專利名稱：一種降壓變壓器及其中低壓側(cè)母線的繼電保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于縱聯(lián)比較原理的降壓變壓器及其中低壓側(cè)母線的繼電保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，占總數(shù)三分之二以上的變電站均為降壓變電站，降壓變壓器及其中低壓側(cè)的母線是降壓變電站中的重要設(shè)備。目前，變壓器均以差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)作為內(nèi)部故障的主保護(hù)，而一般采用分側(cè)獨(dú)立安裝的過電流保護(hù)，包括一般的延時(shí)過電流保護(hù)、低電壓閉鎖過流保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)等作為后備保護(hù)。降壓變壓器中低壓側(cè)的母線一般不裝設(shè)專門的繼電保護(hù)裝置，母線的故障主要依靠變壓器中低壓側(cè)的后備保護(hù)動(dòng)作來切除，一般動(dòng)作時(shí)間都比較長。變壓器中低壓側(cè)的后備保護(hù)承擔(dān)著中低壓母線主保護(hù)及其出線后備保護(hù)的雙重任務(wù)，而變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)除作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)外，還要作為中低壓側(cè)母線及其出線的后備保護(hù)。為保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，要求三側(cè)后備保護(hù)在靈敏度和動(dòng)作時(shí)限上必須相互配合，一般要求高壓側(cè)后備保護(hù)的靈敏度應(yīng)低于中低壓側(cè)，而動(dòng)作時(shí)間方面要求t高壓側(cè)＞t中壓側(cè)＞t低壓側(cè)。由于低壓側(cè)的動(dòng)作時(shí)間通常要與低壓側(cè)出線的II段或III段相配合，其取值一般要在1秒以上，所以中壓側(cè)和高壓側(cè)的動(dòng)作時(shí)間將會(huì)更長，在有些的情況下，高壓側(cè)的延時(shí)可能達(dá)到3秒以上?？梢?，按照目前的保護(hù)配置方式，變壓器中低壓側(cè)母線的故障時(shí)，或變壓器內(nèi)部故障但其主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，需要經(jīng)過較長的時(shí)間才能將故障切除。此外，在某些情況下，高壓側(cè)后備保護(hù)的保護(hù)范圍可能達(dá)不到低壓側(cè)母線，使低壓側(cè)母線僅有簡(jiǎn)單的延時(shí)過流保護(hù)作為唯一保護(hù)，一旦該保護(hù)拒動(dòng)，故障無法自動(dòng)切除，將引起事故擴(kuò)大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單可靠、動(dòng)作迅速、靈敏度較高、基于縱聯(lián)比較原理的降壓變壓器及其中低壓側(cè)母線的繼電保護(hù)方法。
本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的提出了一種降壓變壓器及其中低壓側(cè)母線的繼電保護(hù)方法，其特征是(1)在變壓器的各側(cè)、中低壓母線的出線處以及母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)處裝設(shè)能夠反映故障方向的測(cè)量元件在變壓器的中低壓側(cè)都沒有電源的情況下，以按躲過最大負(fù)荷電流整定的過電流元件作為測(cè)量元件；在中壓側(cè)或低壓側(cè)有電源、或中低壓側(cè)都有電源的情況下，在有電源的一側(cè)以及連接電源的出線處用方向元件作為測(cè)量元件；(2)規(guī)定變壓器高壓側(cè)方向元件的正方向?yàn)橛筛邏耗妇€指向被保護(hù)變壓器，中低壓側(cè)方向元件的正方向由被保護(hù)變壓器指向中低壓母線，出線處方向元件的正方向由母線指向線路，母聯(lián)斷路器處方向元件的正方向由被保護(hù)母線指向另一條母線；(3)當(dāng)高壓側(cè)測(cè)量元件動(dòng)作而中低壓側(cè)的測(cè)量元件均不動(dòng)作時(shí)，判斷為變壓器內(nèi)部故障；(4)當(dāng)中、低壓側(cè)任一側(cè)的測(cè)量元件動(dòng)作時(shí)，就判斷為該側(cè)故障若該側(cè)母線各出線處及聯(lián)絡(luò)斷路器處的測(cè)量元件都不動(dòng)作，判斷為該側(cè)母線故障，保護(hù)動(dòng)作快速跳開與該母線相連的所有電源進(jìn)線；任一出線處或聯(lián)絡(luò)斷路器處的測(cè)量元件動(dòng)作時(shí)，判斷為該出線或另一條母線故障(即為被保護(hù)變壓器和母線的區(qū)外故障)，起動(dòng)后備保護(hù)邏輯，在出線、母聯(lián)保護(hù)或斷路器拒動(dòng)的情況下，延時(shí)跳開連接在該側(cè)母線上的所有電源進(jìn)線。
上述降壓變壓器及其中低壓側(cè)母線的繼電保護(hù)方法，其特征是測(cè)量元件的動(dòng)作信息，即各測(cè)量元件的狀態(tài)量，通過變電站內(nèi)部高速通信網(wǎng)(以太網(wǎng)、光纖等)或直接的物理連線來傳送。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明基于縱聯(lián)比較原理的降壓變壓器及其中低壓母線的繼電保護(hù)方法有如下優(yōu)點(diǎn)它通過邏輯比較安裝在各側(cè)的測(cè)量元件的動(dòng)作信息，可以準(zhǔn)確的判斷出故障的位置，為中、低壓側(cè)母線提供快速主保護(hù)，并大大縮短變壓器內(nèi)部故障后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限；它不需要變壓器各側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限配合，變壓器內(nèi)部故障而差動(dòng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，只需要躲過勵(lì)磁涌流就可以直接跳三側(cè)開關(guān)；中、低壓母線上發(fā)生故障時(shí)，無須延時(shí)等待就能夠快速地將故障母線切除；母線以外的出線或聯(lián)絡(luò)斷路器以外的另一條母線發(fā)生故障時(shí)(對(duì)本保護(hù)系統(tǒng)來說，相當(dāng)于外部故障)，只需要按照傳統(tǒng)的配置模式，也能夠起到后備保護(hù)的作用。即采用本發(fā)明所提出的方案后，能夠加快變壓器故障和中低壓母線故障的切除速度，且不會(huì)影響對(duì)中低壓側(cè)出線的后備保護(hù)功能。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖；圖2為本發(fā)明通過變電站內(nèi)部通信網(wǎng)傳送狀態(tài)量的示意圖；圖3為本發(fā)明通過直接物理連線傳送狀態(tài)量的示意圖；
圖4為圖3中邏輯單元一的原理框圖；圖5為圖3中邏輯單元二的原理框圖；圖6為圖3中邏輯單元三的原理框圖。
圖中111為變壓器高壓側(cè)的測(cè)量元件，351為變壓器中壓側(cè)的測(cè)量元件，101為變壓器低壓側(cè)的測(cè)量元件，353、354為中壓側(cè)母線各出線處的測(cè)量元件(僅示出了兩條出線的情況，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，按實(shí)際的出線條數(shù)配置測(cè)量元件)，352為中壓側(cè)聯(lián)絡(luò)斷路器處的測(cè)量元件，103、104為低壓側(cè)母線各出線處的測(cè)量元件(僅示出了兩條出線的情況，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，按實(shí)際的出線條數(shù)配置測(cè)量元件)，102為低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)斷路器處的測(cè)量元件；QF1、QF2、QF3分別為變壓器各側(cè)的斷路器，QF4、QF5分別為中、低壓側(cè)的母線聯(lián)絡(luò)斷路器；1為邏輯比較單元，2為變電站內(nèi)部高速通信網(wǎng)，3為物理連線；4為邏輯單元一，5為邏輯單元二，6為邏輯單元三；t1為母線主保護(hù)的出口延時(shí)，t2為低壓側(cè)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，t3為中壓側(cè)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，t4為變壓器內(nèi)部故障時(shí)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例。
以附圖1所示的中低壓側(cè)都沒有電源的110kV降壓變電站為例，本實(shí)例僅考慮變電站只有一臺(tái)變壓器的情況，對(duì)于常見的有兩臺(tái)或三臺(tái)變壓器的情況，只要配備兩套或三套同樣的保護(hù)系統(tǒng)即可以實(shí)現(xiàn)。本實(shí)例中的變壓器為三繞組變壓器，變比為110/35/10kV中、低壓側(cè)母線都只考慮只有兩條出線和一個(gè)聯(lián)絡(luò)斷路器的情況，對(duì)于出線條數(shù)多于兩條的情況，只需要按實(shí)際出線條數(shù)配備測(cè)量元件的數(shù)量，保護(hù)的構(gòu)成邏輯與本實(shí)例完全一樣。
在被保護(hù)變壓器的三側(cè)、中低壓母線的各出線處和母線聯(lián)絡(luò)斷路器處，各裝設(shè)一個(gè)按躲過最大負(fù)荷電流整定的過電流元件作為測(cè)量元件，其中各出線和母聯(lián)斷路器處的測(cè)量元件也可以與出線和母聯(lián)保護(hù)中的第III段復(fù)用。該過電流元件既可以是微機(jī)型的，也可以是電磁型的，本實(shí)例考慮用微機(jī)型。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，各測(cè)量元件均作出反映，根據(jù)故障點(diǎn)的位置分別給出動(dòng)作或不動(dòng)作的狀態(tài)信息。這些測(cè)量元件動(dòng)作的狀態(tài)信息，以數(shù)字信號(hào)或繼電器干接點(diǎn)的形式輸出，當(dāng)以數(shù)字信號(hào)的形式輸出時(shí)，需要通過站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))將各測(cè)量元件的輸出匯集到縱聯(lián)邏輯比較單元(附圖2的模塊1)；而在以繼電器干接點(diǎn)的形式輸出時(shí)，則需要用物理連線把所有測(cè)量元件的輸出匯集到縱聯(lián)邏輯比較單元(附圖3的模塊1)。
邏輯比較單元用一臺(tái)可編程邏輯控制器(PLC)來實(shí)現(xiàn)，也可以用其他微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(單片機(jī)、工控機(jī)等)來實(shí)現(xiàn)。它在邏輯上包含三個(gè)單元，即邏輯單元一、邏輯單元二和邏輯單元三，如圖3中的模塊4、5、6所示。邏輯單元一的原理框圖如圖4所示，它用來判斷變壓器的內(nèi)部故障；邏輯單元二的原理框圖如圖5所示，它用來判斷變壓器中壓側(cè)的母線故障及外部故障；邏輯單元三的原理框圖如圖6所示，它用來判斷變壓器低壓側(cè)的母線故障及外部故障。
在單電源運(yùn)行方式下，過電流元件動(dòng)作，說明故障發(fā)生在電源與保護(hù)安裝點(diǎn)之外，否則，說明故障發(fā)生在電源與保護(hù)安裝點(diǎn)之間或其他支路上。通過對(duì)各過電流測(cè)量元件動(dòng)作狀態(tài)的比較，就能快速的判斷出故障的區(qū)段，并按照預(yù)定的邏輯將故障設(shè)備切除。
當(dāng)測(cè)量元件111動(dòng)作，而351和101都不動(dòng)作時(shí)，說明發(fā)生變壓器內(nèi)部故障。如果變壓器的差動(dòng)保護(hù)或瓦斯保護(hù)動(dòng)作，則在各側(cè)斷路器斷開后，111返回，本保護(hù)系統(tǒng)也將返回；如果差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，則t4延時(shí)后跳開電源側(cè)的斷路器，如圖4所示。t4按照躲開勵(lì)磁涌流的持續(xù)時(shí)間來整定，對(duì)于中小容量的降壓變壓器來說，由于勵(lì)磁涌流衰減較快，t4一般不超過0.5～1s。
當(dāng)測(cè)量元件351動(dòng)作時(shí)，說明中壓側(cè)有故障。若352、353、354都不動(dòng)作時(shí)，說明故障點(diǎn)一定在中壓側(cè)母線上，此時(shí)保護(hù)以較短延時(shí)t1跳開QF2、QF4；當(dāng)352、353、354中任一個(gè)動(dòng)作時(shí)，說明故障點(diǎn)不在被保護(hù)的母線上，而是在母線聯(lián)絡(luò)斷路器另一側(cè)或出線上，若母聯(lián)斷路器的保護(hù)或出線的保護(hù)正確動(dòng)作，則在故障切除后351及另一個(gè)已經(jīng)動(dòng)作了的測(cè)量元件(352、353、354中的任一個(gè))返回；若母聯(lián)斷路器的保護(hù)或出線的保護(hù)拒動(dòng)，則本保護(hù)以與母聯(lián)或出線后備保護(hù)延時(shí)相配合時(shí)限t3跳開QF2、QF4，如圖5所示。t1是為提高動(dòng)作的可靠性而設(shè)置的延時(shí)時(shí)間，其取值不超過50ms，t3的取值與目前采用的后備保護(hù)一致，在出線保護(hù)動(dòng)作延時(shí)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)時(shí)間級(jí)差Δt。圖5所示的邏輯既能夠完成中壓側(cè)母線的快速主保護(hù)功能，也兼?zhèn)涑鼍€的備保護(hù)功能。
低壓側(cè)故障的情況如圖6所示，它與圖5所示的中壓側(cè)故障的情況完全一致。
對(duì)于中、低壓側(cè)有電源的情況，在變壓器有電源的側(cè)和出線中有電源的支路，采用基于故障分量的方向元件作為其測(cè)量元件，各方向元件的參考方向有以下規(guī)定變壓器高壓側(cè)的方向元件為從高壓側(cè)母線指向變壓器，中、低壓側(cè)的方向元件為從變壓器指向本側(cè)母線；中、低壓母線各出線處的方向元件為從母線指向出線；母聯(lián)斷路器處的方向元件為從被保護(hù)母線指向母聯(lián)開關(guān)。在此規(guī)定下，系統(tǒng)中任何一個(gè)部位故障時(shí)，方向測(cè)量元件的動(dòng)作狀態(tài)都與單側(cè)電源情況下過電流元件的動(dòng)作狀態(tài)完全一致，因而通過圖4、5、6所示的比較邏輯，同樣能夠快速地判斷出故障的位置，完成快速的繼電保護(hù)功能。
權(quán)利要求
1.一種降壓變壓器及其中低壓側(cè)母線的繼電保護(hù)方法，其特征是(1)在變壓器的各側(cè)、中低壓母線的出線處以及母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)處裝設(shè)能夠反映故障方向的測(cè)量元件在變壓器的中低壓側(cè)都沒有電源的情況下，以按躲過最大負(fù)荷電流整定的過電流元件作為測(cè)量元件；在中壓側(cè)或低壓側(cè)有電源、或中低壓側(cè)都有電源的情況下，在有電源的一側(cè)以及連接電源的出線處用方向元件作為測(cè)量元件；(2)規(guī)定變壓器高壓側(cè)方向元件的正方向?yàn)橛筛邏耗妇€指向被保護(hù)變壓器，中低壓側(cè)方向元件的正方向由被保護(hù)變壓器指向中低壓母線，出線處方向元件的正方向由母線指向線路，母聯(lián)斷路器處方向元件的正方向由被保護(hù)母線指向另一條母線；(3)當(dāng)高壓側(cè)測(cè)量元件動(dòng)作而中低壓側(cè)的測(cè)量元件均不動(dòng)作時(shí)，判斷為變壓器內(nèi)部故障；(4)當(dāng)中、低壓側(cè)任一側(cè)的測(cè)量元件動(dòng)作時(shí)，就判斷為該側(cè)故障若該側(cè)母線各出線處及聯(lián)絡(luò)斷路器處的測(cè)量元件都不動(dòng)作，判斷為該側(cè)母線故障，保護(hù)動(dòng)作快速跳開與該母線相連的所有電源進(jìn)線；任一出線處或聯(lián)絡(luò)斷路器處的測(cè)量元件動(dòng)作時(shí)，判斷為該出線或另一條母線故障，起動(dòng)后備保護(hù)邏輯，在出線、母聯(lián)保護(hù)或斷路器拒動(dòng)的情況下，延時(shí)跳開連接在該側(cè)母線上的所有電源進(jìn)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降壓變壓器及其中低壓側(cè)母線的繼電保護(hù)方法，其特征是各側(cè)測(cè)量元件的動(dòng)作狀態(tài)信息通過變電站內(nèi)高速通信網(wǎng)或直接物理連線來傳送。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，涉及一種降壓變壓器及其中低壓側(cè)母線的繼電保護(hù)方法。本發(fā)明的特征為通過邏輯比較安裝在變壓器各側(cè)以及中低壓母線各出線處的測(cè)量元件的動(dòng)作狀態(tài)，快速確定出故障點(diǎn)的位置，以較小的動(dòng)作時(shí)限切除故障設(shè)備，實(shí)現(xiàn)降壓變電站中變壓器的快速后備保護(hù)和中低壓側(cè)母線的主保護(hù)功能。本發(fā)明通過站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)或直接的物理連線，匯集和比較各測(cè)量元件的動(dòng)作信息，準(zhǔn)確地判斷出故障的位置并以較小的時(shí)限切除故障設(shè)備；它克服了現(xiàn)有變壓器后備保護(hù)和母線保護(hù)動(dòng)作時(shí)間長、靈敏度低的缺點(diǎn)，極大地改善了保護(hù)的性能，能有效地減少故障造成的損失。
文檔編號(hào)H02H7/22GK1725590SQ20051004395
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月28日
發(fā)明者潘貞存, 叢偉, 王瑞, 丁磊 申請(qǐng)人:山東大學(xué)