變壓器保護中的兩種補償方式的研究

變壓器保護中的兩種補償方式的研究

0變壓器轉(zhuǎn)角補償方式的選擇在微型計算機的保護中，不需要要求用戶根據(jù)損壞連接線的連接組調(diào)整c線，補償由于損壞連接線組不同而增加的振幅和相位差異。需要將ct統(tǒng)一連接到y(tǒng)形，以方便微型計算機保護中ct斷開的識別。所以,在微機變壓器保護中,在開始進行差流和各次諧波計算前,通常都要進行轉(zhuǎn)角補償?shù)臄?shù)據(jù)預(yù)處理,以代替用戶的二次側(cè)CT接線的補償方式。目前國內(nèi)外的各大變壓器保護生產(chǎn)廠家的變壓器的補償方式有很大的不同。國外的保護生產(chǎn)廠家,如SEL,ABB,由于考慮到產(chǎn)品的全球性,對變壓器的轉(zhuǎn)角補償方式考慮得非常完善。ABB的兩圈變壓器保護一共考慮24種轉(zhuǎn)角方式,三圈變保護考慮了288種轉(zhuǎn)角方式,根據(jù)用戶的實際需要,現(xiàn)場進行整定。SEL的變壓器保護裝置的補償方式采用每30°補償一次的方法,它甚至考慮了用戶在變壓器各側(cè)CT連接方式的不同,它在裝置中設(shè)置了12個轉(zhuǎn)角矩陣(每30°一個),用戶根據(jù)實際系統(tǒng)中的變壓器各側(cè)CT二次側(cè)的電流相位關(guān)系,整定各側(cè)對應(yīng)的轉(zhuǎn)角矩陣,以實現(xiàn)轉(zhuǎn)角補償。而國內(nèi)的廠家主要針對本土市場,轉(zhuǎn)角補償方式的數(shù)目要少得多,一般考慮10種左右,對一些國內(nèi)系統(tǒng)中少見的連接組別組合方式不作考慮。這么多轉(zhuǎn)角方式從對比率差動算法的影響的角度出發(fā),大體可以歸為兩大類:零序電流補償算法(Δ→Y),如SEL、ABB;消零序電流算法(Y→Δ),如西門子。轉(zhuǎn)角方式的不同,差流的涌流特征就有很大的差異。當變壓器為Y0/Y0接法,算法中不采用轉(zhuǎn)角時,每相差流就是勵磁支路電流,因而涌流特征明顯,不會出現(xiàn)對稱性涌流,采用按相閉鎖的方式(單相閉鎖單相),差動保護不會誤動作。對于消零序電流算法(Y→Δ)的補償方式,由于各相差流為兩相電流之差,當兩相剩磁方向相同時,將產(chǎn)生對稱性涌流,涌流特征變得不明顯,各次諧波含量會低于10%,間斷角很小,采用按相閉鎖方案時,保護將誤動作。從下文的分析可以看出,零序電流補償算法(Δ→Y)方式同消零序電流算法(Y→Δ)的補償方式對涌流特征的影響相當,采用按相制動方式時也會遇到困難。1變壓器各次諧波風(fēng)險特性1.1零序電流補償法目前,有些廠家采用零序電流補償法(Δ→Y)。系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和配電變壓器有源側(cè)通常接成Y0形,中性點接地,通過零序CT采集中性點零序電流,或使用三個相電流CT相加產(chǎn)生零序電流,對Y0側(cè)的相電流進行零序補償。對于采用變壓器中性點零序CT進行補償時,裝置正常運行時,由于系統(tǒng)正常時沒有零序電流產(chǎn)生,很難檢測零序CT極性的正確性,只有讓一側(cè)系統(tǒng)停電,通過施加額外的電源和增加額外的二次電路進行檢測,往往費時并且在很多條件下并不允許這樣做。一旦接反在外部接地故障時差流中將產(chǎn)生兩倍的零序電流,保護將誤動作。采用三個相電流CT相加產(chǎn)生零序電流,不用讓一次系統(tǒng)停電,通過短接二次CT的方法就可以知道極性是否正確,保護投運前就能保證有正確的零序接線。1.1.1轉(zhuǎn)角公式以Y0/Δ-11為例如圖1所示。傳統(tǒng)的消零序電流(Y0→Δ-11)的轉(zhuǎn)角公式為:iha′,ihb′,ihc′為轉(zhuǎn)角以后的Y0側(cè)A,B,C相電流瞬時值;iha,ihb,ihc為流過Y0側(cè)繞組的A,B,C相電流瞬時值。Y0側(cè)的零序補償公式為(Δ-11→Y0):i0為Y0側(cè)的零序電流。Δ-11側(cè)的轉(zhuǎn)角關(guān)系推導(dǎo)如下:ia=ila-ilb,ib=ilb-ilc,ic=ilc-ila(3)其中:ia,ib,ic為保護采集到的a,b,c相電流(Δ側(cè)線電流),ila,ilb,ilc為Δ側(cè)繞組內(nèi)a,b,c相電流則:其中:3ip=ila+ilb+ilc為繞組中的環(huán)流。假設(shè)變壓器一次側(cè)、二次側(cè)CT變比為1,轉(zhuǎn)角補償以后,用Δ側(cè)繞組電流、環(huán)流表示為:其中:icda,icdb,icdc為轉(zhuǎn)角以后保護的A、B、C相差流,n為變壓器變比。式(5)可以簡化成:Icd=Iinrush+I0(6)用線電流(保護感受到的電流)表示為:由于保護不可能檢測到Δ側(cè)繞組電流ila,ilb,ilc,因而環(huán)流ip不可知,保護算法實際應(yīng)用的公式為式(7)。1.1.2兩種轉(zhuǎn)角方式對涌流特征識別的影響1)對于消零序電流的補償方式(Y0→Δ-11)如式(1),由于兩相電流作差值為補償后的電流,各相中的各次諧波電流將以一定的初相角作差值,使得零序性質(zhì)的三次諧波受到極大的抑制(理想情況下被消去),差流中其它各次諧波含量在一定的條件下(如兩相剩磁方向相同,由于空投于區(qū)外單相接地故障造成的相電壓不對稱)也會受到很大的影響,如有的對稱性涌流間斷角很小,二次諧波含量低于10%,涌流特征極不明顯,用波形特點或諧波含量作為識別涌流的依據(jù)原理的保護,以按相制動的方案的保護本身就存在理論問題,單相中涌流特征消逝,保護誤動作。2)零序補償?shù)姆绞?Δ→Y)如公式(7),它的等價公式為式(5)。公式(5)中,前兩項之和(一次側(cè)和二次側(cè)繞組電流方向相反)正好是變壓器勵磁支路的電流,由于勵磁支路的非線性,涌流特征非常明顯,后兩項分別為一次側(cè)和二次側(cè)的零序電流,它具有如下性質(zhì)(我們將在以下的仿真分析中加以驗證):①變壓器在正常運行時,由于一次系統(tǒng)中不存在零序電流,公式(5)的后兩項分別為零,即i0、ip為零。差流由一次、二次繞組電流產(chǎn)生。②變壓器正常運行時發(fā)生接地故障,一次側(cè)零序電流i0和二次側(cè)環(huán)流ip(經(jīng)折算后)大小相等方向相反,在式(5)中正好抵銷掉,差流由一、二次繞組電流產(chǎn)生。由于方向相反,差流為零。③變壓器空載合閘時,i0和ip正好方向相同,因此式(5)中的最后兩項為i0、ip的代數(shù)和。由于i0為一涌流性質(zhì)的電流(波形和勵磁涌流相似),并且被放大了,所以想采用零序電流補償?shù)姆椒▉硖岣卟盍髦械挠苛魈卣?想以此實現(xiàn)按相制動的方案是不可取的,它同樣沒有解決和消掉零序電流(Y0→Δ-11)的轉(zhuǎn)角方法同樣的問題。2模擬研究變壓器仿真接線圖如圖2所示,以下的仿真研究均以A相差電流為例。分以下幾種情況:2.1各因素之間的互動關(guān)系在各種合閘角的情況下進行了仿真,從中選擇了比較有代表意義的仿真數(shù)據(jù)。鐵芯磁化曲線選用近似的兩折線,飽和前勵磁電流為零,飽和后,直線斜率固定,所以以下涌流間斷角明顯。仿真中不考慮CT的傳變誤差。在電源合閘角為零度,三相剩磁分別為0.8、0.4、-0.4,二次側(cè)空載的情況下,在0.1s時K1開關(guān)合閘。圖3為變壓器的涌流波形,圖4為在變壓器空載合閘的情況下,兩種補償方式轉(zhuǎn)角后,A相差流的波形圖,從圖4中可以看出,Y0→Δ-11和Δ-11→Y0兩種轉(zhuǎn)角方式的差流波形除了幅值上有些差別以外其他部分幾乎重合,也就通過這兩種轉(zhuǎn)角算法以后,涌流特征幾乎是一致的,看不出Δ-11→Y0能比Y0→Δ-11優(yōu)越多少。從圖5可以看出,勵磁支路涌流波形(式(5)的前兩項即式(6)的Iinrush項)的間斷角非常明顯,涌流特征相當明顯,但零序電流(式(6)的I0相)同樣為具有間斷角的特征的涌流波形,當差流為這兩個波形之差時,對諧波分量的抑制作用將和Y→Δ-11轉(zhuǎn)角相仿,沒有明顯的優(yōu)勢。從圖7和圖8可以看出,一次側(cè)零序電流I0傳變到二次側(cè)產(chǎn)生環(huán)流Ip,兩個電流方向相同,由式(5)可知涌流性質(zhì)的零序電流被放大了。在零序補償中(Δ-11→Y0),涌流特征將被削弱,采用按相制動的方案和消零序電流(Y0→Δ-11)的方案一樣會有問題。從圖9～11中可以看出,圖10和圖11零序電流補償法(Δ-11→Y0)的三次和五次諧波含量略優(yōu)于消零序電流法(Y0→Δ-11),圖11只是在合閘后兩個周波內(nèi),五次諧波含量大于消零序電流法。但上圖只是在合閘角零度,三相剩磁分別為0.8,0.4,-0.4的結(jié)論。我們在仿真中綜合合閘角和剩磁等因數(shù)可以得出,零序電流補償法(Δ-11→Y0)和消零序電流法(Y0→Δ-11)中各次諧波占基波的百分比是相當?shù)?并且變化趨勢也相同。實踐和理論分析都已經(jīng)證明,消零序電流(Y0→Δ-11)的轉(zhuǎn)角方法不宜采用按相閉鎖的方案,因為轉(zhuǎn)角以后的差流中各次諧波的含量可能均低于10%,如圖9所示。既然零序電流補償法和消零序電流法相當,想采用按相閉鎖的方案也是相當困難的。2.2次側(cè)環(huán)流方向相差流分析k2點單相接地時Y0側(cè)零序電流和三角形側(cè)環(huán)流當變壓器區(qū)外單相接地時,從圖12,圖13可以看出,一次側(cè)零序電流和二次側(cè)環(huán)流方向相反大小相等,所以式(5)最后兩項之和為零,差流由等式右邊前兩項產(chǎn)生,即勵磁電流產(chǎn)生,正常運行時勵磁電流很小,因此差流很小,圖14也證實了這一點。3u3000精密度零序補償法本文通過理論推導(dǎo),得到零序電流補償法和消零序電流法的轉(zhuǎn)角公式,并在這一公式的基礎(chǔ)上導(dǎo)出了便于理論分析和算法仿真的線性方程,并使用這一理論分析的線性方程用EMTP搭建模型進行了仿真分析,得到了以下結(jié)論:1)對于Y0/Δ接線的變壓器,Δ側(cè)的環(huán)流由Y0側(cè)的零序電流產(chǎn)生,并且在空載合閘時Y0側(cè)的零序電流和Δ側(cè)的環(huán)流方向相同,在正常運行和區(qū)外單相接地故障時,Y0側(cè)的零序電流和Δ側(cè)的