變壓器差動保護過程中電流相位補償方式的識別

變壓器差動保護過程中電流相位補償方式的識別

0次諧波制動方式確定目前，對磁體的差異動態(tài)保護仍然集中在磁體激勵流和故障電流的識別上。目前工程上普遍采用二次諧波制動原理,有多種二次諧波制動方式:或門閉鎖方式、按相閉鎖方式、分相制動方式、按故障相制動方式、綜合相制動方式和三取二原則的制動方式等。然而,上述每種制動方式都存在一定缺陷,并不能很好地滿足差動保護勵磁涌流閉鎖可靠性和內(nèi)部故障靈敏性的要求。本文針對變壓器空投產(chǎn)生勵磁涌流的情況進行了深入分析,將模糊邏輯引入二次諧波制動判據(jù)中,綜合3種常用的電流相位補償方式的優(yōu)缺點,選取合適的隸屬函數(shù)求取各相差流中二次諧波的綜合隸屬度,在此基礎(chǔ)上應(yīng)用三取二原則來判別勵磁涌流和內(nèi)部故障電流。該制動方式有效提高了變壓器差動保護避越勵磁涌流的能力。最后通過動模實驗和現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)驗證了新方法的有效性。1稱重電流相位補償方法1.13變壓器單相等值電路模型以國內(nèi)通常采用的Y0,d11接線的變壓器為例,差動保護中普遍采用2種不同的電流相位補償方法:一種是將星形(Y)側(cè)電流通過算法轉(zhuǎn)換為與三角形(△)側(cè)電流相對應(yīng),稱為Y→△電流相位補償方式;另一種是在Y0側(cè)減去零序電流,同時將△側(cè)電流通過算法轉(zhuǎn)換為與Y側(cè)電流相對應(yīng),稱為△→Y電流相位補償方式。另外,文獻提到采用未經(jīng)任何變換的相電流來進行二次諧波制動。以Y0,d11接線變壓器為例,如圖1所示,假設(shè)變壓器繞組電壓比為1∶1。其中,iA,iB,iC為流過Y0側(cè)三相的線電流;ia,ib,ic為△側(cè)三相的線電流;ipa,ipb,ipc為△側(cè)三相的繞組電流。相應(yīng)的變壓器單相等值電路模型(以A相為例)如圖2所示。因此,對于Y0側(cè)各相線電流如下式所示:{iA=imA+ipaiB=imB+ipbiC=imC+ipc(1)?????iA=imA+ipaiB=imB+ipbiC=imC+ipc(1)式中:imA,imB,imC表示變壓器各相勵磁支路電流。1y側(cè)各相線電流該方式各相線電流如下式所示:[iA′iB′iC′〗=[1-1001-1-101〗[iAiBiC〗(2)[ia′ib′ic′〗=[iaibic〗(3)式中:iA′,iB′,iC′為經(jīng)Y→△電流相位補償后的Y側(cè)各相線電流;ia,ib,ic為△側(cè)各相線電流。當(dāng)變壓器Y側(cè)空投時,△側(cè)各相線電流為0,差流如下式所示:{idA=iA′-ia′=iA-iB=imA-imBidB=iB′-ib′=iB-iC=imB-imCidC=iC′-ic′=iC-iA=imC-imA(4)2/iacc[2-2a-1-10-1-1該方式各相線電流如下式所示:[iA′iB′iC′〗=[iAiBiC〗-[i0i0i0〗(5)[ia′ib′ic′〗=13[10-1-1100-11〗[iaibic〗(6)式中:i0=(iA+iB+iC)/3。當(dāng)變壓器Y側(cè)空投時,△側(cè)各相線電流為0,采用△→Y方式下的差流如下式所示:{ida=iA-i0=23imA-13(imB+imC)idb=iB-i0=23imB-13(imC+imA)idc=iC-i0=23imC-13(imA+imB)(7)3變壓器y側(cè)空投該方式與第2種方式類似,只是Y側(cè)線電流不再減零序分量,可以看成一種廣義的電流補償方式,詳見文獻。當(dāng)變壓器Y側(cè)空投時,由于△側(cè)線電流為0,該方式就簡化為直接采用Y側(cè)線電流的方式。變壓器在Y0側(cè)空載合閘時,采用該方式的差動電流如下式所示:{ida=iA=imA+iDidb=iB=imB+iDidc=iC=imC+iD(8)式中:iD=(ipa+ipb+ipc)/3,為△側(cè)繞組內(nèi)環(huán)流。1.23電流相位補償方式對勵磁涌流識別效果影響文獻經(jīng)仿真分析認(rèn)為,Y→△和△→Y這2種電流相位補償方式對勵磁涌流的識別能力相當(dāng),并指出,直接采用未經(jīng)任何變換的Y側(cè)線電流對勵磁涌流的識別效果更好。然而由式(8)可知,該方式下的差流由勵磁支路電流與環(huán)流疊加而成,同樣無法真實地反映變壓器勵磁支路電流與△側(cè)繞組內(nèi)部環(huán)流密切相關(guān)。因此,筆者認(rèn)為對于勵磁涌流的識別,直接采用未經(jīng)任何變換的Y側(cè)線電流并不比其他2種補償方式更具優(yōu)勢。下面通過仿真簡要分析3種電流相位補償方式對勵磁涌流的識別效果。利用MATLAB中SimPowerSystems工具箱建立Y0,d11三相變壓器空載合閘模型,三相剩磁分別取為0.6,-0.6,-0.6,合閘時間為0.02s。圖3為3種電流相位補償方式下差流中的二次諧波含量。對于A相差流,采用Y→△補償方式時,其二次諧波含量高于20%;而采用△→Y方式與Y側(cè)線電流方式時,其二次諧波含量低于20%。對于C相差流,采用△→Y方式和Y側(cè)線電流方式時,C相差流中二次諧波含量均高于20%;而采用Y→△補償方式,C相差流中二次諧波含量不滿足20%這一制動條件。通過上述比較可以看出,3種電流相位補償方式對勵磁涌流識別能力相當(dāng),不同情況下,3種電流補償方式對勵磁涌流識別效果也不一樣。一般而言,當(dāng)采用某一種或某兩種電流相位補償方式下涌流識別效果不好時,相應(yīng)的另外2種或某一種補償方式下的涌流識別效果會好一些。因此,若能同時利用這3種電流相位補償方式,使其相輔相成,互相補充,應(yīng)會取得更好的效果。2基于模糊邏輯的二次波形涌流封閉方案2.1模糊延和內(nèi)涵在不同程度上具有某種特定性質(zhì)的所有元素的總和稱為模糊集合,其外延和內(nèi)涵都是模糊的。用來描述一個模糊集合中元素隸屬該集合程度的特定函數(shù)稱為隸屬函數(shù)。若A表示模糊集合,x是A的元素,隸屬函數(shù)用μA(x)表示,則隸屬函數(shù)μA(x)滿足:0≤μA(x)≤1。2.2次諧波含量c勵磁涌流中含有較大的偶次諧波分量且以二次諧波含量最大,常規(guī)變壓器差動保護中二次諧波比I2/I1的閾值一般取為15%～20%。本文將二次諧波隸屬函數(shù)取為升半梯形分布,如圖4所示。當(dāng)二次諧波含量低于C1時,隸屬度為0,即判為故障電流;二次諧波含量高于C2時,隸屬度為1,判為勵磁涌流;二次諧波含量位于C1和C2之間時,隸屬度μ表示差動電流隸屬于勵磁涌流的概率。隸屬函數(shù)的表達式如下:μ(Ι2Ι1)={1Ι2Ι1≥C2Ι2Ι1-C1C2-C1C1<Ι2Ι1<C20Ι2Ι1≤C1(9)根據(jù)經(jīng)驗取C1=7%,C2=15%,構(gòu)建模糊集合F={f1,f2,f3},其中f1,f2,f3分別為Y→△、△→Y和采用未經(jīng)任何變換的Y側(cè)線電流這3種電流相位補償方式下某相差流的二次諧波含量。2.3次諧波含量綜合隸屬度確定前述表明Y→△、△→Y和采用未經(jīng)任何變換的Y側(cè)線電流方式識別勵磁涌流的能力相當(dāng),若能綜合利用這3種電流相位補償方式,將會取得較好的效果。本文首先求取不同電流相位補償方式下三相差流的二次諧波隸屬度,進而將各種電流補償方式下的隸屬度加權(quán)平均而得到各相的綜合隸屬度,如下式所示:μ∑f=13(μf1+μf2+μf3)(10)式中:μf1,μf2,μf3分別代表某相差流在Y→△、△→Y和采用未經(jīng)任何變換的Y側(cè)線電流這3種電流相位補償方式下的二次諧波含量隸屬度;μ∑f為對應(yīng)的二次諧波含量綜合隸屬度。在求取各相差流二次諧波含量綜合隸屬度的基礎(chǔ)上應(yīng)用三取二原則,設(shè)定適當(dāng)?shù)拈撝祦砼袆e勵磁涌流和故障電流,若三相差流中至少有兩相的二次諧波含量綜合隸屬度大于閾值,判為勵磁涌流;若三相中至少有兩相的二次諧波含量綜合隸屬度小于閾值,判為內(nèi)部故障。3模擬測試?yán)萌A中科技大學(xué)的動模實驗數(shù)據(jù)進行分析驗證,采樣率為1200Hz,設(shè)定綜合隸屬度μ∑f閾值為0.5。3.1吸附a圖綜合隸屬度變壓器Y側(cè)空投產(chǎn)生涌流時,3種電流相位補償方式下的差流、差流二次諧波含量參見附錄A圖A1,各相綜合隸屬度如圖5所示。由圖5可知:變壓器Y側(cè)空充產(chǎn)生勵磁涌流時,各相差流的二次諧波含量很高,各相差流的二次諧波含量綜合隸屬度均為1,均大于閾值0.5,采用基于綜合隸屬度的三取二原則方式判為勵磁涌流,閉鎖差動保護。3.2各相綜合隸屬度變壓器Y側(cè)空投于A相金屬性接地時,各種電流相位補償方式下差流、差流的二次諧波含量參見附錄A圖A2,各相綜合隸屬度如圖6所示。由圖6可知:A,B,C三相二次諧波含量的綜合隸屬度分別為0,0.67,0.34,A相和C相的綜合隸屬度小于閾值0.5,采用基于綜合隸屬度的三取二原則方式判為內(nèi)部故障,開放差動保護。3.3變壓器差動保護實例空投到變壓器高壓側(cè)A相5%匝間故障時,各種電流相位補償方式下差流、差流的二次諧波含量參見附錄A圖A3,各相綜合隸屬度如圖7所示。由圖7可知:三相中A,C兩相的綜合隸屬度均小于整定閾值0.5,采用本文所提出的新方法即可判為內(nèi)部故障,即時開放差動保護,能確保變壓器差動保護的動作可靠性。大量動模實驗數(shù)據(jù)分析表明,當(dāng)變壓器差動保護在勵磁涌流情況下時,本文提出的新方法能可靠閉鎖差動保護;而當(dāng)變壓器空投到內(nèi)部故障和匝間故障時,新方法能保證快速地開放差動保護。4次諧波綜合隸屬度低圖8給出了根據(jù)某變電站變壓器空投引起差動保護誤動的錄波數(shù)據(jù)的分析結(jié)果?，F(xiàn)場誤動的保護采用Y→△電流相位補償方式。由圖8(a)可知,采用Y→△補償方式,A,B兩相差流的二次諧波含量均低于15%,即使應(yīng)用三取二原則,仍然會判為故障電流,現(xiàn)場差動保護的誤動難以避免。而應(yīng)用基于二次諧波綜合隸屬度的涌流閉鎖方案,如圖8(b)所示,A,C兩相差流的二次諧波綜合隸屬度均大于0.5,B相差流的二次諧波綜合隸屬度小于0.5,應(yīng)用三取二原則,判為勵磁涌流,可靠閉鎖差動保護。針對現(xiàn)場誤動實例的仿真分析,進一步驗證了本文方法的有效性。5次諧波制動優(yōu)化方法,三取二原則對于Y,d接線方式的變壓器,當(dāng)Y側(cè)空充產(chǎn)生勵磁涌流時,Y→△、△→Y和