自适应采样值差动在变压器保护中的应用 腾龙电脑 免费下载

1、年 月 日适应 采 样 值差动在变压器保护 中 的 应用自胡玉峰 陈德树 尹项根 张 哲华中科技大学电力系 武汉摘要 在简要介绍基于采样值差动的变压器保护的基础上 重点分析了采样值差动的灵敏度和可靠性问题 并提出了自适应的采样值差动保护动模实验数据表明 自适应采样值差动可有效地将变压器制动特性与励磁涌流的鉴别结合起来 并具有较高的灵敏度关键词 变压器保护 采样值差动 励磁涌流 自适应原理中图分类号 ×引言采样值差动与常规相量差动相比 一个较明显的区别是它的动作出口主要靠差流波形的集散度 而波形幅值变化对它的影响相对较小基于这种特性 可利用采样值差动将变压器的制动特性与励磁涌流的鉴别有

2、效结合 但采样值差动在同一定值的情况下 与常规相量差动相比 灵敏度有所下降本文在分析其灵敏度的基础上 提出自适应采样值差动 可有效解决灵敏度问题中 尽管幅值与内部故障相差不大 但无法满足采样值差动条件而被闭锁动模实验表明 当 可达到上述目的 采样率为 点每周期采样值差动在变压器保护中的应用采样值差动作为微机与继电保护结合的新产物 其突出的特点在于它可利用计算机的存储性能 将传统的差流有效值与定值比较转变为离散采样点与定值相比较 并通过多点重复判别来保证可靠性基于这个原因 采样值差动的出口不仅依赖于差流幅值的大小 还依赖于差流波形的集散度比较而言 后者对出口的影响更为重要将这一原理用于变压器保护

3、 可有效地将变压器制动特性与励磁涌流的鉴别相结合 图 !图 分别为动模实验所记录的励磁涌流和变压器内部故障的差流波形 两者幅值相差不大 若用常规相量差动 两者均能满足差动出口条件 此时需采用其他判据来区分励磁涌流 如二次谐波制动或间断角制动 但若用采样值差动 便可利用变压器发生励磁涌流时差流波形较集中于某一区间 由于间断角的存在 来区分内部故障和励磁涌流此时可根据励磁涌流波形特征 取一判别数据窗 若连续个采样点中有个满足采样值差动判据 则认为是内部故障而出口 励磁涌流由于波形集收稿日期 2 2 修回日期 2 2 图1 变压器励磁涌流时三相差流波形11 µµ图2 变压器内部故

4、障时三相差流波形12 µ采样值差动灵敏度分析考虑到过零点附近采样值较小 一般无法满足判据条件 采样值差动一般选取 如第 节所述 在变压器保护中 采用 取 可有效结合制动特性与励磁涌流鉴别但这种方法需要降低内部故障时的灵敏度如图 所示 考虑一种较为严重的情况 即差流波形过零点与采样点重合 图 中所示为第 点 设为短路电流幅值 为变压器差动保护制动曲线中的低值门槛定值 即 由于一个采样间隔对应 采样率为 点每周期 从而有 即短路差流幅值 才能保证短路时有 点满足采样值差动的动作条件折算成有效值即短路时差流 保护才能动作 而常规相量差动保护在 时即能动作 故相对而言 采样值差动在动作灵敏度

5、上不如常规相量差动 在变压器发生轻微匝间短路差动电流较小时有可能拒动图3 采样值差动灵敏度分析图13 µµ自适应采样值差动原理自适应原理在继电保护中的应用同样是微机保护相对于传统保护的一个突破其基本原理已在许多文献中阐述值得一提的是 实践证明 自适应原理是提高微机保护灵敏度的一条有效途径同样 对于应用采样值差动所产生的灵敏度问题 也可运用自适应原理加以解决 使采样值差动在灵敏度上等于或优于常规相量差动具体原理如下先以简化的变压器模型定量分析励磁涌流波形特性 以单相变压器为例 考虑变压器空载合闸的最严重情况假设电源内阻为 同时不计合闸回路电阻设合闸方电源电压 则在忽略变压器漏

6、抗压降并假设一次绕组匝数为 的前提下有 即5 其中积分常数由合闸瞬间的铁心剩磁5 决定 即 5 从而可得变压器空载合闸时铁心磁通为5 5 5 55 为对应电压 的磁通幅值为得到空载合闸时的励磁涌流 须考虑变压器铁心磁化曲线为简化分析 取图 中的折线作为变压器磁化曲线其中点由变压器饱和磁通5 决定根据定义 55 时 5 5 时 励磁涌流为5 5 5 5 5 5 5 图4 变压器磁化曲线14 µµ图 为变压器励磁涌流波形其中 为采样值差动判据中的低值门槛定值 为电流极大值图5 变压器励磁涌流波形15 µµ µ现以 与 的相关关系为研究对象 令式 等

7、于 可得 再令 则有 故可得 再考虑 由式 可知 将代入 化简可得#应用研究及成果# 胡玉峰等 自适应采样值差动在变压器保护中的应用 将式 与式 合并 可得 与 的关系如下 化简得 由式 可以看出 与 的变化趋势相同 即 增大 随之变大 反之亦然这个规律说明 励磁涌流波形中能满足采样值差动的区域是随 变化的 增大 则次判别中能满足判据的采样点增大 反之就减小但需指出的是 由于励磁涌流间断角的存在 这种变大的趋势是有限度的正是由于这种限度 采样值差动才能鉴别励磁涌流和变压器内部故障波形下面再分析变压器内部故障时 与 的变化规律由于变压器内部故障时差流波形可认为是正 余 弦波 由第 节灵敏度分析可

8、看出 变压器发生内部故障时 与 之间的关系与励磁涌流时一致 即 变大 随之增大 变小 随之减小综合以上分析 对于采样值差动的变压器保护 可运用以下自适应方法来提高灵敏度 首先确定采样值差动重复判别次数 一般取 在确定值时 不取固定值 而让其随比值 的变化而变化具体应用时 可先设几个定值 使得 此时的取值如下 设 其中 一般取 的选取以及区间段划分的个数与整定计算有关 这里不做详细讨论但必须指出 的最小值与最大值的选取要充分考虑可靠性其中 ¬的取值主要考虑内部故障时不能拒动 一般取 较为合适 相对于 而言 的取值则主要考虑区外短路时不能因不平衡电流的影响而导致误动 特别是外部短路电流互

9、感器饱和时 两端的暂态不平衡带来的差流影响一般取 可有效躲开不平衡差流动模实验数据分析表 是针对变压器采样值差动原理所记录的一组动模实验数据 列举了变压器在各种状况下满足采样值差动条件的点数同时也给出了值表1 变压器动模实验结果分析表1 µµ编号实验项目 侧 相接地 侧 相接地 侧相接地 侧 相间短路 侧 相间短路 侧 相间短路 侧 相接地 侧 相接地 侧 相接地 侧三相短路 侧三相接地短路 侧 相间短路 侧 相间短路 侧 相间短路 侧三相短路 侧 相匝间短路短路匝比侧 相匝间短路短路匝比空载合闸 空载合闸 空载合闸 空载合闸 空载合闸 空载合闸 空载合闸 空载合闸空载合闸

10、注 分别为 相满足采样值差动的点数 分别为 相 的值从表 中可以看出 对于变压器内部故障 除轻微的匝间短路外 其比值一般较大 均满足 此时满足采样值差动的点数 而在发生匝间短路 且短路匝数比较小时 值会相对变小 如编号 若仍取 作为采样值差动出口定值 则有可能造成拒动 编号 中满足动作条件的点数只有 点 此时若相应地减小值则可大大提高保护的灵敏度对于励磁涌流而言 由于受合闸角和剩磁的影响 其比值具有较大的分散性 但总体而言 对于相同的比值 励磁涌流由于受间断角的影响 其满足采样值差动条件的点数要小于内部故障 如编号 与编号 前者为变压器低压侧 相间短路 后者为变压器空载合闸产生的励磁涌流 两者

11、的值非常接近 但满足采样值差动动作条件的点数却相差很大 基于这种原因 采用自适应方法后 不会因值的变小而导致励磁涌流时的误动针对上述数据 考虑一定的裕度 可假设 时 1 时 1 时 具体应用时需进行整定计算 此处仅举例说明一下 则可在确保闭锁励磁涌流的前提下 保证轻微匝间短路时保护可靠动作另一方面 对于值的确定 可以由以下思路进行整定参考图 可以得出 要保证故障正弦波能满足 取 的条件 考虑最严重的情况 由于采样点相位的影响 须满足 但必须指出 图 中的分析仅针对标准正弦波 未考虑波形畸变和非周期分量的影响尤其是非周期分量 使得内部故障电流波形偏于时间轴一方 导致在波形过零点附近可能连续几点不

12、满足采样值差动动作条件这一点 从图 编号 实验记录的变压器三相差流波形可以看出 由于是 相匝间故障 所以只有两相差流较大观察其大小和波形可以发现 存在明显的非周期分量 导致电流波形偏于时间轴一方 同时 其峰值已满足 的条件 但从表 可以看出 实验项目 此时满足采样值差动的点数达不到 取 的动作要求究其原因 就是因为非周期分量影响使得差流波形在过零点附近 图 中的第 点 连续几点都不满足动作条件为此 在考虑值的整定时 需要考虑一定的裕度 否则无法起到提高灵敏度的效果对表 中的数据进行分析 可以发现前面所说的 值的选取可以满足灵敏度和可靠性的要求结语针对变压器保护采用采样值差动存在的灵敏度下降问题 将自适应原理用于采样值差动 可在保证励磁涌流不误动的前提下 大大提高采样值差动的灵敏度动模数据分析表明 该法与固定满足采样值差动点数的采样值差动相比 具有较大的优越性参考文献胡玉峰 陈德树 尹项根 ÷ 采样值差动及其应用 ° ° 电力系统自动化 ° 胡玉峰 陈德树 基于采样值差动的励磁涌流鉴别方法中国电机工 程学报 ° 陈德树 马天皓 刘 沛 等 ×采样值电流差动微机保护的一些问题 ° ° 电 ° 力自动化设备 ° 王维俭 侯炳蕴 大型机组继电保护理论基础 × ×&