一种两台启动备用变压器线路缺相保护方法与流程

1.本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种基于外加电源的两台启动备用变压器线路缺相保护方法。


背景技术：

2.断路器触头断开、导线拉断、变压器套管或线路绝缘子故障，接头松动或熔断器熔断都可能导致变压器线路缺相运行，而其中重负载到中等负载的变压器的缺相故障可以通过传统的保护方案可靠地检测和保护，但对于轻负载或空载的变压器的缺相故障，由于故障前后，电气量变化微弱，传统保护方案无法实现断相检测，且空载变压器的励磁电流的大小在0.1％～5％额定电流范围内变化，并具有显著的谐波含量，同时，由于低压侧测量的电流大小和相位取决于变压器的铁心和绕组结构以及负载情况，因此变压器高压侧的缺相运行在低压侧很难得到检测，变压器线路缺相以至于设备未能够安全可靠投入运行，可能会导致关键的电机驱动负载跳闸以及电厂安全系统的损失，扩大事故范围，威胁机组及电网的安全稳定运行，并对电厂带来巨大的经济损失，直接和间接损害了电厂的经济效益。
3.启动备用变压器(简称启备变)线路缺相检测是核电厂中最为关心的问题之一，一些核电厂的实际事件表明，启动备用变压器高压侧的缺相可能很难被现有的设备仪器和电气保护检测到；如果未能及时发现缺相状态，启动备用变压器不能与系统隔离，则可能会导致关键的电机驱动负载跳闸以及电厂安全系统的损失；例如核电站启动备用变压器缺相造成低压侧的不平衡首先会导致备用母线电压不平衡，其次会导致重要水泵，离心式充水泵和组件冷却水泵等设备的跳闸或无法启动，触发机组停机停堆，最终导致核电厂安全系统的严重损失。
4.申请号为201810439784.6专利名称为一种注入式变压器线路缺相保护方法及装置的专利文件中提到了通过外加注入电源来检测变压器线路缺相故障。但是该方法不能指出发生缺相故障的设备，且无法对多台启动备用变压器线路缺相故障进行保护。


技术实现要素：

5.(一)发明目的
6.本发明的目的是提供一种两台启动备用变压器线路缺相保护方法，该方法可以准确定位发生缺相故障的设备，且可以对两台启动备用变压器线路缺相故障进行保护。
7.(二)技术方案
8.为解决上述问题，本发明的提供了一种两台启动备用变压器线路缺相保护方法，包括：
9.通过注入耦合电流互感器将外加电源注入到两台启动备用变压器中的一台的接地中性点得到非工频电流信号；
10.分别获取两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号，所述非工频电流信号包括电流有效值和启动备用变压器标识；
11.根据两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号确定缺相设备，所述设备包括注入外加电源启动备用变压器、未注入外加电源启动备用变压器和线路；
12.根据确定的缺相设备，发送报警信号和/或动作于跳闸。
13.具体地，所述根据两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号确定缺相设备，包括：
14.当注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n1
和未注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n2
满足下式ⅰ时，确定注入外加电源启动备用变压器缺相；
[0015][0016]
当注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n1
和未注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n2
满足下式ⅱ时，确定未注入外加电源启动备用变压器缺相；
[0017][0018]
当注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n1
和未注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n2
满足下式ⅲ时，确定线路缺相；
[0019][0020]
其中，i
set11
、i
set12
、i
set21
、i
set31
、i
set32
为设定的定值，k为可靠系数。
[0021]
具体地，，i
set11
＝a i
n2
，i
set12
＝b(i
n1-i
n2
),i
set21
＝c i
n2
，i
set31
＝d(i
n1-i
n2
),i
set32
＝e i
n2
，其中，a为0.3～0.7，b为0.3～0.7，c为0.1～0.3，d为0.5～0.9，e为0.1～0.3。
[0022]
在一可选实施例中，i
set11
＝0.5i
n2
，i
set12
＝0.5(i
n1-i
n2
)，i
set21
＝0.2i
n2
，i
set31
＝0.7(i
n1-i
n2
)，i
set32
＝0.2i
n2
。
[0023]
具体地，k取值1.0～5.0。
[0024]
具体地，所述外加电源的电压不超过2％u
t
，u
t
为变压器一次侧额定电压，所述外加电源的频率不同于工频。
[0025]
具体地，发送报警信号包括：延时发送报警信号。
[0026]
具体地，延时时间为0.1s～100.0s。
[0027]
具体地，分别获取两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号，包括：
[0028]
在两台启动备用变压器接地中性点各设置一测量电流互感器，测量范围为5ma～15a；
[0029]
通过对应的测量电流互感器获取两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号。
[0030]
(三)有益效果
[0031]
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0032]
本发明实施例提供的两台启动备用变压器线路缺相保护方法，通过向两台启动备用变压器中的一台的接地中性点注入非工频电流信号，分别测量两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号，根据测得的非工频电流信号确定缺相设备，并向缺相设备发送报警信号和/或动作于跳闸，该方法可准确定位发生缺相故障的设备，且可以对两台启动备用变压器线路缺相故障进行保护。
附图说明
[0033]
图1是本发明实施例提供的一种两台启动备用变压器线路缺相保护方法流程图；
[0034]
图2是本发明一具体实施例提供的应用接线图；
[0035]
图3是本发明一具体实施例提供的注入零序网络等效图。
具体实施方式
[0036]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0037]
参见图1和2所示，本发明实施例提供了一种两台启动备用变压器线路缺相保护方法，包括：
[0038]
步骤101：通过注入耦合电流互感器将外加电源注入到两台启动备用变压器中的一台的接地中性点得到非工频电流信号；
[0039]
步骤102：分别获取两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号，所述非工频电流信号包括电流有效值和启动备用变压器标识；
[0040]
步骤103：根据两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号确定缺相设备，所述设备包括注入外加电源启动备用变压器、未注入外加电源启动备用变压器和线路；
[0041]
步骤104：根据确定的缺相设备，发送报警信号和/或动作于跳闸。本发明实施例中，所述外加注入电源，其输出电压频率不同于工频，且便于滤波分析计算，如75hz，幅值不超过注入耦合电流互感器额定端电压，如交流300v；所述注入耦合电流互感器可选择变比为600/10，c400(100va,5p20，二次端电压为400v)分类的电流互感器；非工频电流信号可以由测量电流互感器测得，测量范围为5ma～15a；缺相保护装置通过电缆直接从测量电流互感器接收。
[0042]
本发明实施例提供的两台启动备用变压器线路缺相保护方法，通过向两台启动备用变压器中的一台的接地中性点注入非工频电流信号，分别测量两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号，根据测得的非工频电流信号确定缺相设备，并向缺相设备发送报警信号和/或动作于跳闸，该方法可准确定位发生缺相故障的设备，且可以对两台启动备用变压器线路缺相故障进行保护。
[0043]
具体地，所述根据两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号确定缺相设备，包括：
[0044]
当注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n1
和未注入外加电源
启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n2
满足下式ⅰ时，确定注入外加电源启动备用变压器缺相；
[0045][0046]
当注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n1
和未注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n2
满足下式ⅱ时，确定未注入外加电源启动备用变压器缺相；
[0047][0048]
当注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n1
和未注入外加电源启动备用变压器对应的非工频电流有效值i
n2
满足下式ⅲ时，确定线路缺相；
[0049][0050]
其中，i
set11
、i
set12
、i
set21
、i
set31
、i
set32
为设定的定值，可以通过仿真固化设置，不需要整定，k为可靠系数，按零序回路分支数整定，注入零序电流网络等效图如图3所示，零序回路分支数为2，相应的k可设置为2。
[0051]
具体地，，i
set11
＝a i
n2
，i
set12
＝b(i
n1-i
n2
),i
set21
＝c i
n2
，i
set31
＝d(i
n1-i
n2
),i
set32
＝e i
n2
，其中，a为0.3～0.7，b为0.3～0.7，c为0.1～0.3，d为0.5～0.9，e为0.1～0.3。其中，a为0.3～0.7，b为0.3～0.7，通过i
n1
、i
n2
的有效值基本保持不变的特征能确定线路缺相；c为0.1～0.3，通过i
n1
、i
n2
的有效值基本变为零的特征能确定注入外加电源启动备用变压器缺相；d为0.5～0.9，e为0.1～0.3，通过i
n1
的有效值基本保持不变，i
n2
的有效值基本变为零的特征能确定未注入外加电源启动备用变压器缺相。
[0052]
在一可选实施例中，i
set11
＝0.5i
n2
，i
set12
＝0.5(i
n1-i
n2
)，i
set21
＝0.2i
n2
，i
set31
＝0.7(i
n1-i
n2
)，i
set32
＝0.2i
n2
。
[0053]
具体地，k取值1.0～5.0。
[0054]
具体地，所述外加电源的电压不超过2％u
t
，u
t
为变压器一次侧额定电压，所述外加电源的频率不同于工频(一般为50hz)。
[0055]
具体地，发送报警信号包括：延时发送报警信号。
[0056]
具体地，延时时间为0.1s～100.0s。
[0057]
具体地，分别获取两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号，包括：
[0058]
在两台启动备用变压器接地中性点各设置一测量电流互感器，测量范围为5ma～15a；
[0059]
通过对应的测量电流互感器获取两台启动备用变压器接地中性点的非工频电流信号。
[0060]
以下为本发明的一个具体实施例：
[0061]
本实施例提供了一种基于外加电源的两台启动备用变压器线路缺相保护方法在某核电站220kv启动备用变压器系统中的应用：
[0062]
某核电站220kv启动备用变压器系统的电气主接线图以及启动备用变压器线路缺相故障保护装置的接线如附图2所示。每台机组配置两台启动备用变压器，启动备用变压器为三相三绕组分裂变压器ynyn0-yn0 d接线，高压侧为220kv双母线接线，低压侧为分裂绕组，带三角平衡绕组。共接有8个6kv厂用段。在1号启动备用变压器接地中性点通过注入耦合电流互感器向系统注入非工频信号(小信号)，在1号启动备用变压器中性点安装高精度测量电流互感器ct1，在2号启动备用变压器中性点安装高精度测量电流互感器ct2，缺相保护装置通过电缆接入各变压器中性点高精度测量ct模拟量，检测注入信号的电流。注入零序电流网络等效图如图3所示。
[0063]
实施核电站一种基于外加电源的两台启动备用变压器线路缺相故障保护的具体步骤如下：
[0064]
1.缺相保护装置实时计算两台启动备用变压器中性点注入非工频电流有效值i
n1
，i
n2
。
[0065]
2.根据系统的额定电压、系统零序阻抗、变压器的零序阻抗、注入电源输出电压、注入耦合电流互感器变比、高精度ct变比等参数，通过仿真分析，i
set11
设置为0.5i
n2
，i
set12
设置为0.5(i
n1-i
n2
)，i
set21
设置为0.2i
n2
，i
set31
设置为0.7(i
n1-i
n2
)，i
set32
设置为0.2i
n2
，i
set11
、i
set12
、i
set21
、i
set31
、i
set32
按上述值固化。根据系统零序阻抗、各变压器的零序阻抗，按零序回路分支数确定k值，如图2所示，本例中k值可取2.0。
[0066]
3.注入电源装置自检，如有异常则闭锁装置并发告警信号。
[0067]
4.在注入电源装置正常工作条件下进行缺相故障判别逻辑。
[0068]
5.如果两台启动备用变压器中性点注入非工频电流实时计算电流有效值i
n1
，i
n2
满足公式(1)，经过设定的延时，则发1号启动备用变压器缺相故障报警信号。
[0069][0070]
6.如果两台启动备用变压器中性点注入非工频电流实时计算电流有效值i
n1
，i
n2
满足公式(2)，经过设定的延时，则发2号启动备用变压器缺相故障报警信号。
[0071][0072]
7.如果两台启动备用变压器中性点注入非工频电流实时计算电流有效值i
n1
，i
n2
满足公式(3)，经过设定的延时，则系统线路缺相故障报警信号。
[0073][0074]
8.为躲过启动备用变压器及系统的各种故障暂态干扰，延时定值设定为15.0s。
[0075]
9.采用上述方法，通过外加电源注入非工频电流，实时监测核电站启动备用变压
器高压侧中性点注入电流，当各变压器中性点注入电流满足公式(1)、(2)、(3)判据时，依次判定为1号启动备用变压器缺相故障、2号启动备用变压器缺相故障、系统线路缺相故障，经设定延时发出告警信号，提醒运行人员及时进行处理。
[0076]
该实施例在其中一台启动备用变压器接地中性点通过注入耦合电流互感器向系统注入非工频信号(小信号)，在两台启动备用变压器中性点安装高精度测量电流互感器ct，通过检测注入电流信号，并根据电流的变化特征，采用综合特征判据实现判别，准确定位缺相设备运行工况。
[0077]
该方法可以解决空载工况下，多台启动备用变压器高压侧缺相故障难以判别的问题，并准确定位变压器缺相、线路缺相，判断为发生缺相故障后经延时给出报警信号并通知运行人员及时处理，提升了发电厂启动备用变压器系统的运行可靠性。
[0078]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。