基於短時開放保護的變壓器死區故障繼電保護方法

2023-04-23 23:49:46

基於短時開放保護的變壓器死區故障繼電保護方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於短時開放保護的變壓器死區故障繼電保護方法。該方法在變壓器某側死區故障的跳閘控制中，設定以下條件：條件一，變壓器該側後備保護跳閘出口繼電器處於動作狀態或其他電氣量保護跳閘出口繼電器處於動作狀態；條件二，當條件一滿足時，啟動一次脈衝T時間開放保護；條件三，變壓器該側A相或B相或C相電流達到啟動值，或零序電流或負序電流達到啟動值。當上述條件滿足時，延時後啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器；當上述任一條件不滿足時或開放保護滿時間T後，0s返回，斷開啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路。本發明動作原理簡單、可靠性高、能夠快速切除變壓器各側各種電壓等級死區故障。
【專利說明】基於短時開放保護的變壓器死區故障繼電保護方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力輸配電網絡的控制技術，涉及一種基於短時開放保護的變壓器死區故障繼電保護方法。
【背景技術】
[0002]GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》規定，變壓器應裝設縱聯差動保護作為主保護和反應外部相間短路和接地短路引起變壓器過電流的後備保護等電氣量保護，其中反應相間短路的後備保護有複合電壓過電流保護、相間阻抗保護，反應接地短路的後備保護有零序電流保護、接地阻抗保護。這些後備保護根據不同電壓等級的變壓器和各側電壓等級不同，裝設不同的後備保護，並且一般在變壓器各側均裝設反應外部相間短路和接地短路的後備保護。220kV及以上變壓器保護配置情況在Q / GDW_175《變壓器、高壓並聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規範》有具體規定；I IOkV及以下變壓器保護配置主要在各側裝設兩段反應相間短路的複合電壓過電流保護(若IlOkV中性點一般不接地時，則配置了零序電流保護也一般不用，只使用IlOkV中性點間隙保護；若IlOkV中性點一般接地時，則配置了零序電流保護使用，IlOkV中性點間隙保護停用)。
[0003]所謂變壓器死區故障係指發生在變壓器某一側的斷路器與該側變壓器差動保護使用的電流互感器(以下簡稱TA)之間的短路故障(見圖2)。由於該故障在變壓器縱聯差動保護保護範圍之外，雖然故障側的後備保護或其它保護(如母線保護)動作，跳開變壓器該側斷路器，但故障仍然存在，只有靠變壓器電源側後備保護動作或採用本側後備保護動作聯跳變壓器總出口迴路跳開變壓器電源側斷路器才能最終切除故障，此種情況切除故障時間一般較長；若變壓器為高阻抗變壓器，變壓器電源側後備保護可能由於短路電流達不到啟動定值而不能動作切除故障，只有等到變壓器燒到使短路電流達到並超過該後備保護啟動值才能夠使變壓器電源側後備保護動作切除故障為止。雖然發明專利ZL200810201305.3 「消除變壓器死區故障的繼電保護方法」中提出了判斷死區故障後聯跳變壓器其他側斷路器的方案，但切除故障時間仍稍長，且只適應IlOkV變壓器。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的問題是，提供一種能夠應用於輸配電網絡為各種電壓等級變電所變壓器保護裝置，動作原理簡單、可靠性高、快速切除變壓器各側各種電壓等級死區故障的繼電保護方法。
[0005]下面給出本發明方法的技術方案。
[0006]在本發明的方法所應用的輸配電網絡的變電所為各種電壓等級的兩繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器或其他變壓器的保護裝置；理論上說，變壓器有幾個運行電壓等級通過斷路器間隔設備(由隔離開關、斷路器、電流互感器等設備組成)與外電路設備相連，就有幾個變壓器死區故障位置，即有2個運行電壓等級通過斷路器間隔設備與外電路設備相連，只要變壓器某一側斷路器兩旁僅有變壓器這一側有電流互感器(簡稱TA)，而母線側沒有TA，就有幾個變壓器死區故障位置(若斷路器兩側均有TA，則該斷路器迴路就沒有死區故障位置)；有3個運行電壓等級通過斷路器間隔設備與外電路設備相連，就至少有3個變壓器死區故障位置(I個運行電壓等級若有2個斷路器間隔設備，則該運行電壓等級側為2個變壓器死區故障位置)。
[0007]為敘述方便，以變壓器其中一個運行電壓等級的斷路器間隔設備發生變壓器死區故障，來描述快速啟動切除該故障的方法，其它電壓等級的變壓器、以及變壓器為兩繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器或其他變壓器，或變壓器各側由其它電壓等級的組合，其方法類似，不再煩述。該斷路器間隔設備由隔離開關、斷路器、TA等設備組成，TA分別有幾組二次繞組，這幾組二次繞組從母線側向變壓器側分別接入變壓器差動保護(後備保護)、母線差動保護、測量計量等二次設備。變壓器套管處還裝設了套管TA。IlOkV及以下變壓器各側後備保護使用的TA是與變壓器差動保護分開的，使用的TA是不同的TA (比如差動保護使用斷路器處TA，而後備保護使用套管TA)，或是TA的不同的二次繞組。其控制方法包括以下控制過程:
[0008]在變壓器某側死區故障的跳閘控制中，設定以下條件:
[0009]條件一，變壓器該側後備保護跳閘出口繼電器處於動作狀態或其他電氣量保護(比如該側母線差動保護)跳閘出口繼電器處於動作狀態；
[0010]條件二，當條件一滿足時，啟動一次脈衝T時間開放保護(即只開放保護T時間；τ可取300ms,下同)。
[0011]條件三,變壓器該側A相或B相或C相電流Ipmax達到啟動值,或零序電流1或負序電流12達到啟動值，即≥整定值。
[0012]當上述條件滿足時，延時tl (如150ms)後啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，從而達到快速切除這種變壓器死區故障；當上述任一條件不滿足時或開放保護滿時間T後，Os返回，斷開啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路。
[0013]判斷變壓器該側A相或B相或C相還有電流，可採集變壓器該側差動保護TA電流，該電流定值可按躲過變壓器該側最大負荷電流整定；當變壓器該側為有效接地系統時，零序電流或負序電流定值可按變壓器該側母線接地故障有足夠的靈敏度整定(靈敏係數可取≥3)。
[0014]當變壓器某一側電壓等級為35kV及以下系統時，該系統一般為不接地系統或經消弧線圈接地系統，則變壓器該側零序電流判據可不用。若為電阻接地系統，則變壓器該側零序電流判據可使用。
[0015]本發明與現有切除變壓器死區故障的方法相比，具有如下優點:
[0016]1.適用於輸配電網絡的變電所為各種電壓等級的兩繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器等變壓器保護裝置的技術方案。
[0017]2.該方法判斷死區故障後採用延時150ms後就直接啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，判據簡單實用，達到了快速切除該死區故障的目的；
[0018]3.由於判據中沒有加入斷路器分閘位置接點，對於變電所某側母線故障，母線保護動作或變壓器故障側後備保護動作，但變壓器故障側斷路器拒絕動作(斷路器失靈)，本發明方案也能在判斷斷路器拒動後延時150ms後就直接啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，從而快速切除這種故障。
[0019]4.增加了短時間開放保護的T時間迴路，增強了該變壓器死區故障保護的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明方法的變壓器某一側死區故障啟動變壓器保護總出口繼電器的邏輯圖；
[0021]圖2是現有220kV變電所部分一次主接線圖。
[0022]圖1中符號說明如下:
[0023]& -表不邏輯與關係，即輸入條件全部滿足時,輸出有效；
[0024]SI 表不邏輯或關係，即輸入條件任一滿足時，輸出有效；
[0025]—表示輸入條件滿足延時150毫秒，輸入條件不滿足O秒返回;
[0026]I=L]-表示300ms脈衝輸出。
【具體實施方式】
[0027]以220kV變電所一臺220kV自耦變壓器保護為例，來描述變壓器死區故障快速啟動切除該故障的方法，其它電壓等級的變壓器、以及變壓器為兩繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器或其他變壓器，或變壓器各側由其它電壓等級的組合，其方法類似，不再煩述。如圖2所示，為220kV變電所部分一次主接線圖，一臺220kV自耦變壓器，變壓器裝設有高壓側斷路器1QF、中壓側斷路器2QF、低壓側斷路器3QF ;高壓側斷路器IQF處、中壓側斷路器2QF處、低壓側斷路器3QF處分別裝設有一組獨立的TA，TA分別有幾組二次繞組，變壓器高壓側、中壓側及中性點處還裝設了套管TA。220kV變壓器各側TA配置如圖2所示，其中變壓器高壓側(220kV)斷路器處TA 二次繞組由母線側向變壓器側分別接有第一套變壓器縱聯差動和後備保護、第二套變壓器縱聯差動和後備保護(220kV變壓器保護一般採用主保護和後備保護一體化配置，即主保護和後備保護各側公用同一組TA 二次繞組、電壓互感器二次繞組，並主保護和後備保護所有硬體設備和軟體為在同一機箱內)、第一套220kV母線差動保護、第二套220kV母線差動保護(按Q / GDW_175《變壓器、高壓並聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規範》設計的變壓器保護沒有設置專門的斷路器失靈電流迴路，由母線差動保護實現；否則有設置專門的斷路器失靈電流迴路)、計量、測量；變壓器中壓側(IlOkV)斷路器處TA 二次繞組由母線側向變壓器側分別接有第一套變壓器縱聯差動和後備保護、第二套變壓器縱聯差動和後備保護、IlOkV母線差動保護、計量、測量；變壓器低壓側(35kV或IOkV等)斷路器處TA 二次繞組由母線側向變壓器側分別接有第一套變壓器縱聯差動和後備保護、第二套變壓器縱聯差動和後備保護(母線保護)、故障錄波、計量、測量等。
[0028]下面給出本發明方法應用於變壓器死區故障快速切除該故障的實施例:[0029]1、變壓器高壓側死區故障快速切除方法
[0030](I)當變壓器高壓側斷路器IQF與變壓器差動保護使用的高壓側TA (即高壓側斷路器處的TA)之間發生相間短路或接地故障時，故障在變壓器縱聯差動保護範圍之外，但在第一套220kV母線差動保護、第二套220kV母線差動保護保護範圍之內，第一套220kV母線差動保護、第二套220kV母線差動保護啟動跳開該故障母線所有開關(含變壓器高壓側斷路器1QF)。若變壓器其它側有電源，雖然斷路器IQF已跳開，但故障沒有切除，故障相仍有電流或零序電流或負序電流超過整定值，故第一套220kV母線差動保護、第二套220kV母線差動保護仍然動作沒有返回(或變壓器高壓側後備保護啟動延時時間到後備保護仍然動作沒有返回)，啟動開放保護300ms迴路，故判斷死區故障的三個條件滿足，延時tl為150ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。
[0031](2)當變壓器高壓側斷路器IQF已在分閘位置發生上述變壓器高壓側死區故障，故障在變壓器縱聯差動保護範圍之外，但在第一套220kV母線差動保護、第二套220kV母線差動保護保護範圍之內，第一套220kV母線差動保護、第二套220kV母線差動保護啟動跳開該故障母線所有開關。若變壓器其它側有電源，雖然斷路器IQF已在分閘位置，但故障相有短路電流或零序電流或負序電流超過整定值，第一套220kV母線差動保護、第二套220kV母線差動保護動作或變壓器高壓側後備保護啟動延時時間到動作，啟動開放保護300ms迴路，故判斷死區故障的三個條件滿足，延時tl為150ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。
[0032](3)若為220kV母線故障，雖然兩套220kV母線差動保護動作，兩套220kV母線差動保護啟動跳開該故障母線其它所有開關，但變壓器高壓側斷路器IQF拒絕動作，若變壓器其它側有電源，則故障沒有切除，故障相仍有電流或零序電流或負序電流超過整定值，故第一套220kV母線差動保護、第二套220kV母線差動保護仍然動作沒有返回(或變壓器高壓側後備保護啟動延時時間到後備保護仍然動作沒有返回)，啟動開放保護300ms迴路，故判斷死區故障的三個條件滿足，延時tl為150ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。
[0033](4)如果該變電所變壓器其它側沒有電源，則變壓器故障側沒有故障電流流過，故判斷死區故障的兩個條件不滿足，就不會啟動啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路跳變壓器的各側斷路器。若220kV母線差動保護或變壓器高壓側後備保護一直動作不返回，則300ms後閉鎖變壓器死區保護，並發告警信號。
[0034]2、變壓器中壓側死區故障快速切除方法
[0035](I)當變壓器中壓側斷路器2QF與變壓器差動保護使用的中壓側TA (即中壓側斷路器處的TA)之間當變壓器壓側斷路器2QF與壓側斷路器TA之間發生相間短路或接地故障時，故障在變壓器縱聯差動保護範圍之外，但在IlOkV母線差動保護的保護範圍之內，IlOkV母線差動保護啟動跳開該故障母線所有開關(含變壓器中壓側斷路器2QF)，雖然斷路器2QF已跳開，但故障沒有切除，故障相仍有電流或零序電流或負序電流超過整定值，故IlOkV母線差動保護仍然動作沒有返回(或變壓器高壓側後備保護啟動延時時間到後備保護仍然動作沒有返回)，啟動開放保護300ms迴路，故判斷死區故障的三個條件滿足，延時tl為150ms後，或中壓側斷路器2QF已經在分閘位置,延時t2為120ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。[0036](2)當變壓器中壓側斷路器2QF已在分閘位置發生上述變壓器中壓側死區故障，故障在變壓器縱聯差動保護範圍之外，但在IIOkV母線差動保護保護範圍之內，IlOkV母線差動保護啟動跳開該故障母線所有開關。雖然斷路器2QF已在分閘位置，但故障相有短路電流或零序電流或負序電流超過整定值，IlOkV母線差動保護動作或變壓器高壓側後備保護啟動延時時間到動作，故判斷死區故障的兩個條件滿足，延時150ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。
[0037](3)若為IlOkV母線故障，雖然IlOkV母線差動保護動作，IlOkV母線差動保護啟動跳開該故障母線其它所有開關，但變壓器中壓側斷路器2QF拒動，但故障沒有切除，故障相仍有電流或零序電流或負序電流超過整定值，故IlOkV母線差動保護仍然動作沒有返回(或變壓器中壓側後備保護啟動延時時間到後備保護仍然動作沒有返回)，啟動開放保護300ms迴路，故判斷死區故障的三個條件滿足，延時tl為150ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。
[0038](4)若I IOkV母線差動保護或變壓器高壓側後備保護一直動作不返回，則300ms後閉鎖變壓器死區保護，並發告警信號。
[0039]3、變壓器低壓側死區故障快速切除方法
[0040](I)變壓器低壓側電壓等級一般為35kV及以下系統，該系統一般為不接地系統或經消弧線圈接地系統或經電阻接地系統，一般不裝設專門的母線差動保護，由其中的一套變壓器低壓側後備保護作為母線護。當變壓器低壓側斷路器3QF與變壓器差動保護使用的低壓側TA (即低壓側斷路器處的TA)之間發生相間短路或接地故障(經電阻接地系統時)時，故障在變壓器縱聯差動保護範圍之外，但在變壓器低壓側後備保護的保護範圍之內，變壓器低壓側後備保護啟動跳開變壓器低壓側斷路器3QF。雖然斷路器3QF已跳開，但故障沒有切除，故障相仍有電流或負序電流或零序電流超過整定值(經電阻接地系統時)，故低壓母線差動保護仍然動作沒有返回(或變壓器低壓側後備保護(當沒有母線保護時，由其中的一套低壓側後備保護作為母線保護)啟動延時時間到後備保護仍然動作沒有返回)，啟動開放保護300ms迴路，故判斷死區故障的三個條件滿足，延時tl為150ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。
[0041](2)當變壓器低壓側斷路器3QF已在分閘位置發生上述低壓側死區故障時，故障在變壓器縱聯差動保護範圍之外，但在變壓器低壓側後備保護的保護範圍之內，變壓器低壓側後備保護啟動；雖然斷路器3QF已在分閘位置，但故障相仍有電流或負序電流或零序電流超過整定值(經電阻接地系統時)，當低壓母線差動保護動作或變壓器低壓側後備保護(當沒有母線保護時，由其中的一套低壓側後備保護作為母線保護)啟動延時時間動作，啟動開放保護300ms迴路，故判斷死區故障的三個條件滿足，延時tl為150ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。
[0042](3)若為低壓母線故障，雖然變壓器低壓側後備保護動作，但變壓器低壓側斷路器2QF拒動，所以故障沒有切除，故障相仍有電流或負序電流超過整定值，低壓母線差動保護仍然動作沒有返回(或變壓器低壓側後備保護啟動延時時間到後備保護仍然動作沒有返回)，啟動開放保護300ms迴路，故判斷死區故障的三個條件滿足，延時tl為150ms後，啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器，切除了該故障。
[0043](4)若變壓器低壓側後備保護一直動作不返回，則300ms後閉鎖變壓器死區保護，並發告警信號。
[0044]4、其它變壓器死區故障快速切除方法
[0045]變壓器某一側電壓等級為35kV及以下系統時，該系統一般為不接地系統或經消弧線圈接地系統或經電阻接地系統，則變壓器該側死區故障快速切除方法可參照220kV變壓器低壓側死區故障快速切除方法。
[0046]變壓器某一側電壓等級為I IOkV或220kV及以上系統時該系統一般為有效接地系統，則變壓器該側死區故障快速切除方法可參照220kV變壓器高壓側或中壓側死區故障快速切除方法。
[0047]當變壓器為兩繞組變壓器時，相當於上述三繞組變壓器少了一側，只需考慮變壓器兩側死區故障快速切除方法就可以了。
【權利要求】
1.一種基於短時開放保護的變壓器死區故障繼電保護方法，其特徵是:其控制方法包括以下控制過程， 在變壓器某側死區故障的跳閘控制中，設定以下條件: 條件一，變壓器該側後備保護跳閘出口繼電器處於動作狀態或其他電氣量保護跳閘出口繼電器處於動作狀態； 條件二，當條件一滿足時，啟動一次脈衝T時間開放保護； 條件三，變壓器該側A相或B相或C相電流Ipmax達到啟動值,或零序電流1或負序電流I2達到啟動值，即 > 整定值； 當上述條件滿足時，延時tl後啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路，啟動跳開變壓器的各側斷路器；當上述任一條件不滿足時或開放保護滿時間T後，Os返回，斷開啟動變壓器差動保護跳閘總出口迴路。
【文檔編號】H02H7/045GK103633621SQ201310641655
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】湯大海, 易新, 潘書燕, 秦自立 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司鎮江供電公司, 國電南瑞科技股份有限公司