1000kv特高壓變壓器保護的改進

1000kv特高壓變壓器保護的改進

1勵磁涌流的判別中國的特高壓試驗示范工程正在緊張之中。其中，1000kv主電源是整個工程的主要設備之一，其運行條件直接影響整個特高壓線。因此,特高壓變壓器主保護的可靠性和速動性就非常關鍵。但是,長期以來變壓器差動保護的正確動作率一直不高,問題的癥結就在于勵磁涌流和內部故障電流的鑒別。許多文獻都對勵磁涌流的判據(jù)問題做了有益的研究工作。勵磁涌流判據(jù)原理主要分為基于電流波形特征、基于磁通特性、基于等值電路、基于功率損耗等;若干新興學科也為判別勵磁涌流提供了新的手段,其中有代表性的是神經網(wǎng)絡和小波變換。但目前廣泛應用的還是傳統(tǒng)的基于電流波形特征識別法。該方法以勵磁涌流和內部故障電流波形特征的差異為依據(jù),包括二次諧波制動原理、間斷角原理波和形對稱原理等。而其他絕大部分鑒別原理仍然處于理論研究階段,尚未達到實用化的效果。本文旨在為特高壓變壓器找到有運行經驗、可以立即執(zhí)行且行之有效的涌流判別方案。所以,首先對特高壓變壓器進行了空載合閘和內部故障仿真,并對仿真結果進行相關分析,最后對二次諧波制動和波形對城性制動原理進行了評估,總結出適合特高壓變壓器保護的涌流鑒別原理。2高壓壓曹的暫時模擬2.1仿真系統(tǒng)設置程序EMTDC是目前世界上被廣泛使用的一種電力系統(tǒng)分析軟件。典型應用是計算電力系統(tǒng)遭受擾動或參數(shù)變化時,電參數(shù)隨時間變化的規(guī)律。本文模型的建立與仿真均基于EMTDC環(huán)境。相比普通高壓系統(tǒng),特高壓電磁環(huán)境更復雜,特高壓變壓器本身結構和參數(shù)也不同于普通大型變壓器。所以本文仿真系統(tǒng)的相關參數(shù)都是按照特高壓工程數(shù)據(jù)設置。圖1為仿真系統(tǒng)圖。仿真系統(tǒng)模擬的是我國正在建設當中的1000kV交流特高壓試驗示范工程。其中,特高壓變壓器型式:三繞組自耦變壓器(降壓);高壓、中壓、低壓繞組額定容量分別為1000MVA、1000MVA、334MVA;高壓、中壓、低壓繞組額定電壓(方均根值)分別為1050/3√1050/3kV、525/3√525/3kV、110kV;短路阻抗(以高壓繞組額定容量為基準)為高壓-中壓為18%,高壓-低壓為62%,中壓-低壓為40%;空載電流:0.07%。在不同合閘角、不同剩磁情況下分別進行空載合閘仿真。圖2是A相合閘角為30°,A、B、C三相剩磁分別為0.5Bm、-0.3Bm、-0.3Bm,時波形的勵磁涌流波形。圖2所示的波形具有典型的勵磁涌流波形特征,但看的出來由于豐富的諧波含量,涌流存在一定程度的畸變。2.2并進行故障模型的建立,三轉化算法實現(xiàn)事故建模與仿真的方法變壓器內部故障包括變壓器內部繞組的匝間短路、匝地短路以及端口引出線短路。EMTDC中已有FAULTS模塊可以方便的模擬各種端口短路情況,但匝間與匝地故障模型則需要自行建立。一臺雙繞組變壓器發(fā)生匝間或匝地短路時,可以把短路部分看作第三繞組,這就相當于一臺三繞組變壓器在第三繞組發(fā)生短路。這種將短路繞組看作一個單獨繞組的方法,在文獻中有詳盡的介紹。本文基于這種思想,在EMTDC中建立了特高壓變壓器故障模型,并在圖1所示的系統(tǒng)中,對A相進行不同短路情況的仿真。圖3是不同短路情況下A相一次電流波形。3二次聲波源分析3.1涌流的判定二次諧波制動法是計算差流中的二次諧波分量,若其值較大則判定為涌流,常用的判別式為:Id2Id1=k(1)Ιd2Ιd1=k(1)式中:Id2和Id1分別為差流中的二次諧波和基波幅值;k為二次諧波制動比,通常取0.1～0.2。3.2變壓器內部故障時二次諧波分析由于變壓器采用的是Y-d-11接線,對于變壓器差動保護來說,關心的是進行相位校正后的差流情況。表1給出了在不同合閘情況下,對經過相位校正的A、B、C三相差流的二次諧波含量分析。根據(jù)表1,當三相剩磁分別為0.9Bm、0、-0.9Bm,A相合閘角為30°時,三相差流的二次諧波含量均降到10%以下。這已經低出了傳統(tǒng)諧波制動整定值。表2給出了在不同內部故障情況下,對經過相位校正的A、B、C三相差流的二次諧波含量分析。由于A相變壓器發(fā)生內部故障時,B-C相差流一直為零,所以沒有對其進行諧波分析。根據(jù)表2,由于特高壓長距離輸電線路的分布電容作用,加上特高壓變壓器的固有特性,變壓器內部故障時電流含有較豐富的諧波分量。尤其在2%匝間短路時,兩相差流的諧波含量都在20%以上,超出了傳統(tǒng)整定值。先前對涌流進行諧波分析已經發(fā)現(xiàn)二次諧波制動比k很難選擇了,而短路電流諧波又大大超出涌流諧波最嚴重時刻的最大諧波含量。很明顯,如果使用二次諧波制動,無論k如何選擇,當變壓器發(fā)生輕微匝間短路時,保護動作都會延遲甚至可能拒動。4特高壓變壓器各波形對稱原理在不同情況下進行空載合閘和內部故障仿真并獲得的三相差流波形,發(fā)現(xiàn)故障時差流基本上是工頻正弦波,而勵磁涌流波形發(fā)生畸變、間斷、不對稱。圖4是其中典型的差流波形。由圖可見,這種差流波形保持了普通變壓器故障和涌流差流的波形特征。所以,已經有運用基礎的波形對稱原理也能用于特高壓變壓器保護。波形對稱原理是利用勵磁涌流的波形特征來實現(xiàn)制動的一種方法,它的基本思路為:首先將流入繼電器的差流進行微分,將微分后的差流的前半波與后半波作對稱比較,用特征值k(對稱系數(shù))來區(qū)分故障電流和勵磁涌流。設流入差動繼電器的差動電流為i(t),其導數(shù)為i′(t),將i′(t)的前半波與后半波的對應值作對稱比較,構成如下波形對稱原理判據(jù):k≥i′(t)+i′(t+T/2)i′(t)?i′(t+T/2)(2)k≥i′(t)+i′(t+Τ/2)i′(t)-i′(t+Τ/2)(2)若故障電流為理想正弦波,則i′(t)與i′(t+T/2)總是大小相等符號相反,故i′(t)+i′(t+T/2)總為零值,式(2)總成立,即差分電流波形i′(t)對稱。雖然故障電流并非理想的正弦波形,在總共半個周波的判斷中,勵磁涌流符合對稱條件的角度最多為60°,而故障電流在150°范圍內都是對稱的。盡管特高壓變壓器內部故障電流的諧波含量雖較為豐富,但滿足對稱條件的范圍仍遠大于勵磁涌流符合對稱條件的角度。所以,合理選擇判據(jù)式(2)的對稱系數(shù)k,即可有效識別勵磁涌流和故障電流。5次諧波制動本文通過對特高壓變壓器進行電磁暫態(tài)仿真與分析,考察了傳統(tǒng)涌流