1000kv特高壓變壓器保護(hù)的改進(jìn)

1000kv特高壓變壓器保護(hù)的改進(jìn)

1勵(lì)磁涌流的判別中國(guó)的特高壓試驗(yàn)示范工程正在緊張之中。其中，1000kv主電源是整個(gè)工程的主要設(shè)備之一，其運(yùn)行條件直接影響整個(gè)特高壓線。因此,特高壓變壓器主保護(hù)的可靠性和速動(dòng)性就非常關(guān)鍵。但是,長(zhǎng)期以來(lái)變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作率一直不高,問(wèn)題的癥結(jié)就在于勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流的鑒別。許多文獻(xiàn)都對(duì)勵(lì)磁涌流的判據(jù)問(wèn)題做了有益的研究工作。勵(lì)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(xué)科也為判別勵(lì)磁涌流提供了新的手段,其中有代表性的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波變換。但目前廣泛應(yīng)用的還是傳統(tǒng)的基于電流波形特征識(shí)別法。該方法以勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流波形特征的差異為依據(jù),包括二次諧波制動(dòng)原理、間斷角原理波和形對(duì)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(dá)到實(shí)用化的效果。本文旨在為特高壓變壓器找到有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、可以立即執(zhí)行且行之有效的涌流判別方案。所以,首先對(duì)特高壓變壓器進(jìn)行了空載合閘和內(nèi)部故障仿真,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析,最后對(duì)二次諧波制動(dòng)和波形對(duì)城性制動(dòng)原理進(jìn)行了評(píng)估,總結(jié)出適合特高壓變壓器保護(hù)的涌流鑒別原理。2高壓壓曹的暫時(shí)模擬2.1仿真系統(tǒng)設(shè)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(yīng)用是計(jì)算電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí),電參數(shù)隨時(shí)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(fù)雜,特高壓變壓器本身結(jié)構(gòu)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(guān)參數(shù)都是按照特高壓工程數(shù)據(jù)設(shè)置。圖1為仿真系統(tǒng)圖。仿真系統(tǒng)模擬的是我國(guó)正在建設(shè)當(dāng)中的1000kV交流特高壓試驗(yàn)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(zhǔn))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(jìn)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(shí)波形的勵(lì)磁涌流波形。圖2所示的波形具有典型的勵(lì)磁涌流波形特征,但看的出來(lái)由于豐富的諧波含量,涌流存在一定程度的畸變。2.2并進(jìn)行故障模型的建立,三轉(zhuǎn)化算法實(shí)現(xiàn)事故建模與仿真的方法變壓器內(nèi)部故障包括變壓器內(nèi)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(tái)雙繞組變壓器發(fā)生匝間或匝地短路時(shí),可以把短路部分看作第三繞組,這就相當(dāng)于一臺(tái)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(gè)單獨(dú)繞組的方法,在文獻(xiàn)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(duì)A相進(jìn)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(dòng)法是計(jì)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(dòng)比,通常取0.1～0.2。3.2變壓器內(nèi)部故障時(shí)二次諧波分析由于變壓器采用的是Y-d-11接線,對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)來(lái)說(shuō),關(guān)心的是進(jìn)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(duì)經(jīng)過(guò)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(dāng)三相剩磁分別為0.9Bm、0、-0.9Bm,A相合閘角為30°時(shí),三相差流的二次諧波含量均降到10%以下。這已經(jīng)低出了傳統(tǒng)諧波制動(dòng)整定值。表2給出了在不同內(nèi)部故障情況下,對(duì)經(jīng)過(guò)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(nèi)部故障時(shí),B-C相差流一直為零,所以沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行諧波分析。根據(jù)表2,由于特高壓長(zhǎng)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(nèi)部故障時(shí)電流含有較豐富的諧波分量。尤其在2%匝間短路時(shí),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(duì)涌流進(jìn)行諧波分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)二次諧波制動(dòng)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(yán)重時(shí)刻的最大諧波含量。很明顯,如果使用二次諧波制動(dòng),無(wú)論k如何選擇,當(dāng)變壓器發(fā)生輕微匝間短路時(shí),保護(hù)動(dòng)作都會(huì)延遲甚至可能拒動(dòng)。4特高壓變壓器各波形對(duì)稱原理在不同情況下進(jìn)行空載合閘和內(nèi)部故障仿真并獲得的三相差流波形,發(fā)現(xiàn)故障時(shí)差流基本上是工頻正弦波,而勵(lì)磁涌流波形發(fā)生畸變、間斷、不對(duì)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(jīng)有運(yùn)用基礎(chǔ)的波形對(duì)稱原理也能用于特高壓變壓器保護(hù)。波形對(duì)稱原理是利用勵(lì)磁涌流的波形特征來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的一種方法,它的基本思路為:首先將流入繼電器的差流進(jìn)行微分,將微分后的差流的前半波與后半波作對(duì)稱比較,用特征值k(對(duì)稱系數(shù))來(lái)區(qū)分故障電流和勵(lì)磁涌流。設(shè)流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流為i(t),其導(dǎo)數(shù)為i′(t),將i′(t)的前半波與后半波的對(duì)應(yīng)值作對(duì)稱比較,構(gòu)成如下波形對(duì)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(hào)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(duì)稱。雖然故障電流并非理想的正弦波形,在總共半個(gè)周波的判斷中,勵(lì)磁涌流符合對(duì)稱條件的角度最多為60°,而故障電流在150°范圍內(nèi)都是對(duì)稱的。盡管特高壓變壓器內(nèi)部故障電流的諧波含量雖較為豐富,但滿足對(duì)稱條件的范圍仍遠(yuǎn)大于勵(lì)磁涌流符合對(duì)稱條件的角度。所以,合理選擇判據(jù)式(2)的對(duì)稱系數(shù)k,即可有效識(shí)別勵(lì)磁涌流和故障電流。5次諧波制動(dòng)本文通過(guò)對(duì)特高壓變壓器進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真與分析,考察了傳統(tǒng)涌流