系，自適應(yīng)調(diào)整二次諧波制動比，充分利用涌流頻譜中的幅值、相位信息，對提高二次諧波制動原理的性能有很大的價值，能有效改善大型變壓器中區(qū)分涌流和內(nèi)部短路的能力。
增加輔助相位判據(jù)能更有效地利用涌流波形的全信息，提高涌流識別的正確率，其基本原理是在基波與二次諧波相位差在0°或180°附近適當(dāng)降低制動比。該判據(jù)有2個二次諧波制動比需要整定η1，η2，一般η2＜η1根據(jù)涌流中的基波、二次諧波的相位差來自適應(yīng)地選取二次諧波制動比。傳統(tǒng)的二次諧波涌流制動判據(jù)為圖1中一半徑為η1的圓，它不管基波與二次諧波相位的關(guān)系，均采用一個固定的諧波比判據(jù)。附加相位判據(jù)根據(jù)涌流中的相位條件來調(diào)整二次諧波制動比，故能取得較好的制動性能。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的適用于大型電力變壓器的附加相位判別的勵磁涌流識別新方法，其特征在于在圖1制動系數(shù)復(fù)平面上，設(shè)定其中的粗線為自適應(yīng)附加相位判據(jù)的制動邊界，在制動邊界外面，差動保護可靠制動，在邊界里面則開放差動保護；二次諧波復(fù)數(shù)比可以定義為η=I2I1∠(2φ1--φ2)---(1)]]>基波與二次諧波相量的計算公式如下a1=2NΣk=0N-1[x(k)cos(2πkN)];b1=-2NΣk=0N-1[x(k)sin(2πkN)];I·1=a1+jb1φ1=arg(I·1)]]>a2=2NΣk=0N-1[x(k)cos(4ππkN)];b2=-2NΣk=0N-1[x(k)sin(4πkN)];I·2=a2+jb2φ2=arg(I·2)]]>圖1為該判據(jù)的動作特性，當(dāng)涌流中基波與二次諧波的相位差0°或180°附近時，只要二次諧波制動比大于η1，就判別為涌流，附加相位判別的自適應(yīng)二次諧波制動判據(jù)為(a)當(dāng)基波與二次諧波之間的關(guān)系滿足|2φ1-φ2|≤θ1或(180°-θ1)≤2φ1-φ2≤180°或-180°≤2φ1-φ2≤(-180°+θ1)采用二次諧波判據(jù)η≥η2(b)當(dāng)基波與二次諧波之間的關(guān)系滿足
θ1≤|2φ1-φ2|≤180-θ1或(-180°-θ1)≤|2φ1-φ2|≤-θ1采用二次諧波判據(jù)η≥η1當(dāng)式(b)條件滿足時，說明涌流中基波與二次諧波的相位差不在0°或180°附近，此時的二次諧波制動比為常規(guī)的制動系數(shù)η1。
前述的適用于大型電力變壓器的附加相位判別的勵磁涌流識別新方法，其特征在于該方法主要適用于三相分體或者Δ環(huán)內(nèi)有TA的變壓器。
本發(fā)明的優(yōu)點是充分利用了涌流中的波形信息(幅值和相位)，有效地改善了某些涌流二次諧波特征不明顯時的制動性能，同時空投變壓器內(nèi)部故障時也不會誤閉鎖差動保護。通過在各種變壓器區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障的仿真與動模數(shù)據(jù)試驗結(jié)果表明附加相位判別的自適應(yīng)二次諧波勵磁涌流制動方案具有優(yōu)良的動作性能，并有較好的實際工程應(yīng)用價值。但要注意的是由于只是勵磁支路的勵磁涌流滿足該相位關(guān)系，如變壓器含有三角繞組，則從Y0側(cè)空投Y0/Δ-11時，在Y0側(cè)線電流并不等于繞組的勵磁電流，由于涌流的助增作用，線電流中可能會出現(xiàn)對稱性涌流。也就是說，基于附加相位判據(jù)不能隨便在什么類型接線的變壓器上實現(xiàn)，它主要適用于三相分體或者Δ環(huán)內(nèi)有TA的變壓器，也就是說它比較適用于500kV或者1000kV特高壓變壓器中。


圖1附加自適應(yīng)相位判據(jù)動作平面；圖2空投和空投于變壓器內(nèi)部故障A相的動作情況圖3外部故障TA飽和與內(nèi)部故障時A相的動作行為分析
具體實施例方式本發(fā)明用現(xiàn)場故障錄波和仿真數(shù)據(jù)進行了驗證。下面是本發(fā)明在各工況下的動作特性分析(1)涌流中二次諧波特征不明顯條件下的動作性能。
目前國內(nèi)外的數(shù)字變壓器差動保護大多采用二次諧波制動原理來躲過勵磁涌流，二次諧波制動比往往取15％-17％，這個值是按照飽和磁通為1.4倍額定磁通最小二次諧波來考慮的。但現(xiàn)代變壓器的飽和磁通通常在1.2-1.3倍甚至低于1.15倍，在這種情況下，涌流中的二次諧波可能低至10％以下，如果仍采用傳統(tǒng)固定不變的二次諧波制動比，則很有可能造成變壓器差動保護誤動。而采用附加相位判據(jù)，根據(jù)相位條件自適應(yīng)的調(diào)節(jié)二次諧波制動系數(shù)，在0°、180°附近自適應(yīng)地減小二次諧波制動比，可保證大型電力變壓器在涌流特征不明顯時差動保護可靠不誤動。
圖2(a)-(c)為一次空載合閘條件下比率制動特性變壓器差動保護采用傳統(tǒng)二次諧波制動原理的動作情況。采用仿真的數(shù)據(jù)來分析，變壓器飽和磁通為Bs＝1.2，A相空載合閘角度α＝0°，A、B、C三相剩磁分別為
。設(shè)定自適應(yīng)附加相位判據(jù)的2個二次諧波制動比及θ1為η1＝0.15，η2＝0.10，θ1＝30°。比率制動特性差動保護的拐點電流為Ig＝4A，啟動電流為Iq＝1A，比率制動系數(shù)Ks＝0.4。空投變壓器涌流時，A相的單側(cè)涌流中二次諧波含量比較小，大部分時間低于傳統(tǒng)二次諧波整定值0.15，因此A相在涌流時二次諧波制動沒有可靠制動，引起差動保護出口誤動。采用自適應(yīng)附加相位判據(jù)后，涌流的制動條件受基波與二次諧波相位自適應(yīng)調(diào)節(jié)，A相計算出來的相位在0°，180°左右，根據(jù)自適應(yīng)附加相位判據(jù)的方案，此時二次諧波制動比為0.1，A相可靠制動，提高了差動保護在勵磁涌流中二次諧波特征不明顯條件下的動作性能。
(2)空投變壓器內(nèi)部故障時的動作性能分析圖2(d)-(f)為在空投內(nèi)部故障時，自適應(yīng)附加相位制動方案的動作結(jié)果。此時A相二次諧波含量較大，且隨時間慢慢地從0.5衰減到0.12左右，在衰減過程中基波與二次諧波相位差大約在50°左右，直到二次諧波制動比衰減到0.15以下，保護才出口動作并切除故障。因此附加相位判別的自適應(yīng)二次諧波制動方案在空投變壓器內(nèi)部故障的時候不會誤閉鎖差動。
(3)在外部故障TA飽和時的動作行為分析。
外部故障TA飽和時，流入差動回路的暫態(tài)不平衡電流大為增加，可能會引起差動保護的誤動。圖3繪制了在高壓側(cè)近端AB相間短路故障時A相自適應(yīng)附加相位判據(jù)的動作行為，A相差動回路中出現(xiàn)了峰值大于二次側(cè)額定電流的差流，但此時三相差流中的二次諧波比較大，該判據(jù)能可靠地閉鎖差動保護。因涌流與TA飽和屬于2類不同的問題，單從諧波比并不能區(qū)分是TA飽和還是變壓器勵磁涌流，但從相位特征上來分析，TA飽和時差流中的基波與二次諧波相位差并不呈現(xiàn)涌流中基波與二次諧波相位差的特征，因此外部故障TA飽和時對自適應(yīng)附加相位判據(jù)并沒有影響，反而增強了制動性能。防止外部故障電流下TA飽和的誤動還可以通過其它方法來解決。
(4)在內(nèi)部輕微匝間故障時的動作行為分析圖3(d)(f)繪制了低壓匝間故障時該自適應(yīng)附加相位判據(jù)的動作性能，從圖中可以看出，A相的差流較大，A相中的二次諧波含量非常小，因此附加相位判別的二次諧波制動方案不制動，變壓器差動保護可靠快速地動作。
上述實施例不以任何方式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.適用于大型電力變壓器的附加相位判別的勵磁涌流識別新方法，其特征在于在制動系數(shù)復(fù)平面上，設(shè)定自適應(yīng)附加相位判據(jù)的制動邊界，在制動邊界外面，差動保護可靠制動，在邊界里面則開放差動保護；二次諧波復(fù)數(shù)比可以定義為η=I2I1∠(2φ1-φ2)...(1)]]>基波與二次諧波相量的計算公式如下α1=2NΣk=0N-1[x(k)cos(2πkN)];b1=-2NΣk=0N-1[x(k)sin(2πkN)];i1=a1+jb1φ1=arg(i1)]]>a2=2NΣk=0N-1[x(k)cos(4πkN)];b2=-2NΣk=0N-1[x(k)sin(4πkN)];i2=a2+jb2φ2=arg(i2)]]>制動系數(shù)復(fù)平面為該判據(jù)的動作特性，當(dāng)涌流中基波與二次諧波的相位差0°或180°附近時，只要二次諧波制動比大于η1，就判別為涌流，附加相位判別的自適應(yīng)二次諧波制動判據(jù)為(a)當(dāng)基波與二次諧波之間的關(guān)系滿足|2φ1-φ2|≤θ1或(180°-θ1)≤2φ1-φ2≤180°或-180°≤2φ1-φ2≤(-180°+θ1)采用二次諧波判據(jù)η≥η2(b)當(dāng)基波與二次諧波之間的關(guān)系滿足θ1≤|2φ1-φ2|≤180-θ1或(-180°-θ1)≤|2φ1-φ2|≤-θ1采用二次諧波判據(jù)η≥η1當(dāng)式(b)條件滿足時，說明涌流中基波與二次諧波的相位差不在0°或180°附近，此時的二次諧波制動比為常規(guī)的制動系數(shù)η1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于大型電力變壓器的附加相位判別的勵磁涌流識別新方法，其特征在于該方法主要適用于三相分體或者△環(huán)內(nèi)有TA的變壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型電力變壓器差動保護中勵磁涌流識別的新方法，特別適用于三相分體安裝的電力變壓器，屬于電力自動化技術(shù)領(lǐng)域。目的是提供一種新型、可靠安全的變壓器勵磁涌流閉鎖判據(jù)，在涌流的諧波分析中，可以證明勵磁涌流中的相位信息對正確判別涌流非常有效，其基本原理是在基波與二次諧波相位差在0°或180°附近適當(dāng)降低制動比。該判據(jù)有2個二次諧波制動比需要整定η
文檔編號H02H7/045GK1929229SQ20061004135
公開日2007年3月14日 申請日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月17日
發(fā)明者袁宇波 申請人:江蘇省電力試驗研究院有限公司, 江蘇方天電力技術(shù)有限公司