變壓器諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的分析

變壓器諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的分析

低壓壓縮器的差動(dòng)保護(hù)帶是保證壓壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)重要任務(wù)。隨著電氣系統(tǒng)的發(fā)展，壓壓器的運(yùn)行環(huán)境不斷變化，科學(xué)家們對(duì)壓壓器的差動(dòng)保護(hù)研究越來(lái)越深入。從對(duì)壓壓器本身的過(guò)載和外部故障消除后，當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的磁流流是通過(guò)降壓裝置本身的過(guò)載來(lái)促進(jìn)的?？紤]到相鄰壓壓器的泄漏和ta的飽和問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外對(duì)近年來(lái)出現(xiàn)的多起由和應(yīng)涌流問(wèn)題所導(dǎo)致的變壓器或發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的事例進(jìn)行了一定的研究[1~3]。文獻(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄波數(shù)據(jù)分析了變壓器和應(yīng)涌流引起低壓側(cè)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因,并建議采用標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)法和兩相差動(dòng)保護(hù)的方案。文獻(xiàn)[2、3]通過(guò)實(shí)際發(fā)生的和應(yīng)涌流引起的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作事件及模擬試驗(yàn),分析了和應(yīng)涌流的特點(diǎn)及對(duì)運(yùn)行變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響,提出了適當(dāng)提高變壓器差動(dòng)保護(hù)定值和針對(duì)三相變壓器和應(yīng)涌流的斷開(kāi)運(yùn)行主變壓器的中性點(diǎn)的保護(hù)方案。本文根據(jù)和應(yīng)涌流波形特征不明顯、二次諧波閉鎖判據(jù)不能有效防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的特點(diǎn),對(duì)單相變壓器并聯(lián)、級(jí)聯(lián)形式空投變壓器引起和應(yīng)涌流、運(yùn)行變壓器兩側(cè)TA飽和情況及對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響進(jìn)行了細(xì)致分析。比較了TA二次側(cè)負(fù)載電阻、合閘變壓器剩磁、合閘角對(duì)變壓器保護(hù)的影響,并且對(duì)現(xiàn)有的TA飽和閉鎖判據(jù)的有效性進(jìn)行了分析。1運(yùn)行變量ta飽和的影響因素的模擬分析1.1飽和特性第一通道利用MATLAB中SimPowerSystems工具箱建立圖1(a)、(b)所示的兩臺(tái)單相變壓器并聯(lián)、級(jí)聯(lián)運(yùn)行模型。兩臺(tái)變壓器參數(shù)相同:容量150MVA,頻率50Hz,額定電壓為500kV/220kV,高低壓繞組電阻0.004(pu),漏感0.08(pu),用兩段直線模擬飽和特性:0,0;0,1.2;1.0,1.52(pu),運(yùn)行變壓器空載運(yùn)行;運(yùn)行變壓器兩側(cè)的電流互感器TA1、TA2容量25VA,變比2000/5A和1000/5A,用三段直線模擬飽和特性:i～Ψ:00;0.012.5;12.7;1.23(pu),兩臺(tái)變壓器經(jīng)過(guò)一段線路與系統(tǒng)相連,選取線路電阻使和應(yīng)涌流較易發(fā)生。1.2合閘變壓器剩磁對(duì)ta飽和的影響以單相變壓器并聯(lián)形式為例,通過(guò)仿真研究了空投變壓器產(chǎn)生和應(yīng)涌流時(shí),TA二次側(cè)負(fù)載、合閘變壓器剩磁、合閘角對(duì)TA飽和難易程度的影響。圖2為不同條件下TA達(dá)到飽和所需的時(shí)間、二次諧波與基波含量比值的示意圖,其中二次諧波與基波比取飽和后10個(gè)周期內(nèi)的最低值。如圖2(a)所示,隨著TA二次負(fù)載的增大,TA達(dá)到飽和時(shí)間不斷縮短,因?yàn)閭鬏斚嗤娏鲿r(shí),二次負(fù)載越大所要求的電動(dòng)勢(shì)越高,而電動(dòng)勢(shì)與磁通變化率成比例,磁通變化率越大,TA鐵芯中的磁通飽和的時(shí)間也越短。TA二次側(cè)負(fù)載增大時(shí),差流中二次諧波與基波的比值也不斷降低。合閘變壓器的剩磁是影響和應(yīng)涌流產(chǎn)生與否及其強(qiáng)弱程度的重要因素之一,和應(yīng)涌流中大量的直流分量和非周期分量又關(guān)系著電流互感器是否飽和、能否正確傳變。下面分析合閘變壓器剩磁對(duì)TA飽和的影響。當(dāng)合閘角為0°,TA二次側(cè)負(fù)載為10Ω時(shí),由圖2(b)所示的仿真結(jié)果可以看出,空載投入變壓器剩磁越大,TA達(dá)到飽和所需的時(shí)間越短,飽和現(xiàn)象也越明顯。當(dāng)剩磁不斷增大的時(shí)候,運(yùn)行變壓器中的和應(yīng)涌流不斷增大,TA飽和也越來(lái)越嚴(yán)重,導(dǎo)致TA二次側(cè)反向充電電流值不斷增大,在TA嚴(yán)重飽和時(shí),反向充電電流的絕對(duì)值甚至有可能超過(guò)正向電流值。當(dāng)差流中反向充電電流與正向電流波形最接近周期對(duì)稱時(shí),二次諧波含量最高。當(dāng)合閘變壓器剩磁為0.8,TA二次側(cè)負(fù)載為10Ω時(shí)仿真結(jié)果如圖2(c)所示,合閘角越小,TA飽和時(shí)間越短,飽和現(xiàn)象也越明顯。在TA傳變的過(guò)程中,非周期分量是影響TA暫態(tài)過(guò)程中的飽和程度至關(guān)重要的因素之一,合閘角越小,和應(yīng)涌流越大,其中的非周期分量就越大,TA的飽和也就越嚴(yán)重。在對(duì)電流互感器的研究中,已經(jīng)得出了一些定性的結(jié)論,本小節(jié)通過(guò)仿真分析對(duì)于合閘變壓器剩磁、合閘角、TA二次側(cè)負(fù)載的影響進(jìn)一步做了細(xì)致的分析探討。這些分析不僅有利于實(shí)際運(yùn)行中為避免TA飽和引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng),而且是下文和應(yīng)涌流與TA飽和條件下,差動(dòng)保護(hù)涌流閉鎖有效性仿真分析的基礎(chǔ)。2電流進(jìn)行飽和情況下的諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)仿真分析由于和應(yīng)涌流發(fā)生時(shí)系統(tǒng)電阻對(duì)磁鏈阻尼作用的減弱,涌流出現(xiàn)后變壓器相應(yīng)側(cè)的TA發(fā)生飽和的可能性和嚴(yán)重性都會(huì)增加。在電流互感器發(fā)生暫態(tài)飽和時(shí),并且TA飽和程度、形式的不同使差流中二次諧波、三次諧波的含量不同,對(duì)變壓器諧波閉鎖式差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生重要的影響。本文仿真分析了級(jí)聯(lián)情況下,和應(yīng)涌流、電流互感器飽和對(duì)諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)閉鎖方法的影響。變壓器T1處于運(yùn)行狀態(tài),T2空載合閘,電流互感器二次側(cè)電流經(jīng)變比變換折算成一次側(cè)電流。2.1ta2飽和程度級(jí)聯(lián)和應(yīng)涌流形式下,運(yùn)行變壓器兩側(cè)TA的情況比并聯(lián)復(fù)雜。運(yùn)行變壓器T1的和應(yīng)涌流和T2的初始涌流中的大量直流衰減分量和非周期分量使電流互感器TA1、TA2飽和失真。T1一次繞組流過(guò)的是和應(yīng)涌流和初始涌流之和,由于和應(yīng)涌流與初始涌流方向相反且出間隔半個(gè)周期出現(xiàn),所以T1一次繞組中電流的在坐標(biāo)軸兩側(cè)的對(duì)稱性較好,非周期含量和直流衰減分量較少,該側(cè)TA飽和的可能性較小。運(yùn)行變壓器T1二次繞組流過(guò)的為空投變壓器中的初始涌流,該電流嚴(yán)重偏離坐標(biāo)軸的一側(cè),其中大量的直流衰減分量和非周期分量易使電流互感器TA2發(fā)生暫態(tài)飽和。圖3(a)、(b)和(c)、(d)分別是TA2不同飽和程度時(shí)電流互感器中電流波形圖及差流波形和二次諧波、三次諧波與基波含量的比值。圖3(a)、(b)中差流的二次諧波含量低于20%,可能導(dǎo)致二次諧波式差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)時(shí),三次諧波含量高于50%,二次、三次諧波式綜合差動(dòng)閉鎖的方式能夠有效防止誤動(dòng)。而如圖3(c)所示的情況,TA2嚴(yán)重飽和在坐標(biāo)軸的另一側(cè)出現(xiàn)了反向充電電流,此時(shí)二次諧波、三次諧波含量均低于20%,如圖3(d)所示。在這種情況下,二次、三次諧波式綜合差動(dòng)閉鎖的方式也不能夠防止誤動(dòng)。3次諧波式差動(dòng)保護(hù)關(guān)閉失效案例現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中,也曾發(fā)生過(guò)TA飽和導(dǎo)致二次諧波綜合閉鎖判據(jù)失效差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的實(shí)例。某核電站輔助變壓器及電鍋爐變壓器參數(shù)配置如下:輔助變壓器:額定容量31500KVA;電壓比220KV/6KV;接線組別Y0/Y;220KV側(cè)電流互感器參數(shù):625/55P2040VA50HZ,6KV側(cè)電流互感器參數(shù):3000/55P2025VA50HZ。電鍋爐變壓器:額定容量26000KVA;電壓比6.3KV/13.8KV;接線組別d/Y0;保護(hù)配置采用WBH-100型微機(jī)保護(hù),差動(dòng)保護(hù)配置為帶有二次諧波制動(dòng)的比率式差動(dòng)保護(hù),二次諧波制動(dòng)系數(shù)為20%。在某次電鍋爐變調(diào)試時(shí),空載和閘為鍋爐變充電的過(guò)程中,輔助變壓器A相發(fā)生差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。圖4(a)~(c)為輔助變高、低壓側(cè)電流互感器的錄波圖及諧波分析圖。電鍋爐變級(jí)聯(lián)空載合閘后,輔助變中產(chǎn)生和應(yīng)涌流且電流互感器飽和,A相差流中二次諧波含量降至保護(hù)定值導(dǎo)致二次諧波式差動(dòng)保護(hù)閉鎖保護(hù)失效,輔助變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,輔助變斷開(kāi)。如圖4(c)所示,保護(hù)動(dòng)作前差流中二次諧波與基波比不斷降低至20%時(shí)(20%為國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的二、三次諧波式閉鎖判據(jù)的門(mén)檻值),且此時(shí)差動(dòng)電流也達(dá)到了啟動(dòng)定值,單純的帶有二次諧波制動(dòng)的比率式差動(dòng)保護(hù)閉鎖失效,差動(dòng)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。由于此時(shí)三次諧波與基波比值高于20%,二、三次諧波制動(dòng)的比率式差動(dòng)保護(hù)閉鎖能夠有效閉鎖保護(hù)。由2.1中對(duì)二、三次諧波的綜合閉鎖判據(jù)的有效性的仿真分析及上述現(xiàn)場(chǎng)誤動(dòng)實(shí)例可以看出,級(jí)聯(lián)和應(yīng)涌流TA飽和時(shí),差流在坐標(biāo)軸兩側(cè)往往具有較好的對(duì)稱性,二次諧波含量很低,二次諧波制動(dòng)的比率式差動(dòng)保護(hù)閉鎖可能失效,加入三次諧波制動(dòng)的比率式差動(dòng)保護(hù)閉鎖在某些情況下可以有效閉鎖保護(hù)。但由于TA飽和的復(fù)雜性和不規(guī)律性,基于諧波含量的閉鎖判據(jù)本身存在不可靠的缺點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)中仍然會(huì)存在二次諧波、三次諧波含量均低于20%的情況,故應(yīng)致力于能夠反映變壓器和電流互感器飽和本質(zhì)特征的判據(jù)研究。4護(hù)閉抗菌作用本文討論了TA二次側(cè)負(fù)載、合閘變壓器剩磁、合閘角對(duì)變壓器TA飽和的影響以及單向變壓器級(jí)聯(lián)