基于突变量采样值可变窗长积分的变压器差动保护方法

摘要

本发明涉及一种基于突变量采样值可变窗长积分的变压器差动保护方法，通过变压器各侧电流互感器获取各侧电流采样值，将变压器其它各侧电流归算到高压侧，计算得到差动电流采样值、差动电流突变量，使用差动电流突变量判别是否保护启动，计算差动电流突变量采样值积分，判断差动电流突变量采样值积分是否满足条件，进行确认计数N1累加，判断累加后的N1是否满足条件。本发明提高了差动保护动作速度，差动保护实现了反时限特性，减少了数据缓存和资源占用，运算效率高，在装置中易于实现。

说明书

技术领域

本发明属于电力变压器自动化管理技术领域，具体涉及一种基于突变量采样值可变窗长积分的变压器差动保护方法。

背景技术

电力变压器作为电力系统的重要设备，当其发生故障时，将会给供电系统的正常供电及设备安全带来严重的影响，因此必须在变压器中设置保护装置对其进行继电保护。

变压器的主保护一般是纵差差动保护，由于纵差差动保护需要识别变压器的励磁涌流和过励磁运行状态，当变压器内部发生严重故障时，不能够快速切除故障，对电力系统的稳定运行带来严重危害，所以需配置差动速断保护，用来快速切除变压器严重的内部故障。目前变压器差动速断保护，通常采用电流全周差分傅氏、小矢量算法等保护算法，该种算法均需要满足一定长度的数据窗才能进行计算判别，且由于定值固定，保护动作时间基本与故障严重程度无关，不利于降低大电流故障时对变压器的冲击。

因此，需要提供一种更快速的保护算法能在严重故障时快速切除故障，减轻对变压器的冲击。

发明内容

针对常规的稳态量差动保护在变压器发生严重区内故障时仍需等数据满窗、动作速度慢且动作时间基本与故障严重程度无关的问题，本发明提出了突变量采样值可变窗长积分的差动保护方法，该方法所用保护数据视故障严重程度采用可变窗长，采用突变量采样值的差流积分，利用积分函数的单调递增特性，保护数据不需固定数据窗长，实时计算差流并与动作值进行比较，固定动作值情况下，故障电流越大、所用数据窗长越短，从而实现保护的快速动作，通过预设的定值序列实现故障电流越大保护动作速度越快的反时限动作时间特性。本发明所采用的技术方案如下：

基于突变量采样值可变窗长积分的变压器差动保护方法，包括以下步骤：

步骤1、通过变压器各侧电流互感器采集变压器各侧的电流，获取各侧电流采样值；

步骤2、将变压器其它各侧电流归算到高压侧；

步骤3、使用幅值及相位调整后的电流值进行计算得到差动电流采样值，进而计算获得差动电流突变量；

步骤4、使用差动电流突变量判别是否保护启动，如果是、转步骤5，如果否、转步骤1；

步骤5、计算差动电流突变量采样值积分△i∑(k)；

步骤6、判断差动电流突变量采样值积分是否满足经确认计数N₁后变压器突变量采样值差动保护动作的动作方程1：△i∑(k)>C₁*Isd、且无保护闭锁条件，如果是、转步骤7，如果否、确认计数N₁清零、转步骤5；

步骤7、进行确认计数N₁累加；

步骤8、判断累加后的N₁是否满足动作方程2：N₁>C₂，若是、则输出动作标志，若否、转步骤5。

优选地，步骤2所述的将变压器其它各侧电流归算到高压侧的具体步骤如下：

计算变压器各侧二次额定电流

以高压侧为基准，计算变压器中、低压侧平衡系数：

K_M＝I_eH/I_eM；

K_L＝I_eH/I_eL；

将其他侧各相电流与相应的平衡系数相乘，即得幅值补偿后的各相电流；

根据变压器的初始参数，对所述变压器的星侧和角侧进行星转角相位补偿。

优选地，所述的对所述变压器的星侧进行星转角相位补偿的具体步骤如下：

变压器各侧二次电流相位由软件自动校正，以Y0/△-11变压器为例，其校正方法如下：

Y侧：

△侧：依据是否需要虑零使用原值电流或滤除零流后的相电流。

优选地，步骤3所述的计算得到差动电流采样值、获得差动电流突变量的具体步骤如下：

计算获得变压器在k时刻的采样值差动电流i(k)：

计算获得变压器在k时刻的突变量采样值差动电流△i(k)：△i(k)＝(i(k)-i(k-N))-(i(k-N)-i(k-2N))。

优选地，步骤5所述的计算差动电流突变量采样值积分△i∑(k)的具体方法如下：

△i∑(k)＝∑|△i(k+n-1)-△i(k+n-2)|*ρ。

本发明相对于传统的全周或半周运算的差动保护具有以下有益效果：

1)提高差动保护动作速度：通过该方法计算的差动电流，由于采用积分运算，且利用其函数单调递增特性，采用的数据窗可变，变压器发生严重内部故障时，数据窗不满半周即可快速动作。

2)差动保护实现反时限特性：利用积分函数的单调递增特性，故障电流越大，积分结果越大，固定定值情况下，动作速度越快，具有反时限的动作时间特性。通过预设定值序列，不同定值门槛增加相应确认计数，保证保护动作可靠性。在发生严重故障时，故障电流越大，差流积分越快达到定值，从而快速动作切除故障，从而实现动作时间反时限特性。

3)减少数据缓存和资源占用：该方法使用突变量采样值的差流进行积分运算，直接使用实时采样数据进行差流积分运算，不需额外占用装置资源，运算效率高，在装置中易于实现。

附图说明

图1是变压器保护典型的差动保护动作曲线的示意图；

图2是突变量差动保护实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示，是变压器保护典型的差动保护动作曲线的示意图。图中Id为差动电流，Iqd为差动启动整定值，Isd为差动速断电流整定值，Ir为制动电流。本发明主要考虑严重故障情况时差动保护快速动作切除故障，即动作范围为示意图中的速断动作区。动作公式如下：

式中：为变压器差动电流，由各侧电流的向量和计算而来，故障越严重时数值越大；

Isd为变压器差动速断电流整定值，通常按5～12倍变压器额定电流整定。

如图2所示，是本发明的突变量差动保护实现流程图。基于突变量采样值可变窗长积分的变压器差动保护方法，包括以下步骤，

步骤1、通过变压器各侧电流互感器采集变压器各侧的电流，获取各侧电流采样值。

步骤2、将变压器其它各侧电流归算到高压侧。

以高压侧的电流为基准，其他各侧向高压侧归算。计算各侧的平衡系数为：

计算变压器各侧二次额定电流：

式中：S为变压器最大额定容量，TV_n为变压器各侧额定电压；TA_n为变压器各侧二次电流相位变比。

以高压侧为基准，计算变压器中、低压侧平衡系数：

K_M＝I_eH/I_eM

K_L＝I_eH/I_eL

式中：KM、KL分别为变压器中压侧、低压侧平衡系数，IeH、IeM及Iel分别为变压器高压侧、中压侧及低压侧的二次额定电流。

将其他侧各相电流与相应的平衡系数相乘，即得幅值补偿后的各相电流。

为使参与差动保护差流计算的各侧各相电流相位一致，变压器差动保护需进行二次电流相位补偿。根据变压器的初始参数，对所述变压器的星侧进行星转角相位补偿，角侧不补偿。

变压器各侧二次电流相位由软件自动校正，以Y0/△-11变压器为例，其校正方法如下：

Y侧：

△侧：依据是否需要虑零使用原值电流或滤除零流后的相电流。

式中：为变压器Y侧的二次电流，为校正后的各相电流。

不同型号的变压器，变压器接线方式多样，如：Y0/△-1、Y0/Y0-12等。同样的接线形式以基准侧不同校正方法而有所不同，如本例为Y->△侧，也可在△->Y侧校正。其它接线方式可类推。

步骤3、使用幅值及相位调整后的电流值进行计算得到差动电流采样值，进而计算获得差动电流突变量。

式中：i(k)为变压器在k时刻的采样值差动电流。

△i(k)＝(i(k)-i(k-N))-(i(k-N)-i(k-2N))——变压器在k时刻的突变量采样值差动电流；

式中：k为采样序列，N为每周波采样点数。

突变量采样值差动电流隔点差分的积分计算公式如下：

△i∑(k)＝∑|△i(k+n-1)-△i(k+n-2)|*ρ

式中：k为积分起始采样时刻，为差分系数，在周波采样点数确定时为常数。n为积分采样点数,n取值范围为1～1/2*N之间，当n＝1/2*N时为半周积分计算，为保证保护可靠性n取值不宜小于1/4*N。从公式可见，该式为单调递增函数，若n<1/2*N时即判断出△i∑(k)大于定值，则无需继续等数据窗再进行计算。

步骤4、使用差动电流突变量判别是否保护启动，如果是、为减轻装置运行负载仅在判别出保护启动后进行后续步骤5，如果否、转步骤1。

步骤5、计算差动电流突变量采样值积分△i∑(k)；

步骤6、判断差动电流突变量采样值积分是否满足经确认计数N₁后变压器突变量采样值差动保护动作的动作方程1：△i∑(k)>C₁*Isd、且无保护闭锁条件，如果是、转步骤7，如果否、确认计数N₁清零、转步骤5；

式中：C₁为常数，依据故障严重程度确定取值，取值范围建议为1～2之间。

步骤7、进行确认计数N₁累加；

步骤8、判断累加后的N₁是否满足动作方程2：N₁>C₂，若是、则输出动作标志，若否、、转步骤5；

式中：C₂为动作计数，依据C₁取值大小来确定，C₁越大即动作定值越大则动作计数C₂越小。

由动作方程1可知，C1固定时，故障电流越大，动作方程1越快满足，进而越快满足动作方程2，从而实现故障越严重，动作速度越快的反时限的动作时间特性，且由于动作方程1的函数单调递增特性，当故障严重时，差流采样值突变量积分不需等数据满窗即可满足动作方程，从而实现保护快速动作。