基于yd接线方式的变压器励磁相电流差动保护方案

基于yd接线方式的变压器励磁相电流差动保护方案

0次谐波励磁涌流制动方案差异动态保护是对变量内部故障的主要保护。如何有效防止因滥用激励流而导致的低压功率波动波动是一个回避的问题。目前针对该问题提出了多种方法,其中二次谐波制动由于简单易行、具有比较成熟的运行经验而在工程实际中得到广泛应用。目前大型变压器一般采用Yd接线方式,由于三角形绕组中通常没有装设电流互感器测量环流,无法实现相电流差动保护,而用线电流差动保护可能出现对称性涌流,对称性涌流由于涌流波形特征不明显而不满足涌流制动判据。为解决这一问题,现场一般采用最大相制动方式(“或”门制动方式),但变压器空投于内部故障时,差动保护会因无故障相的涌流制动而延时动作,降低了内部故障的动作速度。文献充分挖掘涌流波形的特征量,提出了一种附加相位判别的自适应二次谐波励磁涌流制动方案,根据基波与二次谐波的相位关系,自适应调整二次谐波制动比,有效改善了大型变压器区分涌流和内部短路的能力。但该方案应用于Yd接线方式的变压器时,同样由于无法实现分相制动而存在空合于故障导致差动保护动作延时的问题。本文提出一种利用Yd接线方式的变压器两侧电流互感器测量线电流计算三角形绕组电流的方法,通过计算得到的三角形绕组电流实现相电流差动保护,消除对称性涌流,从而实现分相制动。1角形侧回路图1所示为常见的Yd接线方式的三相变压器组,由3个单相变压器组成,各相磁路完全独立,大型变压器通常采用此结构形式。图中:UA,UB,UC为系统电源;iA,iB,iC和ial,ibl,icl分别为变压器星形侧和三角形侧线电流;ia,ib,ic为三角形侧各相绕组电流;ea,eb,ec为主磁通在绕组中的感应电动势。其中,三角形侧电气量和参数均已归算到星形侧。忽略回路电阻,A相星形侧回路电压方程为:式中:Lσh为变压器星形侧漏感;Ls和Lm分别为系统等值自感和等值互感;L1和L0分别为系统正序电感和零序电感。由式(1)和式(2)得:式中:i0=(iA+iB+iC)/3,为星形侧零序电流。同理,B,C相星形侧回路电压方程分别为:对于系统电源,有三角形侧回路电压方程为:式中:Lσl为变压器三角形侧漏感。联立式(3)—式(7),有因初始电流为0,因此有:式中:K=3(Ls+Lσh)/Lσl。对于三角形绕组,有联立式(9)和式(10)解得:根据式(11)可以利用变压器两侧电流互感器测量的线电流iA,iB,iC,ial,ibl,icl计算三角形绕组电流ia,ib,ic。2漏感参数和系统零序改革在上述三角形绕组电流计算过程中,需要利用变压器原、副边绕组漏感和系统零序电感参数。变压器铭牌上只提供短路电抗,传统做法认为原、副边绕组漏感为变压器短路电抗的一半,这显然与实际漏感值存在一定误差。更为重要的是,变压器发生内部故障时,绕组电流通过的绕组匝数会发生变化,漏感也会发生变化。同时,系统零序电感也会随运行方式变化。为了保证正常情况和内部故障时能够准确计算三角形绕组电流,采用参数辨识的原理对变压器漏感参数和系统零序电感进行实时辨识。图1中,以变压器A相为例,其原、副边电压为:式中:uA和ua分别为变压器星形侧和三角形侧电压,可由变压器两侧电压互感器测量得到。由式(12)得:同理,对B,C相有:联立式(13)和式(14)得:同理,有式(16)—式(18)中uA,uB,uC,ua,ub,uc,iA,iB,iC,ial,ibl,icl均为可测量的量,只有Lσh和Lσl是待辨识的参数。利用最小二乘法可实时求解出漏感参数Lσh和Lσl。联立式(3)和式(12)得:同理可得:由式(6)、式(19)—式(21)得:式(22)中ua,ub,uc,i0都是可以测量或计算得到的量,因此,可以实时辨识出系统零序电感L0。3自适应二次谐波制动方案文献研究发现,励磁涌流中基波与二次谐波之间存在0°或180°相位差,基于这个特征,提出以一种附加相位判别的自适应二次谐波制动方法,当二次谐波与基波分量的相位差在0°或180°附近范围内时,适当降低二次谐波制动系数,这样即使涌流中二次谐波含量较小,二次谐波制动判据仍可正确闭锁差动保护;而当二次谐波与基波分量的相位差处在0°或180°附近范围外时,二次谐波制动系数仍比较高,这样可以避免区内故障时由于二次谐波含量较大,导致差动保护错误地被制动,故障切除时间延长的问题。自适应二次谐波制动方法的动作区和制动区如图2所示。对于Yd接线方式的变压器,传统自适应二次谐波制动由于未解决三角形绕组电流获取的问题而采用最大相制动方式(“或”门制动方式)来避免对称性涌流的影响,即利用各相差流的二次谐波比最大值来制动,制动判据如式(23)所示。该方法在变压器带内部故障空投时,无故障相差流的二次谐波比可能比较高,差动保护可能会被错误地制动,导致内部故障经较长延时切除。式中:Ida1,Idb1,Idc1分别为三相相间差流的基波幅值;Ida2,Idb2,Idc2分别为三相相间差流的二次谐波幅值;kseta,ksetb,ksetc分别为三相二次谐波制动比定值,根据基波与二次谐波的相位关系自适应调整。本文提出一种自适应二次谐波分相制动方案,在变压器运行过程中,根据第2节中的方法实时辨识变压器原、副边漏感参数,将辨识出的漏感参数代入第1节的方法中计算出三角形绕组电流。对原、副边绕组电流计算差流,该绕组差流即为变压器励磁电流,消除了对称性涌流出现的可能性,因此可采用分相制动方案,即只有各相差流的二次谐波比均超过定值时才制动差动保护,制动判据为:式中:Ida1,w,Idb1,w,Idc1,w分别为三相绕组差流的基波幅值;Ida2,w,Idb2,w,Idc2,w分别为三相绕组差流的二次谐波幅值。该方案不仅根据基波与二次谐波相位关系自适应调整二次谐波制动比,有效解决二次谐波制动方法现场应用中存在的整定困难问题,而且消除了对称性涌流存在的可能性,实现了分相制动,空投于故障时差动保护也不会因非故障相的励磁涌流制动而延时动作。4角形串联压缩为了验证本文提出的方案,利用MATLAB/Simulink搭建变压器仿真模型,变压器采用YNd11接线方式,参数如下:容量为60MVA,变比为220kV/35kV,高、低压绕组电阻均为0.002(标幺值),漏电感为0.08(标幺值),激磁电阻为500(标幺值),饱和励磁特性(标幺值)为(0,0),(0.0024,1.1500),(1.0,1.5)。利用MATLAB语言编程实现变压器漏感、系统零序电感参数辨识和三角形绕组电流计算。变压器在0.04s时星形侧空载合闸,按本文方法计算的三角形绕组电流和测量得到的三角形绕组环流如附录A图A1所示。结果表明,按本文方法计算的三角形绕组电流与测量得到的三角形绕组电流误差很小。三相绕组差流和线间差流分别如附录A图A2和图A3所示,进行快速傅里叶变换,得到频谱图如附录A图A4所示。可知,三相绕组差流