一種pt斷線后電抗器故障判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)故障分析方法，具體涉及一種PT斷線后電抗器故障判 別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 遠(yuǎn)距離超高壓輸電線路的對(duì)地電容電流很大，為吸收這種容性無功功率、限制系 統(tǒng)的工頻過電壓和操作過電壓，對(duì)于使用單相自動(dòng)重合閘的線路，為限制潛供電流、提高重 合閘的成功率，都應(yīng)在輸電線兩端或一端變電所內(nèi)裝設(shè)三相對(duì)地的并聯(lián)電抗器。
[0003] 超高壓并聯(lián)電抗器對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，因此，超高壓并聯(lián) 電抗器保護(hù)的研究日益受到重視。大型電抗器多采用分相式結(jié)構(gòu)，其主要故障為電抗器單 相接地和匝間短路，因此匝間短路保護(hù)也是電抗器的主保護(hù)，但是縱差保護(hù)不能反應(yīng)匝間 短路故障，由電抗器零序電壓、零序電流組成的零序阻抗繼電器構(gòu)成了電抗器匝間保護(hù)。電 抗器匝間故障時(shí)，零序源在電抗器內(nèi)部，零序電流超前零序電壓，電抗器首端測(cè)量到的是系 統(tǒng)零序阻抗；而在電抗器外部接地故障時(shí)，零序源在電抗器外部，零序電流滯后零序電壓， 電抗器首端測(cè)量到的是電抗器的零序阻抗，由于系統(tǒng)零序阻抗遠(yuǎn)小于電抗器零序阻抗，因 此通過比較零序電流方向和首端測(cè)量零序阻抗的大小可以很容易的判斷出故障位置，同時(shí) 提高匝間保護(hù)的靈敏度。
[0004] 由于PT斷線后電抗器發(fā)生匝間故障時(shí)，電抗器首端測(cè)量不到實(shí)際的零序阻抗，因 此各電抗器保護(hù)廠家在PT斷線時(shí)會(huì)閉鎖匝間保護(hù)，而電抗器的匝間短路是比較多見的一 種內(nèi)部故障形式，為改善匝間短路保護(hù)的性能，提高靈敏度，迫切需要研究新型的并聯(lián)電抗 器匝間短路保護(hù)原理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種PT斷線后電抗器故障判別方法，利 用PT斷線后電壓特征，計(jì)算出斷線后及匝間故障時(shí)零序電壓；利用系統(tǒng)正常運(yùn)行及故障后 零序電流大小，分別計(jì)算出兩種情況下的阻抗值；根據(jù)阻抗值的不同，提出了基于零序阻抗 的故障判別方法；利用匝間故障時(shí)故障電流特征，判斷出電抗器區(qū)內(nèi)外故障，提出了 PT斷 線后匝間故障保護(hù)動(dòng)作的判據(jù)。
[0006] 實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為：
[0007] -種PT斷線后電抗器故障判別方法，其中，該方法包括以下步驟：
[0008] (I)PT斷線后計(jì)算電抗器零序阻抗ZmO,測(cè)量故障相首端電流Il和故障相末端電 流12 ;
[0009] (2)若零序阻抗ZmO < 2. 5ZL，同時(shí)電流變化量Δ Il > 〇, Δ 12 > 0, Il = 12,則 判為匝間故障；
[0010] (3)若零序阻抗ZmO < 2. 5ZL，同時(shí)電流變化量Δ Il < 〇, Δ 12 < 0, Il = 12,則 判為區(qū)外故障。 toon] 首先由電抗器首端零負(fù)序電壓判斷PT斷線，由于保護(hù)裝置回路接線方式的影響， PT斷線后斷線相仍有電壓。而上面的判據(jù)推導(dǎo)過程基于斷線相電壓為零，因此判斷出斷線 相后置該相電壓為零。然后由電抗器首端零序電壓、零序電流采樣值計(jì)算出半周（IOms)的 零序阻抗值：ZO (i+1)，ZO (i+2)，…，ZO (i+N/2)。
[0012] 其中，N為1個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。采用基于最小二乘的參數(shù)識(shí)別法，即選取半波 數(shù)據(jù)窗，若存在某個(gè)m使得ZO (i+m) < 2. 5?, m= 1，2, 3···，N/2,即可判斷發(fā)生故障。
[0013] 然后由電抗器首端電流采樣值和末端電流采樣值計(jì)算出半周（IOms)的相電流突 變量：Λ Is(i+1)，Λ Is(i+2)，...，Λ Is(i+N/2) ;Λ Im(i+1)，Λ Im(i+2)，...，Λ Im(i+N/2)。
[0014] 其中，N為I個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。采用基于最小二乘的參數(shù)識(shí)別法，即選取半波 數(shù)據(jù)窗，若存在某個(gè)m使得Λ Is(i+m) > 0,同時(shí)Λ Im(i+m) > 0，m = 1，2,3···，Ν/2,即可判 斷發(fā)生匝間故障。反之則判為區(qū)外故障。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中，所述電抗器包括A相、B相和C相；
[0016] 所述零序阻抗，通過首端PT測(cè)量零序電壓除以首端CT測(cè)量零序電流獲得；
[0017] 所述故障相首端電流II，為首端電流互感器測(cè)量電流；
[0018] 所述故障相末端電流12,為末端電流互感器測(cè)量電流。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中，任何一相斷線時(shí)，計(jì)算零序阻抗Zni。均小于ZJZ n;當(dāng)系統(tǒng) 正常運(yùn)行時(shí)，零序電流Ia。~0,此時(shí)如果發(fā)生PT斷線，計(jì)算零序阻抗Z "。接近無窮大，考慮 到正常波動(dòng)及計(jì)算誤差，取計(jì)算零序阻抗值小于2. 5?(電抗器阻抗值）時(shí)即判斷為發(fā)生故 障。
[0020] ZJ%電抗器阻抗；ZnS中性點(diǎn)小電抗
[0021] 所述匝間故障，是電抗器匝與匝之間因?yàn)榻^緣損壞造成的短路故障；
[0022] 所述電流變化量Δ 11，是首端電流互感器電流變化量；
[0023] 所述電流變化量Δ 12，是末端電流互感器電流變化量。
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟（3)中，特高壓電抗器一般采用Y型接線方式并聯(lián)在輸電線路的 一端或兩端，為抑制潛供電流和諧振過電壓等問題，并聯(lián)電抗器往往帶有中性點(diǎn)小電抗。當(dāng) A相發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，以A相為特殊相邊界條件為
[0026] 考慮到中性點(diǎn)小電抗Zn，保護(hù)安裝處測(cè)量零序阻抗為：
[0028] 式中，U。為零序電壓，I。為零序電流，U A、UB、Uc為各相電壓，Un為中性點(diǎn)小電抗電 壓，4為中性點(diǎn)電抗器阻抗，I A。為A相零序電流；Z A電抗器阻抗，若此時(shí)發(fā)生A相PT斷 線，Ua= 0,保護(hù)安裝處測(cè)量零序阻抗仍為Z J3ZN;若此時(shí)發(fā)生B相PT斷線，Ub= 0,保護(hù)安 裝處測(cè)量零序阻抗為：
[0031] 式中，Uai為A相正序電壓，Ua2為A相負(fù)序電壓，U a。為A相零序電壓，a = e il2°°，j 為復(fù)數(shù)的虛郃，Ζ2Σ為等效負(fù)序阻抗，Z (]Σ為等效零序阻抗；
[0032] 同理，發(fā)生C相PT斷線時(shí)，Ue= 0,保護(hù)安裝處測(cè)量零序阻抗為
[0034] 當(dāng) Ζ2Σ= Z 0Σ時(shí)，Zm。=-Z l+3Zn
[0035] 從以上分析可以看出，電抗器PT斷線后若發(fā)生區(qū)外單相接地故障，保護(hù)安裝處計(jì) 算零序阻抗最大為
的模值，Zn為中 性點(diǎn)小電抗；考慮到測(cè)量過程中存在的誤差，保護(hù)在整定時(shí)考慮適當(dāng)裕度，以Zm0〈2. 5?為 判斷標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，零序電流Ia。~0,此時(shí)如果發(fā)生PT斷線，計(jì)算零序阻抗Z "。 接近無窮大。
[0036] 所述區(qū)外故障，是電抗器所在母線故障或者是線路故障。
[0037] 電抗器發(fā)生匝間故障時(shí)，故障相首端Il和末端電流12均增大且大小相位相同；
[0038] 電抗器發(fā)生近端區(qū)外故障時(shí)，故障相首端電流Il和末端電流12均減小且大小相 位相同；
[0039] 電抗器發(fā)生遠(yuǎn)端區(qū)外故障時(shí)，首末端電流幾乎無變化；
[0040] 電抗器非全相運(yùn)行時(shí)，首末端電流降為零。
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0042] 本發(fā)明判PT斷線時(shí)的匝間故障，可以不用閉鎖，能夠可靠區(qū)分非全相和匝間故 障，從而可改進(jìn)提高保護(hù)動(dòng)作可靠性，提高保護(hù)裝置的適應(yīng)性和動(dòng)作性能。
【附圖說明】
[0043] 圖1為本發(fā)明中PT斷線后匝間保護(hù)邏輯圖；
[0044] 圖2為本發(fā)明中匝間故障時(shí)并聯(lián)電抗器與系統(tǒng)等值電路圖；
[0045] 圖3為本發(fā)明電抗器匝間短路時(shí)的復(fù)合序網(wǎng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0047] 電抗器發(fā)生區(qū)內(nèi)匝間故障時(shí)故障特征輕微，以A相為例，設(shè)故障后等值阻抗為ZF， 并聯(lián)電抗器與系統(tǒng)等值電路如圖2所示。
[0048] 以A相為特殊相，端口 F、F'出現(xiàn)不對(duì)稱的三相電壓UA、UB、UC，可以看出邊界條件 為
[0050] 根據(jù)對(duì)稱分量法，可得到端口 F、F'處的復(fù)合序網(wǎng)圖如圖3所示。
[0051] 由復(fù)合序網(wǎng)圖可求得端口處各序分量：
[0055] 設(shè)保護(hù)安裝處電流為I"A、I"B、U，則保護(hù)安裝處電壓如下式所示。
[0059] 若此時(shí)發(fā)生B相PT斷線，由于故障相電壓降低較少，零序電壓幅值仍接近于相電 壓，311(^ U B。
[0061] 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，電抗器2%匝間故障時(shí)，故障電流大于4為正常相電流。所以 Zbiq I彡ZJZn。同理A、C相斷線時(shí)，測(cè)量阻抗均小于A+Zn。
[0062] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用于說明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范 圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行種種變更、修改 或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種PT斷線后電抗器故障判別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： (I)PT斷線后計(jì)算電抗器零序阻抗ZmO,測(cè)量故障相首端電流Il和故障相末端電流 12 ； ⑵若零序阻抗ZmO< 2. 5Z^同時(shí)電流變化量AIl> 〇,A12 > 0,Il= 12,則判為 匝間故障，其中4為電抗器阻抗； (3)若零序阻抗ZmO< 2. 5Z^同時(shí)電流變化量AIl< 〇,A12 < 0,Il= 12,則判為 區(qū)外故障，其中4為電抗器阻抗。2. 如權(quán)利要求1所述的判別方法，其特征在于，所述步驟（1)中，所述電抗器包括A相、 B相和C相； 所述零序阻抗，通過首端PT測(cè)量零序電壓除以首端CT測(cè)量零序電流獲得； 所述故障相首端電流II，為電流互感器首端測(cè)量電流； 所述故障相末端電流12,為電流互感器末端測(cè)量電流。3. 如權(quán)利要求1所述的判別方法，其特征在于，所述步驟（2)中： 所述匝間故障，是電抗器匝與匝之間因?yàn)榻^緣損壞造成的短路故障； 所述電流變化量△Il，是電流互感器首端電流變化量； 所述電流變化量A12,是電流互感器末端電流變化量。4. 如權(quán)利要求1所述的判別方法，其特征在于，所述步驟（3)中，當(dāng)A相發(fā)生區(qū)外故障式中U。為零序電壓，I。為零序電流，UA、UB、Uc為各相電壓，Un為中性點(diǎn)小電抗電壓，Zn 為中性點(diǎn)電抗器阻抗，ImSA相零序電流； 當(dāng)B相發(fā)生區(qū)外故障B相PT斷線時(shí)，式中，Uai為A相正序電壓，UA2為A相負(fù)序電壓，UA。為A相零序電壓，a=e，j為復(fù) 數(shù)的虛郃，Z2s為等效負(fù)序阻抗，Z?！隇榈刃Я阈蜃杩梗? 當(dāng)Z2s= 2。2時(shí)，..= 即電抗器PT斷線后若發(fā)生區(qū)外單相接地故障，保護(hù)安裝處計(jì)算零序阻抗ZmO最大為Zm0〈2. 5ZJ%判斷標(biāo)準(zhǔn)； 所述區(qū)外故障，是電抗器所在母線故障或者是線路故障。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種PT斷線后電抗器故障判別方法，所述方法包括以下步驟：(1)PT斷線后計(jì)算電抗器零序阻抗Zm0，測(cè)量故障相首端電流I1和故障相末端電流I2；(2)若零序阻抗Zm0＜2.5ZL，同時(shí)電流變化量ΔI1＞0，ΔI2＞0，I1＝I2，則判為匝間故障；(3)若零序阻抗Zm0＜2.5ZL，同時(shí)電流變化量ΔI1＜0，ΔI2＜0，I1＝I2，則判為區(qū)外故障。本發(fā)明的方法根據(jù)阻抗值的不同，提出了PT斷線后匝間故障保護(hù)動(dòng)作的判據(jù)，該判據(jù)能夠可靠區(qū)分非全相和匝間故障，從而可改進(jìn)提高保護(hù)動(dòng)作可靠性，提高保護(hù)裝置的適應(yīng)性和動(dòng)作性能。
【IPC分類】G01R31/02, G01R31/08
【公開號(hào)】CN105044543
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510486909
【發(fā)明人】陳爭(zhēng)光, 李巖軍, 詹智華, 詹榮榮, 周春霞, 余越, 李澤, 董明會(huì), 賈琰, 崔佳
【申請(qǐng)人】中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年8月10日