【《电力变压器的保护分析与仿真案例》2300字】

电力变压器的保护分析与仿真案例1.1变压器故障问题随着我国工业的快速发展，变压器在电力系统行业的应用也越来越广泛，其作为一种关键的设备，其运行好坏直接影响着整个系统的经济性与可靠性；作为电力系统较为昂贵的一种设备，其正常运行对于整个电网的安全都起着十分重要的作用。为了能够及时排查出变压器在运行过程中存在的潜在故障；避免不必要的经济损失；及时了解变压器的故障特征具有十分重要的现实意义。电力设备故障的原因，故难以用传统的故障诊断方法来开展故障的识别分析；变压器故障的内部变化机理较为复杂；通过采用机器学习的手段可以为故障的诊断研究提供一种良好的解决方案。在第2章中已对变压器的常见故障进行了阐述，本章节将主要在前述故障分析的基础上进一步进行电力变压器的保护分析并进行仿真分建模；达到课题设计的目的。1.2变压器保护分析上一节对变压器的保护与整定开展了深入的研究与分析，并基于MATLAB平台的对变压器的故障诊断开展了仿真验证，能够基于神经网络算法来实现对常见的变压器器故障类型提供诊断；诊断的方法十分智能；完全脱离了传统的数学模型诊断机制；为本课题的故障分析研究提供了指导。基于变压器的常见的故障形式，根据国家标准《继电保护和安全自动装置技术规程》中的相关规定，变压器在日常运行期间应当设置相应的保护动作装置来保证可靠运行。常见的包括针对油箱低液位故障应设置相应的其它保护装置，来监测气体在内部的含量信息；对于变压器绕组及引线容易出现的短路故障，应设置相应的差动保护或继电保护的措施；同时，应该为过负荷安装设置过负荷的电流保护；确保变压器在带负荷情况下正常运行。后续将对变压器的保护分析进行建模研究，可以为变压器的工作维护提供相关的参考借鉴。常见的变压器保护形式措施包括变压器气体保护、纵联差动保护、短路的后备保护等多种形式，后面将对上述的某种保护模式开展仿真研究。1.3变压器保护的建模与仿真基于上述的描述分析，本部分将主要对变压器的保护分析开展建模研究，利用SIMULINK软件平台开展了变压器工作模式的建模；并在此基础上设置相应的故障点来模拟不同状态下的故障信息，并开展了变压器的保护分析；并仿真结果进行了评价分析。建立一个具有双侧电源输入的双绕组电力变压器模型，并在此基础上开展变压器的保护建模与分析，所建立的SIMULINK仿真模型如图7所示。图SEQ图\*ARABIC7双电源的双绕组变压器模型如图7所示建立了一个简单的双绕组电力变压器的模型，双侧各自带有负荷端，为了对实际的电力变压器情况进行分析，需要对其中的设备进行参数设置。其中，电源采用SIMULINK模块中的Three-phasevoltagesource模型；左侧EM电源的输入设置如下图8所示。图SEQ图\*ARABIC8左侧电源输入EM设置右侧的三相电源输入如图9所示，参数设置较为类似，只是与左侧电势相差10。。图SEQ图\*ARABIC9右侧电源输入EN设置模型中的变压器采用SIMULINK中的threesingle-phasetransformers来建立仿真，为了简化仿真建模的过程，其中，变压器两侧的绕组接线方式为Y型连接；电压等级为35KV；其参数的设置如图10、11所示。图SEQ图\*ARABIC10变压器输入参数设置1图SEQ图\*ARABIC11变压器输入参数设置2模型中的UM、UN为分别处于变压器两侧主要用于启到电压、电感的互感作用，也是在SIMULINK电力系统仿真模型建立过程中十分常见的一种处理手段；其主要的参数设置如下图12、13、14所示。图SEQ图\*ARABIC12UN模块参数设置图SEQ图\*ARABIC13UM模块参数设置模型中断路器模块QF1、QF2主要通过闭合来控制变压器的投用，以上便是一个基本的变压器仿真模型的构造；为了模拟变压器的相关故障状态，人为在变压器两侧设置的故障状态点，用于模拟不同的故障现象，来观察此时的输出结果。图SEQ图\*ARABIC14带故障节点的变压器仿真模型在上述已建模型的基础上开展变压器的保护分析仿真，首先对变压器处于空载合闸情况下的励磁涌流开展仿真分析。通过建立电流输出模块来在线观察参数曲线的变化；其如图15所示。变压器处于空载合闸过程对模型的断路器进行相应的设置。图SEQ图\*ARABIC15示波器输出对上图14进行仿真，对于故障模块Fault1、Fault2暂不进行设置接入，只对三相断路器QF1、QF2进行设置，保持QF1为闭合状态，设置仿真时间为0.5S；得到的三相电流输出如图16、17所示。图SEQ图\*ARABIC16变压器处于空载合闸过程励磁涌流图SEQ图\*ARABIC17励磁涌流FFT分析对于三相变压器空载合闸的励磁涌流影响因素较多，包括电压大小、合闸初角、相位角等。下面将对三相变压器的差动保护过程开展仿真研究与分析。采用差动保护动作设计主要是为了减少消除不平衡电流对线路的影响，使电压器出现短路时，产生保护动作，具有比率制动特性的差动保护电路还具有制动特性，能够很好的改善变压器性能。设计的差动保护变压器模型如图18所示，示波器显示模型如图19所示。图SEQ图\*ARABIC18差动保护变压器模型图SEQ图\*ARABIC19差动保护示波器模型在示波器的输出显示模块，差动电流取两母线UM、UN所测同相电流差，制动电流取两母线UM、UN所测同相电流和的一半。设置QF1、QF2的切换时间位0S，故障模块Fault2，使电路在0.3~0.5s间发生三相短路，故障模块Fault1不动作，运行模型仿真结果如下图20所示。同理，采用同样的方法设置Fault1，故障模块Fault2不动作，得到的输出如图21所示。图SEQ图\*ARABIC20故障模块Fault2动作的电流输出图SEQ图\*ARABIC21故障模块Fault1动作的电流输出由上图20可知，输出电流中，制动电流大于差动电流，属于变压器保护区外，保护制动，由图21可知，动作电流大于制动电流，保护动作生效；能够给变压器带来保护的措施。在变压器相关区域出现故障时，根据故障发生在变压器区域内外来进行保护。过电流保护先设置在0.2s-0.35s发生短路，再设置Fault2在0.2s-0.35s发生短路，最后设置保护区外Fault3在0.2s-0.35s发生三相短路，按照整定计算设置Relay的值，设置延迟时限为0.2s，进行后备保护的仿真。图SEQ图\*ARABIC22匝间短路保护动作信号图S