單相三繞組自耦變壓器勵磁涌流制動新判據(jù)

單相三繞組自耦變壓器勵磁涌流制動新判據(jù)

1自環(huán)變壓器空投工藝改進電力系統(tǒng)的主要設(shè)備是能源系統(tǒng)，在能源系統(tǒng)的運行中發(fā)揮著重要作用。因自耦變壓器具有成本低、運行效率高和勵磁功率低等諸多優(yōu)點,現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于220kV及以上的電網(wǎng)中。但由于自耦變壓器結(jié)構(gòu)特殊及鐵心材料的改進,使得其在正常情況下空投時的二次諧波含量遠低于傳統(tǒng)工程經(jīng)驗值,導(dǎo)致傳統(tǒng)二次諧波制動失效,使保護發(fā)生誤動作。如何正確區(qū)分勵磁涌流與內(nèi)部故障電流成為自耦變壓器差動保護所面臨的一個難題。本文中作者運用PSCAD/EMTDC仿真軟件對單相三繞組自耦變壓器進行了合理建模,利用自耦變壓器空載合閘和內(nèi)部故障時差流中二次諧波與三次諧波比值的特征量,提出一種適合于自耦變壓器的勵磁涌流制動新判據(jù),通過大量仿真驗證,表明新判據(jù)能有效地區(qū)分勵磁涌流與內(nèi)部故障。2繞組合模型的建立單相三繞組自耦變壓器的電路圖如圖1所示。圖1中,U1、I1為高壓側(cè)繞組的電壓和電流,U2、I2為中壓側(cè)繞組的電壓和電流,U3、I3為低壓繞組的電壓和電流,I為公共繞組的電流,E2、E3、Ec分別為中、低壓繞組及串聯(lián)繞組的電動勢,Z2、Z3、Zc分別為中、低壓繞組及串聯(lián)繞組的漏阻抗。簡化出其對應(yīng)的單相三繞組自耦變壓器等效電路圖,如圖2所示。等效電路中的參數(shù)可以用三繞組普通變壓器的試驗方法測得,故可用三繞組普通變壓器為基礎(chǔ)來模擬三繞組自耦變壓器。由于PSCAD中并沒有成型的三繞組自耦變壓器模型,考慮到自耦變壓器串聯(lián)繞組與公共繞組的電聯(lián)系,將PSCAD三繞組變壓器模型中的二個繞組首尾相連接形成高壓和中壓繞組,以此來模擬自耦變壓器模型。如圖3所示,第1~第3繞組分別為低壓繞組、串聯(lián)繞組和公共繞組,此模型等效的前提是保證相應(yīng)的漏抗值相等。通過仿真驗證,證明了該自耦變壓器模型搭建方式是可行的。3磁浮新聞新審判3.1制動系數(shù)的確定傳統(tǒng)二次諧波制動原理是通過計算差動電流中的諧波分量與基波分量的比值來判斷是否發(fā)生勵磁涌流或者內(nèi)部故障,其判據(jù)如式(1)所示。式中,I1和I2分別為差動電流中的基波和二次諧波成分,K2為制動系數(shù)。比率制動的差動保護動作時,若式(1)同時滿足,則判斷為勵磁涌流,否則判斷為內(nèi)部故障。當自耦變壓器空載合閘,剩磁和合閘角滿足一定條件時,自耦變壓器鐵心飽和產(chǎn)生勵磁涌流,此時勵磁涌流中的二次諧波I2含量很小,與基波I1的比值小于制動檻值K2,傳統(tǒng)二次諧波制動失效,保護誤動。3.2次諧波iii由上述分析可知,傳統(tǒng)二次諧波制動原理不能有效地區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)部故障,但通過仿真分析發(fā)現(xiàn):自耦變壓器空載合閘發(fā)生勵磁涌流時,二次諧波I2與三次諧波I3在經(jīng)歷短暫上升后急劇下降,I3下降程度比I2大,使得I2與I3比值大于某一定值K3,如圖4a所示;而自耦變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時,二次諧波I2與三次諧波I3在經(jīng)歷短暫的上升后急劇下降,I2與I3的程度基本相同,其比值小于這個定值K3,如圖4b所示。根據(jù)上述特征,可構(gòu)造適合自耦變壓器勵磁涌流特征的新判據(jù):該判據(jù)是由差流二次諧波幅值占基波幅值的比例以及二次諧波幅值占三次諧波幅值的比例構(gòu)成或門制動方式,其原理如圖5所示。4高、中、低壓試驗利用PSCAD搭建如圖6所示的仿真系統(tǒng)。單相三繞組自耦變壓器高、中、低壓繞組的額定容量分別為120MVA、120MVA和60MVA;高、中、低壓的額定電壓分別為230kV、121kV及38.5kV;短路阻抗高壓-中壓為8.57%、高壓-低壓為30.38%、中壓-低壓為22.38%;短路損耗為301kW、空載損耗為59.2kW。將本文中的新算法與傳統(tǒng)的二次諧波制動方法進行仿真比較。4.1次諧波制動原理變壓器在70%剩磁,合閘角為0°,0.2s時空載合閘,其仿真圖如圖7所示,分別給出了差流Id、諧波分量、比率制動“87R”、閉鎖“87BL”及跳閘“Trip”的波形圖。圖7a是二次諧波制動原理的差動保護動作情況,差流Id很大,“87R”動作,0.209s后二次諧波分量急劇變小,與基波分量的比值遠小于制動檻值K2,導(dǎo)致“87BL”閉鎖失效,保護誤動。圖7b是基于新算法的差動保護動作情況,0.209s后,雖然二次諧波分量急劇變小,但三次諧波分量下降的程度更大,其二者之間的比值會大于制動檻值K3,基于新算法的“87BL”可靠閉鎖,保護未發(fā)生誤動。4.2次諧波與基波的比值變壓器30%處發(fā)生內(nèi)部單相接地短路,短路初始角為0°,在0.2s時發(fā)生內(nèi)部故障,其仿真圖如圖8所示。圖8a是二次諧波制動原理的差動保護動作情況,差流Id很大,“87R”動作,短路發(fā)生后的一段時間內(nèi)二次諧波與基波的比值大于制動檻值K2,所以在此期間“87BL”閉鎖了保護,在0.210s后,二次諧波含量急劇變小,其與基波的比值小于制動檻值K2,保護動作。圖8b是基于新算法的差動保護動作情況,短路發(fā)生后的一段時間內(nèi)二次諧波與基波的比值大于制動檻值K2,“87BL”閉鎖了保護,短路發(fā)生后的一段時間內(nèi)二次諧波與基波的比值大于制動檻值K2,“87BL”閉鎖了保護,在0.210s后,二次諧波與基波的比值小于K2且二次諧波與三次諧波的比值小于K3,新算法的差動保護正確動作。5自環(huán)