本發(fā)明涉及輸變電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于有功功率的并聯(lián)干式空心電抗器的保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

由于電網(wǎng)容量的擴(kuò)大，使得輸配電系統(tǒng)短路容量的額定值迅速增大，為了限制輸電線路的短路電流，保護(hù)電力設(shè)備，必須安裝電抗器，電抗器能夠減小短路電流和使短路瞬間系統(tǒng)的電壓保持不變。在低壓電抗器中，并聯(lián)干式空心電抗器恰好具有這一功能，用于長距離輸電線路的電容無功補(bǔ)償，使得輸配電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定運(yùn)行。因此，并聯(lián)干式空心電抗器因干式無油、維護(hù)量小、運(yùn)行成本低、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、便于運(yùn)輸和安裝、無鐵芯飽和、噪音低和電抗值保持線性等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中得到大規(guī)模的應(yīng)用。

但是近幾年，隨著并聯(lián)干式空心電抗器大規(guī)模的應(yīng)用和單臺(tái)容量的增加，并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿故障率急劇增加，因此需要在并聯(lián)干式空心電抗器使用過程中，采用保護(hù)方法以防止出現(xiàn)匝間擊穿故障，并當(dāng)出現(xiàn)匝間擊穿故障時(shí)及時(shí)地切除電抗器。現(xiàn)有的保護(hù)方法多采用過電流或過電壓保護(hù)方法。

但是，由于匝間擊穿對(duì)電抗器的電流和電壓影響非常小，現(xiàn)有的過流或過電壓保護(hù)難以快速地切除匝間擊穿故障時(shí)的干式電抗器，導(dǎo)致匝間擊穿故障的事故擴(kuò)大，如起火，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成一定危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于有功功率的并聯(lián)干式空心電抗器的保護(hù)方法，以解決現(xiàn)有的保護(hù)方法無法有效地、靈敏地切除出現(xiàn)匝間擊穿故障的電抗器，導(dǎo)致危害事故擴(kuò)大，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的問題。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種基于有功功率的并聯(lián)干式空心電抗器的保護(hù)方法，包括以下步驟：

S1、當(dāng)所述并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)，建立所述電抗器的等效電路電源模型；

S2、根據(jù)所述等效電路電源模型，對(duì)發(fā)生匝間擊穿的所述電抗器狀態(tài)進(jìn)行采樣，獲取所述發(fā)生匝間擊穿的電抗器的相電壓、相電流和各相的所述相電壓與所述相電流之間的相位差；

S3、根據(jù)所述相電壓、所述相電流和所述各相的相電壓與相電流之間的相位差，得到所述電抗器的有功功率，建立并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿時(shí)電抗器的基于有功功率的保護(hù)判斷方法；

S4、根據(jù)所述基于有功功率的保護(hù)判斷方法，判斷所述有功功率的正負(fù)，如果所述有功功率為負(fù)，則啟動(dòng)所述保護(hù)方法。

優(yōu)選地，所述等效電路電源模型為：

將所述電抗器的未發(fā)生匝間擊穿的完好匝等效為一個(gè)電源；

將所述電抗器的發(fā)生匝間擊穿的短路匝等效為一個(gè)負(fù)載；

所述電源和所述負(fù)載之間通過磁場傳遞能量。

優(yōu)選地，所述步驟S2具體包括：

利用電壓互感器和具有三相的電流互感器對(duì)發(fā)生匝間擊穿的所述電抗器狀態(tài)進(jìn)行采樣，根據(jù)所述等效電路電源模型，采集作為所述負(fù)載的電抗器的相電壓、相電流和各相的所述相電壓與所述相電流之間的相位差。

優(yōu)選地，所述步驟S3具體包括：

根據(jù)所述相電壓、所述相電流和所述各相的相電壓與相電流之間的相位差，建立有功功率的計(jì)算式，通過計(jì)算得到所述電抗器的有功功率，建立并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿時(shí)電抗器的基于有功功率的保護(hù)判斷方法。

優(yōu)選地，所述有功功率的計(jì)算式為：

式中，P_i表示有功功率，U_i表示相電壓，I_i表示相電流，θ_i表示各相的相電壓與相電流之間的相位差，表示未發(fā)生匝間擊穿的電抗器初次投入時(shí)各相的相電壓與相電流之間的相位差，也稱為相電壓與相電流之間的相位差設(shè)計(jì)初始值。

優(yōu)選地，所述基于有功功率的保護(hù)判斷方法為：

根據(jù)所述有功功率的計(jì)算值，判斷所述有功功率的計(jì)算值的正負(fù)；

如果所述有功功率的計(jì)算值為負(fù)，則發(fā)生匝間擊穿；

如果所述有功功率的計(jì)算值為正，則未發(fā)生匝間擊穿。

優(yōu)選地，所述步驟S4具體包括：

根據(jù)所述基于有功功率的保護(hù)判斷方法，判斷所述有功功率的正負(fù)；

如果所述有功功率為負(fù)值，則發(fā)生匝間擊穿，輸出一個(gè)邏輯值給所述電抗器的開關(guān)，觸發(fā)開關(guān)動(dòng)作，啟動(dòng)所述保護(hù)方法，切除所述發(fā)生匝間擊穿的電抗器；

如果所述有功功率為正值，則未發(fā)生匝間擊穿，不啟動(dòng)所述保護(hù)方法。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于有功功率的并聯(lián)干式空心電抗器的保護(hù)方法，包括以下步驟：當(dāng)所述并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)，建立所述電抗器的等效電路電源模型；根據(jù)所述等效電路電源模型，對(duì)發(fā)生匝間擊穿的所述電抗器狀態(tài)進(jìn)行采樣，獲取所述發(fā)生匝間擊穿的電抗器的相電壓、相電流和各相的相電壓與相電流之間的相位差；根據(jù)所述相電壓、所述相電流和所述各相的相電壓與相電流之間的相位差，得到所述電抗器的有功功率，建立并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿時(shí)電抗器的基于有功功率的保護(hù)判斷方法；根據(jù)所述基于有功功率的保護(hù)判斷方法，判斷所述有功功率的正負(fù)，如果所述有功功率為負(fù)，則啟動(dòng)所述保護(hù)方法。本發(fā)明提供的方法，通過建立并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)電抗器的等效電路電源模型；獲取發(fā)生匝間擊穿的電抗器的相電壓、相電流和各相的相電壓與相電流之間的相位差，進(jìn)而計(jì)算得到有功功率，通過有功功率的正負(fù)，判斷是否啟動(dòng)保護(hù)方法；本發(fā)明提供的方法，基于有功功率的保護(hù)判斷方法，可以提高切除發(fā)生匝間擊穿故障的電抗器的速度，并可高效地、靈敏地對(duì)并聯(lián)干式空心電抗器的運(yùn)行起到保護(hù)作用，避免出現(xiàn)危險(xiǎn)事故，如起火等，以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例示出的基于有功功率的并聯(lián)干式空心電抗器的保護(hù)方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例示出的發(fā)生匝間擊穿故障的并聯(lián)干式空心電抗器的等效電路圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例示出的發(fā)生匝間擊穿故障的并聯(lián)干式空心電抗器中未發(fā)生匝間擊穿的完好匝對(duì)匝間擊穿短路匝的能量提供示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例示出的發(fā)生匝間擊穿故障后完好匝和短路匝之間電源和負(fù)載的等效電路圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例示出的BKDK-20000/35并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿放電時(shí)的有功功率情況示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于有功功率的并聯(lián)干式空心電抗器的保護(hù)方法，包括以下步驟：

S1、當(dāng)所述并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)，建立所述電抗器的等效電路電源模型；

S2、根據(jù)所述等效電路電源模型，對(duì)發(fā)生匝間擊穿的所述電抗器狀態(tài)進(jìn)行采樣，獲取所述發(fā)生匝間擊穿的電抗器的相電壓、相電流和各相的相電壓與相電流之間的相位差；

S3、根據(jù)所述相電壓、所述相電流和所述各相的相電壓與相電流之間的相位差，得到所述電抗器的有功功率，建立并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿時(shí)電抗器的基于有功功率的保護(hù)判斷方法；

S4、根據(jù)所述基于有功功率的保護(hù)判斷方法，判斷所述有功功率的正負(fù)，如果所述有功功率為負(fù)，則啟動(dòng)所述保護(hù)方法。

本發(fā)明實(shí)施例提供的針對(duì)并聯(lián)干式空心電抗器的保護(hù)方法，是基于電抗器的有功功率的方法，根據(jù)有功功率的正負(fù)判斷是否出現(xiàn)匝間擊穿故障，以高效地、靈敏地切除發(fā)生匝間擊穿故障的電抗器，對(duì)并聯(lián)干式空心電抗器的正常運(yùn)行起到保護(hù)作用。

具體地，在步驟S1中，當(dāng)所述并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)，建立所述電抗器的等效電路電源模型；

本實(shí)施例中以35kV的并聯(lián)干式空心電抗器為例進(jìn)行說明。

如圖2所示，當(dāng)35kV的并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)，第i支路第j匝發(fā)生短路，短路后電抗器未發(fā)生匝間短路的完好匝通過磁場對(duì)發(fā)生匝間短路的第i支路第j匝提供能量，如圖3所示，因此短路后電抗器未發(fā)生匝間短路的完好匝部分可以等效為一個(gè)電源，而第i支路第j匝等效為一個(gè)RL的負(fù)載，其中R是第i支路第j匝的電阻部分，L是第i支路第j匝的電感部分，如圖4所示。

根據(jù)上述關(guān)于當(dāng)并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)的分析，建立所述電抗器的等效電路電源模型。

其中，該等效電路電源模型為：將所述電抗器的未發(fā)生匝間擊穿的完好匝等效為一個(gè)電源；將所述電抗器的發(fā)生匝間擊穿的短路匝等效為一個(gè)負(fù)載；所述電源和所述負(fù)載之間通過磁場傳遞能量。

在步驟S2中，根據(jù)所述等效電路電源模型，對(duì)發(fā)生匝間擊穿的所述電抗器狀態(tài)進(jìn)行采樣，獲取所述發(fā)生匝間擊穿的電抗器的相電壓、相電流和各相的相電壓與相電流之間的相位差；

具體為：利用電壓互感器和具有三相的電流互感器對(duì)發(fā)生匝間擊穿的所述電抗器狀態(tài)進(jìn)行采樣，根據(jù)所述等效電路電源模型，采集作為所述負(fù)載的電抗器的相電壓、相電流和各相的相電壓與相電流之間的相位差。

當(dāng)并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿故障時(shí)，在現(xiàn)場中通過35kV母線的電壓互感器和安裝有A、B、C三相的電流互感器采集發(fā)生匝間短路的電抗器的相電壓、相電流及各相的相電壓與相電流之間的相位差。

在步驟S3中，根據(jù)所述相電壓、所述相電流和所述各相的相電壓與相電流之間的相位差，得到所述電抗器的有功功率，建立并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿時(shí)電抗器的基于有功功率的保護(hù)判斷方法；

具體為：根據(jù)所述相電壓、所述相電流和所述各相的相電壓與相電流之間的相位差，建立有功功率的計(jì)算式，通過計(jì)算得到所述電抗器的有功功率，建立并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿時(shí)電抗器的基于有功功率的保護(hù)判斷方法。

根據(jù)采集到的相電壓、相電流及各相的相電壓與相電流之間的相位差，建立有功功率的計(jì)算式，計(jì)算每相35kV并聯(lián)干式空心電抗器的有功功率P_i。

其中，有功功率的計(jì)算式為：

式中，P_i表示有功功率，U_i表示相電壓，I_i表示相電流，θ_i表示各相的電壓電流之間的相位差，表示未發(fā)生匝間擊穿的電抗器初次投入時(shí)各相的相電壓與相電流之間的相位差，也稱為相電壓與相電流之間的相位差設(shè)計(jì)初始值，i表示A、B、C三相。

根據(jù)上述有功功率的計(jì)算式，建立并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿時(shí)電抗器的基于有功功率的保護(hù)判斷方法。

其中，該基于有功功率的保護(hù)判斷方法具體為：

根據(jù)所述有功功率的計(jì)算值，判斷所述有功功率的計(jì)算值的正負(fù)；

如果所述有功功率的計(jì)算值為負(fù)，則發(fā)生匝間擊穿；

如果所述有功功率的計(jì)算值為正，則未發(fā)生匝間擊穿。

由于未發(fā)生任何短路故障的完好電抗器的有功功率部分必定是個(gè)正值，而發(fā)生匝間擊穿故障的電抗器，其未發(fā)生匝間短路的完好匝那一部分等效為一個(gè)電源，此時(shí)電源的有功功率部分必定是個(gè)負(fù)值，因此，通過判斷有功功率部分的正負(fù)號(hào)即可判斷是否發(fā)生匝間擊穿故障，以啟動(dòng)保護(hù)方法，切除發(fā)生故障的電抗器。

在步驟S4中，根據(jù)所述基于有功功率的保護(hù)判斷方法，判斷所述有功功率的正負(fù)，如果所述有功功率為負(fù)，則啟動(dòng)所述保護(hù)方法。

具體為：根據(jù)所述基于有功功率的保護(hù)判斷方法，判斷所述有功功率的正負(fù)；

如果所述有功功率為負(fù)值，則發(fā)生匝間擊穿，輸出一個(gè)邏輯值給所述電抗器的開關(guān)，觸發(fā)開關(guān)動(dòng)作，啟動(dòng)所述保護(hù)方法，切除所述發(fā)生匝間擊穿的電抗器；

如果所述有功功率為正值，則未發(fā)生匝間擊穿，不啟動(dòng)所述保護(hù)方法。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的基于有功功率的保護(hù)判斷方法，通過計(jì)算得到的有功功率，當(dāng)該有功功率為負(fù)值時(shí)，說明此時(shí)電抗器發(fā)生匝間擊穿故障，即該電抗器在對(duì)外提供能量，因此啟動(dòng)保護(hù)方法，即刻輸出一個(gè)邏輯值給電抗器的開關(guān)，控制該開關(guān)的關(guān)閉，進(jìn)而切除發(fā)生匝間擊穿故障的電抗器。

若計(jì)算的有功功率為正值，說明此時(shí)為發(fā)生匝間擊穿，則不啟動(dòng)保護(hù)方法。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于有功功率的并聯(lián)干式空心電抗器的保護(hù)方法，包括以下步驟：當(dāng)所述并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)，建立所述電抗器的等效電路電源模型；根據(jù)所述等效電路電源模型，對(duì)發(fā)生匝間擊穿的所述電抗器狀態(tài)進(jìn)行采樣，獲取所述發(fā)生匝間擊穿的電抗器的相電壓、相電流和各相的相電壓與相電流之間的相位差；根據(jù)所述相電壓、所述相電流和所述各相的相電壓與相電流之間的相位差，得到所述電抗器的有功功率，建立并聯(lián)干式空心電抗器匝間擊穿時(shí)電抗器的基于有功功率的保護(hù)判斷方法；根據(jù)所述基于有功功率的保護(hù)判斷方法，判斷所述有功功率的正負(fù)，如果所述有功功率為負(fù)，則啟動(dòng)所述保護(hù)方法。本發(fā)明提供的方法，通過建立并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)電抗器的等效電路電源模型；獲取發(fā)生匝間擊穿的電抗器的相電壓、相電流和各相的相電壓與相電流之間的相位差，進(jìn)而計(jì)算得到有功功率，通過有功功率的正負(fù)，判斷是否啟動(dòng)保護(hù)方法；本發(fā)明提供的方法，基于有功功率的保護(hù)判斷方法，可以提高切除發(fā)生匝間擊穿故障的電抗器的速度，并可高效地、靈敏地對(duì)并聯(lián)干式空心電抗器的運(yùn)行起到保護(hù)作用，避免出現(xiàn)危險(xiǎn)事故，如起火等，以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

如圖5所示，以BKDK-20000/35并聯(lián)干式空心電抗器為例進(jìn)行說明。

S1、建立并聯(lián)干式空心電抗器發(fā)生匝間擊穿時(shí)電抗器的等效電路電源模型；

S2、通過現(xiàn)場35kV母線的電壓互感器和安裝A、B、C三相的電流互感器采集發(fā)生匝間短路的電抗器的相電壓、相電流及各相的相電壓與相電流之間的相位差；

S3、根據(jù)相電壓、相電流及各相的相電壓與相電流之間的相位差，計(jì)算每相35kV并聯(lián)干式空心電抗器的有功功率，并建立基于有功功率的保護(hù)判斷方法；

S4、根據(jù)基于有功功率的保護(hù)判斷方法，判斷有功功率是否為負(fù)數(shù)，若為負(fù)數(shù)，則說明此時(shí)發(fā)生匝間擊穿故障，此時(shí)35kV并聯(lián)干式空心電抗器可以等效為一個(gè)電源和一個(gè)RL的負(fù)載，即說明電抗器在對(duì)外提供能量，進(jìn)而觸發(fā)保護(hù)方法以切除故障電抗器。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。