变压器波形对称原理差动保护不对_.pdf

变压器波形对称原理差动保护不对称度的分析和整定苗友忠?贺家李?孙雅明?天津大学电气自动化与能源工程学院?天津?摘要?根据目前在变压器波形对称原理保护的不对称度整定中存在的问题?通过对变压器差动保护的各种区内故障模式进行了大量的?仿真?由数据分析获得的最小取值依据?并由仿真数据得出不对称度的选取与间断角的关系?从而提出了波形对称原理保护中不对称度的整定方法对已有的励磁涌流波形进行了检验?达到了预期的结果关键词?变压器?差动保护?波形对称原理?励磁涌流?不对称度中图分类号?1?收稿日期?2?2?引言变压器主保护目前广泛应用的是二次谐波闭锁差动和间断角闭锁差动保护文献?提出了波形对称原理的差动保护?它在变压器微机保护中也得到了一定的应用该保护原理在实用化中所面临的问题是不对称度应如何整定的依据不清晰?需要从理论上给出相应的分析?为该保护正确和可靠地应用提供必要的保证本文通过对变压器差动保护的各种区内故障模式进行了大量的?仿真?通过数据分析获得最小取值的依据?并由仿真数据得出不对称度的选取与间断角的关系?从而提出波形对称原理保护中不对称度的整定方法并对已有的励磁涌流波形进行了检验?达到了预期的结果?波形对称原理简述?波形对称判据?波形对称原理的差动保护也是将变压器在空载合闸时产生的励磁涌流和故障电流区分开来二次谐波闭锁是从励磁涌流波形中提取二次谐波特征?间断角闭锁差动保护是直接提取励磁涌流的波形特征而波形对称原理也是提取励磁涌流的波形特征?但特征依据不同?它是将微分后差流波形的前半周和后半周进行对称性比较设微分差流的前半周上某一点的值为?后半周对应点的值为?定义波形对称判据式为?式中 为不对称度连续比较半个周期的采样点?若式?恒成立?定义为对称?否则为不对称假定与?方向相反?则称为方向对称?相同则称为方向不对称方向不对称的波形不满足式?对故障电流?式?恒成立?对励磁涌流波形?约有?周期以上的点不满足式?波形对称原理是用特征值)不对称度来区分故障和涌流模式?它也是本文所要分析的核心?三相变压器的励磁涌流三相变压器的磁路结构和绕组的连接方式很多?它们对励磁涌流的大小和波形有较大影响对于大型变压器?一般都是由?个单相变压器组成?三相磁路完全独立?故可沿用单相变压器的分析结果常见变压器的接线方式为?双卷变压器?和?三卷变压器?下面按该接线方式为例进行分析当侧空载合闸时?变压器的一次侧形成励磁涌流?流入差动回路的是两相电流差变压器的纵差保护应对两相差电流的电流特征进行分析举例如下?设饱和磁密为?剩磁密为?例1?三相变压器合闸初相角分别为?当?时?根据文献?中公式可求得?相涌流间断处为?相涌流间断处为?相涌流间断处为?并可画出各相涌流波形?获得流入差动回路的励磁涌流?如图?所示?1?1?单向涌流单向涌流是由剩磁方向相反的两相涌流差形成的电流如?相为正剩磁?在电压正半波产生涌流?相为负剩磁?在电压负半波产生涌流?相和?相涌流方向相反?两相电流之差形成单向涌流?相电压的正半波和?相电压的负半波相差?形成相应涌流的两个波峰也相差?年?月?日?图1 例1中?0时的三相变压器涌流分析?1?0 1例2?假定三相合闸的初相角分别为?其他参数同上可得?相涌流间断处分别为?相为?相为?相与?相峰值差?相与相峰值差?两相差电流计算得?流入?相的涌流间断处分别为?间断角?相为?相为?不难看出三相涌流与单相涌流特征不尽相同?在单相涌流中?时有最小的间断角和最大的涌流峰值而三相涌流则在?时?出现两相涌流之差的最大值?间断角也有区别?进一步分析如下几种情况例3?当?时?相涌流间断角?相?相?例4?当?时?相的?相的?相的?由上分析可知?在大多数情况下?单向涌流的间断角大于?但在某些情况也可能小于?现分析第?种情况?在合闸角?时?分析单向涌流的相涌流微分后的波形?由式?计算可得?上述计算表明?单向涌流在?间断角期间完全不对称?在?范围内?绝大多数点在数值上完全不对称?不满足式?为此?可正确判出涌流再进一步分析单向涌流间断角?的情况?对单向涌流的?相分析如下?显然?应特别注意?在单向涌流间断角小于?时?符合条件不对称的范围与间断角有关?只有选择适当的值才能正确地判出涌流?1?1?对称涌流对称涌流是指由剩磁方向相同的两相涌流相减形成的电流?如图?的?相和相所示?相和相都为负剩磁?都在负半波产生涌流?相和相涌流方向相同?但时间上相差?故为方向相同的单相涌流之差?所形成两个峰值相差?相和相涌流大小可能不同?故对称涌流的间断角一般比单向涌流要小?最小可达?对例?进行对称涌流波形分析?按例?假设?可得?相对称涌流的导数为?算例表明?在例?的假设前提下?在?范围内波形数值不对称?而其他?的范围不定按例?的假设可得?相对称涌流的导数?其情况更加严重?学术论文?苗友忠等 变压器波形对称原理差动保护不对称度的分析和整定?由计算可知?至少在?范围内数值不对称?其他范围不定说明对称涌流的不对称度大显然?对任何变压器应按实际参数进行各种合闸角情况下的涌流及其导数的波形计算?然后按照内部故障时故障电流导数的最大不对称选择适当的值?不对称度的整定方法?由于波形对称原理的差动保护采用分相制动方式?当变压器合闸或外部故障切除电压恢复时?变压器内部发生单相故障或相间故障?只要有一相判出是对称的波形?保护就能可靠动作?这是优于二次谐波闭锁原理差动保护之处故障电流一般是对称的?值可近似取为正数即可在实际系统中?必须考虑故障情况的多样性和故障波形的复杂性?当系统有串补电容或分布电容较大的电缆线路存在时?故障波形中含有大量的谐波?如值选得太小?保护就有可能拒动当空载合闸或切除外部故障电压恢复时?变压器将产生励磁涌流?由于合闸角和剩磁不同?励磁涌流差别会很大?由前面算例可知?如值选得太大?保护也可能会误动为此?本文选用故障波形最可能不对称的双端送电的简单系统为例?对变压器内部的各种故障进行了仿真计算?依据此将最大的不对称度作为值下限?并对文献?中励磁涌流的典型数据进行验证?证明此值整定方法的正确性?在励磁涌流时可以很好地闭锁保护设微机保护中每周期采样点数为?由式?连续计算?次?如有不小于?次不满足式?即若按?点?周期采样?当出现?次?则认为是励磁涌流?否则为故障为提高对称性判别的精度和可靠性?采样点不宜太少?一般为?点或?点?仿真?1?模型1仿真及分析按图?和图?所示模型进行仿真图中相应阻抗为折合到?侧的阻抗值对侧变压器差动保护区内各种类型的故障?三相短路!两相短路!两相短路接地及单相接地时的差电流进行了仿真计算?结果如表?所示图2 模型1的正序网络?2 1图3 模型1的零序网络?3 1表1 模型1故障仿真在1周期内不同的累计次数 1 1 三相短路?两相接地?两相短路?相接地?图?点?所示为?两相短路接地故障的一次差电流仿真波形图4 模型1在两相短路接地故障折合到500 侧的一次差电流仿真波形?4 500 1?表?中给出了各种故障情况时?周期采样数据中不同值不满足式?的累计次数?根据整定判据?次数小于?判为波形对称?即为故障?可出口跳闸表中?分别表示在分相制动方式下?三相单独计算的值根据第?节中的实现原则?如取?1?从表?中可以看出两相接地!两相短路和单相接地均能可靠动作?但三相短路有可能拒动为此我们取?1?此时?种故障类型都能可靠动作因此?把?作为下限对文献?中励磁涌流的典型数据进行了波形分析?其结果见表?表中表示每种空载合闸励磁涌流时?对不同值不满足式?的累计点数从表?可看出取?时?每一相均能很好地闭锁保护表2 励磁涌流时在1周期内不同值的累计次数 2 故障类型?故障类型?1?模型2仿真及分析模型?是在模型?的基础上?在线路的中间配置串补电容?其容抗值仍为线路感抗的?在线路的首末端分别配置?的并联电抗器?在发电机出口的母线上装设了?条?的电缆线?三相电缆的平均电容电流值取为?其他参数与模型?相同此外?还考虑在降压变压器低压侧配置无功补偿电容器组的情况同样地?对侧变压器差动保护区内各种类型的故障?三相短路!两相短路!两相短路接地及单相接地进行了仿真计算?结果如表?所示?周期采样点数仍为?由表?可知?如果按模型?所得结论值取为?如单相接地故障时?不满足式?的采样点数大于?即判波形不对称?保护将要拒动因此?对于不同的模型?值需要有不同的取值且有可能找不到同时满足保护的选择性和可靠性的值?在此情况下?波形对称原理不能应用表3 模型2故障仿真在1周期内不同的累计次数?考虑低压侧电缆的影响?3 2?三相短路?相接地?两相短路?相接地?当考虑在变压器低压侧配置电容器组变压器!高压侧发生故障时?电容器引起的故障暂态分量将包含大量的高次谐波对其各种故障类型的仿真结果如表?所示可知?它对波形的对称性有很大的影响?用波形对称原理差动保护要慎重表4 模型2故障仿真在1周期内不同的累计次数?考虑变压器低压侧无功补偿电容器组的影响?4 2?三相短路?两相接地?两相短路?相接地?结论1本文从波形对称的基本原理出发?考虑实际最不利的系统接线和各种不对称的故障进行了仿真计算?得到了的最小取值?并对变压器的各种励磁涌流情况进行检验?证明了该方法确定值的正确性?为波形对称原理差动保护的现场整定提供了依据1由不同模型仿真计算的结果得出?必须考虑变压器所在系统接线和实际的参数?获取波形最不?下转第?页?学术论文?苗友忠等 变压器波形对称原理差动保护不对称度的分析和整定 ;?2?2?2?上接第?页?对称的故障情况进行最小值的选择?确保采用此原理时各种类型故障时保护快速出口?且在励磁涌流时可靠地闭锁保护的可行性1从本文各模型的各种故障类型的仿真结果可知?变压器低压侧接无功补偿电容器时?有可能难以找到满足保护的选择性和可靠性的值?波形对称原理的应用应慎重考虑?或进一步核实经过保护装置中的滤波器后的波形分析确定参 考 文 献?孙志杰?陈云仑?波形对称原理 的 变 压 器 差 动 保 护?电 力 系 统 自 动 化?王维俭?侯炳蕴?大型机组继电保护理论基础?2?2?北京?水利电力 出 版 社?董 洁?于莉萍?焦志先?等?变压器差动保护涌流制动原理的研究?电力系统自动化?苗友忠?男?硕士研究生?从事电力系统继电保护和变电站综合自动化的研究贺家李?男?教授?博士生导师?俄罗斯国家工程院院士?长期从事电力系统故障分析!继电保护领域的科研工作孙雅明?女?教授?博士生导师?长期从事电力系统智能控制和故障识别!变电站和配电自动化的科研工作 ;?2?