变压器的外部故障切除后保护误动分析

变压器的外部故障切除后保护误动分析

0变压器外部误动保护算法鉴于电动汽车是电气系统的重要主要设备之一，其正常运行直接影响电气系统的安全稳定。目前,变压器广泛采用二次谐波制动的差动保护,然而与线路相比较,变压器差动保护动作正确率并不高。其中一种现象是变压器外部发生故障,由其他保护将故障切除,继而变压器差动保护发生误动。针对此类误动现象,一些学者做了相关的研究,文献[3-4研究了外部故障切除后变压器差动保护误动的主要原因,文献针对CT的局部暂态饱和提出了基于反时限特性电流差动保护方法来防止误动,文献[6根据保护动作的轨迹,提出比率差动保护动作区分区延时的方法来防止误动的发生。总之,这些方法都是通过改变动作区与制动区的关系来改善比率制动差动保护的动作特性,以此来防止误动,但是在面对外部故障切除后的转换性故障时,保护的灵敏性和速动性会因动作区减小而受到不利影响。针对以上所存在的问题,本文对变压器外部故障切除后的差流做了详细的谐波仿真分析,根据误动期间差流的三次谐波比二次谐波大的特点,提出了一种防止此类误动的新算法。通过大量仿真,表明该算法不仅能有效防止变压器外部故障切除后的误动,也能迅速地切除变压器的外部故障切除后的转换性故障。1ct励磁支路模拟目前,变压器广泛采用二次谐波制动的比率式差动保护。CT的准确转换电流是差动保护能否反映变压器区内、区外故障的关键。文中用EMTP中的96元件作为CT励磁支路,它既反映铁芯饱和的非线性,也能模拟铁芯的磁滞回线,能够很好地反映CT的传变特性。下面将对差流做详细的谐波仿真分析,差流各次谐波由离散傅里叶变换得到。1.1变压器差流循环特性分析首先,考虑变压器两侧CT未有饱和的情况。外部故障切除后母线电压恢复,其过程类似空载投入,变压器也会因铁芯饱和而产生恢复性涌流,从而产生很大的差流,比率制动差动保护发出动作信号。对差流作谐波分析,其结果如图1所示,差流的二次谐波含量很大,可达基波的50%以上,能够可靠闭锁而不会造成误动。同时,三次谐波含量也比较大,但小于二次谐波。1.2ct的恢复性涌流当变压器外部发生故障时,流过CT一次侧短路电流一般很大,且其非周期分量也较高,CT很可能发生饱和而产生传变误差。在故障切除后一段时间内,CT可能仍然没有完全退出饱和,再加上恢复性涌流的共同作用,差流将会更大,更易造成比率制动差动保护动作。对差流做谐波分析,其结果如图2所示,故障切除后差流二次谐波在某时刻极小,二次谐波制动将不能可靠闭锁,最终可能导致误动的发生。另外,在误动期间三次谐波的含量比二次谐波的含量要大,与基波相比三次谐波含量比二次谐波高10%左右,而其他时间三次谐波比二次谐波小。2次谐波制动由上面的分析,恢复性涌流和变压器两侧CT的饱和的共同作用,将会产生很大的差流使比率制动的差动保护动作,但在故障切除后某时刻差流二次谐波含量很低,不能可靠闭锁动作而造成误动。同时,在误动期间三次谐波含量比二次谐波含量高,而其他时刻低于二次谐波。根据这一谐波特征,可构造三次谐波制动,作为二次谐波制动的补充来共同完成闭锁任务,防止外部故障切除后变压器差动保护误动。其中,三次谐波制动原理同二次谐波制动类似,即根据差流中三次谐波含量占基波的比例来构成制动判据,当三次谐波含量大于整定值时就发出闭锁信号。二次谐波制动与三次谐波制动之间用或门的关系来完成闭锁,具体算法可由图3所示。3变压器二次谐波制动比率差动保护利用EMTP建立如图4所示的的仿真系统,变压器额定容量为55MVA,接线方式为Y-Y,U1/U2=154kV/13kV,原算法采用二次谐波制动比率差动保护。3.1次谐波制动仿真分析事例1:线路1单相接地后切除假设62.5ms时刻线路1发生单相接地故障,而其他线路正常运行,在83.3ms时刻线路保护将线路1切除,其仿真结果如图5所示,由于恢复性涌流和CT饱和的共同作用使差流很大,比率制动差动保护发出动作信号,由差流谐波分析可知,在88.7ms时刻二次谐波含量很小,二次谐波制动将不能可靠闭锁,最终导致了误动的发生。运用上节提出的新算法验证来它的可行性,其结果如图5(c)所示,比率制动差动保护依然发出动作信号,但因误动期间三次谐波含量较大,闭锁判据能够可靠地发出信号,最终没有发出跳闸信号。事例2:线路1两相短路后切除假设62.5ms时刻线路1发生AB两相短路故障,其他线路正常运行,在83.3ms时刻线路保护将线路1切除,其仿真结果如图6所示,比率制动差动保护发出动作信号,二次谐波制动不能可靠闭锁,最终导致了误动的发生。运用上节提出的新算法,其仿真结果如图6(c)所示,虽然比率制动差动保护发出动作信号,但因误动期间三次谐波含量较大,闭锁判据能够可靠地发出信号,最终没有发出跳闸信号。总之,通过大量的仿真,新的算法能够有效防止误动的发生。3.2差流变主席比率制动差动保护动作仿真与分析事例1:外部故障切除后绕组单相接地假设变压器在外部故障切除后83.5ms时刻发生绕组单相接地故障,运用新的算法来验证可行性,仿真结果如图7所示,变压器发生内部故障,差流变大使比率制动差动保护动作,一段时间后二次谐波和三次谐波变小,未能发出闭锁信号,保护在96.5ms时刻动作于跳闸。可知,新的算法能在13ms内迅速切除变压器内部故障。事例2:外部故障切除后匝间短路假设变压器在外部故障切除后83.5ms时刻发生绕组10%匝间短路,运用新的算法来验证可行性,仿真结果如图8所示,变压器发生匝间短路故障,差流变大使比率制动差动保护动作,一段时间后二次谐波和三次谐波变小,未能发出闭锁信号,保护在97.5ms时刻动作于跳闸。可知,新的算法能在14ms内迅速切除变压器内部故障。4防止误动算法通过仿