CN100490266C - 用于电力变压器差动保护的系统 - Google Patents

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Abstract

电力变压器绕组的电流互感器(CT)次级电流用来产生差动电流。从这一差动电流值可求出工作电流值。从处理后的绕组电流值可求出抑制电流值。差动电流的二次和四次谐波值可以获得并与抑制电流的数值加在一起，抑制电流的数值是抑制电流乘以斜率特征系数的积。如果工作电流值大于抑制电流值与二次及四次谐波值之和，则可产生一输出信号，用作跳闸信号，除非它被本系统另外一部分产生的选定阻塞信号所堵塞。

Description

用于电力变压器差动保护的系统
技术领域
本发明一般涉及电力变压器的变压器内部故障保护装置，更具体地说，与具有谐波抑制与阻塞能力的变压器的差动保护装置有关。
背景技术
显然，根据电力变压器中存在的内部故障，先要识别它，然后要采取正确行动。立即将有故障的变压器与电力系统分开是必要的，以免对变压器造成重大损坏并且保持电力系统的稳定性和电力质量。
已开发出几种技术来探测变压器内部故障，最初是相的过电流保护，利用差动电流的差动保护及对发弧故障的储气/升压率保护技术，差动保护目前被广泛应用于对继电器内部故障的保护。在差动保护中，工作电流Iop(也叫做差动电流)与抑制电流IRT作比较。工作电流被定义为进入受保护部件(变压器)的电流的相量和，见下式和图1。
IOP＝|IW1-IW2|
在图1中，电力变压器10由差动继电器11保护。CT1和CT2是电流互感器。工作电流与变压器内部故障的故障电流成正比且在无故障状态时等于零，抑制电流有几个方程式，包括下式：
IRT＝|IW1-IW2|
式中，k是补偿系数，其值等于1或0.5。当工作电流大于抑制电流的被选百分数时便产生跳闸信号。
但当有叫做变压器涌入电流(涌流)的情况下，普通差动保护装置可能发生误操作，涌入电流是变压器内磁通瞬变现象的结果。
业已得到公认，差动电流的谐波含量能提供区分实际内部故障与涌流状态的有用信息。抑制技术已被应用，它是利用差动电流的所有谐波来区分涌入电流与内部故障状态，以便制止跳闸动作，否则，即使事实上没有内部故障也会发生跳闸动作的。
如上指出，已知的差动抑制保护装置通常利用差动电流的全部谐波，或被选的奇次和偶次谐波的组合。还采用一种阻塞装置，它能阻塞跳闸信号，在一种阻塞装置中利用差动电流的二次谐波。现有变压器的差动继电器或者采用全谐波抑制，或采用阻塞技术，来区分内部故障与涌流状态。此外，五次谐波抑制技术已被用来防止根据变压器过励磁，而不是内部故障而发生误操作。
这类抑制及/或阻塞技术提高了与涌流与变压器过励磁相关的安全性，但在一定条件下使真正的内部故障的跳闸动作推迟。
其它一些技术，如波形畸变的识别和差动电流接近零的过程中的时间间隔的识别，也得到了应用。还有一种技术是识别差动电流的DC偏移或不对称性，并将差动电流中正的和负的阈值幅度与二个不同极化部件内选定的阈值作比较。这些技术常被用来增强上述基本抑制及/或阻塞功能。但当未发现将这些技术组合起来为几种特定涌流状态提供适当的解决办法，即安全性。
因此对个别电力系统工作状态有区分内部故障与涌入电流及过励磁状态方面作重大改进的机会。
发明内容
因此，本发明的对象是电力变压器的差动保护装置，它包括：差动电流值求取装置，该差动电流值来自作为从电力变压器绕组得到的互感器(CT)次级电流值代表的处理过的电流值；由上述差动电流值求出工作电流值的装置；从上述处理过的电流值求取抑制电流值的装置；上述差动电流值的至少一个偶次谐波值的获取装置；及将抑制电流值与偶次谐波值之和与工作电流值作比较并产生一输出信号的装置，该信号在工作电流值大于上述和数时又用于产生一个跳闸信号。
本发明还提供了一种用于电力变压器差动电流保护的系统，包括：差动电流值求出装置，该装置由处理过的绕组电流值求出差动电流值，该处理过的绕组电流值代表从电力变压器绕组获得的电流互感器(CT)次级电流值；由差动电流值求出工作电流值的装置；由处理过的绕组电流值求出抑制电流的装置；求取差动电流值的二次谐波值的装置；求取差动电流值的四次谐波值的装置；获得二次谐波值的绝对值的装置，由此产生第一绝对值；按照第一定标值缩放第一绝对值的装置，由此产生第一已定标值；获得四次谐波值的绝对值的装置，由此产生第二绝对值；按照第二定标值缩放第二绝对值的装置，由此产生第二已定标值；以及比较装置，用于将抑制电流值与第一已定标值和第二已定标值之和与工作电流值作比较以及产生输出信号，该输出信号又用于在工作电流值大于和数时产生跳闸信号。
附图说明
图1是先有技术的简图，示出了被保护部件，如电力系统变压器，的差动电流。
图2是一方块图，示出本发明的系统的起始电流处理部分。
图3是对图1中的输出值作出响应的方块图，它利用差动电流的二次和四次谐波来产生抑制信号输出。
图4是本发明的DC阻塞逻辑电路部分的方块图。
图5是本发明的系统的全部阻塞逻辑部分的方块图。
图6是本发明的系统产生跳闸输出信号的逻辑图。
图7是和图3相似的方块图，增加了一些部件。
具体实施方式
本发明的系统，通常作为电力变压器保护继电器的部件，包括三个差动单元装置。这三个差动单元/装置都起同样作用，且通常被认为与三相电力变压器的单相(A、B或C)电流有相关关系，即用这些单相(A、B、C)电流或其选定的组合(如AB、BC、CA)进行操作。因此，下面的说明中，除了第一部分是关于所有三个差动单元的输出值的产生以外，其余部分只讲一个差动单元装置的结构和操作。其它两个差动单元组件与第一单元在结构上和功能上都一样。
总的说来，本发明的差动单元装置利用偶次谐波抑制功能，五次谐波及直流(DC)阻塞功能来提供差动保护。此外，用户可选择偶次谐波阻塞作为偶次谐波抑制的替代。
在本申请人的发明中，偶次谐波抑制功能可单独作为现有差动保护系统的一种新的非显而易见的替代，而五次谐波及DC阻塞功能可单独与偶次谐波抑制功能一起使用，或共同与偶次谐波抑制功能配合使用。
图2示出一方块图，是关于对受保护的电力系统变压器的绕组一的电流值的初始采集及其随后的滤波、定标和补偿。其它绕组也使用同样的电路。
输入到图中的系统的电流是电力变压器的绕组1以电力线为动力来源的变压器次级电流。这些电流示于图2的方块15内。这些输入电流随后流向模拟低通滤波器及模一数转换器系统，产生过滤过的数字化电流采样。此装置是常规的和众所周知的，且在图2中用数据采集方块16代表。数据采集系统16输出的数字化电流采样送到四个数字带通滤波器17、18、20、22，还送到DC滤波器24。这些滤波器的输出信号被相同的常见定标电路28-28用选定的定标值(叫做抽头值)进行处理，其输出信号通向连接补偿电路30-30，从而为变压器绕组1提供输出电流。
由方块31-34代表的输出电流是针对三个差动单元，并分别叫做I1、I、I3，来自变压器绕组1包括了差动电流的补偿过的基波，二次谐波，四次谐波和五次谐波值；而方块36和37代表的输出电流则是DC滤波器从数据采集部件16收到的电流采样，并形成一周采样的正(P)和负(N)值和数的结果。方块31-37所示输出电流也叫做处理的绕组电流。
如上所示，图2示出对所有三个差动单元装置的受保护变压器绕组1发出的次级电流的采集和初始处理。但以下说明只涉及一个差动单元装置的结构和操作。
现在参看图3，处理过的绕组电流值I1W1F1C及I1W2F1C通向加法器42，这些信号是第一差动单元的电流值I1，具体说是变压器绕组1(W1)和绕组2(W2)补偿过(C)的基波量(F1)。加法器42的输出由电路44转变成绝对值，其输出的是工作电流值Iopl。Wn是W1W2的缩写。此电流值通向比较器46的正输入端。通向负输入端的是阈值，记作U87P。U87P的值选择为根据IOP1的值提供瞬时过载保护，这是一个传统的众所周知的继电保护功能。
IOP1电流也通向比较器50的正输入端。通向比较器50负输入端的是阈电流，叫做O87P。O87P的值是有效的跳闸功能所需选定的最低始动值。通常这是一个无单位的值，其取值范围为0.1-1.2乘以抽头定标值。比较器50的输出，作为一个使能输出信号，送到比较器54。除非IOP1电流大于所选最小值，比较器54不产生输出。工作电流值IOP1也通向比较器54的正输入端。
图2中处理过的绕组电流值IW1F1C及I1W2F1C的绝对值分别由电路58和60产生。绝对值电路的输出信号通向加法器61。加法器61的输出在方块62被定标。虽然所示实施例中定标值优选为二分之一，但仍可以取1.0。标定器62的输出是抑制电流，叫做IRT1。抑制电流IRT1通向开关64的一侧及比较器68的正输入端。通到比较器68负输入端的是阈值，叫做IRS1。IRS1在所示实施例中约为抽头定标值的3倍。比较器68的输出信号控制开关64的位置。两个开关位置通向以不同的斜率特性改变抑制电流值的电路，以产生一抑制量。斜率特性一般规定了继电器动作(跳闸)和抑制功能间的界线。IRT1的两种可能发生的斜率改变示于方块70和72。它是单斜率改变(方块70)，或是双斜率改变(方块72)。方块70、72的输出是抑制电流量IRT*f(SLP1、SLP2、IRS1)且作为输入信号通向加法器76。
再参看图3，图2中的处理的绕组电流I1W1F2C和I1W2F2C，是变压器绕组1和2的电流的补偿过的二次谐波电流值，通向加法器77。加法器76输出信号的绝对值由电路78产生，它随后由一个称为100/PCT2的抑制因子定标。此值最好是15％，但在5-50％范围内也是允许的。定标器80的输出通向加法器82及比较器84的正输入端。同样的电路和电路接线也用于来自绕组1和2的电流四次谐波值。电路包括加法器88，绝对值电路90和定标器92。100/PCT4的定标值的范围可以是5-50％。
定标器92的输出通向加法器82及比较器94的正输入端。在每种情况下送向比较器84、94的负输入端的是差动电流IOP1的基本量。与利用差动电流的二次及四次(偶次)谐波产生跳闸信号相对应，开关96的关闭引起图3的电路按抑制方式工作。
加法器96的输出，作为另一输出信号被送到加法器76，后者的输出又被送到比较器54的负输入端。比较器54的输出，为87R1，如果差动单元的阻塞部分未发挥作用，则是一个跳闸信号，下面将作说明。和涌入电流相反，跳闸信号是变压器中内部故障的指示。
总之，当开关96关闭时，比较器54的输出信号实际上被差动电流的偶次谐波值，最好是二次及四次谐波值所阻止，虽然也可用另外的偶次谐波值。就偶次谐波值而言，要产生跳闸信号必须IOP1大于其它情况。此外，虽然所示实施例可同时使用二次及四次谐波，但也可只用二次谐波，在有些情况只用四次谐波。
再看图3，比较器84、94产生阻塞信号，分别叫做2HB1、4GB1，它们是相对于工作电路基本量的绕组1和2的二次和四次谐波值比较的结果。当选用谐波阻塞时，比较器84、94的输出用于差动单元的阻塞电路部分。
本发明的系统的阻塞信号由图5的电路产生。图5的电路的输出是四个阻塞信号，包括信号2HB1和4HB1，它们是由图3的电路产生的。如上所述。第三个阻塞电路(叫做5HB)是差动电路的五次谐波值与基本电流IOP1比较的结果，和产生2HB1及4HB1阻塞信号时所作比较相似。阻塞信号DCBL1由图4的电路产生。
如图4所示，在一电流周波中，正(S+)和负(S-)电流采样之和作为输入信号送到最小/最大(MIN/MAX)电路100。差动电流整个周波以101表示，而其正负半周用图表示在方块102、104上。正负和数值由图2中的DC滤波器产生。MIN/MAX电路100求出正负和数的最小值与最大值之比。若最大值大于选定的阈值，则计算和数的DC比(DCR)。这可通过将S+和S-的最小和数值除以S+和S-的最大和数值获得。
DCR信号送到比较器102的负输入端，而阈值(叫做DCRF)送到比较器102的正输入端。当DCR值小于阈值DCRF时，比较器输出信号102便是阻塞信号DCBL1。因此，DC阻塞的继电器系统阻塞条件按照下式：
DCR<DCRF
通过将DCR定义为最小S+和S-和数值与最大S+和S-和数值之比，则具有同样正或负和数的差动电流可以计算出来。DCRF值一般是0.1，其变化范围为0.05-0.5。DC阻塞功有助于区分涌入电流和故障电流，因为单极涌入电流通常只有很大的正或负的和数。
再看图5，本发明的差动单元装置的阻塞部分，如果有任何一个单独阻塞功能的话，便可产生一个阻塞信号输出。如果图3的偶次谐波部分未用于抑制功能，即如果开关96处于开启位置，则图5中的开关106自动关闭，产生偶次谐波阻塞功能。在这里公开的这样的装置中，差动单元装置以只阻塞方式工作，没有任何偶次谐波限制功能。
图3的二次谐波及四次谐波阻塞信号2HB，4HB1，送向开关108，110的一侧。当开关处于关闭位置时，二次及四次谐波之一或二者都可用于阻塞。这是通过将开关108、110作为输入信号连到“或”门112来完成的，而其输出信号通向开关106的一侧。开关106连接“或”门114，其输出，如果有的话，是系统阻塞信号87BL1。开关116、118控制五次谐波阻塞信号5HB1及DC阻塞信号DCBL1(图4的输出信号)对“或”门114的作用。因此，差动单元装置的阻塞功能可由二、四、五次谐波信号提供，这些信号是那些信号(定标的)与工作电流IOP1比较的结果；也可由DC阻塞信号DCBL1提供。若这些阻塞信号是存在，即使只有一个，则“或”门114的输出便是阻塞信号87BL1。
图6示出将抑制功能与阻塞功能结合起来的电路。图6的电路的输出产生了系统的实际跳闸信号87R，该信号通到断路器。信号87R表明有内部故障。图6示出一“单独阻塞”模式的配置。在此配置中，系统中三个差动单元的抑制信号被这三个差动单元的阻塞信号监控(超越)着。各单元的抑制信号作为输入信号送向相关“与”门，而其它输入信号是该具体单元阻塞功能的“非”输入信号。因此，对“与”门126而言，第一差动单元的抑制信号87R1，作用到一个输入端，而87BL1信号通向其“非”输入端。与门128、130完成系统其他二个差动单元的相似的独立功能。“与”门126、128、130的输出信号通向“或”门132。后者的输出信号产生一跳闸信号87R，如果从各“与”门中任何一个真或高的输出功率的话。
87R跳闸信号的存在是有内部故障的一个标志，和涌流或过励磁的情况正相反。87R信号导致变压器停止运行。
图7示出与图5相似的另一电路，但增加电路136。图7中如果二次，四次谐波被用于抑制电路，则开关98关闭，正如图3中的情况一样；反之，便打开。开关140移向1号位置，如果DC电流大于基本量的均方根值(RMS)；反之，开关140便移向2号位置，全部电路和图3中的一样操作。在1号开关位置上抑制量乘以下面的值：
k·IDC/IRMS
式中，k是定标系数，其值为0.5-3.0，优选为1.5。IDC及IRMS是来自差动电流的值。当基本量的DC分量大于基本量的RMS值时，二次、四次谐波的抑制输出信号增强，即放大。
上述发明可有准确的结果，可区分在许多工作条件下真正变压器内部故障和所选的其他工作条件，特别是涌流和过励磁，在此工作条件下，以前的装置已发生误操作。许多情况下使用偶次谐波电流来帮助抑制差动继电器，可防止误操作的发生。增加五次谐被阻塞及/或DC比阻塞作为监督二次谐波的抑制功能，可提供附加安全性。此外，偶次谐波抑制与DC比阻塞的组合，可提供速度与可靠性的妥善的折衷。
总之，当存在的电流互感器(CT)饱和时，偶次谐波抑制功能改进了具有二次谐波含量低的涌入电流的安全性，同时保持内部故障的可靠性。另外，五次谐波阻塞功能的应用保证变压器比过励磁有好的继电器响应特性，而DC偏移阻塞功能，为总谐波畸变极小的涌流状态提供了安全性。
因此，本发明改进了安全性，通过区分没有故障的工作条件和变压器真有内故障二种情况，保持具体变压器工作条件的可靠性。
虽然本发明的优选实施例已在此为了说明而公开，但应当明白，在不违背本发明精神(由下列权利要求书限定)的前题下可以有许多变更，修改或替代。

Claims (16)

1、一种用于电力变压器差动电流保护的系统，包括：
差动电流值求出装置，该装置由处理过的绕组电流值求出差动电流值，该处理过的绕组电流值代表从电力变压器绕组获得的电流互感器(CT)次级电流值；
由上述差动电流值求出工作电流值的装置；
由上述处理过的绕组电流值求出抑制电流的装置；
求取上述差动电流值的至少一个偶次谐波值的装置；及
比较装置，用于将抑制电流值与偶次谐波值之和与工作电流值作比较以及产生输出信号，该输出信号又用于在工作电流值大于上述和数时产生跳闸信号。
2、如权利要求1所述的系统，包括在工作电流值大于一选定阈值定标值时使所述比较装置能够操作的装置。
3、如权利要求2所述的系统，其中，所选的阈值范围为0.1-1.2。
4、如权利要求1所述的系统，其中，所述抑制电流值是两个差动电流值的绝对值之和，乘以选定的定标系数，再乘以选定的斜率系数，其中，定标系数为0.5或1.0这两个数字中的一个；且其中，选定的斜率系数是单斜率系数和双斜率系数中选定的一个。
5、如权利要求4所述的系统，其中，对斜率系数的选择由抑制电流值与选定的阈值的相对值确定。
6、如权利要求1所述的系统，其中，所述偶次谐波值包括二次谐波值。
7、如权利要求1所述的系统，其中，所述偶次谐波值包括二次和四次谐波值。
8、如权利要求1所述的系统，其中，工作电流值是所有变压器绕组差动电流之和的绝对值。
9、如权利要求1所述的系统，包括阻塞装置，如果差动电流的五次谐波大于工作电流值，则阻塞上述输出信号作为跳闸信号的作用。
10、如权利要求1所述的系统，包括阻塞装置，如果差动电流的正负一个周波采样和数的最小值与该正负一个周波采样和数最大值之比小于阈值0.1，则阻塞上述输出信号作为跳闸信号的作用。
11、如权利要求10所述的系统，包括阻塞装置，如果差动电流的定标的五次谐波大于所述工作电流值，则阻塞上述输出信号作为跳闸信号的作用。
12、如权利要求7所述的系统，其中，上述二次和四次谐波值用于阻塞跳闸信号，即使上述谐波值未被用于产生上述输出信号及上述谐波值大于工作电流值。
13、如权利要求11所述的系统，其中，上述系统对电力系统信号的三相都起作用；其中，系统对各相或相的组合产生一输出信号和阻塞信号。
14、如权利要求13所述的系统，其中，各相的输出信号和阻塞信号相对于产生跳闸信号是被单独处理的。
15、一种用于电力变压器差动电流保护的系统，包括：
差动电流值求出装置，该装置由处理过的绕组电流值求出差动电流值，该处理过的绕组电流值代表从电力变压器绕组获得的电流互感器(CT)次级电流值；
由所述差动电流值求出工作电流值的装置；
由所述处理过的绕组电流值求出抑制电流的装置；
求取所述差动电流值的二次谐波值的装置；
求取所述差动电流值的四次谐波值的装置；
获得所述二次谐波值的绝对值的装置，由此产生第一绝对值；
按照第一定标值缩放第一绝对值的装置，由此产生第一已定标值；
获得所述四次谐波值的绝对值的装置，由此产生第二绝对值；
按照第二定标值缩放第二绝对值的装置，由此产生第二已定标值；以及
比较装置，用于将抑制电流值与第一已定标值和第二已定标值之和与工作电流值作比较以及产生输出信号，该输出信号又用于在工作电流值大于所述和数时产生跳闸信号。
16、如权利要求15所述的系统，其中，第一定标值的范围是5-50％，而第二定标值的范围是5-50％。
CNB008163847A 1999-11-29 2000-11-28 用于电力变压器差动保护的系统 Expired - Fee Related CN100490266C (zh)

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