專利名稱：：基于差動(dòng)保護(hù)的磁可控電抗器匝間故障的保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及可控電抗器匝間故障差動(dòng)保護(hù)方法，尤其是以基于比例差動(dòng)方法(或元件)、工頻變化量零序電流方法、峰值檢測方法、控制繞組電壓平衡方法、TA飽和方法的可控電抗器匝間故障保護(hù)的新方法。二、技術(shù)背景遠(yuǎn)距離交流輸電線路最理想的運(yùn)行方式為線路所輸送的負(fù)荷同線路的自然功率相等。此時(shí)沿線路任意一點(diǎn)的電壓和電流的比值不變，而且都等于線路的特征阻抗，即在線路上只有電壓和電流的入射波而無反射波存在，沿線路各點(diǎn)電壓也是相等且同相的。但在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，線路所輸送的負(fù)荷時(shí)刻都在變化，即輸送功率有可能在0Pn之間變化，對于長距離超高壓交流輸電線路，阻抗不匹配將會(huì)導(dǎo)致過電壓運(yùn)行，尤其在線路接近空載時(shí)最為嚴(yán)重。一般認(rèn)為，在線路上裝設(shè)并聯(lián)超高壓電抗器是限制工頻過電壓的有效措施，但如果超高壓電抗器容量不可調(diào)節(jié)，那么線路補(bǔ)償度是固定的，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化較大時(shí)，設(shè)計(jì)線路補(bǔ)償度過高或過低都將給系統(tǒng)運(yùn)行帶來問題；并且為避免當(dāng)出現(xiàn)故障操作時(shí)，形成瞬間空載長線而產(chǎn)生不能容許的過電壓，我國的超高壓電抗器均不裝設(shè)專用斷路器而永久性地將高壓電抗器接入線路，結(jié)果使得在線路潮流增大時(shí)需要在受端投入容性補(bǔ)償，以維持負(fù)荷側(cè)電壓運(yùn)行在許可的水平。這樣不僅不便于運(yùn)行控制，而且增加電網(wǎng)損耗。因此，對于運(yùn)行方式變化較大的遠(yuǎn)距離交流輸電線路，要求并聯(lián)超高壓電抗器能夠平滑(自動(dòng))地調(diào)節(jié)自身的容量，以便適應(yīng)不同潮流下的線路補(bǔ)償需求。同時(shí)可控電抗器本身也能完成固定并聯(lián)電抗器的所有功能1.可靠的無功功率和電壓調(diào)節(jié)手段2.限制工頻過電壓3.抑制潛供電流、減低恢復(fù)電壓，保證重合閘成功率4.消除發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁5.限制操作過電壓6.補(bǔ)償線路容性功率，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓7.減少開關(guān)操作次數(shù)，降低維護(hù)運(yùn)行成本8.抑制系統(tǒng)功率振蕩9.減低網(wǎng)損由上可見，可控電抗器比固定電抗器有更加廣闊的應(yīng)用空間，也是目前電抗器發(fā)展的必然方向。電抗器的匝間短路是一種比較多見的一種內(nèi)部故障形式，當(dāng)短路匝數(shù)很少時(shí)，一相匝間短路引起的三相電流不平衡，有可能很小，很難被繼電保護(hù)裝置檢出；且不管短路匝間多大，縱差保護(hù)總是不反應(yīng)匝間短路故障。為此對于高壓并聯(lián)電抗器必須考慮其它高靈敏度且可靠安全的匝間短路保護(hù)。磁可控電抗器是可控電抗器中一種重要的類型，它具有調(diào)節(jié)速度快，成本低等特點(diǎn)，磁可控電抗一般具有兩個(gè)繞組，通過改變流過控制繞組的直流電流，改變繞組的飽和程序，進(jìn)而達(dá)到改變電抗器容量的目的，正是由于這種特殊的接線方式和工作原理，導(dǎo)致了磁可控電抗器的匝間故障情況下的電氣量特征和傳統(tǒng)的固定并聯(lián)電抗器有較大的不同，導(dǎo)致基于零序功率方向和零序阻抗方法的匝間保護(hù)原理不能夠適應(yīng)這種雙分支(兩個(gè)繞組)注入直流的并聯(lián)繞組接線方式，需要尋找一個(gè)新的方法來解決這個(gè)問題。磁可控電抗器的基本工作原理如圖l所示磁可控電抗器可分為交流繞組和控制繞組，交流繞組由兩個(gè)并聯(lián)的線圈TA2、TA3而成，同時(shí)這兩個(gè)線圈分別與各自對應(yīng)的控制繞組線圈TV2、TV3繞制在同一個(gè)鐵芯上，正常工作情況下，整流器輸出直流電流，在鐵芯中產(chǎn)生直流磁通使其飽和，這樣，交流繞組的兩個(gè)分支分別呈現(xiàn)正向飽和和反向飽和，但兩個(gè)分支的電流之和依然為一正弦信號，隨著改變直流電流的大小發(fā)生變化，鐵芯的飽和度隨之發(fā)生變化，最終導(dǎo)致了流過電抗器的電流發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了電抗器容量可調(diào)的目的。由于正常情況下交流繞組的兩個(gè)分支流過的并非正弦電流，導(dǎo)致其在發(fā)生匝間故障之后電氣特征和傳統(tǒng)的固定電抗有較大差別，所以它的匝間保護(hù)方法也必然和傳統(tǒng)的固定電抗器有所差別。三、
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種新型的基于差動(dòng)保護(hù)原理的匝間保護(hù)新方法，該保護(hù)不受系統(tǒng)非全相、區(qū)外故障(包括區(qū)外故障的切除后的恢復(fù)過程，區(qū)外轉(zhuǎn)換性故障)和任何非正常運(yùn)行工況等運(yùn)行方式的影響，在電抗器發(fā)生匝間故障情況下快速切除故障。本發(fā)明的技術(shù)方案是基于差動(dòng)保護(hù)的磁可控電抗器匝間故障的保護(hù)方法，由比例差動(dòng)方法、工頻變化量零序電流方法、峰值檢測方法、控制繞組電壓平衡方法、TA飽和方法共同組成1)比例差動(dòng)方法其比率差動(dòng)方法的動(dòng)作方程可描述如下-'/r=max{|/2|,|/3|}其中12和13兩個(gè)電抗分支電流，Icdqd為匝間保護(hù)起動(dòng)定值，Kb為匝間保護(hù)制動(dòng)系數(shù)。保護(hù)中同時(shí)設(shè)置了高值比例差動(dòng)和低值比例差動(dòng)保護(hù)，低值比例差動(dòng)保護(hù)需要經(jīng)過TA飽和方法閉鎖才能夠出口，高值比例差動(dòng)通過自身的高起動(dòng)值高斜率具有很高的抗TA飽和的性能，通過這種高、低值比例差動(dòng)相結(jié)合的方法，裝置即能夠反映輕微的匝間故障，又能防止在勵(lì)磁調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)過程中由于直流磁通的變化導(dǎo)致TA可能產(chǎn)生的飽和導(dǎo)致匝間差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。2)工頻變化量零序電流方法A/。>M/M+/0tt其中A/^為浮動(dòng)門坎，隨著相電壓變化量輸出增大而逐步自動(dòng)提高，A為某一比例常數(shù)，在本例中一般取為1.25。A/。為相電壓的半周積分值，/^為固定門坎。電抗器發(fā)牛單相匝間故障之后，三相平衡被破壞，導(dǎo)致電抗器中流過了一定的零序電流方法，為了靈敏的檢測這個(gè)零序電流的突變，裝置中設(shè)置了工頻變化量零序電流方法，同時(shí)引入工頻變化量浮動(dòng)門檻的該方法也可以防止系統(tǒng)或者電抗器固有三相不平衡導(dǎo)致零序電流方法失效。3)峰值檢測方法其中Ifl為1分支電流峰值，If2為2分支電流峰值，If為兩個(gè)分支峰值電流最大值。為了防止勵(lì)磁系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中，兩個(gè)分支電流將出現(xiàn)相位偏移而出現(xiàn)差電流的情況，保護(hù)中設(shè)置了兩分支電流峰值檢測方法，可以有效地防止勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)等過程中出現(xiàn)的兩分支電流相位偏移的情況下匝間差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。4)控制繞組電壓平衡方法f/,一^XOR"/2>^,其中Uf!和Uj2為控制繞組兩分支電壓，由于旁路斷路器合并之后，繞組兩端電壓降為O,通過設(shè)置合適的門檻定值Uset，可以正確的判斷控制繞組旁路斷路器不對應(yīng)的情況。由于磁可控電抗器控制繞組側(cè)增加了旁路斷路器，在系統(tǒng)出現(xiàn)三相不對稱的情況下，通過合并旁路斷路器的方式來保護(hù)控制系統(tǒng)中的闊片，但如果兩對控制繞組的旁路斷路器不同期合閘情況下，會(huì)在匝間差動(dòng)保護(hù)差回路中形成很大的差電流，為了防止這種情況出現(xiàn)，保護(hù)中設(shè)置了控制繞組電壓平衡方法，在兩對控制繞組的旁路斷路器不同期合閘情況下，閉鎖匝間差動(dòng)保護(hù)，防止保護(hù)在這種情況下誤動(dòng)作。本發(fā)明的效果是首次將比例差動(dòng)方法、工頻變化量零序電流方法、峰值檢測方法、控制繞組電壓平衡方法引入到可控電抗器匝間保護(hù)中，既提供了靈敏的可控電抗匝間保護(hù)，又能防止了在各種外部短路情況下以及任何非正常運(yùn)行工況下的誤動(dòng)作。有效解決了可控電抗器匝間保護(hù)的速動(dòng)性與安全性的矛盾。四圖1是磁可控電抗器的工作原理圖圖2是本發(fā)明保護(hù)的邏輯元件示意圖五具體實(shí)施方式1)比例差動(dòng)方法其比率差動(dòng)方法的動(dòng)作方程可描述如下max{|/2|,|/3|}/2+/3其中12和13兩個(gè)電抗分支電流，Icdqd為匝間保護(hù)起動(dòng)定值，起動(dòng)定值需要躲過正常運(yùn)行情況最大的不平衡電流，一般取值為0.1~0.5Ie，Kb為匝間保護(hù)制動(dòng)系數(shù)，為了獲得較高的靈敏度，同時(shí)兼顧保護(hù)可靠性，Kb的一般取值為0.1-0.6。2)工頻變化量零序電流方法OA其中A/。力為浮動(dòng)門坎，隨著相電壓變化量輸出增大而逐步自動(dòng)提高，yt為某一比例常數(shù)，在本例中一般取為1.25。A/。為相電壓的半周積分值，/^為固定門坎，固定門檻可取較靈敏值，一般取0.lln左右。3)峰值檢測方法卩/1J/2l,V其中Ifl為磁可控電抗器交流繞組的兩個(gè)分支中第1分支電流峰值，If2為第2分支電流峰值，If為兩個(gè)分支峰值電流最大值。h是比例系數(shù)，可取一較小值，一般取0.05~0.5。4)控制繞組電壓平衡方法其中Ufl和Uf2為控制繞組兩分支電壓，由于旁路斷路器合并之后，繞組兩端電壓降為0，通過設(shè)置合適的門檻定值Uset，該值可參考線路出口三相金屬性斷路下的殘壓的取值，可以正確的判斷控制繞組旁路斷路器不對應(yīng)的情況。一般取值范圍是？或與何相關(guān)？)，可以正確的判斷控制繞組旁路斷路器不對應(yīng)的情況。5)本保護(hù)完成的邏輯圖如圖1:圖中的元件即方法。由于采取了上述全新的匝間差動(dòng)保護(hù)原理，解決了磁可控電抗器雙分支繞組并聯(lián)接線方式的匝間故障傳統(tǒng)保護(hù)方案失效的難題，在匝間故障情況下本匝間差動(dòng)保護(hù)具有很高的靈敏度，又能防止區(qū)外故障等任何非正常情況下匝間差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，使可控電抗器匝間保護(hù)的速動(dòng)性與安全性同時(shí)兼顧。從本邏輯可以看出若TA飽和閉鎖元件、TA瞬時(shí)斷線閉鎖元件沒有動(dòng)作，且同時(shí)峰值檢測元件開放元件、比率差動(dòng)起動(dòng)元件元件動(dòng)作時(shí)，則匝間差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。由于采取了上述全新的匝間差動(dòng)保護(hù)原理，解決了磁可控電抗器雙分支繞組并聯(lián)接線方式的匝間故障傳統(tǒng)保護(hù)方案失效的難題，在匝間故障情況下本匝間差動(dòng)保護(hù)具有很高的靈敏度，又能防止區(qū)外故障等任何非正常情況下匝間差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，使可控電抗器匝間保護(hù)的速動(dòng)性與安全性同時(shí)兼顧。從本邏輯可以看出若TA飽和閉鎖元件、TA瞬時(shí)斷線閉鎖元件沒有動(dòng)作，且同時(shí)峰值檢測元件開放元件、比率差動(dòng)起動(dòng)元件元件動(dòng)作時(shí)，則匝間差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。權(quán)利要求1、基于差動(dòng)保護(hù)的磁可控電抗器匝間故障的保護(hù)方法，其特征是由比例差動(dòng)方法、工頻變化量零序電流方法、峰值檢測方法、控制繞組電壓平衡方法和TA飽和方法共同組成1)比例差動(dòng)方法其比率差動(dòng)方法的動(dòng)作方程可描述如下<math-cwu><![CDATA[<math><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>I</mi><mi>d</mi></msub><mo>></mo><msub><mi>I</mi><mi>cdqd</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>I</mi><mi>d</mi></msub><mo>></mo><msub><mi>K</mi><mi>b</mi></msub><msub><mi>I</mi><mi>r</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>I</mi><mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mi>max</mi><mo>{</mo><mo>|</mo><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>|</mo><mo>,</mo><mo>|</mo><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub><mo>|</mo><mo>}</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>I</mi><mi>d</mi></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><msub><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mn>3</mn></msub><mo>|</mo></mtd></mtr></mtable></mfenced></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="A2007101314920002C1.gif"wi="154"he="122"img-content="drawing"img-format="tif"/-->其中I2和I3兩個(gè)電抗分支電流，Icdqd為匝間保護(hù)起動(dòng)定值，Kb為匝間保護(hù)制動(dòng)系數(shù)；2)工頻變化量零序電流方法ΔI0＞kΔI0dt+I0th其中ΔI0dt為浮動(dòng)門坎，隨著相電壓變化量輸出增大而逐步自動(dòng)提高，k為某一比例常數(shù)，ΔI0為相電壓的半周積分值，I0th為固定門坎；3)峰值檢測方法|If1-If2|＞k1If其中If1為磁可控電抗器交流繞組的兩個(gè)分支中第1分支電流峰值，If2為第2分支電流峰值，If為兩個(gè)分支峰值電流最大值；4)控制繞組電壓平衡方法Uf1＞UsetXORUf2＞Uset其中Uf1和Uf2為控制繞組兩分支電壓，Uset為門檻定值。全文摘要基于差動(dòng)保護(hù)的磁可控電抗器匝間故障的保護(hù)方法，由比例差動(dòng)方法、工頻變化量零序電流方法、峰值檢測方法、控制繞組電壓平衡方法和TA飽和方法共同組成比例差動(dòng)方法通過比率差動(dòng)方法的動(dòng)作方程；工頻變化量零序電流方法ΔI₀＞kΔI_0dt+I_0th；峰值檢測方法|I_f1-I_f2|＞k₁I_f；控制繞組電壓平衡方法U_f1＞U_setXORU_f2＞U_set；本發(fā)明解決了磁可控電抗器雙分支繞組并聯(lián)接線方式的匝間故障傳統(tǒng)保護(hù)方案失效的難題，在匝間故障情況下具有很高的靈敏度，又能防止區(qū)外故障等任何非正常情況下匝間差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。文檔編號H02H7/00GK101162835SQ20071013149公開日2008年4月16日申請日期2007年8月31日優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日發(fā)明者文繼鋒,力李,李九虎,沈國榮,曉程,鄭玉平,陳松林申請人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