《電爐變壓器繼電保護方法》是許繼電氣股份有限公司、寧夏回族自治區電力公司、許昌許繼軟體技術有限公司、國家電網公司於2011年9月28日申請的發明專利，該專利申請號為2011102998748，公布號為CN102354953B，公布日為2014年3月5日，發明人是劉星、李瑞生、劉志遠、姚東曉、姜睿智、郭維雅、魏燕、鄧茂軍。該發明涉及電爐變壓器差動保護領域。
《電爐變壓器繼電保護方法》涉及電爐變壓器繼電保護系統及方法，三個單相電爐變壓器低壓側的電子電流互感器通過模擬量採集設備連線到差動保護設備，且各變壓器均對應設有載調壓控制器，所述有載調壓控制器將變壓器實時運行檔位進行二進制編碼，以繼電器接點方式輸出連線差動保護設備內的檔位採集模組，繼電器接點數量反映所述二進制編碼所採用的編碼形式與檔位數量；所述檔位採集模組，用於解碼檔位信息，傳輸到差動保護設備。該發明的方式不需要大量的開關量採集，就能將檔位信息傳輸到繼電保護設備進行利用，並能保證實時性。
2017年12月，《電爐變壓器繼電保護方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《電爐變壓器繼電保護方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：電爐變壓器繼電保護方法
- 地址：河南省許昌市許繼大道1298號
- 申請人：許繼電氣股份有限公司、寧夏回族自治區電力公司、許昌許繼軟體技術有限公司、國家電網公司
- 申請日：2011年9月28日
- 申請號：2011102998748
- 公布日：2014年3月5日
- 公布號：CN102354953B
- 發明人：劉星、李瑞生、劉志遠、姚東曉、姜睿智、郭維雅、魏燕、鄧茂軍
- 代理人：陳浩
- 代理機構：鄭州睿信智慧財產權代理有限公司
- 類別：發明專利
- Int. Cl.：H02H7/045（2006.01）I
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
冶金化工行業套用一種特殊性能及結構的電爐變壓器，多為Y/Δ-11/Δ-11或Y/Y-12/Δ-11接線方式，高壓側電壓為35～220千伏，低壓側輸出電壓為幾十伏至200伏，直接供電給電弧型電爐，產生高溫來冶煉礦石。高壓側電壓取自電力系統，基本穩定，低壓側電壓可在廣泛範圍內調壓。
電爐變壓器調壓與普通電力變壓器不同。普通電力變壓器有載調壓範圍小（約5％），變壓器差動保護不引入有載調壓檔位信息，即軟體中不考慮調壓檔位，根據變壓器額定參數直接計算電流平衡係數，並且通過適當提高差動保護門檻來躲過有載調壓範圍引起的不平衡電流。
而電爐變壓器有載調壓範圍寬（以某種電爐變壓器為例，低壓側額定電壓204伏，調壓上限為240伏，下限為138伏），每相電爐變壓器具有35級調壓，在電爐變壓器運行過程中每相的檔位還不相同，3個單相電爐變壓器總計多達105級的有載調壓檔位。電爐變壓器一般採用電動操作機構來控制調壓。如果差動保護採用變壓器一、二次繞組固定變比計算出的平衡係數參與差動電流的計算，則低壓側運行電壓不為額定電壓時，就會計算出差動電流，最大為額定電流的30％，勢必會造成差動保護的誤動，如抬高差動保護電流門檻，又會造成差動保護在變壓器區內故障時失去靈敏度。因此，用於電爐變壓器的差動保護設備必須實時地根據變壓器有載調壓檔位計算差動保護的平衡係數。
發明內容
專利目的
《電爐變壓器繼電保護方法》以解決多級檔位有載調壓變壓器的差動保護問題。基於這種方法，該發明還提供一種繼電保護系統。
技術方案
為實現上述目的，《電爐變壓器繼電保護方法》步驟如下：
A、將有載調壓控制器輸出的檔位信息進行二進制編碼，轉換為相應的二進制碼制檔位信息；
B、將所述二進制碼制檔位信息輸送到繼電保護設備，繼電保護設備進行解碼，獲取相應的實際檔位信息；
C、繼電保護設備根據實際檔位信息計算當前檔位下各相低壓側電壓，並計算出各相平衡係數；
D、根據每相平衡係數實時計算差動保護電流。
所述二進制碼制為BCD碼制。步驟C分為三步，第一步是：首先根據實際檔位信息計算各相低壓側電壓，並計算出低壓側B、C相相對低壓側A相平衡係數；第二步是：以高壓側電流為基準電流，結合電爐變壓器參數計算低壓側A相平衡係數；第三步是：低壓側A相差動保護平衡係數分別與低壓側B、C相相對A相平衡係數相乘得到低壓側B、C相差動保護平衡係數。
所述第一步為：
低壓側當前A相電壓為：Ua＝（Umax-Umin）*（N-Xa）/（N-1）+Umin，
低壓側當前B相電壓為：Ub＝（Umax-Umin）*（N-Xb）/（N-1）+Umin，
低壓側當前C相電壓為：Uc＝（Umax-Umin）*（N-Xc）/（N-1）+Umin；
低壓側B、C相相對A相平衡係數分別為：Ub/Ua、Uc/Ua；低壓側最低電壓為Umin，最高電壓為Umax；調壓總檔位為N；Xa為A相檔位，Xb為B相檔位，Xc為C相檔位，Ua為低壓側A相繞組當前工作電壓，Ub為低壓側A相繞組當前工作電壓，Uc為低壓側A相繞組當前工作電壓；
第二步為：
按公式
計算出的高壓側二次額定電流。
其中Sn、Un、nTA是系統參數中的“變壓器銘牌額定容量”和“高壓側一次額定線電壓”及“高壓側TA變比”
按公式IA＝Sn/（3*Ux*nTA）計算出低壓側A相二次額定相電流。
其中，Sn、nTA、Ux、是系統參數中的“變壓器銘牌額定容量”和“低壓側TA變比”及低壓側A相繞組額定電壓。
可得低壓側A相差動保護平衡係數為：kphA＝Ie/IA。
第三步為：
低壓側A相差動保護平衡係數為：kphA＝Ie/IA
低壓側B相差動保護平衡係數為：kphB＝kphA*（Ub/Ua）
低壓側C相差動保護平衡係數為：kphC＝kphA*（Uc/Ua）
該發明的系統方案是：一種電爐變壓器繼電保護系統，三相電爐變壓器低壓側的電子電流互感器通過模擬量採集設備連線到差動保護設備，且各變壓器均對應設有載調壓控制器，所述有載調壓控制器將變壓器實時運行檔位進行二進制編碼，以繼電器接點方式輸出連線差動保護設備內的檔位採集模組，繼電器接點數量反映所述二進制編碼所採用的編碼形式與檔位數量；所述檔位採集模組，用於解碼檔位信息，傳輸到差動保護設備。
所述二進制碼制為BCD碼制。
電爐變壓器一般安裝在冶煉或化工廠房內，控制電爐變壓器電動操作機構的控制器安裝在生產工藝控制室，該控制器具備碼制轉換功能，可把多級有載調壓檔位轉換為一定碼制的編碼信息，將編碼信息傳輸到繼電保護設備進行解碼還原為實際檔位信息。
改善效果
為了把電爐變壓器電動操作機構控制器輸出的每相35級有載調壓檔位接入到繼電保護設備，如果不進行編碼處理，就要求繼電保護設備必須具備105個開關量輸入接口。這對繼電保護設備的硬體資源造成了極大的負擔。而該發明的方式不需要大量的開關量採集，就能將檔位信息傳輸到繼電保護設備進行利用，並能保證實時性。保護設備安裝在變電站繼電保護控制室內，碼制轉換後的檔位信息可通過電纜連線到繼電保護控制室中的保護設備。
附圖說明
圖1是《電爐變壓器繼電保護方法》的繼電保護系統示意圖；
圖2是差動保護設備與有載調壓控制器的連線圖；
圖3是檔位採集模組接線圖。
權利要求
1.一種電爐變壓器繼電保護方法，其特徵在於，步驟如下：
A、將有載調壓控制器輸出的檔位信息進行二進制編碼，轉換為相應的二進制碼制檔位信息；
B、將所述二進制碼制檔位信息輸送到繼電保護設備，繼電保護設備進行解碼，獲取相應的實際檔位信息；
C、繼電保護設備根據實際檔位信息計算當前檔位下各相低壓側電壓，並計算出各相平衡係數；
D、根據每相平衡係數實時計算差動保護電流；步驟C分為三步，
第一步是：首先根據實際檔位信息計算各相低壓側電壓，並計算出低壓側B、C相相對低壓側A相平衡係數；
第二步是：以高壓側電流為基準電流，結合電爐變壓器參數計算低壓側A相差動保護平衡係數；
第三步是：低壓側A相差動保護平衡係數分別與低壓側B、C相相對A相平衡係數相乘得到低壓側B、C相差動保護平衡係數；
所述第一步為：低壓側當前A相電壓為：Ua=（Umax-Umin）*（N-Xa）/（N-1）+Umin，低壓側當前B相電壓為：Ub=（Umax-Umin）*（N-Xb）/（N-1）+Umin，低壓側當前C相電壓為：Uc=（Umax-Umin）*（N-Xc）/（N-1）+Umin；低壓側B、C相相對A相平衡係數分別為：Ub/Ua、Uc/Ua；低壓側最低電壓為Umin，最高電壓為Umax；調壓總檔位為N；Xa為A相檔位，Xb為B相檔位，Xc為C相檔位，Ua為低壓側A相繞組當前工作電壓，Ub為低壓側B相繞組當前工作電壓，Uc為低壓側C相繞組當前工作電壓；
第二步為：按公式計算出高壓側二次額定電流；其中Sn、Un是系統參數中的“變壓器銘牌額定容量”和“高壓側一次額定線電壓”；按公式IA=Sn/（3*Ux*低壓側TA變比）計算出低壓側A相二次額定相電流；其中，Sn、Ux是系統參數中的“變壓器銘牌額定容量”和低壓側A相繞組額定電壓；可得低壓側A相差動保護平衡係數為：kphA=Ie/IA；
第三步為：低壓側A相差動保護平衡係數為：kphA=Ie/IA低壓側B相差動保護平衡係數為：kphB=kphA*（Ub/Ua）低壓側C相差動保護平衡係數為：kphC=kphA*（Uc/Ua）。
2.根據權利要求1所述的一種電爐變壓器繼電保護方法，其特徵在於，所述二進制碼制為BCD碼制。
實施方式
下面結合附圖對《電爐變壓器繼電保護方法》做進一步詳細的說明。
方法實施例
該發明的要點是，將電爐變壓器有載調壓控制器輸出的碼制轉換後的檔位信息方便地傳輸到繼電保護設備，由繼電保護設備進行解碼，還原實際的當前檔位信息，然後按相實時計算差動保護平衡係數，用於保護。步驟如下：
A、將有載調壓控制器輸出的檔位信息進行二進制編碼，轉換為相應的二進制碼制檔位信息；
B、將所述二進制碼制檔位信息輸送到繼電保護設備，繼電保護設備進行解碼，獲取相應的實際檔位信息；
C、，繼電保護設備根據實際檔位信息計算當前檔位下各相低壓側電壓，並計算出各相平衡係數；
D、根據每相平衡係數實時計算差動保護電流。
具體實施方式如下，選擇的電爐變壓器具有每相35級有載調壓檔位，選擇BCD碼制進行編碼解碼。
（1）每相電爐變壓器達35級的有載調壓檔位信息碼制轉換為BCD碼。每相檔位信息用6（A6A5A4A3A2A1）個二進制數表示，其中最高兩位（A6A5最大為3）8421碼錶示檔位的十位數，低四位（A4A3A2A1最大為9）8421碼錶示檔位的個位數。如圖
（2）保護設備引入碼制轉換後的BCD碼信息，按照以下原則進行解碼。
每相檔位信息用6（A6A5A4A3A2A1）個二進制數表示，其中最高兩位（A6A5最大為3）8421碼錶示檔位的十位數，低四位（A4A3A2A1最大為9）8421碼錶示檔位的個位數。
（3）根據檔位信息計算當前檔位下各相低壓側電壓，並計算出低壓側B、C相相對低壓側A相平衡係數。設定的定值為：低壓側最低電壓為Umin，最高電壓為Umax；調壓總檔位N。低壓側當前A相電壓為：Ua＝（Umax-Umin）*（N-Xa）/（N-1）+Umin，
低壓側當前B相電壓為：Ub＝（Umax-Umin）*（N-Xb）/（N-1）+Umin，
低壓側當前C相電壓為：Uc＝（Umax-Umin）*（N-Xc）/（N-1）+Umin；
低壓側B、C相相對A相平衡係數分別為：Ub/Ua、Uc/Ua；
Xa為A相檔位，Xb為B相檔位，Xc為C相檔位，Ua為低壓側A相繞組當前工作電壓，Ub為低壓側A相繞組當前工作電壓，Uc為低壓側A相繞組當前工作電壓。
低壓側B、C相相對A相平衡係數分別為：Ub/Ua、Uc/Ua。
（4）以高壓側電流為基準電流，結合電爐變壓器參數計算低壓側A相平衡係數。
按公式計算出的高壓側二次額定電流。
其中Sn、Un、nTA是系統參數中的“變壓器銘牌額定容量”和“高壓側一次額定線電壓”及“高壓側TA變比”
按公式IA＝Sn/（3*Ux*nTA）計算出低壓側A相二次額定相電流。
其中，Sn、nTA、Ux、是系統參數中的“變壓器銘牌額定容量”和“低壓側TA變比”及低壓側A相繞組額定電壓。
可得低壓側A相差動保護平衡係數為：kphA＝Ie/IA。
（5）低壓側A相差動保護平衡係數分別與低壓側B、C相相對A相平衡係數相乘得到低壓側B、C相差動保護平衡係數。
低壓側A相差動保護平衡係數為：kphA＝Ie/IA
低壓側B相差動保護平衡係數為：kph＝kphA*（Ub/Ua）
低壓側C相差動保護平衡係數為：kphC＝kphA*（Uc/Ua）
系統實施例
如圖1是該發明的繼電保護系統示意圖。三個單相電爐變壓器低壓側安裝電子式電流互感器，電子式電流互感器將採集的低壓側電流信息傳輸到模擬量採集設備，通過模擬量採集設備轉換為數位訊號並通過光纖傳輸到差動保護設備。該發明的改進在於，差動保護設備還連線有含碼制轉換功能的有載調壓控制器，這種有載調壓控制器按相設定，將變壓器實時運行檔位轉換為BCD碼後以繼電器接點方式輸出到差動保護設備內的檔位採集模組。如圖2、圖3所示，以每相35擋為例，則每相共需6個繼電器接點。表1顯示了檔位控制器原始檔位、編碼原理及BCD碼與採集開入模組端子對應關係（以A相為例）。差動保護設備將檔位採集模組採集的檔位信息按照編碼原則進行解碼，還原當前檔位。
檔位控制器（A相為例）含BCD碼制轉換 | 差動保護設備（A相為例） | |
原始檔位 | 編碼 | |
01~35級檔位 | 分接位置個位數2 | 低壓側檔位信息A1開入 |
分接位置個位數2 | 低壓側檔位信息A2開入 | |
分接位置個位數2 | 低壓側檔位信息、A3開入 | |
分接位置個位數2 | 低壓側檔位信息A4開入 | |
分接位置十位數2 | 低壓側檔位信息A5開入 | |
分接位置十位數2 | 低壓側檔位信息A6開入 | |
榮譽表彰
2017年12月，《電爐變壓器繼電保護方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
