CN114068160B - 一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法 - Google Patents
一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，结合变压器原理以及RTDS仿真试验数据，包括步骤1：通过实时数据仿真系统RTDS，模拟牵引变电站供电方式，对变压器接线方式进行建模；步骤2：测试变压器高压侧A、B、C三相电压分别发生缺相时，变压器高、低压侧的线电压和相电压发生的变化；步骤3：结合变压器原理和步骤2得出的数据推导出带缺相功能的变压器失压保护判断条件，本方法列举了多种变压器发生缺相时，高压侧电压发生的变化，以及对低压侧电压产生的影响，从而可以根据变压器高低压侧的电压来判断变压器是否发生了缺相，解决了常规失压保护无法判断缺相失压的缺陷，避免变压器带故障运行对整个供电线路产生的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电系统领域，具体涉及一种基于RTDS仿真试验的带缺相功能的变压器失压保护判断方法。
背景技术
目前国内既有的电气化铁路对于失压保护一般仅判断变压器三相均失压的情况，而对于进线单相失压的情况基本没有考虑，使得变压器缺相时常规失压保护不动作，继而也没有产生备自投动作，实际上却可导致对应相的供电臂失电，造成接触网无压而停车等危害。为了提高牵引供电系统运行的可靠性，避免因进线单相失压时变压器失压保护不动作而导致供电臂中断供电，进而影响铁路运行安全，因此很有必要进一步升级失压保护动作判断逻辑，将缺相保护纳入失压保护的一种类型，在发生缺相后启动备自投程序，确保供电系统安全运行。同时考虑到变压器类型的不同，会使得缺相后电压变化的表现形式各不相同，需要区分不同的变压器类型，给出特定的带缺相功能的变压器失压保护判断方法。
发明内容
针对上述技术问题，本发明基于RTDS仿真试验，提出了一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法。该方法通过实时数据仿真系统，模拟牵引变电站供电方式，对各种变压器接线方式分别进行建模。由于变压器类型的不同，会使得缺相后电压变化的表现形式也各不相同，为了尽可能全面综合地试验，选取了常见的七种变压器类型，分别为Vv、Vx、Ii、Iii、YNd11、YNv、SCOTT，测试不同变压器类型下，高压侧A、B、C三相电压分别发生缺相时，变压器高、低压侧的线电压和相电压发生的变化，结合变压器原理和试验数据推导出带缺相功能的变压器失压保护判断条件，从而优化了失压保护逻辑，提高了牵引供电系统运行的可靠性。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过实时数据仿真系统RTDS，模拟牵引变电站供电方式，对变压器接线方式进行建模；
步骤2：测试变压器高压侧A、B、C三相电压分别发生缺相时，变压器高、低压侧的线电压和相电压发生的变化；
步骤3：结合变压器原理和步骤2得出的数据推导出带缺相功能的变压器失压保护判断条件。
进一步的，所述变压器类型的不同会导致相应缺相情况下的失压判断条件的不同，所述变压器可以为Vv变压器、Vx变压器、Ii变压器、Iii变压器、YNd11变压器、YNv变压器和SCOTT变压器。
进一步的，当所述Vv变压器
A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V，低压侧Ua相电压降为0V；
B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半，低压侧Ua、Ub相电压下降一半；
C相缺相时：高压侧UBC线电压降为0V，低压侧Ub相电压降为0V；
由此推导出Vv变压器分别在A、B、C相缺相时的失压判断条件为：
(1)max{UAB、Ua}<UQX，且min{UBC、UCA、Ub}>UYY；
(2)min{UAB、UBC、Ua、Ub}>U1，且max{UAB、UBC、Ua、Ub}<U2，且UCA>UYY；
(3)max{UBC、Ub}<UQX，且min{UAB、UCA、Ua}>UYY；
以上三个条件任意满足一个即可。
其中，UCA为高压侧线电压，所述UQX指缺相失压定值，UYY指线路有压定值，U1、U2分别指低于额定电压二分之一和高于额定电压二分之一的电压定值，构成一个浮动区间；
当所述Vx变压器
A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V，低压侧UT1、UF1相电压降为0V；
B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半，低压侧UT1、UF1、UT2、UF2相电压下降一半；
C相缺相时：高压侧UBC线电压降为0V，低压侧UT2、UF2相电压降为0V；
由此推导出所述Vx变压器分别在A、B、C相缺相时的失压判断条件为：
(1)max{UAB、UT1、UF1}<UQX，且min{UBC、UCA、UT2、UF2}>UYY；
(2)min{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}>U1，且max{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}<U2，且UCA>UYY；
(3)max{UBC、UT2、UF2}<UQX，且min{UAB、UCA、UT1、UF1}>UYY；
其中，UCA为高压侧线电压，所述UQX指缺相失压定值，UYY指线路有压定值，U1、U2分别指低于额定电压二分之一和高于额定电压二分之一的电压定值，构成一个浮动区间；
以上三个条件任意满足一个即可。
该发明提出的缺相情况下的变压器失压判断条件，结合常规失压保护判据max{UAB、UBC、UCA、Ua、Ub}<USY，即可实现升级后的带缺相判断的变压器失压保护功能。
所述步骤1在RTDS仿真试验中，对变压器类型建模时，对于存在公共相的变压器采用普遍通用的高压侧B相为公共相，当公共相为C相时，只需对B、C相作相应调整，即可得出公共相为C相时的失压判断条件。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明公开的升级失压保护动作判断逻辑，将缺相保护纳入失压保护的一种类型，在发生缺相后启动备自投程序，确保供电系统安全运行。同时考虑到变压器类型的不同，会使得缺相后电压变化的表现形式各不相同，需要区分不同的变压器类型，给出特定的带缺相功能的变压器失压保护判断方法。
2、本发明列举了多种变压器发生缺相时，高压侧电压发生的变化，以及对低压侧电压产生的影响，从而可以根据变压器高低压侧的电压来判断变压器是否发生了缺相，解决了常规失压保护无法判断缺相失压的缺陷，避免变压器带故障运行对整个供电线路产生的不良影响。
附图说明
图1为实施例中Vv变压器组接线示意图；
图2为实施例中Vv变压器带缺相功能的失压保护逻辑框图；
图3为实施例中使用仿真系统推导变压器缺相判据的流程图；
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步地详细说明。
如图3所示，本实施例公开了一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，包括以下步骤：
步骤1：通过实时数据仿真系统RTDS，模拟牵引变电站供电方式，对变压器类型进行建模；
步骤2：测试变压器高压侧A、B、C三相电压分别发生缺相时，变压器高、低压侧的线电压和相电压发生的变化；
步骤3：结合变压器原理和步骤2得出的数据推导出带缺相功能的变压器失压保护判断条件。
所述变压器类型的不同会导致相应缺相情况下的失压判断条件的不同，本实施例选择了以下7类变压器进行测试：Vv变压器、Vx变压器、Ii变压器、Iii变压器、YNd11变压器、YNv变压器和SCOTT变压器。
RTDS仿真试验数据中，记录的电压值均为二次值，并且建模时设定高压侧线电压额定电压为100V，低压侧相电压额定电压为100V。
1、Vv变压器缺相时的失压判据
A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V左右，低压侧Ua相电压降为0V左右。
B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半至50V左右，低压侧Ua、Ub相电压下降一半至50V左右。
C相缺相时：高压侧UBC线电压降为0V左右，低压侧Ub相电压降为0V左右。
结合附图1中的Vv变压器组接线示意图，可见，高压侧A相缺相导致低压侧a相失电，高压侧C相缺相失压导致低压侧b相失电，符合理论推测。
由此推导出Vv变压器缺相时的失压判据为：
a)max{UAB、Ua}<UQX，且min{UBC、UCA、Ub}>UYY；
b)min{UAB、UBC、Ua、Ub}>U1，且max{UAB、UBC、Ua、Ub}<U2，且UCA>UYY；
c)max{UBC、Ub}<UQX，且min{UAB、UCA、Ua}>UYY。
以上三个条件任意满足一个即可判定为缺相情况下的变压器失压，综合常规失压判据max{UAB、UBC、UCA、Ua、Ub}<USY，即可实现升级后的带缺相判断的变压器失压保护功能，其保护逻辑框图如附图2所示。其中USY指失压保护定值，UQX指缺相失压定值，UYY指线路有压定值，U1、U2分别指低于50V和高于50V的电压定值，构成一个浮动区间。下同。2、Vx变压器缺相时的失压判据
A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V左右，低压侧UT1、UF1相电压降为0V左右。
B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半至50V左右，低压侧UT1、UF1、UT2、UF2相电压下降一半至50V左右。
C相缺相时：高压侧UBC线电压降为0V左右，低压侧UT2、UF2相电压降为0V左右。
由此推导出Vx变压器缺相时的失压判据为：
a)max{UAB、UT1、UF1}<UQX，且min{UBC、UCA、UT2、UF2}>UYY；
b)min{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}>U1，且max{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}<U2，且UCA>UYY；
c)max{UBC、UT2、UF2}<UQX，且min{UAB、UCA、UT1、UF1}>UYY。
3、Ii变压器缺相时的失压判据
A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V左右，低压侧Ua相电压降为0V左右。
B相缺相时：高压侧UAB线电压下降一半至50V左右，低压侧Ua相电压下降一半至50V左右。
由此推导出Ii变压器缺相时的失压判据为：
a)max{UAB、Ua}<UQX；
b)min{UAB、Ua}>U1，且max{UAB、Ua}<U2。
4、Iii变压器缺相时的失压判据
A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V左右，低压侧UT1、UF1相电压降为0V左右。
B相缺相时：高压侧UAB线电压下降一半至50V左右，低压侧UT1、UF1相电压下降一半至50V左右。
由此推导出Iii变压器缺相时的失压判据为：
a)max{UAB、UT1、UF1}<UQX；
b)min{UAB、UT1、UF1}>U1，且max{UAB、UT1、UF1}<U2。
5、YNd11变压器缺相时的失压判据
A相缺相时：高压侧UAB、UCA线电压下降一半至50V左右，低压侧Ua相电压降为0V左
右，低压侧Ub相电压下降至/2，约87V左右。
B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半至50V左右，低压侧Ua、Ub相电压下降
至/2，约87V左右。
C相缺相时：高压侧UBC、UCA线电压下降一半至50V左右，低压侧Ua相电压下降至/2，约87V左右，低压侧Ub相电压降为0V左右。
由此推导出YNd11变压器缺相时的失压判据为：
a)min{UAB、UCA}>U1，且max{UAB、UCA}<U2，且UBC>UYY，且Ua<UQX，且Ub>U3，且Ub<U4；
b)min{UAB、UBC}>U1，且max{UAB、UBC}<U2，且UCA>UYY，且min{Ua、Ub}>U3，且max{Ua、Ub}<U4；
c)min{UBC、UCA}>U1，且max{UBC、UCA}<U2，且UAB>UYY，且Ub<UQX，且Ua>U3，且Ua<U4。
其中，U3、U4分别指低于87V和高于87V的电压定值，构成一个浮动区间。下同。
6、YNv变压器缺相时的失压判据
A相缺相时：高压侧UAB、UCA线电压下降一半至50V左右，低压侧Ua相电压降为0V左
右，低压侧Ub相电压下降至/2，约87V左右。
B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半至50V左右，低压侧Ua、Ub相电压下降
至/2，约87V左右。
C相缺相时：高压侧UBC、UCA线电压下降一半至50V左右，低压侧Ua相电压下降至/2，约87V左右，低压侧Ub相电压降为0V左右。
由此推导出YNv变压器缺相时的失压判据为：
a)min{UAB、UCA}>U1，且max{UAB、UCA}<U2，且UBC>UYY，且Ua<UQX，且Ub>U3，且Ub<U4；
b)min{UAB、UBC}>U1，且max{UAB、UBC}<U2，且UCA>UYY，且min{Ua、Ub}>U3，且max{Ua、Ub}<U4；
c)min{UBC、UCA}>U1，且max{UBC、UCA}<U2，且UAB>UYY，且Ub<UQX，且Ua>U3，且Ua<U4。
7、SCOTT变压器缺相时的失压判据
A相缺相时：高压侧UAB、UCA线电压下降一半至50V左右，低压侧UT1、UF1相电压下
降一半至50V左右，低压侧UT2、UF2相电压下降至/2，约87V左右。
B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半至50V左右，低压侧UT2、UF2相电压降为0V左右。
C相缺相时：高压侧UBC、UCA线电压下降一半至50V左右，低压侧UT1、UF1相电压下
降一半至50V左右，低压侧UT2、UF2相电压下降至/2，约87V左右。
由此推导出SCOTT变压器缺相时的失压判据为：
a)min{UAB、UCA、UT1、UF1}>U1，且max{UAB、UCA、UT1、UF1}<U2，且UBC>UYY，且min{UT2、UF2}>U3，且max{UT2、UF2}<U4；
b)min{UAB、UBC}>U1，且max{UAB、UBC}<U2，且min{UCA、UT1、UF1}>UYY，且max{UT2、UF2}<UQX；
c)min{UBC、UCA、UT1、UF1}>U1，且max{UBC、UCA、UT1、UF1}<U2，且UAB>UYY，且min{UT2、UF2}>U3，且max{UT2、UF2}<U4。
以上变压器缺相情况下的失压判断条件，结合常规失压保护判据max{UAB、UBC、UCA、Ua、Ub}<USY，即可实现完整的带缺相判断的变压器失压保护功能。
本实施例在RTDS仿真试验中，对变压器类型建模时，对于存在公共相的变压器采用普遍通用的高压侧B相为公共相，当公共相为C相时，基本原理是相同，只需相应调换B、C相，即可得出公共相为C相时的失压判断条件。
以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (8)
1.一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过实时数据仿真系统RTDS，模拟牵引变电站供电方式，对变压器类型进行建模；
步骤2：测试变压器高压侧A、B、C三相电压分别发生缺相时，变压器高、低压侧的线电压和相电压发生的变化；
步骤3：结合变压器原理和步骤2得出的数据推导出带缺相功能的变压器失压保护判断条件；
所述变压器类型的不同会导致相应缺相情况下的失压判断条件的不同，所述变压器包括Vv变压器、Vx变压器、Ii变压器、Iii变压器、YNd11变压器、YNv变压器和SCOTT变压器；
所述Vv变压器
A相缺相时：高压侧AB相线电压UAB降为0V，低压侧A相的相电压Ua降为0V；
B相缺相时：高压侧AB相线电压UAB、BC相线电压UBC下降一半，低压侧A相的相电压Ua、B相的相电压Ub下降一半；
C相缺相时：高压侧BC相线电压UBC降为0V，低压侧B相的相电压Ub降为0V；
由此推导出Vv变压器分别在A、B、C相缺相时的失压判断条件为：
(1)max{UAB、Ua}<UQX，且min{UBC、UCA、Ub}>UYY；
(2)min{UAB、UBC、Ua、Ub}>U1，且max{UAB、UBC、Ua、Ub}<U2，且UCA>UYY；
(3)max{UBC、Ub}<UQX，且min{UAB、UCA、Ua}>UYY；
其中，UCA为高压侧AC相的线电压，UQX指缺相失压定值，UYY指线路有压定值，U1、U2分别指低于额定电压二分之一和高于额定电压二分之一的电压定值，构成一个浮动区间；
以上三个条件任意满足一个即可。
2.根据权利要求1所述的一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于：所述Vx变压器
A相缺相时：高压侧AB相线电压UAB降为0V，低压侧T1相的相电压UT1和F1相的相电压UF1降为0V；
B相缺相时：高压侧AB相线电压UAB、BC相线电压UBC下降一半，低压侧T1相的相电压UT1、F1相的相电压UF1、T2相的相电压UT2和F2相的相电压UF2下降一半；
C相缺相时：高压侧BC相线电压UBC降为0V，低压侧T2相的相电压UT2和F2相的相电压UF2降为0V；
由此推导出所述Vx变压器分别在A、B、C相缺相时的失压判断条件为：
(1)max{UAB、UT1、UF1}<UQX，且min{UBC、UCA、UT2、UF2}>UYY；
(2)min{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}>U1，且max{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}<U2，且UCA>UYY；
(3)max{UBC、UT2、UF2}<UQX，且min{UAB、UCA、UT1、UF1}>UYY；
以上三个条件任意满足一个即可。
3.根据权利要求1所述的一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于：所述Ii变压器
A相缺相时：高压侧AB相线电压UAB降为0V，低压侧A相的相电压Ua降为0V；
B相缺相时：高压侧AB相线电压UAB下降一半，低压侧A相的相电压Ua下降一半；由此推导出所述Ii变压器分别在A、B相缺相时的失压判断条件为：
(1)max{UAB、Ua}<UQX；
(2)min{UAB、Ua}>U1，且max{UAB、Ua}<U2；
以上两个条件任意满足一个即可。
4.根据权利要求1所述的一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于：所述Iii变压器
A相缺相时：高压侧AB相线电压UAB降为0V，低压侧T1相的相电压UT1和F1相的相电压UF1降为0V；
B相缺相时：高压侧AB相线电压UAB下降一半，低压侧T1相的相电压UT1和F1相的相电压UF1下降一半；
由此推导出所述Iii变压器分别在A、B相缺相时的失压判断条件为：
(1)max{UAB、UT1、UF1}<UQX；
(2)min{UAB、UT1、UF1}>U1，且max{UAB、UT1、UF1}<U2；
以上两个条件任意满足一个即可。
5.根据权利要求1所述的一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于：所述YNd11变压器或YNv变压器
A相缺相时：高压侧AB相线电压UAB和AC相的线电压UCA下降一半，低压侧A相的相电压
Ua降为0V，B相的相电压Ub下降至/2；
B相缺相时：高压侧AB相线电压UAB和BC相线电压UBC下降一半，低压侧A相的相电压Ua
和B相的相电压Ub下降至/2；
C相缺相时：高压侧BC相线电压UBC和AC相的线电压UCA下降一半，低压侧A相的相电压
Ua下降至/2，低压侧B相的相电压Ub降为0V；
由此推导出所述YNd11变压器或YNv变压器分别在A、B、C相缺相时的失压判断条件为：
(1)min{UAB、UCA}>U1，且max{UAB、UCA}<U2，且UBC>UYY，且Ua<UQX，且Ub>U3，且Ub<U4；
(2)min{UAB、UBC}>U1，且max{UAB、UBC}<U2，且UCA>UYY，且min{Ua、Ub}>U3，且max{Ua、Ub}<U4；
(3)min{UBC、UCA}>U1，且max{UBC、UCA}<U2，且UAB>UYY，且Ub<UQX，且Ua>U3，且Ua<U4；
U3、U4分别指低于额定电压/2和高于额定电压/2的电压定值，构成一个浮动区
间；
以上三个条件任意满足一个即可。
6.根据权利要求1所述的一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于：所述SCOTT变压器
A相缺相时：高压侧AB相线电压UAB和AC相的线电压UCA下降一半，低压侧T1相的相电压
UT1和F1相的相电压UF1下降一半，低压侧T1相的相电压UT1和F1相的相电压UF1下降至/
2；
B相缺相时：高压侧AB相线电压UAB和AC相的线电压UCA下降一半，低压侧T2相的相电压UT2和F2相的相电压UF2降为0V；
C相缺相时：高压侧BC相线电压UBC和AC相的线电压UCA下降一半，低压侧T1相的相电压
UT1和F1相的相电压UF1下降一半，低压侧T1相的相电压UT1和F1相的相电压UF1下降至/
2；
由此推导出所述SCOTT变压器分别在A、B、C相缺相时的失压判断条件为：
(1)min{UAB、UCA、UT1、UF1}>U1，且max{UAB、UCA、UT1、UF1}<U2，且UBC>UYY，且min{UT2、UF2}>U3，且max{UT2、UF2}<U4；
(2)min{UAB、UBC}>U1，且max{UAB、UBC}<U2，且min{UCA、UT1、UF1}>UYY，且max{UT2、UF2}<UQX；
(3)min{UBC、UCA、UT1、UF1}>U1，且max{UBC、UCA、UT1、UF1}<U2，且UAB>UYY，且min{UT2、UF2}>U3，且max{UT2、UF2}<U4；
U3、U4分别指低于额定电压/2和高于额定电压/2的电压定值，构成一个浮动区
间；
以上三个条件任意满足一个即可。
7.根据权利要求1所述的一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于：所述步骤1中对变压器类型进行建模时，对于存在公共相的变压器采用高压侧B相为公共相，若公共相为C相时，则对B、C相作相应调换，即可得出公共相为C相时的失压判断条件。
8.根据权利要求1所述的一种带缺相功能的变压器失压保护判断方法，其特征在于：所述变压器缺相情况下的失压判断条件，结合常规失压保护判断依据max{UAB、UBC、UCA、Ua、Ub}<USY，即可实现带缺相判断的变压器失压保护功能，其中USY指失压保护定值。
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| 电力负荷变压器非全相运行分析;孟恒信等;山西电力(第4期);第14-17页 * |
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