變壓器區(qū)外故障切除后恢復(fù)性涌流引起變壓器保護(hù)誤動(dòng)的分析

變壓器區(qū)外故障切除后恢復(fù)性涌流引起變壓器保護(hù)誤動(dòng)的分析

0變壓器鐵心飽和后故障切除原因分析近年來(lái)，對(duì)閥誤差的保護(hù)經(jīng)常發(fā)生在故障切除后的誤差上。一般來(lái)說(shuō)，假設(shè)故障區(qū)外故障切除后的流寬率與空塞壓結(jié)構(gòu)相同。變壓器出現(xiàn)勵(lì)磁涌流主要是由于變壓器鐵心飽和后引起的,因此本文通過(guò)某變電站主變?cè)诟邏簜?cè)220kV輸電線路發(fā)生三相短路故障切除后,引起主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)為例,分析220kV輸電線路三相短路故障切除后引起的變壓器電磁暫態(tài)過(guò)程,分析外部故障切除后電壓恢復(fù)過(guò)程與變壓器鐵心保護(hù)的關(guān)系,分析差動(dòng)電流的成因,進(jìn)而說(shuō)明了影響恢復(fù)性涌流的因素。通過(guò)數(shù)字仿真模型和動(dòng)模數(shù)據(jù)分析,說(shuō)明變壓器外部故障恢復(fù)性涌流本身不會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作,而是變壓器各側(cè)電流互感器的暫態(tài)特性不一致形成的差流造成的,在此基礎(chǔ)上提出處理方案,問(wèn)題得到解決。1誤動(dòng)時(shí)系統(tǒng)接線圖220kV輸電線路故障切除后,變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)時(shí)系統(tǒng)接線圖如圖1所示。為了分析方便,假設(shè)故障發(fā)生時(shí)刻為起始時(shí)刻,也就是在t=0時(shí)刻變壓器區(qū)外K點(diǎn)發(fā)生三相短路故障,在t=τ時(shí)刻故障被切除。1.1鐵芯電勢(shì)不能滿足t型電抗的原理,這也和一次側(cè)回路電阻三和t型等效電路圖變壓器正常運(yùn)行時(shí),假設(shè)電源電勢(shì)u=Umsin(ωt+α),忽略變壓器一次側(cè)回路電阻和電抗,近似認(rèn)為勵(lì)磁支路電勢(shì)與電源電勢(shì)相等,則鐵芯中的穩(wěn)態(tài)磁通單相變壓器的T型等效電路圖如圖2所示。1.2變壓器區(qū)外故障時(shí),變壓器鐵芯在外部故障時(shí)的磁通計(jì)算在t=0時(shí)刻變壓器區(qū)外發(fā)生故障,變壓器二次側(cè)回路參數(shù)突變?yōu)镽2K和L2K,我們用h來(lái)表示外部故障的嚴(yán)重程度,則其中:R1和X1分別是變壓器一次側(cè)回路電阻和電抗(包括系統(tǒng)電抗和變壓器一次側(cè)漏抗),R2k和X2k分別是變壓器區(qū)外故障時(shí)經(jīng)過(guò)歸算后的二次側(cè)回路電阻和電抗(包括系統(tǒng)電抗和變壓器一次側(cè)漏抗),則變壓器鐵芯在外部故障時(shí)的磁通1.3兩種故障點(diǎn)的負(fù)荷電流在t=τ時(shí)刻外部故障被切除,此時(shí),電壓恢復(fù),又可以近似認(rèn)為變壓器勵(lì)磁支路電勢(shì)與電源電勢(shì)相等,則變壓器鐵芯在外部故障切除時(shí)的磁通如果忽略變壓器外部故障切除后的負(fù)荷電流,假設(shè)故障電流在τ時(shí)刻恰好過(guò)零,再進(jìn)一步忽略外部故障發(fā)生時(shí)的負(fù)荷電流,則式(3)可以化簡(jiǎn)為其中:TK=XKωRK,Rk、Xk分別是故障點(diǎn)到系統(tǒng)電源的等效電阻和電抗,RK=R1+R2K,K12KX=X+X。定義Φf=-Φm(1-h)cosα,則式(4)變?yōu)橛墒?5)可知,磁鏈Φf(1-e-τ/Tk)跟變壓器外部故障發(fā)生時(shí)刻的電勢(shì)相角α、故障嚴(yán)重程度h、故障切除時(shí)刻τ以及故障回路的時(shí)間常數(shù)Tk這四個(gè)參數(shù)有關(guān),在變壓器鐵芯磁化曲線確定的情況下,磁鏈Φf(1-e-τ/Tk)的數(shù)值將決定鐵芯飽和的程度,因此,變壓器外部故障發(fā)生時(shí)刻的電勢(shì)相角α、故障嚴(yán)重程度h、故障切除時(shí)刻τ以及故障回路的時(shí)間常數(shù)Tk這四個(gè)參數(shù)決定了恢復(fù)性涌流的大小。2變壓器的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性圖3是變壓器外部故障切除后恢復(fù)性涌流產(chǎn)生的差流波形,圖4是變壓器恢復(fù)性涌流中的二次諧波含量。圖4中IA1、IB1、IC1是A、B、C三相差流中的基波,IA2、IB2、IC2是A、B、C三相差流中的二次諧波。圖5是變壓器恢復(fù)性涌流的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性分析。左邊圖上Iz和Id分別是A、B、C三相差流中的制動(dòng)電流和動(dòng)作電流,右邊圖是A、B、C三相差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作軌跡。3次諧波制動(dòng)判據(jù)變壓器能否出現(xiàn)恢復(fù)性涌流以及出現(xiàn)恢復(fù)性涌流的大小與變壓器外部故障發(fā)生時(shí)刻的電勢(shì)相角α、故障嚴(yán)重程度h、故障切除時(shí)刻τ以及故障回路的時(shí)間常數(shù)Tk這四個(gè)參數(shù)有關(guān)。通過(guò)圖3、圖4和圖5分析可知,變壓器在外部故障切除后形成的恢復(fù)性涌流的主要特征為:a、峰值較小(與空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流相比),達(dá)不到差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)判據(jù);b、二次諧波含量高,即使差動(dòng)保護(hù)能夠啟動(dòng),二次諧波制動(dòng)判據(jù)也能可靠閉鎖。通常差動(dòng)保護(hù)采用的電流互感器為保護(hù)級(jí)(P級(jí)),其誤差只考慮一次電流為穩(wěn)態(tài)電流,不考慮暫態(tài)過(guò)程中的非周期分量電流的影響,也就是說(shuō)保護(hù)級(jí)電流互感器(P級(jí))在暫態(tài)過(guò)程中不能保證其誤差要求。當(dāng)外部故障切除后產(chǎn)生非周期分量電流時(shí),就會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的增加。在外部故障切除后,差動(dòng)保護(hù)容易誤動(dòng)的原因分析:a)在外部故障切除后,變壓器差動(dòng)保護(hù)中的制動(dòng)電流由故障電流恢復(fù)成正常的負(fù)荷電流,制動(dòng)量明顯減小;b)在外部故障切除后,由于非周期分量的影響,使各側(cè)電流互感器暫態(tài)傳變特性不一致而產(chǎn)生差流,這樣差流就包含電流互感器引起的差流和恢復(fù)性涌流兩部分,動(dòng)作量增大;c)由于電流互感器暫態(tài)特性不一致引起的差流的存在,可能導(dǎo)致差流中的二次諧波含量小于整定值,二次諧波制動(dòng)判據(jù)可能失效。當(dāng)差流大于差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)值、制動(dòng)量恢復(fù)成正常的負(fù)荷電流、二次諧波含量小于整定值的情況下,區(qū)外故障切除后就可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。4變壓器各側(cè)電流變壓器內(nèi)差流的形成原因分析綜上所述,變壓器外部故障切除后形成的恢復(fù)性涌流本身不能引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng),但由于外部故障切除后非周期分量的影響,變壓器各側(cè)電流互感器的暫態(tài)特性不一致形成的差流是造成變壓