[发明专利]基于波形相关性分析的换流变压器零序差动保护新判据

说明书

本发明公开了属于电力系统继电保护技术领域的一种基于波形相关性原理的换流变压器零序差动保护新判据。对于传统的换流变零序差动保护，外部故障持续期间TA饱和将在零差保护中产生虚假零序差流，可能会造成零差保护误动。在外部故障切除后，如果换流变产生恢复性涌流并伴随TA饱和，零序差动保护同样存在误动风险。本发明通过分析换流变压器发生区内各类故障、区外故障持续及区外故障切除产生恢复性涌流时零序电流特征，利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的波形相关性进行识别，在各类内部故障工况下都能够可靠动作，本发明具有较强的抗TA饱和能力，提高了换流变零序差动保护的可靠性。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种基于波形相关性原理的换流变压器零序差动保护新判据。

背景技术

在超/特高压直流输电工程中，换流变压器是连接交直流系统的重要元件，保证其安全稳定运行至关重要。在超/特高压直流输电工程中，除了配置纵联差动保护作为换流变主保护以外，还在换流变Y侧的三相进线处装设有零序差动保护，作为换流变重要保护之一。零差保护通过Y侧三相进线自产零序电流和中性点零序电流的差值作为动作电流来检测换流变内部接地故障，具有较强的抗涌流能力和较高的准确性，在非内部故障时要求能够可靠闭锁。但是，由于变压器铁芯存在饱和特性，在外部故障持续期间与外部故障消除后电压恢复过程中，变压器的绕组侧及中性线处均流过较大的故障电流或者恢复性涌流，由于零差保护两侧TA型号参数存在差异，在故障电流较大的非周期分量的影响下可能会出现一侧TA饱和的现象，从而产生虚假的零序差流，导致零差保护发生误动。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于波形相关性分析的换流变压器零序差动保护新判据，所述换流变压器零序差动保护使用零序差动保护继电器来实现零序差动保护的动作。假设某一时段内的两个零序电流序列为x(n)和y(n)，定义r_ab为x(n)和y(n)的相关系数：

其中，cov(x，y)为x(n)与y(n)的协方差，Var(x)和Var(y)分别为x(n)与y(n)的方差。由许瓦兹(Schwartz)不等式可得，两个信号的相关度|r_ab|≤1；r_ab可反映两电流信号间的幅值相角相关程度：r_ab越大，两个信号波形越相似；当两个电流信号幅值成比例且相位相同时相关度r_ab＝1，为强正相关；幅值成比例且相位相反时相关度r_ab＝-1，为强负相关；幅值不成比例时-1＜r_ab＜1，为弱相关；

所述两个电流信号是利用换流变零差保护两侧的三相进线侧自产零序电流和中性线上零序电流采样值构造两个电流离散信号，计算其相关系数；在不计电流互感器TA饱和情况下，通过计算换流变压器内部故障、外部故障和外部故障切除后产生恢复性涌流得出波形相关系数动作临界值；以及计算在换流变压器内部故障伴随其一侧TA饱和、外部故障伴随一侧TA饱和、外部故障切除后产生恢复性涌流伴随一侧TA饱和时的相关系数，得出波形相关系数动作临界值；从而在传统的零差保护判据基础上给出制动判据；经过分析，附加制动判据的零序差动保护判据如下：

式中，r_ab.set为相关系数动作门槛，r_ab(i_self0,i_n0)为两侧零序电流相关系数，I_op.0为换流变零差保护启动电流，其大小为换流变接地绕组的额定电流的0.3倍，即I_op.0＝0.3p.u.；因此，基于特高压直流输电模型，当满足动作判据，即差流大于保护启动值，保护启动，然后根据两侧电流计算的r_ab小于门槛值，判为区内故障，保护灵敏动作；反之，r_ab大于门槛值时，判为区外故障，保护可靠闭锁。