專利名稱：用于n－繞組三相電力變壓器中的故障檢測的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于n-繞組三相電力變壓器中的高級(jí)和改進(jìn)的故障檢測的方法和裝置。該方法和裝置可以使用于包括相移變壓器的所有類型電力變壓器的差動(dòng)保護(hù)。
背景技術(shù)：
差動(dòng)電流測量是使用于各種電力系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)。例如，該技術(shù)常常使用于諸如變壓器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等電力系統(tǒng)設(shè)備的保護(hù)。一般而言，差動(dòng)電流測量技術(shù)包括對(duì)裝置的輸入端子和輸出端子二者處的電流進(jìn)行監(jiān)視、對(duì)所測輸入電流和輸出電流進(jìn)行規(guī)一化以補(bǔ)償可能在正常工作期間由該裝置引起的所測電流的相位和幅度的變化、然后對(duì)規(guī)一化輸入電流和輸出電流進(jìn)行比較。如果規(guī)一化輸入電流與輸出電流之差為零，則該裝置可假定為工作正常。反而言之，檢測到的規(guī)一化輸入電流與輸出電流之差可以表明該裝置內(nèi)的故障。響應(yīng)于檢測到故障，差動(dòng)繼電器向相關(guān)斷路器發(fā)出跳閘命令，以便切斷供給保護(hù)對(duì)象的電力和防止進(jìn)一步的損壞。
由于以電市場自由化為主要目標(biāo)的電力工業(yè)的重構(gòu)，針對(duì)電氣設(shè)施提出了對(duì)于有功和無功功率流控制的更多嚴(yán)格要求。這一過程表明對(duì)于用以控制給定網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的功率流的適當(dāng)工具有著越來越多的需要。用于這一目的的最常用裝置是具有專門構(gòu)造的電力變壓器，常常稱之為相移變壓器(PST)或者相角調(diào)節(jié)變壓器(PAR)。
在原理上，相移變壓器的技術(shù)方面相當(dāng)簡單它提供了初級(jí)端子與次級(jí)端子之間清晰的但是可改變的相移。通常可以通過使用一個(gè)或多個(gè)有載抽頭變換器(OLTC)以明確的步驟在工作期間改變?cè)撓嘁?。在多?shù)情況下，可以將該相移的符號(hào)反轉(zhuǎn)以從超前變?yōu)闇蟆?br> 當(dāng)前有不同類型的PST設(shè)計(jì)可以運(yùn)用。這使得用于每類PST的保護(hù)方案相當(dāng)獨(dú)特并因此具有難度。目前還沒有無論所有這些裝置的設(shè)計(jì)如何都能夠?yàn)橹峁┪ㄒ坏牟顒?dòng)保護(hù)繼電器的繼電器制造商。
在這一技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，數(shù)項(xiàng)發(fā)明嘗試著解決此類問題，而且一些專利已經(jīng)授權(quán)。
現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器是提供該電力變壓器上的電壓幅度變化和恒定相角偏移的電氣裝置。視特定變壓器構(gòu)造細(xì)節(jié)而定，該相移可以具有n×30°(n是在0與11之間的整數(shù))的值。
電力變壓器差動(dòng)保護(hù)已經(jīng)使用了數(shù)十年。利用靜態(tài)或者機(jī)電繼電器，使用了外部插入式CT以便補(bǔ)償受保護(hù)的電力變壓器兩側(cè)之間的相角偏移和電流幅度變化。然而公知有以下缺點(diǎn)·僅能針對(duì)有載抽頭變換器(即OLTC)的中間位置來平衡差動(dòng)繼電器·一旦從中間位置移開OLTC就再也無法完全地平衡該差動(dòng)繼電器·通過插入CT僅能補(bǔ)償30°的倍數(shù)的電力變壓器相移利用數(shù)值繼電器就不需要外插式CT。通過軟件在該繼電器內(nèi)提供內(nèi)部補(bǔ)償。以下是數(shù)值差動(dòng)繼電器的特性·如果將OLTC的位置給予差動(dòng)繼電器(即針對(duì)任一位置來平衡繼電器)，則繼電器可以補(bǔ)償由OLTC造成的電流幅度變化·通過軟件設(shè)置能補(bǔ)償必須是30°的倍數(shù)的固定電力變壓器相移非標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器被定義為具有可變相角偏移或除30°或者30°的倍數(shù)以外的固定相角偏移的電力變壓器。
當(dāng)前有已知為PST的專門電力變壓器的不同設(shè)計(jì)可以運(yùn)用，如在國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62032中所述。這使得用于每類PST的保護(hù)方案頗為獨(dú)特并因此具有難度，如在IEEE/PSRC特別報(bào)告“Protection of Phase Angle RegulatingTransformers(PAR)”中所述。目前還沒有無論任一PST的設(shè)計(jì)和最大相角偏移如何都能夠?yàn)橹峁┎顒?dòng)保護(hù)的差動(dòng)繼電器。
其原因在于由于連續(xù)變化的PST相移，將出現(xiàn)誤差動(dòng)電流。根據(jù)下式可以估算這一誤差動(dòng)電流的幅度Id=Iload·2sin(Θ2)---(1.1)]]>其中Id是誤差動(dòng)電流的幅度，Iload是通載(through-load)PST電流，以及Θ是PST兩側(cè)之間的相角偏移。
在專利US6507184中公開了一種用于三相電力系統(tǒng)中的差動(dòng)電流測量的方法和裝置。此發(fā)明設(shè)計(jì)成測量第一端子與第二端子之間的差動(dòng)電流以及針對(duì)每相獲得這些電流的測量值。然而，此方法既不允許對(duì)零序電流進(jìn)行可設(shè)置的降低也不提供幅度補(bǔ)償。
無法通過應(yīng)用傳統(tǒng)電力變壓器差動(dòng)保護(hù)解決的另一問題是在僅有少數(shù)匝的電力變壓器繞組短路時(shí)對(duì)低水平匝間故障的識(shí)別。在這一情況下，變壓器端子處僅有很小的電流變化將是可測的，而高的故障電流出現(xiàn)在短路的匝中。這一點(diǎn)歸因于作為整體的變壓器繞組與少數(shù)短路項(xiàng)之間比較高的變換比。故障檢測方法在至今所知的差動(dòng)保護(hù)期間的靈敏度尚不足以在這一繞組匝間故障發(fā)展成更嚴(yán)重的接地故障之前識(shí)別它，該接地故障修復(fù)起來代價(jià)不菲，尤其是在它影響到電力變壓器的鐵芯時(shí)更是如此。無法檢測的匝間故障也可能是電力變壓器油箱內(nèi)有害電弧的肇因。
一種檢測這種匝間故障的方式可以是使用所謂的Buchholz繼電器，又稱之為氣體式繼電器或者驟壓式繼電器。該Buchholz繼電器應(yīng)用于充油式變壓器，該變壓器配備有稱作儲(chǔ)油箱的外部油容器。當(dāng)出現(xiàn)匝間故障時(shí)，氣體產(chǎn)生并上升到油的頂部。所造成的油流量變化通過繼電器中的浮動(dòng)操作開關(guān)來檢測。Buchholz繼電器的缺點(diǎn)在于在匝間故障的出現(xiàn)與它的實(shí)際檢測之間經(jīng)過的時(shí)間，該時(shí)間通常達(dá)到50至100ms。這一時(shí)間段可能長到足以使初始的匝間故障演變成更嚴(yán)重的故障。
這一時(shí)間流逝可能舉足輕重，在過去多年對(duì)現(xiàn)代電力變壓器擊穿記錄的研究表明了這一點(diǎn)。在其總數(shù)的70％與80％之間的變壓器故障最終追溯到內(nèi)部繞組絕緣性故障。繞組絕緣性故障主要?dú)w因于逐漸老化的過程，該過程導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)由于熱、電和機(jī)械應(yīng)力以及濕度而退化。在增加的應(yīng)力之下，已經(jīng)退化的絕緣性可能經(jīng)歷相鄰匝之間的電介質(zhì)故障，從而產(chǎn)生匝間故障。由于老化是通常不可避免的過程，所以在故障檢測期間將匝間故障納入考慮之中是至關(guān)重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于解決上述問題以及提供一種用于n-繞組三相電力變壓器中的高效故障檢測的方法和裝置，其中該故障檢測適于用在對(duì)包括具有非標(biāo)準(zhǔn)相移的變壓器在內(nèi)的任何電力變壓器的差動(dòng)保護(hù)中。
本發(fā)明的另一目的在于提供動(dòng)態(tài)的電流幅度補(bǔ)償。
本發(fā)明的又一目的在于提供對(duì)保護(hù)對(duì)象兩側(cè)之間的任意相移的動(dòng)態(tài)相角補(bǔ)償。
本發(fā)明的再一目的在于提供獨(dú)立(即每側(cè))的零序電流降低。
本發(fā)明的另一目的在于補(bǔ)償同一電力變壓器內(nèi)的一個(gè)、兩個(gè)或者甚至更多OLTC。
本發(fā)明的另一目的在于提供借助高級(jí)數(shù)值技術(shù)的差動(dòng)保護(hù)。借助這樣的裝置將可能為由于OLTC操作而具有任意相移和電流幅度變化的電力變壓器提供通用的差動(dòng)保護(hù)。
通過如權(quán)利要求1中所述的方法、如權(quán)利要求8中所述的裝置、以及如權(quán)利要求15中所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，根據(jù)本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)這些目的。


將參照附圖來更好地理解本發(fā)明。
圖1圖示了一種測量和計(jì)算保護(hù)對(duì)象的差動(dòng)電流以便執(zhí)行差動(dòng)保護(hù)的方法的流程圖。
圖2針對(duì)2-繞組電力變壓器或者PST更具體地圖示了根據(jù)圖1的方法。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合圖1來描述根據(jù)本發(fā)明的方法，其中在流程圖中揭示了三相電力系統(tǒng)中的保護(hù)對(duì)象、特別是PST的差動(dòng)保護(hù)的原理。第一步驟1a、b用以針對(duì)如圖2中限定的保護(hù)對(duì)象10的每側(cè)、在它的兩側(cè)測量保護(hù)對(duì)象10的所有相電流。第二步驟2a、b用以判斷是否進(jìn)行零序電流降低。這依賴于用戶設(shè)置7a、b。如果應(yīng)當(dāng)進(jìn)行零序電流降低，則減除零序電流12a、b。在11a、b中插入零序電流的值。
第三步驟3a、b用以通過使用基電流(base current)8a、b來執(zhí)行幅度補(bǔ)償。第四步驟4a、b用以通過使用保護(hù)對(duì)象10相應(yīng)側(cè)的相角9a、b來執(zhí)行相角補(bǔ)償。
然后在第五步驟5中組合來自兩側(cè)的所得信號(hào)并且計(jì)算差動(dòng)電流。
最后在步驟6中執(zhí)行差動(dòng)保護(hù)算法。
在圖2中通過框圖更具體地揭示了根據(jù)圖1的方法。沿用了與圖1中對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)以求簡化對(duì)本發(fā)明的理解。
保護(hù)對(duì)象10可以是包括相移變壓器的任一類型電力變壓器。保護(hù)對(duì)象10在兩側(cè)(第1側(cè)和第2側(cè))連接到電網(wǎng)。
在包括A/D轉(zhuǎn)換、預(yù)濾波、DFF(相量提取)等的步驟1中測量相電流。在步驟7中進(jìn)行零序電流減法設(shè)置(“On-Off”)。在該圖的框8和9中確定用以執(zhí)行幅度和相角補(bǔ)償?shù)谋匾獢?shù)據(jù)。在保護(hù)對(duì)象10耦合到有載抽頭變換器(OLTC)的情況下，在框13中確定OLTC的位置。信號(hào)是諸如零序電流降低2、幅度補(bǔ)償3和相角補(bǔ)償4的計(jì)算所需要的，因此來自保護(hù)對(duì)象10兩側(cè)的所得信號(hào)分別輸入到框12、3和4。在框5中最終計(jì)算差動(dòng)電流。當(dāng)差動(dòng)電流達(dá)到某一信號(hào)電平時(shí)，從框6釋放跳閘信號(hào)，該跳閘信號(hào)將保護(hù)對(duì)象10從電力系統(tǒng)的其余部分?jǐn)嚅_。
在下文中更具體地描述本發(fā)明的基本原理。
幅度補(bǔ)償為了實(shí)現(xiàn)電流幅度補(bǔ)償，必須通過將所測相電流除以基電流，在所有電力變壓器側(cè)上將它們規(guī)一化。以初級(jí)安培數(shù)表示的基電流具有如下值，該值應(yīng)當(dāng)按照下式針對(duì)每個(gè)電力變壓器側(cè)來加以計(jì)算Ibase=Srmax3·Ur---(1.2)]]>其中Srmax是具有最大額定值的受保護(hù)電力變壓器的繞組的額定表觀功率，以及Ur是受保護(hù)變壓器的相關(guān)側(cè)上的額定相間無載電壓(no-load voltage)。
應(yīng)當(dāng)注意，通常至少在電力變壓器的一側(cè)，Ur對(duì)于不同的OLTC位置而言可以具有不同的值。因此，基電流對(duì)于不同的OLTC位置而言也具有不同的值。因此，在OLTC所在的一側(cè)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)每個(gè)OLTC使用不同的Ibase值以便補(bǔ)償電流幅度變化。一旦執(zhí)行了所測電流的規(guī)一化，來自兩側(cè)的電流就被置于同一標(biāo)度上(即現(xiàn)在它們以pu為單位)，而且它們可以用來計(jì)算以pu為單位的差動(dòng)電流。
應(yīng)當(dāng)注意，上文的公式是針對(duì)以初級(jí)安培數(shù)表示的基電流而給出的。對(duì)于一些繼電器而言，可以通過將初級(jí)值除以相關(guān)CT比率，將此電流轉(zhuǎn)換成CT的次級(jí)側(cè)。在下文中將以初級(jí)安培數(shù)示出所有計(jì)算。
相角偏移補(bǔ)償在下文中將假設(shè)已經(jīng)執(zhí)行了對(duì)來自兩側(cè)的電流的幅度規(guī)一化，而且將僅提供用于補(bǔ)償相角偏移的過程。
電力變壓器和PST裝置的共同特征在于它們產(chǎn)生了第1側(cè)電壓與第2側(cè)電壓之間的相角偏移Θ。
標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器還產(chǎn)生了它們的端子電壓之間的相移。標(biāo)準(zhǔn)電力變壓器與PST變壓器之間的僅有區(qū)別在于
·關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)電力變壓器的相移Θ是固定的，而且依賴于特定繞組連接和變壓器矢量組，可以是30°的倍數(shù)(即n×30°；n＝0，1，2，...，11)，·關(guān)于PST的相移Θ是可變的。通常一個(gè)或多個(gè)有載抽頭變換器(OLTC)用來執(zhí)行這一可變相移?？梢栽趯挼姆秶?多達(dá)±75°)中更改相角偏移，同時(shí)OLTC可以具有10到70級(jí)。
如Electrical Transmission and Distribution Reference Book，Chapter 5，4thEdition，Westinghouse Electric Corp.，East Pittsburgh，PA 1950中所示，對(duì)于電力變壓器兩側(cè)的正序、負(fù)序和零序無載電壓之間的相角偏移而言存在嚴(yán)格的規(guī)則。
一旦電力變壓器加有負(fù)載，此電壓關(guān)系將由于變壓器上的電壓降而不再有效。然而，如Electrical Transmission and Distribution Reference Book，Chapter 5，4thEdition，Westinghouse Electric Corp.，East Pittsburgh，PA 1950中所示，現(xiàn)在同一關(guān)系對(duì)于在第1側(cè)流入變壓器中而在第2側(cè)從電力變壓器流出的序電流而言將是有效的。
因此對(duì)于來自電力變壓器或者PST兩側(cè)(即繞組)的正序、負(fù)序和零序電流而言可以寫出以下關(guān)系IPS_W1＝ejθ·IPS_W2(1.3)INS_W1＝e-jθ·INS_W2(1.4)IZS_W1＝IZS_W2 (1.5)以下所述對(duì)于序電流而言將成立來自第2側(cè)的正序電流將比來自第1側(cè)的正序電流準(zhǔn)確地滯后角度Θ(對(duì)于正序無載電壓而言是同一關(guān)系)。
來自第2側(cè)的負(fù)序電流將比來自第1側(cè)的負(fù)序電流準(zhǔn)確地超前角度Θ(對(duì)于負(fù)序無載電壓而言是同一關(guān)系)。
當(dāng)零序電流完全從保護(hù)對(duì)象的一側(cè)傳送到另一側(cè)時(shí)，來自第2側(cè)的零序電流將與來自第1側(cè)的零序電流準(zhǔn)確地同相(對(duì)于零序無載電壓而言是同一關(guān)系)。
對(duì)于差動(dòng)保護(hù)而言，如圖2中所示，通常以向著保護(hù)對(duì)象的同一參考方向來測量來自保護(hù)對(duì)象所有側(cè)的電流。因此從現(xiàn)在開始將這樣的參考方向用于電流測量。
由于保護(hù)對(duì)象兩側(cè)的序電流之間的關(guān)系已知，所以可以根據(jù)以下三個(gè)等式來計(jì)算序差動(dòng)電流；Id_PS＝IPS_W1+ejθ·IPS_W2(1.6)正序差動(dòng)電流。
Id_NS＝INS_W1+e-jθ·INS_W2(1.7)負(fù)序差動(dòng)電流。
Id_ZS＝IZS_W1+IZS_W2(1.8)零序差動(dòng)電流。
通過使用序和相位量之間的基本關(guān)系，則對(duì)于按相的(phase-wise)差動(dòng)電流而言可以寫出以下關(guān)系Id_L1Id_L2Id_L3=A·Id_ZSId_PSId_NS---(1.9)]]>其中A=1111a2a1aa2---(1.10)]]>A-1=13·1111aa21a2a---(1.11)]]> 通過將等式(1.6)、(1.7)和(1.8)組合成等式(1.9)而且進(jìn)行一些基本的重新整理，可以導(dǎo)出下式Id_L1Id_L2Id_L3=A·IZS_W1IPS_W1INS_W1+A·IZS_W2ejθ·IPS_W2e-jθ·INS_W2=A·IZS_W1IPS_W1INS_W1+A·1000ejθ000e-jθ·IZS_W2IPS_W2INS_W2--(1.13)]]>
通過進(jìn)一步的基本數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以導(dǎo)出下式(1.14)Id_L1Id_L2Id_L3=A·IZS_W1IPS_W1INS_W1+A·1000ejθ000e-jθ·(A-1·A)IZS_W2IPS_W2INS_W2=IL1_W1IL2_W1IL3_W1+A·1000ejθ000e-jθ·A-1·IL1_W2IL2_W2IL3_W2---(1.14)]]>等式(1.14)現(xiàn)在表示按相的差動(dòng)電流與來自保護(hù)對(duì)象兩側(cè)的各個(gè)電流之間的基本關(guān)系。
為了進(jìn)一步簡化等式(1.14)，在下式中定義和簡化了新的矩陣M(Θ)M(θ)=A·1000ejθ000e-jθ·A-1=13·1+2·cosθ1-cosθ-3·sinθ1-cosθ+3·sinθ1-cosθ+3·sinθ1+2·cosθ1-cosθ-3·sinθ1-cosθ-3·sinθ1-cosθ+3·sinθ1+2·cosθ---(1.15)]]>或者通過使用公知的三角關(guān)系cos(x±y)＝cos(x)·cos(y)sin(x)·sin(y)，可以獲得下式 因此現(xiàn)在可以將等式(1.14)改寫為如下 請(qǐng)注意可以將M(0°)賦給第一側(cè)繞組電流，因?yàn)榇藗?cè)取作具有零度相移的參考側(cè)。
用以獲得正確相角補(bǔ)償值的可選技術(shù)所提供的方法完全依賴于相角補(bǔ)償?shù)恼_值可用于故障檢測算法。此相角可以通過以下方式中的任一方式來獲得1.對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電力變換器而言，它是由用戶作為設(shè)置參數(shù)而輸入的受保護(hù)電力變壓器矢量組來確定的固定值，2.來自查找表，該查找表描述不同的OLTC位置與受保護(hù)電力變壓器/PST/FACTS裝置的對(duì)應(yīng)幅度和相角變化之間的關(guān)系，
3.對(duì)于具有多個(gè)OLTC的裝置而言，來自兩個(gè)、三個(gè)或更多與以上第2點(diǎn)中描述的查找表類似的查找表，4.經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)來自保護(hù)對(duì)象的外部控制系統(tǒng)，作為準(zhǔn)確的當(dāng)前值(主要適用于FACTS裝置如UPFC)，5.借助內(nèi)部算法，該算法在穩(wěn)態(tài)工作條件期間在PST沒有負(fù)載時(shí)測量來自兩個(gè)PST側(cè)的正序電壓之間的相角差，抑或在PST加有負(fù)載時(shí)測量來自兩個(gè)PST側(cè)的正序電流之間的相角。
因此，本發(fā)明可用于以下裝置的差動(dòng)保護(hù)(1)任何構(gòu)造的相移變壓器，(2)具有非標(biāo)準(zhǔn)相角偏移例如22.5°的特殊工業(yè)變壓器，該變壓器常用于大型“中壓驅(qū)動(dòng)器(MV Drive)”或者其他特殊應(yīng)用，(3)具有n-繞組的任何標(biāo)準(zhǔn)變壓器，(4)符合上述原理的任何FACTS裝置。
零序電流消除由于零序電流有時(shí)沒有適當(dāng)?shù)貜囊粋?cè)傳送到另一側(cè)，有時(shí)有必要從一個(gè)或者兩個(gè)電力變壓器側(cè)減除零序電流。
當(dāng)沒有適當(dāng)?shù)貍魉土阈螂娏鲿r(shí)，必須將它們從那一電力變壓器側(cè)明確地減除。在這樣的情況下，可以使用等式(1.17)的以下更一般的形式 其中Io_W1是保護(hù)對(duì)象第1側(cè)上的零序電流，Io_W2是保護(hù)對(duì)象第2側(cè)上的零序電流，以及kW1和kW2是可以具有值0或者1的設(shè)置參數(shù)，該參數(shù)由終端用戶設(shè)置以便啟用/禁用兩側(cè)中任一側(cè)上的零序電流降低。
進(jìn)一步觀察等式(1.18)，顯然在實(shí)際上有可能用以下兩種方式來減除零序電流
·如在專利US5790357中描述的那樣通過測量繞組公共中性點(diǎn)處的零序電流·通過根據(jù)單獨(dú)測量的三相繞組電流對(duì)零序電流進(jìn)行的內(nèi)部計(jì)算Io=IL1+IL2+IL33---(1.19)]]>在第二種情況下則有可能通過定義新的矩陣M0(Θ)將零序電流降低包含到M(Θ)矩陣中，該新的矩陣根據(jù)下式來同時(shí)執(zhí)行相移補(bǔ)償和所需的零序電流消除 或者通過附加的數(shù)學(xué)運(yùn)算 因此現(xiàn)在可以將等式(1.18)改寫如下 應(yīng)當(dāng)注意，等式(1.22)和等式(1.17)實(shí)際上具有同一形式。僅有的區(qū)別在于實(shí)際使用哪一個(gè)矩陣(即M(Θ)或者M(jìn)0(Θ))。應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)際上有可能在一個(gè)等式中混合(即使用兩個(gè))矩陣。在那一情況下，在使用矩陣M(Θ)的一側(cè)將不去除零序電流，而在使用矩陣M0(Θ)的另一側(cè)將去除零序電流。這例如對(duì)于YNd連接的電力變壓器的差動(dòng)保護(hù)而言是典型的要求。
應(yīng)當(dāng)注意，矩陣M0(Θ)實(shí)際上是廣義規(guī)一化變換的數(shù)值等效變換，這在專利US6507184中有述。
然而，關(guān)于專利US6507184應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng)·當(dāng)在保護(hù)對(duì)象的所有側(cè)使用M0(Θ)矩陣時(shí)，在沒有必要去除零序電流的側(cè)，不必要地減小了差動(dòng)保護(hù)靈敏度
·當(dāng)在保護(hù)對(duì)象的所有側(cè)使用M0(Θ)時(shí)，可能不必要地破壞瞬時(shí)差動(dòng)電流的計(jì)算，這對(duì)于2次和5次諧波閉鎖/抑制準(zhǔn)則的恰當(dāng)工作而言可能造成問題因此在本文中提供的本發(fā)明在這一方面具有明顯優(yōu)勢。
幅度、相角和零序的同時(shí)補(bǔ)償如果現(xiàn)在在一個(gè)等式中將所有三種上述補(bǔ)償安排在一起，則在二繞組電力變壓器或者PST的情況下可以寫出以下完整的等式 最后，對(duì)于n-繞組電力變壓器的以下最一般的等式可以寫為以下形式IDiff_L1IDiff_L2IDiff_L3=Σi=1n1Ib_Wi·M(ΘWi)·IL1_Wi-kWi·I0_WiIL2_Wi-kWi·I0_WiIL2_Wi-kWi·I0_Wi---(1.24)]]>其中n是受保護(hù)變壓器內(nèi)的繞組數(shù)目，n＝1，2，3，...，n(通常n≤6)，IDiff_Lx是以u(píng)為單位的按相的差動(dòng)電流，Ib_Wi是如等式(1.2)中定義的相關(guān)繞組的基電流(如果繞組結(jié)合有OLTC則它是可變值)，M(ΘWi)是3×3矩陣，該矩陣在PST的情況下根據(jù)OLTC位置對(duì)所測繞組相電流執(zhí)行動(dòng)態(tài)的相角偏移補(bǔ)償，ILx_Wi是所測繞組相電流，kWi是如下設(shè)置，該設(shè)置確定是否應(yīng)當(dāng)從所測繞組相電流中減去零序電流(即它可以具有值0或者1)，以及I0_Wi是所測或者所計(jì)算的繞組零序電流。
作為選擇，當(dāng)基于I0_Wi=IL1_Wi+IL2_Wi+IL3_Wi3]]>通過內(nèi)部計(jì)算來執(zhí)行零序降低時(shí)，等式(1.24)可以改寫為如下IDiff_L1IDiff_L2IDiff_L3=Σi=1n1Ib_Wi·MX(ΘWi)·IL1_WiIL2_WiIL3_Wi]]>其中MX(ΘWi)在不去除零序電流的情況下等于M(ΘWi)(見等式(1.16))或者在應(yīng)當(dāng)去除零序電流的情況下等于M0(ΘWi)(見等式(1.20))。
等式(1.24)說明了本發(fā)明的創(chuàng)造性。它用來針對(duì)在差動(dòng)繞組之前具有任意相角偏移的電力變壓器來計(jì)算差動(dòng)電流。它可以在任何電力變壓器、PST和FACT裝置的保護(hù)(即差動(dòng)電流計(jì)算)期間直接使用。如等式(1.13)中所示，差動(dòng)電流包括來自保護(hù)對(duì)象所有側(cè)的正序、負(fù)序和零序電流，但是作為選擇，如果保護(hù)對(duì)象的特性需要，則可以從保護(hù)對(duì)象的任一側(cè)去除零序電流。
M(Θ)矩陣的系數(shù)總是實(shí)數(shù)。因此應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于基頻電流相量或者瞬時(shí)電流值(即采樣)可以使用所提供的差動(dòng)電流計(jì)算方法。因此對(duì)于保護(hù)對(duì)象可以通過與用于標(biāo)準(zhǔn)三相電力變壓器的現(xiàn)有差動(dòng)保護(hù)相同的方式來計(jì)算基頻和瞬時(shí)差動(dòng)電流。這意味著可以直接地再利用所有已有特征，如·偏置電流計(jì)算·工作抑制特性·無抑制工作電平·2次諧波閉鎖·5次諧波閉鎖·波形閉鎖·交叉閉鎖·靈敏的基于負(fù)序的外部/內(nèi)部故障鑒別器此原理已經(jīng)在專利申請(qǐng)WO 2005/064759 A1中有所揭示。
通過使用等式(1.24)計(jì)算差動(dòng)電流IDiff_Lx，如果差動(dòng)電流IDiff_Lx之一開始不等于零則可以在理論上檢測到電力變壓器中的故障。這在電力變壓器的正常通載工作條件之下、即在電力變壓器未飽和時(shí)是成立的。在實(shí)踐中，只有在差動(dòng)電流之一超過預(yù)定界限時(shí)才檢測到故障，以便增強(qiáng)該方法的故障安全性。差動(dòng)電流不等于零表明在電力變壓的規(guī)一化輸入電流與規(guī)一化輸出電流之間有差異。規(guī)一化輸入電流對(duì)應(yīng)于初級(jí)繞組W1的規(guī)一化電流，而n-繞組電力變壓器的規(guī)一化輸出電流對(duì)應(yīng)于所有其他繞組W2至Wn的規(guī)一化電流之和，其中包含180°相移(見圖2，輸出電流ILx_W2的方向)。因此，基于等式(1.24)的一般故障檢測方法可以描述為如下方法，其中比較初級(jí)繞組W1的規(guī)一化電流與所有其他繞組W2至Wn的規(guī)一化電流。
一種執(zhí)行這一比較的方式是使用等式(1.24)來明確地計(jì)算差動(dòng)電流IDiff_Lx。
當(dāng)以如下形式改寫等式(1.24)時(shí)可以得到另一種方式IDiff_L1IDiff_L2IDiff_L3=1Ib_W1·M(ΘW1)·IL1_W1-kW1·I0_W1IL2_W1-kW1·I0_W1IL3_W1-kW1·I0_W1+Σi=2n1Ib_WiM·(ΘWi)·IL1_Wi-kWi·I0_WiIL2_Wi-kWi·I0_WiIL3_Wi-kWi·I0_Wi---(1.25)]]>現(xiàn)在可以明確地看到作為等式(1.25)第一部分的初級(jí)繞組W1和所有其他繞組W2至Wn對(duì)差動(dòng)電流IDiff_Lx的貢獻(xiàn)。
等式(1.24)也可以通過提取n個(gè)繞組之一的貢獻(xiàn)來以任一其他方式進(jìn)行改寫，即例如可以針對(duì)繞組W2而不是W1來計(jì)算等式(1.25)的左側(cè)。然后將這一單個(gè)繞組W2的貢獻(xiàn)與其余繞組W1和W3至Wn的貢獻(xiàn)相比較。因此，等式(1.24)最一般地可以視為如下方法的基礎(chǔ)，該方法用以比較電力變壓器的一個(gè)單個(gè)繞組的規(guī)一化電流與所有其他繞組的規(guī)一化電流。
正如已經(jīng)指出的那樣，如果沒有發(fā)生內(nèi)部故障而且在電力變壓器的正常通載工作條件之下，差動(dòng)電流IDiff_Lx應(yīng)當(dāng)全部為零。因而，等式(1.25)的兩個(gè)貢獻(xiàn)部分的相量就它們的幅度而言是相等的，而且相對(duì)于彼此具有180°相位位移。在數(shù)學(xué)項(xiàng)中這可以通過改寫等式(1.24)來表達(dá)；
1Ib_W1·(ΘW1)·IL1_W1-kW1·I0_W1IL2_W1-kW1·I0_W1IL3_W1-kW1·I0_W1=-Σi=2n1Ib_Wi·M(ΘWi)·IL1_Wi-kWi·I0_WiIL2_Wi-kWi·I0_WiIL3_Wi-kWi·I0_Wi---(1.26)]]>現(xiàn)在可以通過簡單地比較等式(1.26)的左手側(cè)與右手側(cè)來檢測故障，其中每相Lx(x＝1，2或者3)的所得相量應(yīng)當(dāng)具有同一幅度，而且相對(duì)于彼此具有0°相移，即同相。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)等式(1.26)現(xiàn)在尤其地適于對(duì)低水平匝間故障的檢測。在低水平匝間故障的情況下，由于作為整體的受影響電力變壓器與少數(shù)短路項(xiàng)之間比較高的變換比，所以等式(1.26)兩側(cè)的幅度相對(duì)于彼此將幾乎表現(xiàn)不出相對(duì)差異。但是與此同時(shí)，由于短路匝中的高電流，所以在等式(1.26)的對(duì)應(yīng)相中將出現(xiàn)取不同于0°的任意值的相移。
因此，通過監(jiān)視對(duì)等式(1.25)的差動(dòng)電流的兩個(gè)貢獻(xiàn)之間的相角，或者類似地通過持續(xù)地而且針對(duì)三相中的每相來監(jiān)視等式(1.26)兩側(cè)之間的相移，實(shí)現(xiàn)了一種用以檢測低水平匝間故障的靈敏而簡單的方法。一旦相移達(dá)到預(yù)定水平例如4°就通報(bào)匝間故障。
除監(jiān)視各個(gè)相電流之外，對(duì)正序分量貢獻(xiàn)與負(fù)序分量貢獻(xiàn)之間的相移的監(jiān)視也可以用作又一檢查準(zhǔn)則。
為了進(jìn)一步改進(jìn)故障檢測方法的故障安全性，可以包括確定和評(píng)估等式(1.26)的三相中每相的相角偏移這一附加步驟。如果三相中的每相實(shí)際上表現(xiàn)同一相角偏移，則指示了相角補(bǔ)償有問題，因?yàn)椴淮罂赡艹霈F(xiàn)三相故障。為了進(jìn)一步證實(shí)存在相角補(bǔ)償問題，可以通過比較繞組W1與所有其他繞組W2至Wn來確定正序電流的相角偏移。如果此第四相角偏移與等式(1.26)的三相相角偏移同值，則認(rèn)可對(duì)錯(cuò)誤相角補(bǔ)償?shù)闹甘尽?br> 由于等式(1.25)和(1.26)分別地要求正常的通載條件，所以當(dāng)在實(shí)踐中作為偏置電流的直通電流(through-going current)取預(yù)定義電流值段以外的值時(shí)，應(yīng)當(dāng)禁用對(duì)相角或者相移的監(jiān)視，其中該電流值段由最小和最大電流電平來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于n-繞組三相電力變壓器中的故障檢測的方法，包括步驟·對(duì)于每個(gè)所述繞組(Wi，其中i＝1，...，n)о測量三相電流(IL1_Wi；IL2_Wi；IL3_Wi)，о根據(jù)至少一個(gè)用戶設(shè)置(kWi)判斷(7)是否要執(zhí)行零序電流(I0_Wi)降低(2)，以及如果判斷為是則從每個(gè)所述三相電流(IL1_Wi；IL2_Wi；IL3_Wi)中減除所述零序電流(I0_Wi)，о通過對(duì)前一步驟的結(jié)果執(zhí)行幅度補(bǔ)償(3)和相角偏移補(bǔ)償(4)來產(chǎn)生規(guī)一化電流，·然后對(duì)于每相(Lx，其中x＝1，2，3)о比較(5)單個(gè)繞組的規(guī)一化電流與所有其他繞組的規(guī)一化電流，以及о如果所述單個(gè)繞組與所有其他繞組之間的差超過預(yù)定義水平則產(chǎn)生(6)故障信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述單個(gè)繞組是初級(jí)繞組(W1)，而所有其他繞組是第二繞組和隨后的繞組(W2，...，Wn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中對(duì)于每相(Lx)，通過將所述單個(gè)繞組(W1)的規(guī)一化電流與所有其他繞組的規(guī)一化電流之和相加來比較規(guī)一化電流，由此根據(jù)以下兩式確定按相的差動(dòng)電流IDiff_L1IDiff_L2IDiff_L3=Σi=1n1Ib_Wi·M(ΘWi)·IL1_Wi-kWi·I0_WiIL2_Wi-kWi·I0_WiIL2_Wi-kWi·I0_Wi]]>和 以及其中如果所述按相的差動(dòng)電流(IDiff_Lx)超過預(yù)定義水平則產(chǎn)生故障信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中對(duì)于每相(Lx)，通過根據(jù)以下兩式比較所述單個(gè)繞組(W1)的規(guī)一化電流的相量與所有其他繞組(W2，...，Wn)的規(guī)一化電流之和的負(fù)相量來比較規(guī)一化電流1Ib_W1·M(ΘW1)·IL1_W1-kW1·I0_W1IL2_W1-kW1·I0_W1IL3_W1-kW1·I0_W1=-Σi=2n1Ib_Wi·M(ΘWi)·IL1_Wi-kWi·I0_WiIL2_Wi-kWi·I0_WiIL3_Wi-kWi·I0_Wi]]>和 以及其中如果對(duì)于所述相(Lx)之一，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相量之間的幅度和/或相角超過預(yù)定義水平，則產(chǎn)生故障信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中還針對(duì)正序分量貢獻(xiàn)和負(fù)序分量貢獻(xiàn)來檢查所述單個(gè)繞組(W1)與所有其他繞組(W2至Wn)之間的相角偏移。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中比較所述三相(Lx)的兩個(gè)對(duì)應(yīng)相量之間的三個(gè)相角，以及其中如果所述三個(gè)相角大小相等則指示所述相角偏移補(bǔ)償(4)有故障。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的方法，其中比較所述正序分量貢獻(xiàn)的相角偏移與所述三個(gè)相角，以及其中如果它們?nèi)即笮∠嗟葎t同意所述相角偏移補(bǔ)償(4)有故障。
8.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的方法，其中對(duì)于所述繞組(Wi)中的至少一個(gè)繞組，在繞組公共中性點(diǎn)測量零序電流(I0_Wi)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求1至7中至少一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中對(duì)于所述繞組(Wi)中的至少一個(gè)繞組，使用下式根據(jù)三個(gè)所測相電流(IL1_Wi；IL2_Wi；IL3_Wi)確定所述零序電流(I0_Wi)I0_Wi=IL1_Wi+IL2_Wi+IL3_Wi3.]]>
10.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的方法，其中對(duì)于每個(gè)所述繞組(Wi)，通過將所測相電流(IL1_Wi；IL2_Wi；IL3_Wi)除以使用下式的基電流(Ib_Wi)來執(zhí)行所述幅度補(bǔ)償Ib_Wi=Srmax_Wi3·Ur,]]>其中Srmax_Wi是對(duì)應(yīng)繞組(Wi)的三相額定功率，而Ur是所述對(duì)應(yīng)繞組(Wi)的額定相間無載電壓。
11.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的方法，其中對(duì)具有可變相角偏移或者除30°和30°的倍數(shù)以外的固定相角偏移的電力變壓器執(zhí)行故障檢測。
12.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的方法，其中在所述電力變壓器耦合到有載抽頭變換器(OLTC)的情況下，根據(jù)所述抽頭變換器的位置(13)來確定對(duì)應(yīng)繞組(Wi)的基電流(Ib_Wi)。
13.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的方法，其中通過讀入由用戶設(shè)置的至少一個(gè)固定參數(shù)為每個(gè)所述繞組(Wi)確定用于所述相角偏移補(bǔ)償(4)的相角(Θi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中根據(jù)與所述有載抽頭變換器的繞組(Wi)相對(duì)應(yīng)的查找表確定用于所述相角偏移補(bǔ)償(4)的相角(Θi)，所述查找表描述不同的有載抽頭變換器位置與對(duì)應(yīng)的相角變化之間的關(guān)系。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在多個(gè)有載抽頭變換器的情況下，按照抽頭變換器的數(shù)目、根據(jù)多個(gè)查找表為對(duì)應(yīng)繞組(Wi)確定用于所述相角偏移補(bǔ)償(4)的相角(Θi)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求1至12中至少一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中從外部控制系統(tǒng)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)繞組(Wi)接收用于所述相角偏移補(bǔ)償(4)的相角(Θi)。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求1至12中至少一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中在相移變壓器(PST)的情況下，當(dāng)所述PST沒有負(fù)載時(shí)根據(jù)正序電壓、或者當(dāng)所述PST加有負(fù)載時(shí)根據(jù)正序電流、通過內(nèi)部算法為每個(gè)繞組(Wi)確定用于所述相角偏移補(bǔ)償(4)的相角(Θi)。
18.一種用于n-繞組三相電力變壓器中的故障檢測的裝置，包括·用于為每個(gè)所述繞組(Wi，其中i＝1，...，n)測量三相電流(IL1_Wi；IL2_Wi；IL3_Wi)的裝置，·用于根據(jù)至少一個(gè)用戶設(shè)置(kWi)為每個(gè)所述繞組(Wi)判斷是否要執(zhí)行零序電流(I0_Wi)降低(2)、以及如果判斷為是則從每個(gè)所述三相電流(IL1_Wi；IL2_Wi；IL3_Wi)中減除所述零序電流(I0_Wi)的裝置(7)，·用于通過對(duì)前一步驟的結(jié)果執(zhí)行幅度補(bǔ)償和相角偏移補(bǔ)償為每個(gè)所述繞組(Wi)產(chǎn)生規(guī)一化電流的裝置(3，4)，·用于為每相(Lx，其中x＝1，2，3)比較初級(jí)繞組(W1)的規(guī)一化電流與所有其他繞組(W2，...，Wn)的規(guī)一化電流的裝置(5)，以及·用于在所述初級(jí)繞組(W1)與所有其他繞組(W2，...，Wn)之間的差超過預(yù)定義水平時(shí)為每相(Lx)產(chǎn)生故障信號(hào)的裝置(6)。
19.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)在用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至17中至少一個(gè)權(quán)利要求所述的方法的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
全文摘要
一種用于n－繞組三相電力變壓器中的故障檢測的方法和裝置。該方法包括步驟為每個(gè)繞組(Wi)測量三相電流(I
文檔編號(hào)H02H7/045GK101091295SQ200680000335
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者佐倫·加吉克 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司