二次諧波制動(dòng)原理及特性分析

二次諧波制動(dòng)原理及特性分析

0基于二次諧波制動(dòng)的高可靠的自適應(yīng)勵(lì)磁涌流制動(dòng)勵(lì)磁補(bǔ)償?shù)谋Ｗo(hù)受到勵(lì)磁補(bǔ)償流問題的困擾。當(dāng)壓力損失和外部故障消除時(shí)，與內(nèi)部短路電流相比的勵(lì)磁涌流會(huì)流入側(cè)的動(dòng)態(tài)電路，從而導(dǎo)致壓力損失的保護(hù)誤差。因此,在一些非內(nèi)部故障的暫態(tài)過程中(如空投、區(qū)外故障),需通過檢測(cè)這種非內(nèi)部故障暫態(tài)過程引起的差動(dòng)電流來(lái)防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。二次諧波制動(dòng)方法是最常用的一種涌流制動(dòng)方法,普遍采用導(dǎo)則中規(guī)定的15%~20%的制動(dòng)系數(shù)。但現(xiàn)代變壓器磁特性的變化和容量的不斷增大使得涌流時(shí)二次諧波含量降低,而當(dāng)系統(tǒng)帶有長(zhǎng)線路或用電纜線連接變壓器時(shí),內(nèi)部故障電流的二次諧波含量可能較高,所以單純的二次諧波制動(dòng)原理很難確定制動(dòng)比。取得過高,容易造成涌流時(shí)差動(dòng)誤動(dòng),取得過低,內(nèi)部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)可能延時(shí)動(dòng)作甚至拒動(dòng)。目前對(duì)于二次諧波制動(dòng)比Kd2的計(jì)算方法常用的有:諧波比最大相制動(dòng)、按相制動(dòng)和綜合相制動(dòng)3種。這3種方法都無(wú)法兼顧帶有故障合閘時(shí)保護(hù)動(dòng)作的速動(dòng)性和單純涌流制動(dòng)可靠性2個(gè)方面的要求。為克服現(xiàn)有二次諧波制動(dòng)方法的缺陷,本文提出一種基于二次諧波制動(dòng)的高可靠的自適應(yīng)勵(lì)磁涌流制動(dòng)方法,保證變壓器在勵(lì)磁涌流情況下裝置不誤動(dòng),在任何有內(nèi)部故障情況下快速動(dòng)作。該方法已經(jīng)在實(shí)際的裝置研發(fā)中得到應(yīng)用,通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行證明其對(duì)提高變壓器差動(dòng)的靈敏性和可靠性很有效。1次諧波分相制動(dòng)的影響某變電站一次空投變壓器時(shí)的錄波圖如圖1所示。由于空投時(shí)變壓器高壓側(cè)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流,導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)較大差流,A,B,C三相差動(dòng)分別啟動(dòng)。變壓器差動(dòng)保護(hù)采用二次諧波一相制動(dòng)三相的制動(dòng)原理,差動(dòng)沒有誤動(dòng)。表1為變壓器高壓側(cè)空投后一定時(shí)間內(nèi)相應(yīng)的差動(dòng)電流有效值和二次諧波含量。由表1發(fā)現(xiàn),A相差流的二次諧波含量在合開關(guān)后的30ms時(shí)刻降到了14.1%,而定值整定的制動(dòng)比為15%,A相差動(dòng)沒有誤動(dòng)是因?yàn)锽,C相差流中的二次諧波含量一直很高,采用一相制動(dòng)三相的方法有效防止了差動(dòng)誤動(dòng)的發(fā)生。如果采用二次諧波分相制動(dòng)原理,A相差動(dòng)必然誤動(dòng)。雖然采用一相制動(dòng)三相的方法可提高勵(lì)磁涌流制動(dòng)的可靠性,但隨著變壓器工作磁通密度的提高,涌流中的二次諧波含量會(huì)減小,其大小難以估計(jì)?？赡茉谀承┣闆r下,在勵(lì)磁涌流過程中某一時(shí)刻三相差流中的二次諧波含量都低于制動(dòng)比定值,所以單用一相制動(dòng)三相的方法并不能從根本上實(shí)現(xiàn)可靠制動(dòng),同時(shí)還可能造成變壓器開關(guān)合閘于變壓器內(nèi)部故障時(shí)拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作。進(jìn)一步分析表1數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在剛合開關(guān)的1個(gè)周期內(nèi)差流和差流中的二次諧波含量很高,之后隨著勵(lì)磁涌流的衰減,差流基波含量逐漸變小,同時(shí)二次諧波含量也逐漸變小并伴隨著一些波動(dòng)。為此,如果考慮在空投非故障變壓器或外部故障恢復(fù)過程中,利用合開關(guān)后差流隨勵(lì)磁涌流衰減的變化特性,實(shí)時(shí)調(diào)整制動(dòng)比系數(shù),將更有效地防止差動(dòng)誤動(dòng)。2次諧波一相制動(dòng)相位某變電站一次空投于內(nèi)部A相接地故障變壓器時(shí)的錄波圖如圖2所示。由于變壓器內(nèi)部A相接地故障,高壓側(cè)A相電流包含勵(lì)磁涌流和故障電流2部分,導(dǎo)致波形的涌流特征不明顯,并且由于故障電流的存在,A相電流在合閘瞬間增大,然后基本保持穩(wěn)定,衰減不明顯,B,C兩相不含故障電流,涌流特征很明顯。合開關(guān)后,三相差動(dòng)都啟動(dòng),但變壓器差動(dòng)保護(hù)采用二次諧波一相制動(dòng)三相的制動(dòng)原理,二次諧波始終閉鎖差動(dòng),差動(dòng)保護(hù)沒有動(dòng)作。表2為空投于內(nèi)部A相接地故障變壓器時(shí)一定時(shí)間內(nèi)相應(yīng)的差動(dòng)電流有效值和二次諧波含量。由表2可看出,A相因存在故障電流分量,在合開關(guān)的30ms后差動(dòng)電流基波含量基本保持不變,但A相中二次諧波含量衰減很快,且低于整定的制動(dòng)比15%;B,C兩相在剛合開關(guān)的1個(gè)周期內(nèi)差流和差流中的二次諧波含量很高,之后隨勵(lì)磁涌流的衰減,差流和二次諧波含量逐漸變小,但B,C兩相的二次諧波含量始終大于整定的制動(dòng)比15%,所以在采用二次諧波一相制動(dòng)三相的情況下,B,C兩相將閉鎖三相差動(dòng),故障相A相差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。進(jìn)一步分析得出,空投于有故障變壓器時(shí),差流和二次諧波含量在合閘瞬間都增大,但故障相基波電流增加較其他相多,且不衰減,導(dǎo)致故障相電流中二次諧波含量比其他非故障相低,且衰減更快。為此,考慮如果在變壓器空投或故障切除電壓恢復(fù)的過程中能有效識(shí)別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障,在勵(lì)磁涌流時(shí)降低制動(dòng)比,在內(nèi)部故障時(shí)提高制動(dòng)比,就可以提高勵(lì)磁涌流制動(dòng)的可靠性,同時(shí)在開關(guān)合于區(qū)內(nèi)故障時(shí),有效識(shí)別故障解除二次諧波交叉閉鎖,保證差動(dòng)快速動(dòng)作。3次諧波交叉封閉保護(hù)本文提出一種自適應(yīng)的二次諧波制動(dòng)原理,將諧波制動(dòng)過程分為2個(gè)時(shí)間段。第1個(gè)時(shí)間段在開關(guān)合閘后的1個(gè)周期,采用現(xiàn)有一相制動(dòng)三相的二次諧波制動(dòng)原理。設(shè)二次諧波制動(dòng)系數(shù)為k2,進(jìn)行諧波比最大相制動(dòng),當(dāng)滿足式(1)時(shí)認(rèn)為發(fā)生了勵(lì)磁涌流,閉鎖A,B,C三相差動(dòng)。因?yàn)樵诤祥l后的1個(gè)~2個(gè)周期內(nèi)二次諧波含量都會(huì)突然升高,所以采用一相制動(dòng)三相的二次諧波制動(dòng)原理,能保證差動(dòng)保護(hù)裝置可靠不動(dòng)作。Kd2=max{IdA2IdA1,IdB2IdB1,IdC2IdC1}≥k2Κd2=max{ΙdA2ΙdA1,ΙdB2ΙdB1,ΙdC2ΙdC1}≥k2(1)第2個(gè)時(shí)間段發(fā)生在二次諧波交叉閉鎖差動(dòng)保護(hù)后,是一個(gè)跟蹤的過程。由1.1節(jié)分析可知,對(duì)于無(wú)故障的變壓器,合開關(guān)后差動(dòng)電流基波含量會(huì)瞬間增大,然后衰減變小,所以差動(dòng)電流基波含量變化量的標(biāo)幺值ΔI˙dφ1(n)<0ΔΙ˙dφ1(n)<0。由1.2節(jié)分析可知,對(duì)于有故障的變壓器,差動(dòng)電流在合閘瞬間也會(huì)增大,且不衰減,所以ΔI˙dφ1(n)≥0ΔΙ˙dφ1(n)≥0?；诓顒?dòng)電流在合開關(guān)后的變化特征可以設(shè)置一個(gè)浮動(dòng)門檻εφ(n):εφ(n)=λΔI˙dφ1(n)εφ(n)=λΔΙ˙dφ1(n)(2)式中:εφ(n)為當(dāng)前采樣點(diǎn)n的浮動(dòng)門檻;λ為可靠性系數(shù);φ=A,B,C。此時(shí)的制動(dòng)系數(shù)變?yōu)閗2+εφ(n)。對(duì)于無(wú)故障的變壓器,合開關(guān)后差動(dòng)電流逐漸衰減變小。所以εφ(n)<0,k2+εφ(n)<k2,相當(dāng)于降低了勵(lì)磁涌流判斷的制動(dòng)比,可以有效防止在第2個(gè)時(shí)間段由于二次諧波含量波動(dòng)造成的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)于有故障的變壓器,差動(dòng)電流在合閘瞬間增大,然后基本不衰減。所以εφ(n)≈0,k2+εφ(n)≈k2,因?yàn)楣收舷嗖盍髦卸沃C波含量比其他非故障相低,且衰減更快,高制動(dòng)比可以保證故障相差流中二次諧波含量滿足:Kdφ2(n)<k2+εφ(n)(3)因此,在第2個(gè)時(shí)間段差動(dòng)保護(hù)解除一相制動(dòng)三相的交叉閉鎖方式,改為分相制動(dòng)。引入浮動(dòng)門檻利用式(3)不僅能有效防止二次諧波含量波動(dòng)引起的誤動(dòng),同時(shí)還可以讓內(nèi)部故障可靠跳閘。為了更可靠地識(shí)別內(nèi)部故障,利用合閘于故障變壓器差動(dòng)電流不衰減和二次諧波含量很快衰減的特性,引入對(duì)差流和二次諧波含量變化特性的判斷,利用式(4)和式(5)作為式(3)的輔助判據(jù),保證故障相差動(dòng)快速可靠動(dòng)作。式(5)中ε由變壓器勵(lì)磁涌流衰減特性確定。Idφ1(n)≥Idφ1(n-m)(4)Kdφ2(n)<Kdφ2(n-m)-ε(5)4次諧波分析在一相二次諧波制動(dòng)三相差動(dòng)的前提下,利用浮動(dòng)門檻判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)。如果空投于無(wú)故障變壓器,差動(dòng)電流基波含量在合閘后衰減變小,浮動(dòng)門檻εφ(n)為負(fù)值,k2+εφ(n)<k2,相當(dāng)于降低了二次諧波制動(dòng)比系數(shù),提高了勵(lì)磁涌流制動(dòng)的可靠性,保證在這種情況下差動(dòng)可靠不誤動(dòng)?？胀队诠收献儔浩鲿r(shí),浮動(dòng)門檻不降低二次諧波制動(dòng)比系數(shù),高制動(dòng)比可以保證故障相差動(dòng)可靠動(dòng)作。某電廠主變差動(dòng)保護(hù)空投于高壓側(cè)B相繞組內(nèi)部接地故障的電流波形圖如圖3所示。變壓器高壓側(cè)額定電流為Ie=3.4A,二次諧波制動(dòng)比定值為10%;差動(dòng)電流啟動(dòng)值Id.q=0.4Ie;二次諧波制動(dòng)系數(shù)k2=10%;可靠性系數(shù)λ=0.8。根據(jù)表3數(shù)據(jù)得到在空投開始20ms,B相差動(dòng)啟動(dòng)。如果采用傳統(tǒng)或門制動(dòng)方法,保護(hù)可能拒動(dòng)。采用自適應(yīng)二次諧波原理,利用諧波比最大相制動(dòng),此時(shí)Kd2=29.28%>10%,判斷出存在勵(lì)磁涌流,保護(hù)在交叉閉鎖后將進(jìn)入第2時(shí)間段判斷。以表3中第2個(gè)計(jì)算點(diǎn)(30ms時(shí)刻)B相為例說(shuō)明,計(jì)算B相當(dāng)前采樣點(diǎn)n=2的浮動(dòng)門檻:εφ(n)=0.8×(17.80-17.62)/3.4=0.8×0.0529=4.24%,判斷B相二次諧波在第2個(gè)計(jì)算點(diǎn)的二次諧波含量KdB2(n)=14.01%<10%+4.24%,滿足式(3),則進(jìn)入下一步判斷;取ε=5%,得IdB1(n)=17.80>17.62和K2φ(n)=14.01<16.42-0.05,分別滿足式(4)和式(5),則該相差動(dòng)開放。差動(dòng)保護(hù)在故障發(fā)生30ms左右迅速動(dòng)作出口跳閘。5及時(shí)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)本文提出一種新的二次諧波制動(dòng)方法,在傳統(tǒng)的二次諧波制動(dòng)原理基礎(chǔ)上,設(shè)置浮動(dòng)門檻并實(shí)時(shí)跟蹤掌握基波含量變化特性和二次諧波含量對(duì)基波含量比的變化特性,利用這些變化特性及時(shí)分析判斷變壓器的運(yùn)行狀態(tài),以確定可靠閉鎖或及時(shí)開放差動(dòng),解決了現(xiàn)有方法在勵(lì)磁涌流制動(dòng)和差動(dòng)保護(hù)正確快速