本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種特高壓調(diào)壓變壓器差動保護(hù)方法。

背景技術(shù)：
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隨著我國“西電東送，南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)”以及交直流互聯(lián)超高壓/特高壓網(wǎng)架的建設(shè)，直流輸電以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢在我國電網(wǎng)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。目前，我國己有葛洲壩－南橋、三峽－廣州、貴州－廣州、三峽－常州等數(shù)條高壓直流輸電工程投入運(yùn)行。但采用直流輸電技術(shù)后對常規(guī)的交流電網(wǎng)及其設(shè)備產(chǎn)生了一定的影響，其中當(dāng)直流輸電系統(tǒng)采用單極大地回路或雙極回路不平衡運(yùn)行方式時，系統(tǒng)不同接地極之間存在電位差，系統(tǒng)與大地構(gòu)成回路，造成直流電流經(jīng)變壓器接地中性點(diǎn)流入交流電網(wǎng)，引起直流偏磁現(xiàn)象，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了較大的影響。特別地，近年來我國沿海地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生了多起變壓器中性點(diǎn)入侵直流電流事件，造成變壓器異常溫升，振動噪聲加劇等現(xiàn)象。

直流偏磁發(fā)生時，變壓器鐵心磁通趨近或達(dá)到飽和，導(dǎo)致勵磁電流畸變，產(chǎn)生大量諧波，使鐵心無功損耗增大，變壓器金屬結(jié)構(gòu)件損耗增加，導(dǎo)致局部過熱現(xiàn)象，破壞絕緣，降低變壓器使用壽命。特別地，特高壓變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)壓繞組采用分體式結(jié)構(gòu)，與主變壓器公共繞組串聯(lián)。調(diào)壓變壓器容量相對于主變壓器很小，且飽和點(diǎn)較低，受特高壓變壓器運(yùn)行工況影響明顯。當(dāng)直流電流從中性點(diǎn)入侵到調(diào)壓變壓器中，和調(diào)壓變壓器的勵磁電流疊加，可能引起其工作點(diǎn)偏移線性區(qū)而進(jìn)入飽和區(qū)。若直流偏磁現(xiàn)象嚴(yán)重，則使得 調(diào)壓變壓器鐵心嚴(yán)重飽和，當(dāng)其發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，傳統(tǒng)的二次諧波動作判據(jù)將無法準(zhǔn)確識別故障，造成拒動情況。此外，直流偏磁除了對變壓器本體產(chǎn)生影響外，對交流電網(wǎng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)也有著潛在的威脅。直流偏磁引起的變壓器鐵心飽和致使大量諧波注入系統(tǒng)，對電網(wǎng)繼電保護(hù)及其他安全自動裝置造成了不同程度的影響，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動作，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大威脅。

目前，1000kV特高壓變壓器的主保護(hù)為的主變壓器的速斷差動保護(hù)，簡稱大差保護(hù)，調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償變壓器也單獨(dú)配置了差動保護(hù)。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)壓變壓器差動保護(hù)在變壓器發(fā)生直流偏磁又發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時有拒動的可能性，現(xiàn)階段特高壓調(diào)壓變壓器差動保護(hù)在直流偏磁情況下仍存在一定的局限性。因此，亟需尋找一種計及直流偏磁影響的特高壓調(diào)壓變壓器差動保護(hù)新方法，確保特高壓變壓器以及整個特高壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種特高壓調(diào)壓變壓器差動保護(hù)方法，能夠避免在直流偏磁工況下發(fā)生故障時特高壓調(diào)壓變壓器保護(hù)傳統(tǒng)判據(jù)因受二次諧波閉鎖而拒動，不受直流偏磁的影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種特高壓調(diào)壓變壓器差動保護(hù)方法，所述調(diào)壓變壓器副邊側(cè)設(shè)有測量其電流的電流互感器CT5，在靠近所述調(diào)壓變壓器原邊側(cè)繞組處，與所述特高壓主變壓器公共繞組串聯(lián)電流互感器CT4；在靠近所述調(diào)壓變壓器原邊繞組處，與特高壓補(bǔ)償繞組副邊側(cè)繞組串聯(lián)電流互感器CT6，所述方法包括：

根據(jù)特高壓調(diào)壓變壓器原邊側(cè)電流的確定所述調(diào)壓變壓器的差動電流值I_d；

如果所述I_d小于差動電流定值，則差動保護(hù)返回，否則進(jìn)入下一步驟；

檢測所述I_d中的二次諧波含量P_2nd是否小于諧波含量定值K_2nd，如果是則判斷調(diào)壓變壓器運(yùn)行時發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，差動保護(hù)立刻動作，否則進(jìn)入下一步驟；

計算二次諧波變化率C(k)，檢測C(k)是否滿足動作判據(jù)，如果是則判斷調(diào)壓變壓器遭受直流偏磁后導(dǎo)致鐵心飽和時發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，二次諧波含量發(fā)生突變；否則進(jìn)入下一個采樣點(diǎn)的計算比較。

所述特高壓調(diào)壓變壓器原邊側(cè)電流根據(jù)電流互感器測得且通過下式確定：

其中，電流互感器CT5的測量電流，K_Regu為調(diào)壓變壓器原邊繞組匝數(shù)與副邊繞組匝數(shù)的比值。

所述差動電流值I_d通過下式確定：

其中，和為電流互感器CT4和CT6的測量電流值。

所述二次諧波變化率C(k)通過下式確定：

檢測C(k)是否小于-50％，如果是則繼續(xù)計算C(k+1)，檢測C(k+1)是否小于-50％，若連續(xù)6個采樣點(diǎn)的C(k)均滿足低于-50％，則判斷是調(diào)壓變壓器受直流偏磁影響而造成鐵心飽和時發(fā)生區(qū)內(nèi)故障；，如果C(k)不是小于-50％則進(jìn)入下一個采樣點(diǎn)的計算比較。

所述差動電流定值整定為0.2I_N，其中I_N為折算到調(diào)壓變壓器原邊側(cè)的 額定電流值。

所述諧波含量定值可人工整定。

所述諧波含量定值人工整定為15％。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果

1、本發(fā)明技術(shù)方案針對直流偏磁情況下特高壓調(diào)壓變壓器鐵心飽和引起差動保護(hù)二次諧波閉鎖而發(fā)生拒動情況提出；

2、本發(fā)明技術(shù)方案保證了正常運(yùn)行工況下特高壓調(diào)壓變壓器發(fā)生故障差動保護(hù)準(zhǔn)確可靠動作；

3、本發(fā)明技術(shù)方案對于受直流偏磁影響而造成鐵心飽和后調(diào)壓變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，差動保護(hù)也能夠可靠迅速動作，保證調(diào)壓變壓器安全可靠運(yùn)行；

4、本發(fā)明技術(shù)方案在傳統(tǒng)的二次諧波判據(jù)上增添了計及直流偏磁影響下新的動作判據(jù)，一方面在特高壓變壓器在正常運(yùn)行工況下發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，二次諧波閉鎖判據(jù)開放，能夠可靠動作；另一方面特高壓變壓器受到直流偏磁影響鐵心飽和后再發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，仍可能利用二次諧波含量在故障瞬間發(fā)生突變這一本質(zhì)特性，使得二次諧波閉鎖開放，判斷為區(qū)內(nèi)故障；

5、本發(fā)明技術(shù)方案無論是空充涌流、和應(yīng)涌流或者恢復(fù)性涌流，涌流情況下差流的二次諧波含量突變量為正，即二次諧波含量突增；若調(diào)壓變受直流偏磁影響，故障瞬間，二次諧波含量突減，因此利用二次諧波圖變量作為開放差動保護(hù)的判據(jù)可準(zhǔn)確閉鎖勵磁涌流，而在故障情況下準(zhǔn)確開放；

6、本發(fā)明技術(shù)方案動作可靠性高，工程適用性較強(qiáng)，對于特高壓調(diào)壓變壓器保護(hù)配置具有一定的工程實(shí)際意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例特高壓變壓器結(jié)構(gòu)及電流互感器配置示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例特高壓變壓器遭受直流偏磁后，在中性點(diǎn)處測量到的流經(jīng)中性點(diǎn)的電流波形示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例特高壓調(diào)壓變壓器歸算至標(biāo)幺值的A相差動電流波形示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例特高壓調(diào)壓變壓器A相差動電流的二次諧波含量趨勢示意圖；

圖5是圖3在24.8s到25.4s的放大圖；

圖6是圖4在24.8s到25.4s的放大圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例A相C(k)的判斷值示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例A相差動電流的二次諧波含量趨勢示意圖在24.6s到25.3s的放大圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例A相C(k)的判斷值示意圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例特高壓調(diào)壓變壓器歸算至標(biāo)幺值的C相差動電流波形示意圖在4.5s到8s的放大圖；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例特高壓調(diào)壓變壓器歸算至標(biāo)幺值的C相差動電流的二次諧波含量趨勢示意圖在4.96s到5.1s的放大圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例C相C(k)的判斷值示意圖；

圖13是本發(fā)明實(shí)施方式中計及直流偏磁對特高壓調(diào)壓變壓器差動保護(hù)影響流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

本例的發(fā)明提供一種特高壓調(diào)壓變壓器差動保護(hù)方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，在單極大地回路或雙極回路不平衡運(yùn)行方式下，系統(tǒng)不同接地極之間存在電位差，系統(tǒng)與大地構(gòu)成回路，造成直流電流經(jīng)變壓器接地中性點(diǎn)流入交流電網(wǎng)，針對特高壓調(diào)壓變壓器發(fā)生直流偏磁而導(dǎo)致鐵心飽和，再發(fā)生區(qū)內(nèi)輕微故障時差動保護(hù)因受二次諧波閉鎖不能正確動作的情況提出合理的解決措施，保證超/特高壓變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。所述方法包括如圖13所示：

(1)根據(jù)圖1中特高壓變壓器的電氣結(jié)構(gòu)和電流互感器配置方式，圖中標(biāo)

示出直流電流經(jīng)中性點(diǎn)進(jìn)入特高壓變壓器，首先把調(diào)壓變壓器副邊電

流折算到原邊側(cè)為：

其中，電流互感器CT5的測量電流，K_Regu為調(diào)壓變壓器原邊繞組匝數(shù)與副邊繞組匝數(shù)的比值；

計算調(diào)壓變壓器的差動電流為：

其中，和為電流互感器CT4和CT6的測量電流值；

若I_d小于第一預(yù)定閾值，則差動保護(hù)返回，否則進(jìn)入步驟(2)；

(2)檢測步驟(1)中計算的I_d的二次諧波含量，記為P_2nd，是否小于第二預(yù)定閾值，如果是則判斷調(diào)壓變壓器運(yùn)行時發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，差動保護(hù)立刻動作，否則進(jìn)入步驟(3)；

(3)當(dāng)調(diào)壓變壓器受直流偏磁影響后，鐵心飽和，此時發(fā)生如調(diào)壓變壓器Y 側(cè)某相繞組端口經(jīng)高阻接地故障，很有可能P_2nd仍然大于第二預(yù)定閾值，導(dǎo)致保護(hù)拒動。值得注意的是，P_2nd雖然大于第二預(yù)定閾值，但是故障前后P_2nd存在突變量。因此，根據(jù)P_2nd的變化突變量制定直流偏磁影響下的故障動作判據(jù)如下：

計算C(k)，C(k)為第k個時刻P_2nd(k)相較于第k-48個時刻P_2nd(k-48)的變化量大小與第k個時刻P_2nd(k)的比值，即第k個時刻P_2nd(k)的變化率，計算公式為：

設(shè)Counter初值為0，檢測C(k)是否小于-50％，如果是則Counter＝Counter+1，否則Counter＝0；跳轉(zhuǎn)到步驟(1)，繼續(xù)計算C(k+1)，檢測C(k+1)是否小于-50％，若連續(xù)6個采樣點(diǎn)的C(k)均滿足低于-50％，則判斷是調(diào)壓變壓器受直流偏磁影響而造成鐵心飽和時發(fā)生區(qū)內(nèi)故障。

所述第一預(yù)定閾值為差動電流定值，可整定為0.2I_N，其中I_N為折算到調(diào)壓變壓器原邊側(cè)的額定電流值。

另外所述第二預(yù)定閾值為諧波含量定值，可以人工整定，例如15％。

以特高壓調(diào)壓變壓器為例，特高壓調(diào)壓變壓器受到直流偏磁影響而造成鐵心飽和后，對以下兩種故障下進(jìn)行仿真驗(yàn)證，包括A相發(fā)生區(qū)內(nèi)經(jīng)高阻(80歐姆)接地故障和AB兩相發(fā)生相間短路(相間電阻＝120歐姆)故障。

分析A相經(jīng)高阻接地故障過程如下：

(1)圖2是在中性點(diǎn)處測量到的流經(jīng)中性點(diǎn)的電流波形示意圖，直流通過特高壓變壓器中性點(diǎn)進(jìn)入調(diào)壓變壓器原邊繞組中，造成了鐵心嚴(yán)重飽和，25s發(fā)生調(diào)壓變A相經(jīng)高阻接地故障，25.2s故障切除。

(2)根據(jù)圖1中特高壓變壓器的電氣結(jié)構(gòu)和電流互感器配置方式，計 算折算到原邊側(cè)的調(diào)壓變壓器副邊電流為(下述電流值均折算到調(diào)壓變壓器原邊側(cè)，不再重復(fù))，如圖3所示，若I_d小于差動電流定值(0.2I_N)，則差動保護(hù)返回，否則進(jìn)入步驟(3)；

(3)檢測步驟(2)中計算的I_d的二次諧波含量P_2nd是否小于諧波含量定值(15％)，如圖(6)所示，本實(shí)施例中，25s發(fā)生故障，故障后的第一個周波25.02s后的P_2nd大于諧波含量定值，保護(hù)不動作，進(jìn)入步驟(4)；

(4)一周波24點(diǎn)采樣，計算故障后第一個周波(25s～25.02s)期間的C(k)無效(傅式算法計算出的故障后第一個周波的P_2nd無效)，則C(k)的判定值為0；其他采樣時刻，若C(k)小于-50％，則C(k)的判定值置1，否則置0。本實(shí)施例中，如圖7所示，故障后第一個周波后開始連續(xù)檢測到6個采樣點(diǎn)(四分之一個周波)均滿足C(k)小于-50％，保護(hù)立刻動作，在25.025s時刻發(fā)出故障切除信號。

分析AB兩相相間短路故障過程如下：

(1)直流通過特高壓變壓器中性點(diǎn)進(jìn)入調(diào)壓變壓器原邊繞組中，造成了鐵心嚴(yán)重飽和，25s發(fā)生調(diào)壓變AB兩相相間短路故障，25.2s故障切除。

(2)根據(jù)圖1中特高壓變壓器的電氣結(jié)構(gòu)和電流互感器配置方式，計算折算到原邊側(cè)的調(diào)壓變壓器副邊電流為計算ABC三相的差動電流，若I_d小于差動電流定值(0.2I_N)，則差動保護(hù)返回，否則進(jìn)入步驟(3)，本實(shí)施例中發(fā)生AB兩相相間故障，AB兩相25s時刻保護(hù)啟動，C相25s時刻不啟動；

(3)檢測步驟(2)中AB兩相I_d的二次諧波含量P_2nd是否小于諧波含量定值(15％)，如圖8所示，本實(shí)施例中，B相二次諧波含量故障后低于諧波含 量定值(15％)，直接判斷為故障相，而A相的二次諧波在故障后的第一個周波25.02s后的P_2nd仍大于諧波含量定值(15％)，保護(hù)不動作，進(jìn)入步驟(4)；

(4)一周波24點(diǎn)采樣，計算故障后第一個周波(25s～25.02s)期間的C(k)無效，則C(k)的判定值為0；其他采樣時刻，若C(k)小于-50％，則C(k)的判定值置1，否則置0。本實(shí)施例中，如圖9所示，A相故障后第一個周波后開始連續(xù)檢測到6個采樣點(diǎn)(四分之一個周波)均滿足C(k)小于-50％，保護(hù)立刻動作，在25.025s時刻發(fā)出A相故障切除信號。

分析主變中壓側(cè)在5s空載合閘時調(diào)壓變空充涌流過程如下：

(1)直流通過特高壓變壓器中性點(diǎn)進(jìn)入調(diào)壓變壓器原邊繞組中，主變中壓側(cè)在5s空載合閘造成調(diào)壓變產(chǎn)生勵磁涌流。

(2)根據(jù)圖1中特高壓變壓器的電氣結(jié)構(gòu)和電流互感器配置方式，計算折算到原邊側(cè)的調(diào)壓變壓器副邊電流為計算ABC三相的差動電流，若I_d小于差動電流定值(0.2I_N)，則差動保護(hù)返回，否則進(jìn)入步驟(3)，本實(shí)施例中空充后AB兩相差流未達(dá)到保護(hù)啟動值，而C相產(chǎn)生空充涌流，C相差動保護(hù)5.1s時刻啟動；

(3)C相差動保護(hù)啟動后，檢測二次諧波含量P_2nd大于諧波含量定值(15％)，如圖11所示，進(jìn)入步驟(4)；

(4)一周波24點(diǎn)采樣，計算產(chǎn)生涌流第一個周波(5s～5.02s)期間的C(k)無效，則C(k)的判定值為0；如圖12所示，5.02s后C(k)均小于0，C(k)的判定值置0，判為涌流，C相差動保護(hù)不開放，正確閉鎖空充涌流。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。