利用站域信息的智能變電站變壓器后備保護(hù)方案

樊占峰, 劉 星, 劉益青, 高厚磊, 宋國兵, 鄧茂軍

(1. 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院, 陜西省西安市 710049; 2. 許繼集團(tuán)有限公司, 河南省許昌市 461000;3. 濟(jì)南大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院, 山東省濟(jì)南市 250022; 4. 山東大學(xué)電氣工程學(xué)院, 山東省濟(jì)南市 250061)

利用站域信息的智能變電站變壓器后備保護(hù)方案

樊占峰1, 劉 星2, 劉益青3, 高厚磊4, 宋國兵1, 鄧茂軍2

(1. 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院, 陜西省西安市 710049; 2. 許繼集團(tuán)有限公司, 河南省許昌市 461000;3. 濟(jì)南大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院, 山東省濟(jì)南市 250022; 4. 山東大學(xué)電氣工程學(xué)院, 山東省濟(jì)南市 250061)

采用復(fù)壓過流原理的變壓器后備保護(hù)方案存在靈敏度不足、整定配合復(fù)雜、故障切除延時(shí)過長等問題。提出在智能變電站中采用主后備分離模式的變壓器保護(hù)配置方案。單獨(dú)配置的后備保護(hù),利用站域共享信息,以方向比較原理為基礎(chǔ)確定故障位置,實(shí)現(xiàn)對變壓器內(nèi)部故障、中低壓母線故障、死區(qū)故障和斷路器失靈的后備保護(hù)功能。對于不對稱故障采用負(fù)序、零序方向元件,對于三相故障采用基于正序電流幅值相位比較的方向元件。通過在PSCAD中建立典型的110 kV變電站模型,對于各種故障類型進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了所研究的后備保護(hù)方案的有效性。

智能變電站; 變壓器后備保護(hù); 站域信息; 方向比較; 正序分量

0 引言

近年來,各類主保護(hù)的正確動作率雖然有了大幅提高[1],但是電網(wǎng)中各種復(fù)雜、罕有的故障卻時(shí)有發(fā)生[2]。在數(shù)量龐大的110 kV變電站中,變壓器后備保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障近后備和相鄰元件的遠(yuǎn)后備仍具有不可替代的作用。

110 kV變壓器主電源側(cè)后備保護(hù)應(yīng)作為變壓器內(nèi)部故障的近后備;中、低壓側(cè)后備保護(hù)應(yīng)作為中、低壓側(cè)出線故障和本側(cè)母線故障的近后備,以及中、低壓側(cè)出線的遠(yuǎn)后備[3]。

常規(guī)變電站中,變壓器后備保護(hù)廣泛采用復(fù)合電壓閉鎖的方向過流保護(hù)原理。不論是主后備一體化裝置,還是主后備分離按側(cè)配置后備保護(hù),均存在以下問題需要解決[4-5]。

1)由于變壓器等值阻抗大,變壓器中、低壓側(cè)出線故障時(shí),高壓側(cè)過流元件靈敏度不足,且短路電流隨系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障類型不同而變化,各級保護(hù)間整定配合較困難。

2)當(dāng)中、低壓側(cè)母線未配置獨(dú)立的母線保護(hù)時(shí),變壓器后備保護(hù)實(shí)際上承擔(dān)了中、低壓側(cè)母線的主保護(hù)任務(wù),而后備保護(hù)需要與中、低壓側(cè)出線的主保護(hù)相配合,導(dǎo)致中、低壓側(cè)母線故障的切除時(shí)間過長。

3)在Yd接線的變壓器d側(cè)發(fā)生兩相短路時(shí),高壓側(cè)非故障相的90°接線的功率方向元件存在誤判可能。

阻抗保護(hù)原理可以部分解決過流保護(hù)的不足,但是需要考慮振蕩閉鎖等環(huán)節(jié),增加了復(fù)雜度[6]。為此,文獻(xiàn)[7]提出一種基于補(bǔ)償電壓正序分量的變壓器后備保護(hù),以提高復(fù)壓過流保護(hù)適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的能力。文獻(xiàn)[8]則通過實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)等值阻抗,并根據(jù)不同的故障類型選擇故障電流系數(shù)來實(shí)現(xiàn)復(fù)壓過流保護(hù)的自適應(yīng)整定。

文獻(xiàn)[9-10]提出了將縱聯(lián)方向保護(hù)用于變壓器保護(hù)和配電網(wǎng)保護(hù)的思路。在智能變電站中,采用主后備保護(hù)相分離的配置模式,利用過程層通用面向?qū)ο笞冸娬臼录?GOOSE)網(wǎng)絡(luò),可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立配置的變壓器后備保護(hù)功能[11]。但該方案需要對現(xiàn)有主保護(hù)進(jìn)行改造,使之可以輸出方向元件判別結(jié)果。

另一方面,由于廣域信息[12-13]或站域信息[14]較單一間隔信息能夠更加準(zhǔn)確地反映故障特征,因此借此來改善變壓器后備保護(hù)的性能將存在較大空間。本文利用智能變電站的站域共享信息,基于方向比較原理,實(shí)現(xiàn)主后備分離模式下的變壓器后備保護(hù)功能,為智能變電站變壓器保護(hù)配置提供多種選擇。

1 利用站域信息的后備保護(hù)方案

1.1 變壓器保護(hù)的主后備分離模式

智能變電站的變壓器保護(hù)配置方案分為主后備一體化和主后備分離2種模式,本文方案適用于主后備分離模式。該模式下,采用電流差動原理的變壓器主保護(hù)獨(dú)立配置,另外再按每臺變壓器配置1臺后備保護(hù)裝置。圖1所示為主后備分離的配置模式:主保護(hù)采用電流差動原理;后備保護(hù)采用其他原理,反映變壓器內(nèi)部故障、中低壓側(cè)母線及出線故障和斷路器失靈。

圖1 主后備分離的變壓器保護(hù)配置方案Fig.1 Transformer protection configuration in separate mode of main and backup protections

圖1的配置方案中,變壓器后備保護(hù)所需的采樣值(SV)和GOOSE信息列于表1。

表1 后備保護(hù)獲取信息列表Table 1 Information list of backup protection

在智能變電站中,SV和GOOSE均能通過過程層網(wǎng)絡(luò)方便地實(shí)現(xiàn)共享,這使得主后備一體化模式可以簡化二次接線的優(yōu)點(diǎn)不再突出。此外,主后備分離模式還具有以下優(yōu)點(diǎn):提高主保護(hù)的獨(dú)立性和可靠性;便于定值整定和運(yùn)行管理;減少主、后備保護(hù)之間的影響;防止一體化保護(hù)硬件異常時(shí)導(dǎo)致主、后備保護(hù)同時(shí)失效;即使主保護(hù)雙重化時(shí),后備保護(hù)也可以僅配置1臺;利用站域信息的變壓器后備保護(hù),較易實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展升級,從而實(shí)現(xiàn)全站站域后備保護(hù)功能。

1.2 變壓器后備保護(hù)方案

由于主保護(hù)采用電流差動原理,后備保護(hù)應(yīng)采用不同的保護(hù)原理,以防止由于原理缺陷導(dǎo)致主、后備保護(hù)同時(shí)拒動的情況。本文后備保護(hù)方案利用同樣具有絕對選擇性的方向比較原理確定故障元件,并利用站域信息實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)邏輯功能,達(dá)到在主后備分離模式下提高后備保護(hù)性能的目的。

采用方向比較原理的另一重要原因是:變壓器后備保護(hù)應(yīng)能夠接入過程層網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)采網(wǎng)跳,因此需要降低對SV同步性的敏感程度。方向比較原理對數(shù)據(jù)同步性的要求遠(yuǎn)低于電流差動原理。

下文對變壓器后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)的功能逐一闡述。

1.2.1 變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)

變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)邏輯如圖2所示。首先利用變壓器三側(cè)的方向元件(以指向變壓器為正方向)進(jìn)行故障定位。確定為變壓器內(nèi)部故障后,監(jiān)視主保護(hù)的跳閘GOOSE信號,若300 ms內(nèi)未收到主保護(hù)跳閘信號則向三側(cè)斷路器發(fā)出后備保護(hù)跳閘命令。

圖2 變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)邏輯Fig.2 Backup protection logic for transformer inner fault

由于后備保護(hù)獨(dú)立且具有完全選擇性,因此在確定故障元件時(shí)無需與中、低壓側(cè)保護(hù)進(jìn)行定值的時(shí)限配合。圖2中差動主保護(hù)動作的閉鎖信號,表示該邏輯僅完成主保護(hù)拒動時(shí)的后備功能,對于主保護(hù)動作后跳閘失敗的情況,由1.2.3節(jié)中所述的斷路器失靈保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備功能。

該方案的保護(hù)性能與所采用的方向比較元件密切相關(guān),要求具有足夠的靈敏度和可靠性,既能反應(yīng)于變壓器任何類型的內(nèi)部故障,又能保證在變壓器外部故障時(shí)方向元件可靠判為反方向。方向元件及性能分析詳見本文第3節(jié)。

1.2.2 中、低壓側(cè)母線故障的后備保護(hù)

中、低壓側(cè)母線故障的后備保護(hù)邏輯如圖3所示。后備保護(hù)啟動后,通過各側(cè)的方向元件確定不是變壓器內(nèi)部故障(與門G1),經(jīng)本側(cè)出線故障信號閉鎖(與門G3)后,延時(shí)150 ms跳本側(cè)母線。

通過或門G2、與門G3的閉鎖,實(shí)現(xiàn)中、低壓側(cè)母線故障的選擇性。對于d側(cè)經(jīng)小電阻接地或Z型變接地的情況,出線含電源的情況和Y側(cè)接地系統(tǒng),閉鎖條件除本側(cè)出線過流Ⅱ段測量元件動作外,可增加出線正方向故障“與”邏輯,以母線流向線路為正方向。對于d側(cè)不接地系統(tǒng),閉鎖條件可僅保留過流Ⅱ段測量元件。

圖3 中、低壓側(cè)母線后備保護(hù)邏輯圖Fig.3 Backup protection logic of middle-voltage and low-voltage bus

中、低壓側(cè)母線故障的后備保護(hù)要求高壓側(cè)方向元件對變壓器中、低壓側(cè)故障均有較高的靈敏度,且需要配置反應(yīng)于中、低壓側(cè)出線故障的方向元件。

1.2.3 死區(qū)及斷路器失靈保護(hù)

在發(fā)生如圖4(a)所示的f2或f3處死區(qū)故障時(shí),復(fù)壓過流保護(hù)方案依靠各側(cè)后備保護(hù)延時(shí)切除[15],本方案由于變壓器內(nèi)部故障時(shí)后備保護(hù)邏輯具有絕對選擇性,因此需要專門處理死區(qū)保護(hù)與斷路器失靈保護(hù)。圖中：TA表示電流互感器;CB表示斷路器。

圖4 110 kV變壓器死區(qū)故障Fig.4 110 kV transformer fault in dead zone

以f2處發(fā)生死區(qū)故障或者CB2拒動為例,保護(hù)流程如圖4(b)所示。主保護(hù)或后備保護(hù)發(fā)出跳閘命令后,在300 ms的延時(shí)時(shí)間內(nèi),若開關(guān)一直有故障電流,則判為死區(qū)故障,聯(lián)跳變壓器各側(cè)開關(guān)。再判斷開關(guān)是否有跳位,如果未在跳位,判為斷路器失靈,聯(lián)跳其他電源支路開關(guān)。

1.2.4 中、低壓側(cè)出線的后備保護(hù)

傳統(tǒng)后備方案中,中、低壓側(cè)出線后備保護(hù)的過流定值需要與出線中最大過流定值相配合,靈敏度較低。本方案中變壓器內(nèi)部故障和中、低壓側(cè)母線故障的后備保護(hù)均具有絕對選擇性,因此需要單獨(dú)設(shè)置對中、低壓側(cè)出線的近后備保護(hù)。

由于中、低壓側(cè)出線的電流信息已經(jīng)全部獲取,因此可在后備保護(hù)中冗余實(shí)現(xiàn)所有中、低壓側(cè)出線的過流保護(hù),以此作為遠(yuǎn)后備保護(hù),并能保證與各出線單獨(dú)配置的過流保護(hù)具有相同靈敏度。

2 基于方向比較的故障位置確定方法

2.1 現(xiàn)有方向元件的適用性分析

由前述可知,本方案采用方向比較原理確定故障點(diǎn)位置是實(shí)現(xiàn)各種后備保護(hù)功能的前提,因此選擇適合的方向元件是本方案的核心。

基于故障分量的方向元件因其優(yōu)良的性能,在主保護(hù)中被廣泛采用[16]。但是,由于故障分量僅能在故障發(fā)生初期準(zhǔn)確獲取,因此雖能用于快速主保護(hù),卻無法直接用于帶延時(shí)的后備保護(hù)。

負(fù)序、零序方向元件對于不對稱故障的靈敏度很高,且在故障持續(xù)期間可連續(xù)工作,但均不反應(yīng)于三相故障。90°接線的功率方向元件雖然可以反應(yīng)于三相故障,但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在以下缺陷。

1)受負(fù)荷電流、過渡電阻影響大,在變壓器重負(fù)荷或經(jīng)較大過渡電阻短路時(shí),靈敏度不足。

2)在母線附近發(fā)生三相故障時(shí),所采集的母線電壓存在死區(qū),需要借助記憶電壓解決,記憶時(shí)間不宜過長,否則影響轉(zhuǎn)換性故障時(shí)的方向判斷結(jié)果。

3)線路、變壓器的阻抗角不同,內(nèi)角固定時(shí),方向元件大多數(shù)情況下不工作在最大靈敏角。

4)在Yd接線的變壓器d側(cè)發(fā)生兩相短路時(shí),高壓側(cè)非故障相方向元件存在誤動可能,簡要分析參見附錄A。

由于方向元件在本方案中用于故障元件精確定位,上述問題2)和4)引起的方向元件不正確動作,將導(dǎo)致后備保護(hù)拒動或誤動,因此,不宜直接采用90°接線的功率方向元件。

2.2 利用方向比較原理確定故障元件的方案

由上述分析可知,單一方向元件均無法獨(dú)立完成所有故障類型下確定故障點(diǎn)位置的任務(wù),為此綜合采用多個(gè)方向元件,整體方案流程如圖5所示。圖5方案的設(shè)計(jì)思路是,對于不對稱故障,利用負(fù)序、零序方向元件確定故障位置。具體使用時(shí),零序方向元件用于反應(yīng)接地故障,負(fù)序方向元件用于反應(yīng)相間故障,兼顧兩相接地故障。利用基于正序電流幅值相位比較的方向元件來反應(yīng)三相故障。

圖5 利用方向比較確定故障元件方案Fig.5 Scheme of determining fault component by directional comparison

各側(cè)故障方向確定后,即可按照1.2節(jié)中的保護(hù)邏輯圖實(shí)現(xiàn)變壓器后備功能。

2.3 基于正序電流幅值相位比較的方向元件

首先分析變壓器內(nèi)部或外部發(fā)生三相故障時(shí),各側(cè)正序電流之間的相位關(guān)系。

1)Yd11接線的兩繞組變壓器

發(fā)生外部故障,流經(jīng)各側(cè)的電流為穿越性質(zhì),正序電流的相位關(guān)系滿足:

(1)

發(fā)生內(nèi)部故障,理想情況下高、低壓側(cè)的正序電流相量接近同相位?？紤]變壓器兩側(cè)系統(tǒng)的正序等值阻抗較穩(wěn)定,阻抗角一般不大于15°;而兩側(cè)等值電源相位差與變壓器輸送有功功率大小有關(guān),其變化范圍不會超過70°。因此,內(nèi)部故障時(shí)高、低壓側(cè)正序電流的相位關(guān)系滿足:

(2)

2)Yyd11接線的三繞組變壓器

發(fā)生外部故障,正序電流的相位關(guān)系滿足下列三個(gè)條件之一,依次對應(yīng)高、中、低壓側(cè)外部故障。

(3)

(4)

(5)

發(fā)生變壓器內(nèi)部故障時(shí),各側(cè)正序電流的相位關(guān)系必然同時(shí)滿足:

(6)

以上分析變壓器區(qū)內(nèi)外故障時(shí)的正序電流相位關(guān)系,是各側(cè)均有電源的情況,實(shí)際的降壓變壓器,考慮中、低壓側(cè)無電源的情況,則需要增加正序電流幅值判斷條件。完整的方向比較流程如圖6所示,對應(yīng)圖5中的模塊A。

圖6 基于正序電流幅值相位比較的方向元件Fig.6 Directional comparison element using phase and amplitude of positive sequence current

故障啟動并判為三相故障后,若三側(cè)正序電流幅值均高于0.1In(In為電流互感器的二次額定值),則直接利用式(3)至式(6)進(jìn)行相位比較,確定故障方向。

檢測到中、低壓側(cè)的正序電流幅值高于門檻值,但本側(cè)無電源時(shí),則說明該正序故障電流由其他側(cè)電源提供,直接判定為本側(cè)反方向故障。若中壓或低壓側(cè)的正序電流幅值低于門檻值,則在式(3)至式(6)中退出該側(cè)正序電流相位比較,僅保留其余兩側(cè)的相位比較條件。對于降壓變壓站,無論中、低壓側(cè)有無電源,只要高壓側(cè)正序電流幅值低于門檻值,則直接判為高壓側(cè)反向故障。

應(yīng)注意到,變壓器中、低壓側(cè)是否有電源可能與現(xiàn)場運(yùn)行方式有關(guān),不易完全離線確定,因此需要研究變壓器各側(cè)是否有電源的在線判別方法。

此外,電流互感器斷線、飽和等異常工況對方向元件會產(chǎn)生一定影響。但電流互感器飽和對方向元件的影響遠(yuǎn)小于對電流差動的影響。由衰減直流分量導(dǎo)致的暫態(tài)電流互感器飽和持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于后備保護(hù)動作時(shí)間,影響較小;對于電流互感器的穩(wěn)態(tài)飽和可增加諧波閉鎖判別,防止誤判。

2.4 數(shù)據(jù)同步性影響分析

對于電流差動原理,一旦各側(cè)電流相量不同步,必然產(chǎn)生差動電流,當(dāng)各側(cè)采集時(shí)刻偏差增大時(shí),由于不同步采樣造成的虛假差電流相應(yīng)增大,可能會將區(qū)外故障誤判為區(qū)內(nèi)故障。

對于正序電流幅值相位比較方向元件而言,變壓器各側(cè)采集時(shí)刻偏差增大時(shí),僅影響從故障時(shí)刻開始到作出判為區(qū)內(nèi)故障的結(jié)果之間的延時(shí),而不會對該結(jié)果的正確性產(chǎn)生影響。

假設(shè)已知各側(cè)采集時(shí)刻的最大偏差為Δt,在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障初瞬間,由于各側(cè)SV存在時(shí)間差,可能同時(shí)出現(xiàn)判為區(qū)外故障的情況。但是延時(shí)Δt時(shí)間后,各側(cè)判斷結(jié)果必然會出現(xiàn)均為區(qū)內(nèi)的情況,因?yàn)榇藭r(shí)雖然使用的SV絕對時(shí)刻不同,但是均為區(qū)內(nèi)故障持續(xù)時(shí)間段內(nèi)的電流SV數(shù)據(jù)。加上考慮到該元件用于站域后備保護(hù),真正出口跳閘均至少300 ms,而Δt的實(shí)際情況一般不會超過20 ms,因此造成的影響至多存在延遲20 ms出口跳閘,這對站域后備保護(hù)的影響可以忽略。

3 仿真驗(yàn)證

在PSCAD中建立圖1所示的典型110 kV變電站模型,包含兩臺降壓變壓器,兩臺變壓器的后備保護(hù)配置一致,對其中一臺變壓器的后備保護(hù)進(jìn)行仿真。故障點(diǎn)分別設(shè)置于變壓器高、中、低壓側(cè)的區(qū)內(nèi)和區(qū)外,其中高壓側(cè)區(qū)內(nèi)故障包括繞組匝間故障(5%)及匝地故障[17]。

首先由圖5所示的流程,根據(jù)各側(cè)負(fù)序、零序電流的有效值是否超過門檻值來判斷故障類型,從而選擇所使用的方向元件。以高壓側(cè)故障為例,仿真結(jié)果列于附錄B表B1。仿真算例中各側(cè)額定一次電流分別為0.239,0.750,2.740 kA;故障時(shí)刻為0.2 s;負(fù)序門檻值取為0.08In,零序門檻值取為0.10In。

由附錄B表B1結(jié)果可知,在發(fā)生不對稱故障時(shí)投入負(fù)序方向元件,發(fā)生三相故障時(shí)投入正序電流幅值相位比較元件。對于中、低壓側(cè)的故障進(jìn)行仿真,均能正確選擇方向元件。

附錄B表B2列出了發(fā)生不對稱故障時(shí),負(fù)序方向元件的仿真結(jié)果。附錄B表B3列出了正序電流幅值相位比較的方向元件在發(fā)生三相故障時(shí)的仿真結(jié)果。

附錄B圖B1至圖B3給出了典型的故障仿真圖。其中,圖B1為高壓側(cè)區(qū)內(nèi)發(fā)生BC相故障的負(fù)序方向元件仿真結(jié)果,故障發(fā)生時(shí)刻為0.20 s。圖B2為高壓側(cè)區(qū)外故障轉(zhuǎn)為區(qū)內(nèi)A相匝間故障時(shí),負(fù)序方向元件的仿真結(jié)果,區(qū)外故障發(fā)生時(shí)刻為0.20 s,持續(xù)時(shí)間0.10 s,匝間故障發(fā)生時(shí)刻為0.25 s。圖B3為中壓側(cè)區(qū)外三相故障的正序電流比相元件仿真結(jié)果,故障發(fā)生時(shí)刻為0.20 s。

由附錄B表B1至表B3及圖B1至圖B3的仿真結(jié)果可以看出,變壓器各側(cè)發(fā)生區(qū)內(nèi)外故障及區(qū)內(nèi)外轉(zhuǎn)換性故障時(shí),方向比較原理的變壓器后備保護(hù)方案均能準(zhǔn)確定位故障位置,從而實(shí)現(xiàn)無需時(shí)限和定值配合的快速后備保護(hù)。

4 結(jié)語

本文提出一種適用于智能變電站的主后備分離模式變壓器保護(hù)配置方案。以方向比較原理為基礎(chǔ),利用站域共享信息確定故障位置,并與主保護(hù)動作信號、開關(guān)位置相配合,實(shí)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障、中低壓側(cè)母線故障、死區(qū)故障及斷路器失靈等后備保護(hù)功能。采用負(fù)序、零序方向元件反應(yīng)于不對稱故障,采用基于正序電流幅值相位比較的方向元件反應(yīng)于三相故障。該方案可實(shí)現(xiàn)主保護(hù)拒動或斷路器拒動情況下的快速動作,與各級出線保護(hù)的配合簡單,動作時(shí)限固定。通過數(shù)字仿真,驗(yàn)證了方案的有效性和適應(yīng)性,可以作為現(xiàn)有智能變電站變壓器保護(hù)配置方案的有益補(bǔ)充。

基于正序電流幅值相位比較的方向元件需要預(yù)先確定中、低壓側(cè)是否有電源,但中、低壓側(cè)是否有電源又不易完全離線確定,需要進(jìn)一步研究中、低壓側(cè)是否有電源的在線判別方法。

本文得到許繼集團(tuán)科研項(xiàng)目(SGTYHT/14-JS-190)資助,特此致謝!

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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Scheme for Transformer Backup Protection Using Substation-area Information in Smart Substation

FANZhanfeng1,LIUXing2,LIUYiqing3,GAOHoulei4,SONGGuobing1,DENGMaojun2

(1. School of Electrical Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 2. XJ Group Corporation, Xuchang 461000, China; 3. School of Electrical Engineering, University of Jinan, Jinan 250022, China; 4. School of Electrical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China)

For defects in the transformer backup protection based on the over-current principle and compound voltage blocking such as insufficient sensitivity, complicated cooperation and long fault clearing time-delay, a transformer protection scheme is proposed with the main protection separated from the backup protection in the smart substation. The independent backup protection employs the directional comparison principle to locate the fault position by the substation-area shared information. The backup protection provides the protective functions for transformer inner faults, medium- and low-voltage bus-bar faults, dead-zone faults and the situation where the breaker refuses to act. The negative-sequence directional element and zero-sequence directional element are used to reflect unbalanced faults, and the directional element by comparing the amplitude and phase of positive-sequence current is used to reflect the three-phase fault. A typical 110 kV substation is established in PSCAD to facilitate simulation of various types of faults.

This work is supported by Shandong Provincial Natural Science Foundation of China (No. ZR2014EEM039).

smart substation; transformer backup protection; substation-area information; directional comparison; positive component

2017-04-06;

2017-06-22。

上網(wǎng)日期: 2017-08-22。

山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(ZR2014EEM039)。

樊占峰(1974—),男,在職博士研究生,高級工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)保護(hù)與控制。E-mail： 13937416180@139.com

劉 星(1972—),男,碩士,高級工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)保護(hù)與控制。E-mail: 13938918099@139.com

劉益青(1977—),男,博士,副教授,高級工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。E-mail: cse_liuyq@ujn.edu.cn

鄧茂軍(1975—),男,通信作者,碩士,高級工程師,主要研究方向:繼電保護(hù)。E-mail: maojundeng@sohu.com

(編輯 章黎)