本发明专利技术公开了一种变压器自适应保护装置及其保护方法，该装置包括速动单元、故障分量单元、空载合闸单元、参数辨识及门槛值整定单元；速动单元保护判据按照最严重区外故障进行整定，能够高速地切除严重故障；故障分量单元利用故障分量信息提高保护的灵敏度，使保护正确识别区内弱故障；空载合闸单元，只在变压器空载合闸时保证可靠性和灵敏度；参数辨识及门槛值整定单元，辨识参数包括变压器绕组漏电感，辨识结果用于实现保护参数更新及门槛值在线整定，保证保护的可靠性及灵敏度。本发明专利技术所提出的基于等值方程原理的变压器自适应保护方案，通过各单元相互配合来满足继电保护“四性”的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统领域，涉及一种电力系统保护装置的实现方法，特别适合于 变电站对所辖变压器进行保护配置和故障判别。
技术介绍
电力变压器是电力系统中的枢纽设备，在整个电力系统中起着能量和电压转换的 作用。因此变压器能否安全稳定运行直接影响到整个电力系统的安全与稳定。作为电力系 统“第一道防线”的继电保护装置将在其中起到至关重要的作用。差动保护一直是电力变 压器的主保护，它基于基尔霍夫电流定律，具有原理简单、灵敏度高、选择性好的特点。但是 变压器是通过磁路将各绕组联系到一起的电气原件，其本质上已经不再满足基尔霍夫电流 定律。当变压器空载合闸或者外部故障切除时，变压器内部产生的励磁涌流可能达到额定 电流的8倍以上，从而使差动保护误动作。长期以来，对于变压器主保护来讲，差动保护一直单一配置，难以满足继电保护 “四性”——可靠性、选择性、速动性和灵敏性的要求，尤其在可靠性和灵敏性方面，单一配 置的差动保护无论从原理上还是实际应用中都难以保证，而近几年我国变压器保护的正确 动作率依然处于较低水平便说明了这个问题。近年来，保护工作者将大量的精力投入到对 变压器新原理的探索和研究上，其中综合利用变压器各侧电压电流信息建立变压器等值方 程模型的保护原理，逐渐成为众多变压器新原理研究的一个热点。但是，基于电压电流信息的变压器保护原理存在的共同问题是门槛值整定困难， 因此如何构建简单的保护判据并依据变压器铭牌参数或正常运行数据实现门槛值灵活便 捷整定是基于电压电流信息新原理需要解决的主要问题。同时个新原理各自为战，单一配 置，这样更凸显在全面满足继电保护“四性”上的短板和劣势，本专利技术便在此基础上通过综 合利用和有机组合速动单元，故障分量单元，空载合间单元和参数辨识更新单元实现变压 器保护自适应方案，体现完整的故障状态的自适应、门槛值的自适应和绕组参数的自适应。 同时，基于等值方程原理的变压器保护彻底摆脱励磁涌流影响，能够很好满足继电保护“四 性”——可靠性、选择性、速动性和灵敏性的要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于等值方程原理的变压器保护自适应保护方案，使用该方法能 够摆脱励磁涌流的影响，可以正确去区分区内与区外故障，且具有很高的灵敏度；对于区内 发生严重故障的变压器，通过综合利用四个基本单元实现变压器保护自适应方案，满足继 电保护“四性”——可靠性、选择性、速动性和灵敏性的要求。为实现上述目的，本专利技术采用 的技术方案是本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种变压器自适应保护装置， 该装置包括速动单元、故障分量单元、空载合间单元、参数辨识及门槛值整定单元。—种变压器自适应保护装置的保护方法，按照如下步骤①保护装置在上电启动之后，设定被保护变压器的铭牌参数短路电压uk%、短路 损耗Pk%、变压器额定容量sb、变压器额定电压Ub、额定电流Ib，变压器额定变比nB ；②实时采集变压器原边三相绕组电压电流数据u1A、u1B, ulc, i1A、i1B、ilc,副边三相 绕组电压电流数据U2A、U2B、U2C, i2A、i2B、i2e，根据变压器各侧电流数据突变量判定保护元件 是否启动；③保护启动后利用变压器速动保护元件快速识别变压器保护区内严重故障，保护 动作时间随故障严重程度增加而减小；若速动保护元件动作，跳闸切除故障，同时整套装置 复归；当速动元件未动作时，通过判别保护启动前变压器副边绕组电流幅值来判断变压器 处于空载合间状态还是负载运行状态；④若此时变压器处于空载合闸状态，则保护采用频域保护元件来判断变压器是否 区内故障，若是则保护发出跳闸信号切除故障，同时整套装置复归，若否则返回步骤②；⑤若变压器处于负载运行状态，则保护采用故障分量保护元件来判断变压器是否 区内故障，若是则保护发出跳闸信号切除故障，同时整套装置复归；若未判断为区内故障则 表明发生变压器保护区外故障，此时区外冲击电流可能会对变压器的绕组产生影响，因此 进入参数辨识更新元件对保护参数和动作保护门槛值进行实时更新，返回步骤②重新采集 下一时刻变压器各侧电压电流信息。本专利技术方法需要同时获取变压器各侧电压电流数据，利用变压器等效电路模型， 列写变压器的基本等值回路方程、基于故障分量的等值回路方程和频域下的等值回路方 程，通过上面三个变压器等值方程得到基于等值方程的变压器保护原理。考虑绕组参数误 差和互感器误差等对等值方程的影响，具体分析各个动作方程的不平衡量，并对不平衡量 进行估算，以估算结果为依据，在保证变压器可靠不动作的前提下，得到时域下基于全量等 值方程的变压器保护判据、时域下基于故障分量等值方程的变压器保护判据和频域下变压 器空载合闸时基于等值方程的保护判据。另外，通过对变压器绕组电阻和漏电感在线辨识， 实时更新保护参数及门槛值，保证保护动作的可靠性及灵敏度。附图说明附图1为实施基于等值方程原理的变压器自适应保护方案的具体流程图；附图2为YQ/YQ接线的三相变压器模型；附图3为Y。/ Δ接线的三相变压器模型。附图4保护判据的自适应选择示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述本专利技术关于三相双绕组变压器模型的技术方案如附图2和附图3所示，对于YcZYtl和Ytl/ Δ接线的三相变压器模型有三相双绕组变压器原边绕组电压方程为 副边电压回路等值方程为 式中，Ulj、ii2j为原副边各相绕组相电压，Ilj. i2J为原副边各相绕组相电流，为 绕组匝链的磁链，rij、r2J及1^_、L2j为原副边各相绕组电阻和漏电感，这里j = A、B、C。利 用变压器原、副边电压回路方程⑴、(2)，消去互感磁链，从而得到只包含原、副边电压和电 流的等值方程⑶ 可以看出，无论变压器运行在何种状态下下，只要不发生内部故障，由绕组端口电 压电流数据及绕组参数得到的等值方程均成立。当变压器发生内部故障时，由于变压器的 绕组参数发生变化，端口电压电流也存在故障分量，使得式(4)不再成立，此可通过判断此 方程是否成立来判断变压器是否发生故障。故，令 由于计算KA、KB、Kc时会存在绕组参数误差和互感器电压电流测量误差，因此在变 压器正常运行状态下KA、KB、Kc均不等于0。1.绕组参数的自适应辨识对于基于等值方程的变压器保护原理来说，绕组参数对其来说是至关重要的。因 为不同精度的参数对正常运行时变压器等值方程的不平衡影响是不同的。不平衡量越小对 于该保护来说其灵敏性及可靠性也就越好，为了减小不平衡量，精确度高的绕组参数是必不可少的。但是绕组参数直接测量是非常困难的，且其数值与绕组的尺寸、形状及绕组间的 相互位置有关。当变压器受到外部故障冲击后可能会引起绕组的变形，因此也会改变绕组 的参数。为了能够得到高精度的绕组参数，利用正常运行状态下变压器各侧电压电流数据， 以变压器漏电感方程作为参数辨识模型，采用递推最小二乘辨识算法在线辨识绕组参数的 方法获取绕组参数。根据三相双绕组模型，联立原副边电压回路等值方程⑴、⑵可得 由于变压器绕组电阻可以直接测得，且对变压器绕组电压电流信息进行实时采集 时，以上方程的左边即为已知，而右边由于漏电感未知，因此可以利用最小二乘法进行绕组 参数辨识，从而得到各相原副边绕组漏电感值。式(5)中，I^r2jI1PL2j为变压器绕本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变压器自适应保护装置，其特征在于：该装置包括速动单元、故障分量单元、空载合闸单元、参数辨识及门槛值整定单元。
【技术特征摘要】
一种变压器自适应保护装置，其特征在于该装置包括速动单元、故障分量单元、空载合闸单元、参数辨识及门槛值整定单元。2.如权利要求1所述一种变压器自适应保护装置的保护方法，其特征在于，按照如下 步骤①保护装置在上电启动之后，设定被保护变压器的铭牌参数短路电压、短路损耗 Pk%、变压器额定容量Sb、变压器额定电压Ub、额定电流Ib，变压器额定变比nB ；②实时采集变压器原边三相绕组电压电流数据UljJlj，j为A、B、C三相，副边三相绕组 电压电流数据U”、、，根据变压器各侧电流数据突变量判定保护元件是否启动；③保护启动后利用变压器速动保护元件快速识别变压器保护区内严重故障，保护动作 时间随故障严重程度增加而减小；若速动保护元件动作，跳闸切除故障，同时整套装置复 归；当速动元件未动作时，通过判别保护启动前变压器副边绕组电流幅值来判断变压器处 于空载合间状态还是负载运行状态；④若此时变压器处于空载合闸状态，则保护采用频域保护元件来判断变压器是否区内 故障，若是则保护发出跳闸信号切除故障，同时整套装置复归，若否则返回步骤②；⑤若变压器处于负载运行状态，则保护采用故障分量保护元件来判断变压器是否区内 弱故障，若是则保护发出跳闸信号切除故障，同时整套装置复归；若非进入参数辨识更新元 件对保护参数和动作保护门槛值进行实时更新，返回步骤②重新采集下一时刻变压器各侧 电压电流信息。3.如权利要求2所述一种变压器自适应保护装置的保护方法，其特征在于采用基于 等值方程变压器保护原理，对于三相双绕组变压器，原边绕组电压方程为 副边电压回路等值方程为 式中，Uu、UW为原副边各相绕组相电压，Ilj. i2J为原副边各相绕组相电流，为绕组 匝链的磁链，I^a2j及LljI2j为原副边各相绕组电阻和漏电感；利用变压器原、副边电压回 路方程(1)、(2)，消去互感磁链，从而得到只包含原、副边电压和电流的等值方程(3) 当变压器保护区内发生故障时式(3)不再成立，因此通过判别式(3)是否成立来判断 是否变压器保护区内发生故障。4.如权利要求2所述一种变压器自适应保护装置的保护方法，其特征在于参数在线辨 识及门槛值自适应整定，实现步骤为式(3)中，绕组漏电感参数L1P L2j无法直接测量，利用变压器正常运行电压电流数据 根据式(3)对...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝治国，张保会，闫晨光，任晓菲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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