变压器差动保护中的二次谐波制动

变压器差动保护中的二次谐波制动

0特性与问题的对策作为主要的压力驱动器保护，气压源的涌流和故障电流的识别非常困难。近些年来,国内外的研究机构与生产厂家一直致力于变压器保护新原理的研究,提出了不少判别励磁涌流问题的新原理、新方法。从现场的实际应用情况来看,目前存在的励磁涌流与内部故障判别方法虽然种类繁多,但若想真正应用于实际的现场工程,却有很多待解决的问题。对于躲励磁涌流的措施,在实际工程中经常应用的有:二次谐波制动原理;波形对称原理和波形间断角比较三大原理,目前尤其前两种应用最为普遍。对于二次谐波制动原理,在微机保护中实现起来简单易行且有比较成熟的运行经验,因此如何将二次谐波判据改进来进一步提高该原理的性能,也越来越受到人们的关注。1次谐波制动判据采用离散傅里叶变换对变压器空载合闸时的差动电流(此时即为变压器的励磁涌流)进行谐波提取和分析后发现,励磁涌流中含有很大成分的二次谐波分量,故可以通过二次谐波来判别励磁涌流。励磁涌流的二次谐波制动判据为当差流中二次谐波与基波的比值k大于某一比例时闭锁差动保护。对变压器空载合闸时的差流波形、基波及二次谐波的波形进行仿真分析,如图1、表1所示为空载合闸时间68ms,合闸角0°,剩磁φr=0.8φm时的仿真分析波形及数据情况。由图1可以看出,当剩磁较大时,k值在79.7ms时降为0.1210,在80ms时降为0.1056,即在半个周波之后k即低于整定值kset(15%~20%),二次谐波制动判据失效无法闭锁差动保护,此时若差动电流在动作区内,则差动保护将误动。因此,上述二次谐波制动判据并不完全可靠,会出现在某些情况下判据失效的可能性,从而导致差动保护误动。2基于二次波形振幅和相位综合扰动的磁体涌流识别方法2.1次谐波与基波的相位差研究发现,在励磁涌流的峰值部分,基波与二次谐波同时加强,而在涌流间断部分,基波与二次谐波相互抵消。由于二次谐波向量的旋转速度是基波的二倍,因此若将二次谐波与基波进行比相,须将基波的相位乘以2倍频后再与二次谐波相位比相。通过励磁涌流的峰值部分和间断部分可定性分析基波倍频与二次谐波相位差为0°或180°,即偏向于时间轴正侧的涌流基波与二次谐波的相位差为0°,偏向于时间轴负侧的涌流基波与二次谐波的相位差为180°。定义二次谐波与基波相位差φ为:首先需要说明的是,在角度空间中,0°与360°或180°与-180°指的都是同一个角度,在以后的分析中均在此基础上考虑不再另述。故而从图2、3可以看出,对单向性涌流二次谐波与基波的相位差为0°或180°。通过大量的仿真分析验证表明,单向性涌流二次谐波与基波的相位差恒定满足0°或180°的相位关系与图2、3相仿。故对于单相变压器励磁涌流来说,当出现励磁涌流时一定满足基波倍频与二次谐波相位差为0°或180°的规律。对变压器空载合闸时的差流波形、二次谐波与基波相位差进行仿真分析,图2为空载合闸时间68ms,合闸角0°,剩磁φr=0.8φm时的仿真分析波形,表2为其对应的数据情况;图3为空载合闸时间68ms,合闸角0°,剩磁φr=-0.8φm时的仿真分析波形,表3为其对应的数据情况。2.2次谐波制动根据上节所得出的结论,综合利用二次谐波幅值和相位信息进行励磁涌流判别,制动判据如下:(1)当k>k1时,直接闭锁差动;(2)当k2≤k≤k1时,若满足,则闭锁差动。其中k为差动电流二次谐波含量(k=I2/I1);φ为二次谐波与基波的相位差(φ=arg(I2)-2arg(I1));k1为二次谐波制动比高定值(可取15%~20%);k2为二次谐波制动比低定值(可取7%~12%);θ为相位差定值(可取30°左右)。3误动即跳闸“trip”动作仿真利用EMTP软件建立如图4所示的仿真模型,电源采用恒定电压源,输电线路长度为50km,变压器的额定容量为60MVA,接线方式为Y-Y,U1/U2=220kV/35kV。利用上述模型对二次谐波幅值和相位综合制动的励磁涌流识别法的动作性能进行仿真分析:(1)A相剩磁较大时空载合闸,合闸角为0°图5是基于传统二次谐波制动判据而仿真得到保护A相的动作情况,变压器在68ms空载合闸,合闸后出现严重的励磁涌流导致比率制动判据满足动作即比率制动“BL”动作,且由于在80ms左右时励磁涌流中的k值降低到二次谐波整定值以下而无法闭锁即励磁涌流制动“Block”无法制动,从而直接导致在比率制动元件动作的情况下因涌流制动判据无法制动差动保护而导致误动即跳闸“Trip”动作。图6是基于综合制动判据而仿真得到的保护A相动作情况,其仿真参数与图5完全相同。合闸后出现严重的励磁涌流即比率制动“BL”动作,但由于励磁涌流中的k值较高且二次谐波的相位差满足0°或180°的关系故闭锁保护即励磁涌流制动“Block”制动,因此避免了差动保护误跳闸的危害即跳闸“Trip”不动作。与图5中传统的二次谐波制动判据相比,二次谐波幅值和相位综合制动判据具有明显的优势。(2)在65ms时发生变压器区外故障引起CT饱和。图7是基于该判据而仿真得到的A相保护动作情况,如图所示,在65ms时发生变压器区外故障引起CT暂态饱和,A相CT饱和后出现了较大的差流,且波形特征与励磁涌流比较相似,一开始差动电流中的k值较高且二次谐波的相位差满足0°或180°的关系,差动保护被可靠制动。之后虽然差动电流中的k降低但由于相位差仍满足条件,故励磁涌流被持续闭锁即励磁涌流制动“Block”制动,因此跳闸“Trip”不动作。(3)在83ms时发生A相绕组10%匝间短路图8是发生匝间短路得到的保护A相的动作情况,由图所示,在83ms时发生A相绕组10%匝间短路,到98ms时动作于跳闸。A相绕组10%匝间短路后出现了较大的差流即比率制动“BL”动作,差动电流中的二次谐波与基波幅值和相位差过半个周波左右后就迅速不满足判据要求,励磁涌流制动“Block”不制动,故差动保护正确跳闸即跳闸“Trip”在98ms时正确动作。(4)在83ms时发生A相绕组50%单相接地故障。由图9所示,变压器在发生内部故障后,97ms时动作于跳闸。综合制动判据在97ms时不满足闭锁条件,差动保护正确动作,与图8对比可以看出,内部故障越严重动作速度越快。4基于emtp的仿真验证针对传统二次谐波制动存在的一些问题,研究了基于二次谐波幅值和相位综合判据的二次谐波