判别并联电抗器匝间短路、两相短路和单相短路的方法

xiaoxiao2020-7-23  10

专利名称:判别并联电抗器匝间短路、两相短路和单相短路的方法
技术领域
本发明涉及一种判别并联电抗器匝间短路、两相短路和单相短路的方法,属于电力系统 主设备继电保护领域。
背景技术
当前国内外继电保护领域中的方向继电器(或称方向元件、方向判据)有以下几种
(1) 9()<>接线的功率方向继电器 广泛应用于输电线路、发电机、变压器的继电保护; 其基本动作方程为
/Ac cos".j + ") > 0, = arg *
< /》rCj4 c。s(^V万+ ") > 0 ,』=arg ^ 々"w謡(& c + ) > 0 ,& c = arg ^
"为继电器内角,为最灵敏角
"(或炉柳)值可整定,如『30°或45°, ^=30°或45°;
因为该种方法反映的是电抗器首端的功率'//7, 、 ^"^' /c^、5,当电抗器匝间短 路时,这些功率值变化极小,无法检测,所以这种功率方向继电器不能用于判别匝间短路。 (2)零序功率方向继电器 广泛应用于输电线路、变压器的继电保护 其基本动作方程为
C/0/。 cos"十《) > 0 ,& = arg * ■
4°为继电器测量的零序电压、零序电流
,ct = 110u
A,
值可整定,如变压器、输电线路的零序功率方向继电器整定 =一110°
内角"—,即最灵敏角
(3)故障分量的负序功率方向继电器 应用于发电机匝间短路的继电器保护,参见许继电气公司的WFB-800发变组保护的技术 说明书;
其基本动作方程为 &一2 x A/2 xe-化"|>,
式中,八"2为继电器邻 A^为A^的共轭向量:
^为一个小门坎功率值 :的发电机机端的负序故障分量电压;
而"'2为继电器测量的发电机机端的负序故障分量电流; ^"为继电器的最灵敏角,《ra按发电机负序阻抗角整定, 一般整定^"=S。°。 由于该种判别方法反映的是电抗器首端的负序功率A/]),当电抗器匝间短路的匝
数少时,A^及"都小,
是一个固定
者乘积的负序功率小,又继电器整定的门坎值 的常数,致使负序功率方向继电器拒动或者灵敏度低。 (4)电压绝对值比较式零序方向继电器 这种继电器能判别出并联电抗器的匝间短路及单相接地短路故障,见中国专利申请公开 说明书CN101071151A,
公开日为2007年11月14日,其基本动作方程为
t/0 — ^。Zi() ^ "。 + ,0义
SO
式中,

5Q——继电器测量的并联电抗器首端的零序电流; iQ——并联电抗器的零序电抗;
_系统的零序电抗。
但该种判别方法对于中性点不接地的并联电抗器灵敏度较低,例如当并联电抗器的匝间
短路匝数与每相总匝数之比^ = JQ/Q的情况下(1 )、对于中性点不接地的并联电抗器,
由于7" ,故判别不出电抗器匝间短路故障;(2)当中性点经过小电抗器接地时,由于
A = 0.6 厶 /。
7" ,所以灵敏度比较差,其中(为电抗器的额定电流, 为电抗器的零序
电流)

发明内容
针对现有技术的不足,本发明要解决的技术问题是提供一种能够同时判别并联电抗器匝 间短路、两相短路和单相短路且灵敏度高的方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是 一种判别并联电抗器匝间短路、两相 短路和单相短路的方法,包括如下步骤
(1) 测量并计算电抗器首端三相电压的故障分量A"、 A"s、 A"C,进而计算出负序 电压的故障分量八"2;
(2) 测量并计算电抗器首端三相电流的故障分量A7、 A/ 、 A/c,进而计算出负序电 流的故障分量A^;
(3) 将A&、 A^代入式(A);式(A)为电压绝对值比较式负序方向继电器的动作方程<formula>formula see original document page 7</formula>
(A)
式中,Z"—电抗器的负序电抗; Z"_系统的负序电抗;
(4)若式(A)成立,则判别出中性点不接地的并联电抗器内部有匝间短路或两相短路 故障;若并联电抗器的中性点直接接地或经小电抗器接地,则判别出电抗器内部有匝间短路 或两相短路或单相接地短路故障。
本发明的另一种技术方案采用了一种判别并联电抗器匝间短路、两相短路和单相短路的 方法,包括如下步骤
(1) 测量并计算电抗器首端的三相电压"、"8、 ^c,进而计算出负序电压^;
(2) 测量并计算电抗器首端三相电流"、"、々,进而计算出负序电流";
(3) 将^、 ^代入式(B),
式(B)为电压绝对值比较式负序方向继电器的动作方程;
<formula>formula see original document page 7</formula>
(B)
式中,Z"—电抗器的负序电抗; Z"_系统的负序电抗;
(4) 若式(B)成立,对中性点不接地的并联电抗器而言,则判别出电抗器内部有匝间短 路或两相短路故障;对中性点直接接地或经小电抗器接地的并联电抗器而言,则判别出电抗 器内部有匝间短路或两相短路或单相接地短路故障。
本发明"电压绝对值比较式负序方向继电器"主要应用于高压并联电抗器的继电保护装 置。若并联电抗器的中性点不接地,本发明能判别出电抗器的匝间短路及内部两相短路故障 ;若并联电抗器的中性点直接接地或经小电抗器接地,本发明能判别出电抗器的匝间短路、内部两相短路以及内部单相接地短路故障。
本发明"电压绝对值比较式负序方向继电器"在电抗器匝间短路的匝数少时,虽然 A^及^都小,但由于电抗器的负序电抗Z"很大,致使继电器的动作量
|M>2-/A/^卜A/2(^+X工2仍具有相当的值,且其制动量为零,所以本发明的继电器动作灵
敏度高。又本发明负序方向继电器的动作方程方法比负序功率方向继电器的方法简单。
背景技术
中描述的"电压绝对值比较式零序方向继电器"能判别出并联电抗器的匝间短 路,但其总体性能不如本发明的负序方向继电器。根据对实际系统的分析计算,并联电抗器
的匝间短路匝数与每相总匝数之比"='%的情况下若电抗器的中性点直接接地,电抗 f = , = l。/0 /
器的首端^ f" ("为电抗器的额定电流);若电抗器的中性点经小电抗器接地
,=1。/。 , A = 0,6% 4 = l。/o , i = 0
," " ;若电抗器的中性点不接地,f" f" 。
可见,本发明的继电器与"电压绝对值比较式零序方向继电器"(简称后者)相比
中性点直接接地的并联电抗器匝间短路,本发明的动作灵敏度与后者相同;
中性点经小电抗器接地的并联电抗器匝间短路,本发明的动作灵敏度高于后者;
中性点不接地的并联电抗器匝间短路,本发明能判别出而后者不能。


图l为并联电抗器匝间短路负序网络图2a为并联电抗器内部两相短路负序网络图2b为并联电抗器外部两相短路负序网络图3a为并联电抗器内部单相接地短路负序网络图3b为并联电抗器外部单相接地短路负序网络图4为本发明的实施方式的结构示意图。
具体实施例方式
绝对值比较式负序方向继电器"的方法动作方程有两种第一种是继电器的测量电压采用电抗器首端的负序电压故障分量,测量电流采用电抗器首端的负序电流故障分量
;第二种是继电器的测量电压采用电抗器首端的负序电压^,测量电流采用电抗器首端的 负序电流"。用户以控制字可任选一种,第一种的动作特性精度高于第二种,但第一种的方 法较复杂些。
以下分析第一种方法动作方程
动作方程
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中,|A^"AJ2Xi2
为动作量;
为制动量; Z"_为并联电抗器的负序电抗; Z"_为系统的负序电抗。 1、并联电抗器匝间短路
见图1所示的并联电抗器匝间短路负序网络图。 m>2 = _a/2 X= _/a/2JQ2
A^滞后于^2 90° 。 将式(2)代入式(1),得 <formula>formula see original document page 9</formula>
(1)
(2)动作量很大,制动量为零,本发明"负序方向继电器"动作最灵敏。
2、 并联电抗器内部两相短路
见图2a所示的并联电抗器内部两相短路负序网络图 △f>2 = _A/2 x jXS2 = _/A/2JTS2
(3)
将式(3)代入式(1),所得结论与内部匝间短路相同,动作量很大,制动量为零,本 发明"负序方向继电器"动作最灵敏。
3、 并联电抗器外部两相短路
见图2b所示的并联电抗器外部两相短路负序网络图。
(4)
A"2超前于A72 90° 。
将式(4)代入式(1),得
0<A/2(X£2+U
<
s2 I
动作量为零,制动量很大,本发明"负序方向继电器"可靠不动作。
4、中性点接地系统中的并联电抗器中性点直接接地或经小电抗器接地情况下电抗器内 部单相接地短路
见图3a所示的中性点直接接地或经小电抗器接地的并联电抗器内部单相接地负序网络图
(5)将式(5)代入式(1),所得结论与电抗器内部两相短路相同,动作量很大,制动量为 零,本发明"负序方向继电器"动作最灵敏。
5、中性点接地系统中的并联电抗器中性点直接接地或经小电抗器接地情况下电抗器外 部单相接地短路
见图3b所示的中性点直接接地或经小电抗器接地的并联电抗器外部单相接地负序网络图
A"2 = A/2 x & =风JT
(6)
A"2超前于A72 90° 。
将式(6)代入式(1),所得结论与电抗器外部两相短路相同,动作量为零,制动量很 大,本发明"负序方向继电器"可靠地不动作。
本发明"电压绝对值比较式负序方向继电器"的第二种方法动作方程为
/仏2》"2 + #,
(7)
式中,^抓并联电抗器首端的负序电压; /2抓并联电抗器首端的负序电流。
并联电抗器匝间短路、内部外部两相短路、内部外部单相接地时第二种方法动作方程的 动作行为分析相应地与第一种方法动作方程的动作行为相同,不再赘述。
权利要求
1.一种判别并联电抗器匝间短路、两相短路和单相短路的方法,其特征在于,包括以下步骤(1)测量并计算电抗器首端三相电压的故障分量 id="icf0001" file="A2009103038370002C1.tif" wi="9" he="5" top= "40" left = "119" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0002" file="A2009103038370002C2.tif" wi="9" he="5" top= "40" left = "132" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0003" file="A2009103038370002C3.tif" wi="9" he="6" top= "40" left = "144" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>进而计算出负序电压的故障分量 id="icf0004" file="A2009103038370002C4.tif" wi="8" he="6" top= "49" left = "57" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>(2)测量并计算电抗器首端三相电流的故障分量 id="icf0005" file="A2009103038370002C5.tif" wi="7" he="5" top= "57" left = "119" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0006" file="A2009103038370002C6.tif" wi="7" he="5" top= "57" left = "130" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0007" file="A2009103038370002C7.tif" wi="7" he="6" top= "57" left = "141" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>进而计算出负序电流的故障分量 id="icf0008" file="A2009103038370002C8.tif" wi="7" he="6" top= "65" left = "49" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>(3)将 id="icf0009" file="A2009103038370002C9.tif" wi="8" he="5" top= "73" left = "48" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0010" file="A2009103038370002C10.tif" wi="5" he="4" top= "73" left = "60" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>代入式(A)式(A)为电压绝对值比较式负序方向继电器的动作方程<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>|</mo><mi>&Delta;</mi><msub> <mover><mi>U</mi><mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mi>j&Delta;</mi><msub> <mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><msub> <mi>X</mi> <mrow><mi>L</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>&GreaterEqual;</mo><mo>|</mo><mi>&Delta;</mi><msub> <mover><mi>U</mi><mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><mo>+</mo><mi>j&Delta;</mi><msub> <mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><msub> <mi>X</mi> <mrow><mi>S</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中,XL2——电抗器的负序电抗;XS2系统的负序电抗;(4)若式(A)成立,则判别出中性点不接地的并联电抗器内部有匝间短路或两相短路故障;若并联电抗器的中性点直接接地或经小电抗器接地,则判别出电抗器内部有匝间短路或两相短路或单相接地短路故障。
2. 一种判别并联电抗器匝间短路、两相短路和单相短路的方法,其 特征在于,包括以下步骤(1) 测量并计算电抗器首端的三相电压"、"8、 ^c,进而计算出负序电压^;(2) 测量并计算电抗器首端三相电流"、"、々,进而计算出负序电流";(3) 将^、 ^代入式(B)式(B)为电压绝对值比较式负序方向继电器的动作方程 |t>2-_//2Xi2|》p2+/2A2|(B)式中,A"——电抗器的负序电抗;Z"——系统的负序电抗; (4)若式(B)成立,对中性点不接地的并联电抗器而言,则判别出电抗器内部有匝间 短路或两相短路故障;对中性点直接接地或经小电抗器接地的并联电抗器而言,则判别出电 抗器内部有匝间短路或两相短路或单相接地短路故障。
全文摘要
本发明公开了一种判别并联电抗器匝间短路、两相短路和单相短路的方法,该方法包括如下步骤(1)根据测量计算出负序电压的故障分量Δ<sub>2</sub>;(2)根据测量计算出负序电流的故障分量Δ<sub>2</sub>;(3)将Δ<sub>2</sub>、Δ<sub>2</sub>代入式|Δ<sub>2</sub>-jΔ<sub>2</sub>X<sub>L2</sub>|≥Δ<sub>2</sub>+jΔ<sub>2</sub>X<sub>S2</sub>|(A),式(A)为电压绝对值比较式负序方向继电器的动作方程,式中,X<sub>L2</sub>——电抗器的负序电抗;X<sub>S2</sub>——系统的负序电抗;(4)若式(A)成立,则判别出中性点不接地的并联电抗器内部有匝间短路或两相短路故障;若并联电抗器的中性点直接接地或经小电抗器接地,则判别出电抗器内部有匝间短路或两相短路或单相接地短路故障;本方法主要应用于高压并联电抗器的继电保护装置。
文档编号G01R31/02GK101614779SQ20091030383
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月29日 优先权日2008年12月30日
发明者姚晴林, 曹丽璐, 李瑞生, 伟 王 申请人:许继集团有限公司;许继电气股份有限公司

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