一種變壓器死區故障保護方法及斷路器失靈保護方法與流程
2023-04-23 03:20:46
本發明屬於電力系統繼電保護技術領域，特別涉及一種變壓器死區故障保護方法及斷路器失靈保護方法。
背景技術：
近年來，隨著我國堅強智能電網的深入，電力需求的不斷增加，電網架構日益複雜，而變壓器是發電廠、變電站中的主設備，變壓器的電壓等級越高、容量越大代表著它在系統中的重要性越大，在電網容量進一步增大，大容量變壓器不斷增多的情況下，電網會發生死區故障或斷路器失靈的情況，如果不及時將故障點隔離，將會造成變壓器燒壞，還有可能帶來較大的停電損失。
以變壓器35kV和10kV側為例，由於變壓器35kV和10kV側母線通常不配置母線差動保護，當變壓器35kV和10kV側出現死區故障或斷路器失靈時只能由變壓器後備保護動作切除故障。本側後備保護T1時限跳變壓器本側斷路器後，如果故障沒有切除，再通過T2時限跳變壓器各側斷路器，T1和T2兩個時限的時間差通常整定為0.3s～0.5s。而變壓器其它側後備保護動作時間需要跟本側後備保護動作時間配合，將故障點完全隔離，保護動作時間更長。因此，解決死區故障及斷路器失靈時，變壓器後備保護切除故障的時間過長，可能造成變壓器損壞，帶來較大的停電損失，從而影響變電站的安全穩定運行。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種變壓器死區故障保護方法，用於解決在變壓器死區故障及斷路器失靈時後備保護切除故障時間過長造成變壓器損壞的問題；同時還提供了一種斷路器失靈保護方法，用於解決在斷路器失靈時不能將故障點完全隔離的問題。
為實現上述目的，本發明的一種變壓器死區故障保護方法的技術方案如下：
方法方案一，包括如下步驟：
1)變壓器本側後備保護動作跳本側斷路器，並按設定時間開始延時；
2)實時採樣計算變壓器本側各相的電流幅值；
3)若本側變壓器任一相電流幅值大於設定的電流閾值，且延時大於設定的時間閾值，則跳變壓器其他側斷路器，否則退出變壓器死區故障保護。
方法方案二，在方法方案一的基礎上，所述實時採樣計算的本側變壓器各相的電流幅值是採用全周傅立葉算法計算變壓器本側電流幅值和/或採用全周差分傅立葉算法計算變壓器本側電流幅值。
方法方案三，在方法方案二的基礎上，本側變壓器任一相電流幅值大於設定的電流閾值是採用全周傅立葉算法計算的本側變壓器任一相電流幅值大於設定的變壓器本側過電流保護定值；採用全周差分傅立葉算法計算的本側變壓器電流幅值大於設定倍數的變壓器CT二次電流額定值。
方法方案四，在方法方案一的基礎上，所述設定的時間閾值不小於本側變壓器斷路器跳閘完成所需的最長時間。
方法方案五，在方法方案三的基礎上，採用全周差分傅立葉算法計算電流幅值時，將變壓器本側三相電流進行微分，微分方程為：
ΔiK＝iK-iK-1
其中，iK為當前點採樣值、iK-1為前一點採樣值，ΔiK為微分後的電流採樣值。
本發明的有益效果是：
本發明提供的變壓器死區故障保護方法，通過變壓器本側後備保護動作跳本側斷路器後，並按設定的時間延時，若採樣計算的變壓器本側電流大於設定的電流閾值且延時不小於本側變壓器斷路器跳閘完成所需的最長時間，則跳開變壓器其他側斷路器，儘可能快的將故障點切除，本發明的方法切除變壓器本側斷路器及切除變壓器其他側斷路器，動作連貫，切除間隔小，對系統和設備的衝擊比較小，避免了現有技術中變壓器後備保護切除時間過長造成變壓器損壞，保證了變電站的安全穩定運行。
此外，對本側變壓器電流幅值大小和跳本側變壓器後的延時時間進行判斷，提高了對變壓器死區故障判定的準確性。
本發明還提供了一種斷路器失靈保護方法，包括五個方法方案：
方法方案一，包括如下步驟：
1)變壓器本側後備保護動作跳本側斷路器，並按設定時間開始延時；
2)實時採樣計算變壓器本側各相的電流幅值；
3)若本側變壓器任一相電流幅值大於設定的電流幅值閾值，且延時大於設定的時間閾值，則跳變壓器其他側斷路器，否則退出斷路器失靈保護；
4)判斷變壓器本側斷路器是否斷開，當變壓器本側斷路器位置為合閘位置時，聯跳變壓器本側母線上其他電源。
方法方案二，在方法方案一的基礎上，利用斷路器三相輔助觸點串聯的開入信號判斷斷路器是否斷開。
方法方案三，在方法方案一的基礎上，所述實時採樣計算的本側變壓器各相的電流幅值是採用全周傅立葉算法計算變壓器本側電流幅值和/或採用全周差分傅立葉算法計算變壓器本側電流幅值。
方法方案四，在方法方案三的基礎上，本側變壓器任一相電流幅值大於設定的電流閾值是採用全周傅立葉算法計算的本側變壓器任一相電流幅值大於設定的變壓器本側過電流保護定值；採用全周差分傅立葉算法計算的本側變壓器電流幅值大於設定倍數的變壓器CT二次電流額定值。
方法方案五，在方法方案一的基礎上，所述設定的時間閾值不小於本側變壓器斷路器跳閘完成所需的最長時間。
本發明的有益效果是：
本發明提供的斷路器失靈保護方法，當斷路器接收到斷開信號後，判斷本側斷路器仍處於合閘位置，則斷路器失靈，此時，聯跳變壓器本側母線上的其他電源，將故障點完全隔離，避免發生死區故障時，造成變壓器的損壞，本發明的方法提高了系統和設備的安全可靠性，而且對本側變壓器電流幅值大小和跳本側變壓器後的延時時間進行判斷，提高了對斷路器失靈判定的準確性。
附圖說明
圖1為110KV變壓器主接線示意圖；
圖2為變壓器死區故障及斷路器失靈保護方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明：
變壓器死區故障及斷路器失靈保護方法主要應用於智能電網的變壓器保護裝置或站域保護裝置中，以110KV變壓器為例，正常運行時變壓器高壓側、中壓側和低壓側斷路器合閘，高壓側、中壓側、低壓側電流互感器分別為CT1、CT2、CT3，高壓側、中壓側、低壓側斷路器分別為DL1、DL2、DL3，主接線示意圖如圖1所示。例如，當圖1中的f1點或f2點發生死區故障時，變壓器本側後備保護動作跳開本側斷路器DL2或DL3時，本側CT2或CT3仍有故障電流，故障點不能完全隔離，則需要跳開變壓器其他側斷路器CT1和CT3或跳開變壓器其他側斷路器CT1或CT2，另外，如果本側斷路器跳閘時失靈，當本側母線上有其他電源時還不能隔離故障點，需要聯跳變壓器本側母線上的其他電源。
本發明的一種變壓器死區故障保護方法的實施例：
一種變壓器死區故障保護方法，該方法包括如下步驟：
(1)變壓器本側後備保護動作跳本側斷路器，並記錄本側後備保護動作跳本側斷路器的時刻T0。
(2)變壓器本側電流啟動判別，計算變壓器本側的電流幅值，任一相電流大於設定的電流閾值時啟動，判別方程為：
其中，I全周為採用全周傅立葉算法計算的本側電流幅值，I全周差分為採用全周差分傅立葉算法計算的本側電流幅值，Iset為本側過流保護電流定值，IN為變壓器CT二次電流額定值(1A或5A)。
(3)計算當前時刻與本側後備保護動作跳本側斷路器時刻之間的差ΔT，判別方程為：
ΔT＝T1–T0
其中，T1為當前時刻的時間。
(4)判斷變壓器死區故障否滿足動作條件，動作方程為：
ΔT＞TSET
其中，TSET為變壓器死區故障保護延時閾值，變壓器死區故障保護延時門檻值需要躲過本側斷路器跳開的最長時間，取值範圍為150ms～200ms。
(5)若滿足上述動作條件，則判斷為發生變壓器死區故障，此時跳開變壓器其它側斷路器，隔離故障點。
步驟(1)、步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)、步驟(5)中任一步驟不滿足時，退出變壓器死區故障及斷路器失靈保護判別。對於步驟(2)，若採樣計算變壓器本側電流不大於設定的電流閾值，退出變壓器死區故障保護，若採樣計算變壓器本側電流開始時刻大於設定的電流閾值，中間時刻小於設定的電流閾值，退出變壓器死區故障保護。
步驟(2)中採用全周傅立葉算法計算電流幅值時每周波採樣24點，全周差分傅立葉算法計算電流幅值時需要將本側三相電流進行微分，以防止CT拖尾造成保護誤動作，微分方程為：
ΔiK＝iK-iK-1
其中，iK為當前點採樣值、iK-1為前一點採樣值，ΔiK為微分後的電流採樣值。
一種斷路器失靈保護方法的實施例：
一種斷路器失靈保護方法，該方法包括如下步驟：
1)變壓器本側後備保護動作跳本側斷路器，並記錄本側後備保護動作跳本側斷路器的時刻T0。
2)本側電流啟動判別，計算變壓器本側的電流幅值，任一相電流大於設定的電流閾值時啟動，判別方程為：
其中，I全周為採用全周傅立葉算法計算的本側電流幅值，I全周差分為採用全周差分傅立葉算法計算的本側電流幅值，Iset為本側過流保護電流定值，IN為變壓器CT二次電流額定值(1A或5A)。
3)計算當前時刻與本側後備保護動作跳本側斷路器時刻之間的差ΔT，判別方程為：
ΔT＝T1–T0
其中，T1為當前時刻的時間。
4)判斷斷路器失靈否滿足動作條件，動作方程為：
ΔT＞TSET
其中，TSET為斷路器失靈保護延時閾值，斷路器失靈保護延時門檻值需要躲過本側斷路器跳開的最長時間，取值範圍為150ms～200ms。
5)若滿足上述動作條件，則判斷為斷路器失靈，此時跳開變壓器其它側斷路器，隔離故障點。
6)判斷變壓器本側斷路器是否跳開，當變壓器本側斷路器位置為合閘位置時聯跳變壓器本側母線上其它電源，完全隔離故障點。
所述步驟1)、步驟2)、步驟3)、步驟4)、步驟5)中任一步驟不滿足時，退出變壓器死區故障及斷路器失靈保護判別。
所述步驟2)中採用全周傅立葉算法計算電流幅值時每周波採樣24點，全周差分傅立葉算法計算電流幅值時需要將本側三相電流進行微分，以防止CT拖尾造成保護誤動作，微分方程為：
ΔiK＝iK-iK-1
其中，iK為當前點採樣值、iK-1為前一點採樣值，ΔiK為微分後的電流採樣值。
步驟6)中，利用斷路器三相輔助觸點串聯的開入信號判斷斷路器是否斷開，為了防止斷路器失靈時本側母線有上其它電源，當本側斷路器位置為合閘位置時需要聯跳變壓器本側母線上其它電源以隔離故障點。
步驟6)中引入本側斷路器的跳閘位置(三相串聯)和合閘位置(三相併聯)開入信號對斷路器位置進行判別，並對位置信號進行校驗，當跳閘位置和合閘位置同時存在或同時消失時發位置不一致告警信號。
該方法是按變壓器分側配置，變壓器各側死區故障及斷路器失靈保護功能相互獨立。
步驟(2)和步驟2)中採用全周傅立葉算法和全周差分傅立葉算法計算變壓器本側電流幅值，當採用兩種算法計算的幅值同時大於設定的電流幅值閾值時，判斷為變壓器死區故障或斷路器失靈，作為其他實施方式，也可以只採用其中一種算法計算變壓器本側的電流幅值，當其中一種算法的電流幅值大於設定的對應的電流閾幅值值時，判斷為變壓器死區故障或斷路器失靈。
以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限於以上所描述的實施方式。本發明的基本思路在於上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數並不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護範圍內。