變壓器的外部故障切除后保護(hù)誤動(dòng)分析

變壓器的外部故障切除后保護(hù)誤動(dòng)分析

0變壓器外部誤動(dòng)保護(hù)算法鑒于電動(dòng)汽車是電氣系統(tǒng)的重要主要設(shè)備之一，其正常運(yùn)行直接影響電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。目前,變壓器廣泛采用二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù),然而與線路相比較,變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作正確率并不高。其中一種現(xiàn)象是變壓器外部發(fā)生故障,由其他保護(hù)將故障切除,繼而變壓器差動(dòng)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。針對(duì)此類誤動(dòng)現(xiàn)象,一些學(xué)者做了相關(guān)的研究,文獻(xiàn)[3-4研究了外部故障切除后變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因,文獻(xiàn)針對(duì)CT的局部暫態(tài)飽和提出了基于反時(shí)限特性電流差動(dòng)保護(hù)方法來(lái)防止誤動(dòng),文獻(xiàn)[6根據(jù)保護(hù)動(dòng)作的軌跡,提出比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作區(qū)分區(qū)延時(shí)的方法來(lái)防止誤動(dòng)的發(fā)生?？傊?這些方法都是通過(guò)改變動(dòng)作區(qū)與制動(dòng)區(qū)的關(guān)系來(lái)改善比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性,以此來(lái)防止誤動(dòng),但是在面對(duì)外部故障切除后的轉(zhuǎn)換性故障時(shí),保護(hù)的靈敏性和速動(dòng)性會(huì)因動(dòng)作區(qū)減小而受到不利影響。針對(duì)以上所存在的問(wèn)題,本文對(duì)變壓器外部故障切除后的差流做了詳細(xì)的諧波仿真分析,根據(jù)誤動(dòng)期間差流的三次諧波比二次諧波大的特點(diǎn),提出了一種防止此類誤動(dòng)的新算法。通過(guò)大量仿真,表明該算法不僅能有效防止變壓器外部故障切除后的誤動(dòng),也能迅速地切除變壓器的外部故障切除后的轉(zhuǎn)換性故障。1ct勵(lì)磁支路模擬目前,變壓器廣泛采用二次諧波制動(dòng)的比率式差動(dòng)保護(hù)。CT的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換電流是差動(dòng)保護(hù)能否反映變壓器區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障的關(guān)鍵。文中用EMTP中的96元件作為CT勵(lì)磁支路,它既反映鐵芯飽和的非線性,也能模擬鐵芯的磁滯回線,能夠很好地反映CT的傳變特性。下面將對(duì)差流做詳細(xì)的諧波仿真分析,差流各次諧波由離散傅里葉變換得到。1.1變壓器差流循環(huán)特性分析首先,考慮變壓器兩側(cè)CT未有飽和的情況。外部故障切除后母線電壓恢復(fù),其過(guò)程類似空載投入,變壓器也會(huì)因鐵芯飽和而產(chǎn)生恢復(fù)性涌流,從而產(chǎn)生很大的差流,比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。對(duì)差流作諧波分析,其結(jié)果如圖1所示,差流的二次諧波含量很大,可達(dá)基波的50%以上,能夠可靠閉鎖而不會(huì)造成誤動(dòng)。同時(shí),三次諧波含量也比較大,但小于二次諧波。1.2ct的恢復(fù)性涌流當(dāng)變壓器外部發(fā)生故障時(shí),流過(guò)CT一次側(cè)短路電流一般很大,且其非周期分量也較高,CT很可能發(fā)生飽和而產(chǎn)生傳變誤差。在故障切除后一段時(shí)間內(nèi),CT可能仍然沒(méi)有完全退出飽和,再加上恢復(fù)性涌流的共同作用,差流將會(huì)更大,更易造成比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。對(duì)差流做諧波分析,其結(jié)果如圖2所示,故障切除后差流二次諧波在某時(shí)刻極小,二次諧波制動(dòng)將不能可靠閉鎖,最終可能導(dǎo)致誤動(dòng)的發(fā)生。另外,在誤動(dòng)期間三次諧波的含量比二次諧波的含量要大,與基波相比三次諧波含量比二次諧波高10%左右,而其他時(shí)間三次諧波比二次諧波小。2次諧波制動(dòng)由上面的分析,恢復(fù)性涌流和變壓器兩側(cè)CT的飽和的共同作用,將會(huì)產(chǎn)生很大的差流使比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,但在故障切除后某時(shí)刻差流二次諧波含量很低,不能可靠閉鎖動(dòng)作而造成誤動(dòng)。同時(shí),在誤動(dòng)期間三次諧波含量比二次諧波含量高,而其他時(shí)刻低于二次諧波。根據(jù)這一諧波特征,可構(gòu)造三次諧波制動(dòng),作為二次諧波制動(dòng)的補(bǔ)充來(lái)共同完成閉鎖任務(wù),防止外部故障切除后變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。其中,三次諧波制動(dòng)原理同二次諧波制動(dòng)類似,即根據(jù)差流中三次諧波含量占基波的比例來(lái)構(gòu)成制動(dòng)判據(jù),當(dāng)三次諧波含量大于整定值時(shí)就發(fā)出閉鎖信號(hào)。二次諧波制動(dòng)與三次諧波制動(dòng)之間用或門的關(guān)系來(lái)完成閉鎖,具體算法可由圖3所示。3變壓器二次諧波制動(dòng)比率差動(dòng)保護(hù)利用EMTP建立如圖4所示的的仿真系統(tǒng),變壓器額定容量為55MVA,接線方式為Y-Y,U1/U2=154kV/13kV,原算法采用二次諧波制動(dòng)比率差動(dòng)保護(hù)。3.1次諧波制動(dòng)仿真分析事例1:線路1單相接地后切除假設(shè)62.5ms時(shí)刻線路1發(fā)生單相接地故障,而其他線路正常運(yùn)行,在83.3ms時(shí)刻線路保護(hù)將線路1切除,其仿真結(jié)果如圖5所示,由于恢復(fù)性涌流和CT飽和的共同作用使差流很大,比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)發(fā)出動(dòng)作信號(hào),由差流諧波分析可知,在88.7ms時(shí)刻二次諧波含量很小,二次諧波制動(dòng)將不能可靠閉鎖,最終導(dǎo)致了誤動(dòng)的發(fā)生。運(yùn)用上節(jié)提出的新算法驗(yàn)證來(lái)它的可行性,其結(jié)果如圖5(c)所示,比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)依然發(fā)出動(dòng)作信號(hào),但因誤動(dòng)期間三次諧波含量較大,閉鎖判據(jù)能夠可靠地發(fā)出信號(hào),最終沒(méi)有發(fā)出跳閘信號(hào)。事例2:線路1兩相短路后切除假設(shè)62.5ms時(shí)刻線路1發(fā)生AB兩相短路故障,其他線路正常運(yùn)行,在83.3ms時(shí)刻線路保護(hù)將線路1切除,其仿真結(jié)果如圖6所示,比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)發(fā)出動(dòng)作信號(hào),二次諧波制動(dòng)不能可靠閉鎖,最終導(dǎo)致了誤動(dòng)的發(fā)生。運(yùn)用上節(jié)提出的新算法,其仿真結(jié)果如圖6(c)所示,雖然比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)發(fā)出動(dòng)作信號(hào),但因誤動(dòng)期間三次諧波含量較大,閉鎖判據(jù)能夠可靠地發(fā)出信號(hào),最終沒(méi)有發(fā)出跳閘信號(hào)?？傊?通過(guò)大量的仿真,新的算法能夠有效防止誤動(dòng)的發(fā)生。3.2差流變主席比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作仿真與分析事例1:外部故障切除后繞組單相接地假設(shè)變壓器在外部故障切除后83.5ms時(shí)刻發(fā)生繞組單相接地故障,運(yùn)用新的算法來(lái)驗(yàn)證可行性,仿真結(jié)果如圖7所示,變壓器發(fā)生內(nèi)部故障,差流變大使比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,一段時(shí)間后二次諧波和三次諧波變小,未能發(fā)出閉鎖信號(hào),保護(hù)在96.5ms時(shí)刻動(dòng)作于跳閘。可知,新的算法能在13ms內(nèi)迅速切除變壓器內(nèi)部故障。事例2:外部故障切除后匝間短路假設(shè)變壓器在外部故障切除后83.5ms時(shí)刻發(fā)生繞組10%匝間短路,運(yùn)用新的算法來(lái)驗(yàn)證可行性,仿真結(jié)果如圖8所示,變壓器發(fā)生匝間短路故障,差流變大使比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,一段時(shí)間后二次諧波和三次諧波變小,未能發(fā)出閉鎖信號(hào),保護(hù)在97.5ms時(shí)刻動(dòng)作于跳閘?？芍?新的算法能在14ms內(nèi)迅速切除變壓器內(nèi)部故障。4防止誤動(dòng)算法通過(guò)仿