（电力系统及其自动化专业论文）变压器差动保护及和应涌流的研究.pdf

浙江人学颂一 论文 a b s t r a c t w i t ht h ea u g m e n to f p o w e rs y s t e mc a p a c i t y , z e r o s e q u e n c ec u r r e n t c a l l s e d b y e a r t hf a u l ti s i n c r e a s i n g h o w e v e r , t r a d i t i o n a l t r a n s f o r m e r d i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o nd o e sn o tt a k et h ec t ( c u r r e n tt r a n s f o r m e r ) e r r o r n t oa c c o u n ti ne l i n f i n a t i n gt h ez e r o s e q u e n c ec u r r e n ta n di s p o s s i b l et o n l a 一o p e r a t e t h i sp a p e ra n a l y z e st h ed i s t r i b u t i o na n dm a g n i t u d eo f f a u l t c u r r e n ta sw e l la st h et h r o u g hc u r r e n ta n dt h ed i f f e r e n t i a lc u r r e n ti nt h e p r o t e c t i o n w h e ne x t e r n a le a r t hf a u l to c c u r sa ts o u r c es i d eo ft h e t r a n s b t m e r , p o i n t s o u tt h eh i d d e nd e f e c to ft r a d i t i o n a ld i f f b r e n t i a l p l o t e c t i o n t h e n ，t h ec o u n t e r m e a s u r eo fz e r o s e q u e n c ec u r r e n t r e s t r a i n ti s p i l e s e n t e d t oe l i m i n a t et h i sh i d d e n d e f e c t f i n a l l y , t h e e f f e c to ft h i s c o u i t e r n l e a s u r eo nd i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o n i s a n a l y z e d m e a n w h i l e ，t h i s p a p m c a r r i e s o u taf u r t h e rr e s e a r c ho nt h e s y m p a t h e t i c i n t e r a c t i o n b e t w e e ns e v e r a lt r a n s f o r m e r s a n dv i a b l ec o u n t e r m e a s u r e sa r ep r e s e n t e d t oe n h a n c et h er e l i a b i l i t yo ft h ep o w e r s u p p l y 2 浙江大学坝上论j 殳 】1 本课题的意义 第一章绪论 电力工业的发展，促进了发电机组单机容量的迅速增大，从电力系统安全生 产的客观需耍出发，对大型机组继电保护技术提出了更高的要求i 28 1 o 电力变压 器足电力系统中的重要电气设备，它在电力系统的发电、输电、配电等各个环节 厂泛使用，网丽其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。同时大容 罐的i n 力变压器也是卜分贵重的元件，凶此必须根据变压器的容量和重要程度并 考虑到可能发生的各种类型的故障和不正常工作的情况，而装设性能良好一l ：作 可靠的继电保护装置。 根据变压器不同的故障类型和不正常运行状态，变压器一般应装设下列继电 保护装霞： ( 71 ) 反应变压器邮箱内部故障和油面降低的瓦斯保护： ( 2 ) 反应变压器绕组和引出线的相间短路、中性点直接接地侧绕组和引出 线的接地短路以及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护； ( 3 ) 反应外部相间短路的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序 电流保护。以上保护又可作为变压器主保护的后备； ( 4 ) 反应l i 性点直接接地电网中，外部接地短路的零序电流保护； ( 5 )反应对称过负荷的过负荷保护； ( 6 ) 反应变压器过励磁的过励磁保护。 e j 河已f b 现多起区外接地故障导致变压器差动保护误动的情况2 0 1 ，这些误 动均足因为差动保护未消去星形接地侧( y ( ，侧) 零序电流分量所引起。通常消 去零序分量的方法是对y o 侧i a 一次电流进行y a 转换，或将三榴二次电流同 时溅去“【9 】。然而，在一些单电源运行方式下，考虑t a 存在误差，采取上述 消去零序电流的方法并不能完全消去零序电流的影响，此时比率制动环节起不了 制动作用。另方面，随着微机保护大量应用，为提高保护匝间故障的灵敏度， 筹动保护z j j l t - 门槛有降低趋势，往往整定在0 2 0 4 倍的额定电流。凶此，零序 浙江大学碗十论文 电流在l a 传变过程中产生的误差，可能导致差动电流超过比率差动门槛值，引 起误动。 本文提出了一个需要注意的情况，即仪在某一y o 侧有电源的变压器，当电源 侧发e 瞬时性接地故障时，可能会出现输电线保护与变压器差动保护同时动作， 但输电线重合闸重合成功，而变压器却被切除的情况。从系统运行结果看，该现 象与线路重合后变压器差动保护未能躲过励磁涌流的情况非常相似，然而，实际 导毁该现苏的原因是y o 侧零序电流与三相t a 误差不一致造成的。为防止该情 况出现可在差动保护中加入零序电流制动环节，加入该环节后，不会导致区内故 障拒动。 同时，由于电网分层分区以及大容量变压器的逐步投运，局部地区电网结构 发生了根本性的变化，2 2 0 k v 负荷终端变电所有较大幅度的增多，同时为保让供 电可靠性，2 2 0 k v 系统采用了些备自投装置，从而导致多台变压器之间出现和 应涌流，和应涌流与合闸励磁涌流特征不完全相同，且持续时间长，这将影响系 统巾的备个保护( 如：重合闸、零序保护等) 的正确动作率。随着系统的扩大， f 口人所作的研究工作远远不能满足系统扩大的要求，有必要对此作进一步的研 究，提： j 可行的揞旃，以消除隐患，提高供电可靠性。 1 2 本课题所做的主要工作 ( 1 ) 分析了当变雎器电源侧发生区外按地故障时，各序电流的分布及大小，以及 此时变压器差动保护中的穿越电流及差动电流，分析差动保护洪动的可能，提出 了采用零序制动来防止误动，并分析了采取该措旄对差动保护的影响。 ( 2 ) 分析浙江电网中2 2 0 k v 、5 0 0 k v 变压器可能出现单端电源的情况，分析 实际情况中出现差动误动的可能。 ( 3 ) 变压器和应涌流分析。以两台并列运行和串联运行变压器的和应涌流分 析为基础，仿真分析多台变压器的和应涌流，并分析其对变压器保护的影响。 浙江大学颁十论文 第二章电力系统的继电保护 2 i 电力变压器的故障类型、异常工作情况和继电保护方式 电力变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行真接关系到 l u 力系统供电和稳定运行，特别是大容量电力变压器一旦因故障而损坏，造成的 损火就更大。因此必须针对电力变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重 要程度，装设动作可靠、性能良好的继电保护装置。 2 1 1 变压器的故障类型 变j ：e 器故障足指变压器邮箱外部的故障。 变压器油箱内部的故障包括绕组的相间短路、陌问短路和中性点接地系统侧 的接地短路。这些故障山于短路电流产生的高温电弧不仪烧坏绕组绝缘和铁芯， 而 j 将绝缘材料和变压器油分解产生人量气体，使变压器油箱局部变形，甚至引 起爆炸。 变压器油箱外部故障主要是变压器绝缘套管和引出线上发生的相闾短路和 接地短路。 2 1 2 变压器的异常工作情况 变压器的异常丁作情况有外部引起的过电流、过负荷；油箱漏油造成的油面 降低或冷却系统故障引起的油温升高；外部接地短路引起的中性点过电压；过电 压或系统频率降低引起的过励磁等。 2 1 3 变压器应装设的继电保护设置 变压器保护的任务就是反应上述故障的异常工作情况，通过断路器切除故障 变f e 器或发生信号采耿措施消除异常情况，并能作为相邻元件( 如母线、线路) 的后备保护。根据有关规定，变压器应该装设一下继电保护装置。 ( 1 ) 反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。对容量冉 7 浙江人学硕 + 论文 o 4 m v a 及以上油浸式变压器应该装设瓦斯保护。 ( 2 ) 反应变压器绕组或引出线相问短路、中性点直接接地系统侧绕组或0 i 出 线的单梢接地以及绕纰匝间短路的纵差动保护。对6 3 m v a 及以上厂用 l 一作变压器和并列运行的变压器，1 0 m v a 及以上常用备用变压器和单独 运行的变压器以及2 m v a 及以上用电流断流保护灵敏系数不能满足要求 的变压器，应装设纵差保护。对高压侧电压为3 3 0 k v 以 二的变压器，- ，t 以装设双重差动保护。 f 3 ) 反应变压器外部相问短路并作为瓦斯保护和纵差动保护后备的过电流保 护。当过电流保护灵敏系数不满足要求时，可采用低电压和复合电压启 动的过电流保护、零序电流保护、低阻抗保护等。 反应中性点直接接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。该保 护同时作为变压器内部接地的后备保护。对于中性点可接地或不接地运 行的变压器需增设零序过电压保护。 【5 ) 反应变压器对称过负荷的过负荷保护。 6 1 发应高压侧电压为5 0 0 k v 的变压器由于工作磁通密度过高引起的过励磁 的过励磁保护。 2 2 变压器的纵差动保护 2 2 j 变压器差动保护的基本原理 图2 - 1 双绕组变压器纵差动保护的原理接线 先以如1 1 掣1 ( 2 一i ) 所示的双绕组单相变压器为例介绍纵差动保护的基本原理。 ：为变压器两侧的一次电流，7 、f ，7 为相应的电流互感器二次电流。，的 浙江大学硕士论文 参考方向为母线指向变压器，电流互感器的正极性( 标一号者为正极性) 置于靠近 母线的一侧；厶的参考方向为变压器指向母线，电流感器的l e 极性置于靠近变 | i 器的一侧。将电流互感器不同极性的端予相连接。差动继电器则并联在电流互 感器的二次端予上。流入差动继电器，一，的电流为 ；i = o i ； q 一、) 1 称为差电流。最基本的差动继电器就是个过流继电器，电流超过动作电 流 】、：】继电器动作。囚此纵差动保护的动作判据为 ， ， ( 2 - 2 ) 式一ir ，。为纵差动保护的动作电流，一i ，卜纠为差电流的有效值。 改变挺器的变比为n i t = u u 2 ，忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时 有? ! = ，；。式( 2 1 ) 叮进一步表示为 j ，：盟+ ( 1 一型也) 土( 2 3 ) n ln f t 7 2n i j l i 式l 一，。：分别为两侧电流豆感器的变比。若选择电流互感器的变比，使 之满足 塾主= ”。( 2 4 ) h i 这样式( 2 3 ) 就变为 ，：型二! ：( 2 - 5 ) 一c j l 根据式( 2 5 ) ，正常运行和变压器外部故障时，差电流为零，保护不会动作； 变雉器内部( 包括变压器与电流互感器之间的引线) 任何一点故障时，相对于变压 器内邢多1 r 一个故障支路，流入差动继电器的差电流等于故障点电流( 折算到电 流且感器_ 次侧) ，只要故障电流火于差动继电器的动作电流，差动保护就能迅 述动作。由此可见，纵差动保护不但能够正确区分区l a j l - 故障，而且不需要与其 7 2 4 ) u p t 的保护配合，可以无延时地切除各种故障，因而被广泛地用作变压器的主 保扩。式( 2 4 1 足纵差动保护中电流互感器变比选择的依据。 浙江大学碗上沦文 ( a ) 原理接线图( b ) 电流矢量图 图2 - 2 三相双绕组变压器纵差动保护的原理接线和电流矢量网 实际电力系统都是三相变压器f 或三相变压器组1 ，并且通常采用 7 一1 1 的 接线方式，如图2 - 2 ( a ) 所示。这样的接线方式造成了变压器两侧电流的相位不一 致。咀a 棚为例，有，。= j 。一丘。正常运行或区外故障时，。、，。j ，。、，。 是i 司相的，但，m 超前，。，3 0 0 ，如图2 - 2 ( b ) 所示，若仍用单相变压器的接线方式， 将会在继电器中产生很大的差电流。要通过改变纵差动保护的接线方式消除这个 电流。解决的方法实际上就是将引入差动继电器的y 侧的电流也用两相电流差的 方法，即 i | 。= 。一一i 0 i m = ( 1 0 一) 一i - i 。= 峨一一 ( 2 - 6 ) 式中， ，。、，。是流入兰个差动继电器的差电流。这样就可以消除两侧电流 相位卅ip 一致的影响。由于r 侧采用了两相电流差，相当于变压器的变比增加了撕 倍，因此电流互感器变比的选择应该满足 盟丝：拈 一f 、 ( 2 7 ) 浙江人学硕_ 上论文 为了满足式( 2 6 ) ，变压器两侧电流互感器采取不同的接线方式，如幽2 - 2 ( a ) 所1 j 。侧采h jj 7 y 一1 2 的接线方式，将各相电流直接接入差动继电器内；y 侧 采川) 一1 1 的接线方式，将两相电流差接入差动继电器内。模拟式的差动保护 都魁采用图2 - 2 ( a ) 的方式，而对于数字式差动保护，也可以将1 7 侧的三相电流直 接接入 果护装置内，由计算机的软件实现式( 2 6 ) 的功能，以简化接线。 图2 - 3 三绕组变压器纵差动保护原理接线 电力系统中常常采用三绕组变压器。二三绕组变压器的纵差动保护原理与双绕 组变压器足一样的。图2 3 所示的是】，一1 l 接线方式三绕组单相变压器纵 差动保护的接线图，接入纵差动继电器的差电流为 ，= ，j + e 一只 ( 2 8 ) 变e 器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择也要参照y a 一1 1 双绕组 变爪器的方式进行调整，即侧互感器用y 接线方式；两个y 侧互感器则采用 接线方式。设变压器的l - 3 侧和2 3 侧的变比为n 。和n 。，考虑到正常运行和 区外故障时变压器各侧电流满足h ；q 1 3 ，+ r i b 2 3 t 一厶= 0 ，电流互感器变比的选择 应该满足 r 2 9 、 2 2 2 变压器差动回路不平衡电流的分类 6 拈 新 i ：大学硕 论文 l ：| 雨的结论是在理想的情况下得到的，即假设变压器没有励磁电流；电流互 感器没有传变误差；电流互感器的变比和变压器的变比完全满足式( 2 4 ) 或( 2 7 ) 的灭系。向实际的情况与七面三个假设都有差异，因此正常运行或区外故障时差 电流 ：等于零。我们称这个差电流为不平衡电流，并用符号表示。纵差动保 护的动作电流必须躲过最大可能的刁i 平衡电流。下而以双绕组单相变压器为例， 泔论各种不平衡电流。 1 计算交比与实际变比不一致产生的不平衡电流 变压器两侧的电流互感器都是根据产品目录选取的标准变比，其规格数量是 有限的。而变压器的变比也是一定，三者的关系很难完全满足式( 2 4 ) 。令 厂户1 一堑监j( 2 一l o ) l”h2i 根掂式( 2 3 ) 可得 ，。：盟 ( 2 1 1 ) r t t ，l 如果将变压器两侧的电流都折算到电流瓦感器的二次侧，并忽略一岛的影响， 则区外故障时变压器两侧电流相等，即l - 1 1 = 1 2 。，称为区外故障时变压器的穿越 乜流。殴厶。为区外故障时最大的穿越电流，根据式( 2 - 1 1 ) 知，由电流互感器和 变愿器变比小一致产生的最大不平衡电流如。为 k 。、= 厶。( 2 - 1 2 ) 在水章以f 内容中，如无特殊说明，变压器各侧电流都是折算到二次侧的。 2 由变压器带负荷调节分接头而产生的不平衡电流 电力系统中经常采用带负荷调压的变压器，利用改变变压器分接头的位置来 保持系统的运行电压。改变分接头的位置，实际上就是改变变压器的变比”口。 1 日。流互感器的变比选定后不可能根据运行方式进行调整，只能根据变压器分接 头朱调整时的变比进行选择。因此在负荷调压时，差动继电器l ，会产生不i 卜衡 电流，其最人值为 ，= 叭“。 ( 2 - 1 3 ) 式，”f j 为l 1 变压器分接头改变引起的相对误差，考虑剑电压| j 以正负两个 力阳进行渊整，般可以调整范围的一半。 浙江大学硕 _ 论文 3 电流互感器传变误差产生的不平衡电流 一f 。r j 弋j i 、n 一 上川蠢iz 、r 一一j 上。川 i 罔2 - 4 中，是励磁回路阻抗、z m 为二次负载的等效阻抗；，为励磁电流。电流 ，与，- j , 。， ( 2 一】4 ) r b 流互感器的传变误差就是励磁电流7 儿。根据图2 - 4 的等效电路，得 ，一2 瓦z 雨i j t 2 了1 五 ( 2 1 5 ) 。 z 区外故障时变压器两侧的一次电流为，= 厶( 折算到二次侧) ，故由电流互感 不i i 。衡电流实际上就是两个电流互感器励磁电流之差。由式( 2 1 5 ) 知，励磁 电流总是落后于一次电流，敞j 。与，。之间的相位差不会超过9 0 。，它们是相互 抵消的。，不失一般性，假设厶一比较大，不平衡电流将小丁厶- 。若两个电流互感 器的型号相同，它们的参数差异性小，不平衡电流也比较小；反之，不平衡电流 比较人。通常采用同型系数 0 来表示互感器型号对不平衡电流的影响，即 ，h ，：k t x ， ( 2 - 1 7 ) 肖两个r u 流j 互感器型号相同刚，磁= o5 ：否则 0 = 1 。对于变压器的纵差动 保护，阳侧i 邑流互感器的变比不一样，互感器的型号肯定不同，取酝= l 。 i 浙江人学硕 论文 ( “) 图2 - 5 电流互盛器铁芯磁滞回线 励磁电流l i 的大小取决j 二电流互感器铁芯是否饱和以及饱和的程度。电流 互感器的励磁回路可以看成足一个具有铁芯的线圈，l 【就是线圈电流。线圈电 ，7 压? f 与铁芯磁通9 之间的关系为2 ，= w 半，w 是线圈的匝数，而励磁电感 “f ，j 上，。= 半( 在 i 面的分析中假设胆1 ，这样处理不会影响结论) 。丘i 与西之间 “f 的灭系山铁芯的磁滞网线确定，如图2 5 所示。图2 - 5 ( a ) 的曲线3 是电流按照曲 线2 变化时的磁滞回线，曲线l 是铁芯的基本磁化曲线( 通常简称为磁化曲线) 。 山i ：曲线2 的励磁电流是对称变化的，磁滞回线回绕着磁化曲线形成叫环，理论 分机州- j 恿常用磁化曲线来替代磁滞同线。磁化曲线上的s 点称为饱和点。磁化曲 线的斜率( 严格讲：是各点切线的斜率) 就是励磁回路的电感l l 。铁芯未饱和时，上。 很大且摹本上是常数；铁芯饱和后磁化曲线变得很平坦，l ，大为减小。 若励磁电流厶- 中存在大量的非周期分量，饱和后的厶t 还会进一步减小，如 阁2 - 5 ( b ) 所示。由于非周期分量引起厶l 偏离时问轴的一侧，磁通也偏离磁化曲 线并按照曲线27 的局部磁滞回环变化。显然，偏离磁化曲线后匕i 会减小。三。l 减小程度取决于曲线2 7 中蛾的数值。铁芯末饱和时吼不大，厶，仍然很大， c ，j _ 以认为不会受非周期分量的影响；铁芯饱和时晚会相当大，非周期分量的存 在将会显著地减小厶t 。 电流互感器一次侧电流消失后，励磁电流l - 也柏应地变为零。由于磁滞豫i 线的磁滞圳象，铁芯巾将长期存在残留磁通，称为剩磁。剩磁的大小和方向与 次电流消失时刻的励磁电流l l 有关。 根掘式( 2 - 15 ) 可知，若将电流互感器一次侧电流，i 逐渐增大，在，】比较小时， 浙江大学碗一 二论文 电流蛆感器；i f i 饱和。此时由于l 。i 很大且基本小变，励磁电流厶l 很小并随着，l 增大按比例地增火。当励磁电流厶一增人到铁芯饱和，即磁化曲线的饱和点后， 励磁电感l 。1 减小，励磁回路的分流增大( 参见图2 4 ) 。而励磁回路的分流增人义 导则励磁电感进一步下降，其结果是励磁电流厶l 迅速增加。铁芯越饱和则励磁 电流也越犬，并且随一次电流的增加呈非线性的增大。 从图2 - 5 a ) 和式( 2 15 ) 中可以看到，铁芯是否饱和以及饱和的程度，除了与电 流f f ：感器的磁化曲线和一次电流，】有关外，还与：二次负载有关。在一次电流大小 - 定的情况下，_ 二次负载越大( 即负载电阻z 1 越大) ，励磁瞳l 路的分流越大，铁芯 越容易饱和。磁化曲线是由电流互感器铁芯材料和截面积决定的，电流互感器厂一 家根捌产品的磁化曲线会提供所谓的1 0 误差曲线，即电流互感器误差达到1 0 叫，次电流与二次负载电阻之间的关系曲线。为了保证纵差动保护的正确工 作，通常都阻电流互感器的1 0 误差曲线来选择电流互感器的型号。根据区外 敞障最大短路电流如。，在1 0 误差曲线中找出相应的二次负载电阻的数值， 如果实际的负载电阻小于这个数值，那么二次电流的洪差就一定小_ 二1 0 。否 则要选择容量更大的电流互感器。因此电流互感器可能的最大误差就是1 0 ， 醴 ，。，= 0 1 l 。 根据式( 2 17 ) ，最大不平衡电流为 ，b 。= o 1 k ，d 。 佗- 1 8 1 ( 2 1 9 ) 需要注意，电流互感器的1 0 误差曲线是一次电流为额定频率的正弦波情况 。f 得到的，故式( 2 1 9 ) 的k 一只是稳态不平衡电流。在变压器外部故障时，一次 电流中除了稳态分量外，还有非周期分量等暂态分量。由式( 2 一1 5 ) 知，铁芯的饱 和还与一次电流的频率有关。频率越低，铁：嚣越容易饱和。不衰减的非周期分鼙 就是频率为零的直流分量。实际的非周期分量都是按一定时间常数衰减的，但对 时间姻变化率要小于稳态分量，可以看成足一个低频分量。衰减时间常数越火， 频率越低。阔此非周期分量的存在将大大增加电流互感器的饱和程度。由此产q i 的洪差称为电流互感器的暂态误差。差动保护是瞬时动作的，必须考虑非周期分 量引起的暂态不平衡电流。 影响电流互感器暂态饱和的因素很多，尚无精确的计算模型，定量分析微刚 l5 浙江大学硕十论文 雄。花进行不平衡电流计算时，通常在2 1 9 中引入一个非周期分量系数琢，来 反) 煎- i i ：n 朗分量的影响，即 ，如。矾= 0 1 足蜘k 。，d 。献 ( 2 2 0 ) 一般取 q - - 1 5 2 。 4 变压器励磁电流产生的不平衡电流 i tg o l ， i t 二一h 、r v 一r n r 、一二二二 q ；t ， 0 ， 图2 - 6 取绕组单相变压器等效电路 将变压黔参数折锋到二次侧后，单相变压器等效电路可用图2 7 表示。显然， 励磁刚路相当于变压器内部故障的故障支路。励磁电流厶全部流入差动继电器 叫1 ，形成不平衡电流，即 j = l j jq 2 1 ) j 棚变压器的情况也完全相同。励磁电流的大4 、取决于励磁电感厶的数值， 出就是i 双决于变压器铁芯是否饱和。正常运行和区外故障时变压器不会饱和，励 磁n 流一般1 ：会超过额定电流的2 5 ，对纵差动保护的影响常常略去不计。 j _ 馊压器宅载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值 突然上升到运行电压。在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和， 产乍很大的暂态励磁电流。这个暂态励磁电流通常称为励磁涌流。励磁涌流的最 火值可达额定电流的4 8 倍，并与变压器的额定容量有关。由于励磁涌流很大， 若j j 动作电流来躲过其影响，纵差动保护在变压器内部故障时灵敏度将会很低。 般要通过其它揩蓝来防止励磁涌流引起纵差动保护的误动。 2 2 3 各种变压器主保护的讨论 1 比率制动式差动保护 采用这原理的差动保护，既能在外部短路时有可靠的制动作用，义能在内 部短路时有较商的灵敏度。但是它对内部短路时的流出电流适应能力较差，对励 1 6 浙汀大学硕j 论文 磁涌流和过励磁也需采取特殊措施。 比牢制动特性的原理在数字保护上的改进，主要体现在它的动作电流不足同 定小变的，它随着外部短路电流的增大而增大，所以能保证i 外故障不误动，同 时对内部短路又有较高的灵敏度。 划j - 双绕组变压器，具有如图2 7 中的折线，相应的动作判据为 图2 ，7 二折线比率制动特性 i 矿i i i当i 嗣r 0t 2 - 2 2 ) 珏，如矿以( 0 一i r o )当耋f m( 2 - 2 3 ) 式，f j ，为比率制动纵差动保护制动系数。屯= ii i f 2i ，垆0 5 ( i l + f 2 ) ，如。为最小 动作电流，为最小制动电流。 它的动作特性如图2 7 ，它由三部分组成：无制动区，比率制动区和速饱和 区。当制动电流小于拐点电流o的时候，动作电流为常数，起动电流如o ； 当制动电流大于拐点电流的时候，动作电流随制动电流的增长而沿着条直线增 长；当动作电流大于差动速断电流时，表明了故障情况严重，保护将无延时的动 f l i 山 。 山分析町以得出结论：对于由流出电流的情况，二折线比率制动特性的差动 保护，灵敏度相对低，当变压器内部轻微匝间短路时有可能拒动。现在普遍使用 的二! 折线比率制动特性的羞动保护兼顾了变压器外部严重短路的可靠性和内部 轻微短路存在流出电流的灵敏度。 2 标积制动式差动保护 定义两绕组电流爪厶的正方向均是流入变压器，并令的，i 、屯相角差为， | ：i = a r g ( 一，) 浙江人学硕士论文 蔗动电流，户l j + 1 2i f j o 动电流，。= l j ；| i ，i c 。s “ 当c o s n 2 ou , l ( 2 - 2 4 ) ，。一。 当c o s ( ￥ 0 ，有制动电流k ，有效防止误动。 当变压器纵差动保护区内短路时( 包括相间、匝间短路和中性点接地一侧的 接地短路) ，有 2 7 0 0 c t 9 0 0 这时有c o s c t 4 。 3 5 零序制动环节在实际电网中的应用 研究浙江电嘲接线示意图发现，存在以下情况：( i ) 2 2 0 k v 主变作为终端变压 器，如龙游变；( 2 ) 2 2 0 k v 主变只有两条线路供电，如一条线路检修，则该主变 作为终端变压器运行，如建德变和嘉善变。 这种7 情2 ；1 1 l 下如果发生区外接地故障，如上述论文所述，变压器的差动保护可 能误动。这时如果在保护中加入零序制动环节，可以有效的防止误动，且不会影 响区内敞障的动作灵敏度。 浙江大学碗士沦文 第四章变压器和应涌流的仿真研究 由j ：电网分层分区以及大容量变压器的逐步投运，局部地区电网结构发生了 敞本性的变化，2 2 0 k v 负荷终端变电所有较大幅度的增多，同时为保证供电可 靠性，2 2 0 k v 系统采用了些备自投装置，从而导致多台变压器之间出现和应 涌流，和应涌流与合闸励磁涌流特征不完全相同，且持续时间长，这将影响系统 。汕q 各个保护( 如：重合闸、零序保护等) 的正确动作率。随着系统的扩大，前 人所作的形f 究工作远远不能满足系统扩大的要求，有必要对此作进一步的研究， 提出“j 行的措施，以消除隐患，提高供电可靠性。 变压器空载合闸时，会产生励磁涌流。山于励磁涌流对变压器差动保护影响 j ! = 大，因此其产生激励，最恶劣条件下的峰值计算及识别方法得到广泛深入研究 i 1 ”i 。j ：述研究均未计及有其他非线性设备串并联的情况。实际上，当一台变 压器空载投入时，总存在其他变压器与之或串或并联工作，此时，在已正常运行 的变i i 器- 制哿出现与励磁涌流相对应的和应涌流i1 6 , ”】，虽然系统中已出现和应 涌流引起继电保护误动情况f 16 ”j ，但对和应涌流研究的文献较少。 从文献1 1 61 的引用文献中可知，早在】9 4 1 年就有和应涌流现象的报导，当 叫，在查找变压器差动保护误动原因过程中，发现较大暂态励磁电流4 i 仅出现在 川合闸的变眶器中，也出现在已并网运行的变压器中。 文献 1 6 】，利用励磁涌流偏向时间轴一侧的特点，解释了两台单相并联变压 器及两台单榭串联变压器和应涌流产生的机理，得出系统电阻是导致和应涌流产 生的曩要蚓索，但刘和应涌流的衰减速度不起作用，变压器之间的电阻对和应涌 流的大叫、及衰减均有较大影响，随着变压器线圈中的电阻值口益减小，和应涌流 现缘将f 1 益明显。论文的结论主要通过对相关公式的定性说明r l 得出，所得结沦 与论文中的仿真计算结果相一致。 文献 17 讨论了和应涌流中的谐波变化过程，通过对两并列运行的单相变压 器的仿真试验，分析了该系统在无和应涌流与有和应涌流情况。卜，其电源电流的 谐波鲥成及其衰减过程，得出在出现和应涌流情况下，电源电流的偶次谐波衰减 较快，而奇次凿波( 基波除外) 的幅值先增大，然后逐渐衰减，衰减过程很长。 文献 18 通过对2 2 0 k v 系统中两台主变的空投试验再次说明了和应涌流的 浙江人学硕j 论义 存在，并指出，它对变压器差动保护的影响。试验录波表明采用二二次谐波“或” 门制动可防止和应涌流导致差动保护误动。 用前文献已清楚解释了两台变压器和应涌流产生的机理及其一螳特性，也出 现了利应涌流引起保护误动的报道。然而，在实际系统多台变压器串、并联情况 h 和应涌流的分布及其对系统中各保护的影响还需要作进一步的研究。实际系 统中，已出现励磁涌流引起零序保护误动情况，然而未见相关分析。 4 1 变压器模型的建立 如何准确建克变压器模型前人已做了很多工作，本文采用了仿真：亡具 “f p 。e m t p 提供的元件模型，通过在理想变压器一侧并联一个非线性电抗来模拟 变压器励磁旧路。由于非线性电抗的磁滞回线需要根据实际变压器铁芯材制、形 状、紧密度来设定，而这些参数难以得到，所以存研究过程中，采用试凑磁滞列 线的方法，通过仿真波形与理论波形及实际波形的对比来确定磁滞回线，为后续 。j 作打下基础。 4 1 1 仿真变压器的建模 在a i p 提供的变压器模型中，主要参数有：各侧绕组的电阻及漏感，非线性 f b 抗的磁滞回线等。两绕组三相y 接线的变压器的模型如图4 - 1 所示。 浙江大学硕士论文 图4 - 1 变压器等值电路 削4 1t i ，：r i 、r 2 分别为变压器高、低压侧绕组的电阻；l l 、l 2 分别为变压 器商、低，j = = ：侧绕组的漏感；r 。为变压器励磁支路的串联电阻，即铁耗的等值电 阻；f 。、为变压器励磁的支路电感，是一个带磁滞到环的饱和电抗器。 1 变压器等值电路中电阻及漏感的确定 本次仿真试验中使用西安西电变压器公司型号为s f s 9 1 5 0 0 0 0 2 2 0 的三绕组 变门i 器，有关参数如表4 一l 所示。 额定容量( m v a ) 1 5 0 接线方式 、“ a 。商压侧额定电压( k v ) 2 2 0 中压侧额定电压( k v ) 1 l o l 低压侧额定电压( k v ) 3 5 i 宅载损耗( k w ) 1 ( ) 5 空载电流( ) 0 3 负载损耗( k w ) 高压一低压( 6 0 m v a ) l l o 总损耗( k w ) 5 9 0 短路阻抗( ) 高压一低压( 1 5 0 m v a ) 2 3 表4 - 1s f s 9 1 5 0 0 0 0 2 2 0 三绕组变压器有关参数 埘1 果考虑中压侧断开，三绕组变压器可等效图4 - 1 所示两绕组变压器，相关 参数u j “如_ 卜歌得：1 、电阻r l 、r 2 由试验报告提供，2 、电感l l 、 2 由以下计算 得j j5 ：根掘相关报告中数据，高压一中压( 15 0 m v a ) 的短路阻抗1 2 = o 13 ， 高压一低压( 1 5 0 m v a ) 的短路阻抗