CN1929229A - 适用于大型电力变压器的附加相位判别的励磁涌流识别新方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型电力变压器差动保护中励磁涌流识别的新方法，特别适用于三相分体安装的电力变压器，属于电力自动化技术领域。目的是提供一种新型、可靠安全的变压器励磁涌流闭锁判据，在涌流的谐波分析中，可以证明励磁涌流中的相位信息对正确判别涌流非常有效，其基本原理是：在基波与二次谐波相位差在0°或180°附近适当降低制动比。该判据有2个二次谐波制动比需要整定η₁，η₂，一般η₂＜η₁根据涌流中的基波、二次谐波的相位差来自适应地选取二次谐波制动比。利用附加相位判据根据涌流中的相位条件来调整二次谐波制动比，故能取得较好的制动性能。

Description

适用于大型电力变压器的附加相位判别的励磁涌流识别新方法

技术领域

本发明涉及一种大型电力变压器差动保护中励磁涌流识别的新方法，特别适用于三相分体安装的电力变压器，属于电力自动化技术领域。

背景技术

我国电力变压器差动保护中励磁涌流识别方法主要是依靠二次谐波幅值制动原理，随着大型电力变压器的不断应用，尤其是特高压电力变压器的应用，变压器在空载合闸的时候可能会由于某一相的二次谐波很小，导致差动保护误动，影响电力系统的安全稳定运行。

变压器励磁涌流识别是变压器差动保护中的一个关键技术问题，目前使用的二次谐波、波形对称原理在其核心思想是利用了涌流中含有丰富的偶次谐波分量，但某些情况下，尤其对大型电力变压器(500kV以上)，由于剩磁和合闸相角的关系，变压器空投会出现涌流特征不明显的情况，此时单纯利用涌流中谐波的幅值信息进行判别效果就不太明显，容易造成误判引起保护误动，对电网安全稳定运行造成威胁。因此提出有效的励磁涌流判别方法就具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型、可靠安全的变压器励磁涌流闭锁判据，在涌流的谐波分析中，可以证明励磁涌流中的相位信息对正确判别涌流也非常有效，如二次谐波制动原理增加相位判据特征，根据基波与二次谐波之间的相位关系，自适应调整二次谐波制动比，充分利用涌流频谱中的幅值、相位信息，对提高二次谐波制动原理的性能有很大的价值，能有效改善大型变压器中区分涌流和内部短路的能力。

增加辅助相位判据能更有效地利用涌流波形的全信息，提高涌流识别的正确率，其基本原理是：在基波与二次谐波相位差在0°或180°附近适当降低制动比。该判据有2个二次谐波制动比需要整定η₁，η₂，一般η₂＜η₁根据涌流中的基波、二次谐波的相位差来自适应地选取二次谐波制动比。传统的二次谐波涌流制动判据为图1中一半径为η₁的圆，它不管基波与二次谐波相位的关系，均采用一个固定的谐波比判据。附加相位判据根据涌流中的相位条件来调整二次谐波制动比，故能取得较好的制动性能。

为了实现上述的目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

适用于大型电力变压器的附加相位判别的励磁涌流识别新方法，其特征在于在图1制动系数复平面上，设定其中的粗线为自适应附加相位判据的制动边界，在制动边界外面，差动保护可靠制动，在边界里面则开放差动保护；二次谐波复数比可以定义为：

$\mathrm{\η}=\frac{I_2}{I_1}\∠(2{\mathrm{\φ}}_1--{\mathrm{\φ}}_2)---\left(1\right)$

基波与二次谐波相量的计算公式如下：

$a_1=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[x\left(k\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\right];b_1=-\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[x\left(k\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\right];{\stackrel{\·}{I}}_1=a_1+j{b}_1{\mathrm{\φ}}_1=\arg \left({\stackrel{\·}{I}}_1\right)$

$a_2=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[x\left(k\right)\cos \left(\frac{4\mathrm{\π\πk}}{N}\right)\right];b_2=-\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[x\left(k\right)\sin \left(\frac{4\mathrm{\πk}}{N}\right)\right];{\stackrel{\·}{I}}_2=a_2+j{b}_2{\mathrm{\φ}}_2=\arg \left({\stackrel{\·}{I}}_2\right)$

图1为该判据的动作特性，当涌流中基波与二次谐波的相位差0°或180°附近时，只要二次谐波制动比大于η₁，就判别为涌流，附加相位判别的自适应二次谐波制动判据为：

(a)当基波与二次谐波之间的关系满足：

|2φ₁-φ₂|≤θ₁或(180°-θ₁)≤2φ₁-φ₂≤180°或-180°≤2φ₁-φ₂≤(-180°+θ₁)采用二次谐波判据：η≥η₂

(b)当基波与二次谐波之间的关系满足：

θ₁≤|2φ₁-φ₂|≤180-θ₁或(-180°-θ₁)≤|2φ₁-φ₂|≤-θ₁

采用二次谐波判据：

                       η≥η₁

当式(b)条件满足时，说明涌流中基波与二次谐波的相位差不在0°或180°附近，此时的二次谐波制动比为常规的制动系数η₁。

前述的适用于大型电力变压器的附加相位判别的励磁涌流识别新方法，其特征在于该方法主要适用于三相分体或者Δ环内有TA的变压器。

本发明的优点是充分利用了涌流中的波形信息(幅值和相位)，有效地改善了某些涌流二次谐波特征不明显时的制动性能，同时空投变压器内部故障时也不会误闭锁差动保护。通过在各种变压器区内、区外故障的仿真与动模数据试验结果表明：附加相位判别的自适应二次谐波励磁涌流制动方案具有优良的动作性能，并有较好的实际工程应用价值。但要注意的是：由于只是励磁支路的励磁涌流满足该相位关系，如变压器含有三角绕组，则从Y0侧空投Y0/Δ-11时，在Y0侧线电流并不等于绕组的励磁电流，由于涌流的助增作用，线电流中可能会出现对称性涌流。也就是说，基于附加相位判据不能随便在什么类型接线的变压器上实现，它主要适用于三相分体或者Δ环内有TA的变压器，也就是说它比较适用于500kV或者1000kV特高压变压器中。

附图说明

图1附加自适应相位判据动作平面；

图2空投和空投于变压器内部故障A相的动作情况

图3外部故障TA饱和与内部故障时A相的动作行为分析

具体实施方式：

本发明用现场故障录波和仿真数据进行了验证。下面是本发明在各工况下的动作特性分析

(1)涌流中二次谐波特征不明显条件下的动作性能。

目前国内外的数字变压器差动保护大多采用二次谐波制动原理来躲过励磁涌流，二次谐波制动比往往取15％-17％，这个值是按照饱和磁通为1.4倍额定磁通最小二次谐波来考虑的。但现代变压器的饱和磁通通常在1.2-1.3倍甚至低于1.15倍，在这种情况下，涌流中的二次谐波可能低至10％以下，如果仍采用传统固定不变的二次谐波制动比，则很有可能造成变压器差动保护误动。而采用附加相位判据，根据相位条件自适应的调节二次谐波制动系数，在0°、180°附近自适应地减小二次谐波制动比，可保证大型电力变压器在涌流特征不明显时差动保护可靠不误动。

图2(a)-(c)为一次空载合闸条件下比率制动特性变压器差动保护采用传统二次谐波制动原理的动作情况。采用仿真的数据来分析，变压器饱和磁通为Bs＝1.2，A相空载合闸角度α＝0°，A、B、C三相剩磁分别为[0.8，0，0]。设定自适应附加相位判据的2个二次谐波制动比及θ₁为η₁＝0.15，η₂＝0.10，θ₁＝30°。比率制动特性差动保护的拐点电流为Ig＝4A，启动电流为Iq＝1A，比率制动系数Ks＝0.4。空投变压器涌流时，A相的单侧涌流中二次谐波含量比较小，大部分时间低于传统二次谐波整定值0.15，因此A相在涌流时二次谐波制动没有可靠制动，引起差动保护出口误动。采用自适应附加相位判据后，涌流的制动条件受基波与二次谐波相位自适应调节，A相计算出来的相位在0°，180°左右，根据自适应附加相位判据的方案，此时二次谐波制动比为0.1，A相可靠制动，提高了差动保护在励磁涌流中二次谐波特征不明显条件下的动作性能。

(2)空投变压器内部故障时的动作性能分析

图2(d)-(f)为在空投内部故障时，自适应附加相位制动方案的动作结果。此时A相二次谐波含量较大，且随时间慢慢地从0.5衰减到0.12左右，在衰减过程中基波与二次谐波相位差大约在50°左右，直到二次谐波制动比衰减到0.15以下，保护才出口动作并切除故障。因此附加相位判别的自适应二次谐波制动方案在空投变压器内部故障的时候不会误闭锁差动。

(3)在外部故障TA饱和时的动作行为分析。

外部故障TA饱和时，流入差动回路的暂态不平衡电流大为增加，可能会引起差动保护的误动。图3绘制了在高压侧近端AB相间短路故障时A相自适应附加相位判据的动作行为，A相差动回路中出现了峰值大于二次侧额定电流的差流，但此时三相差流中的二次谐波比较大，该判据能可靠地闭锁差动保护。因涌流与TA饱和属于2类不同的问题，单从谐波比并不能区分是TA饱和还是变压器励磁涌流，但从相位特征上来分析，TA饱和时差流中的基波与二次谐波相位差并不呈现涌流中基波与二次谐波相位差的特征，因此外部故障TA饱和时对自适应附加相位判据并没有影响，反而增强了制动性能。防止外部故障电流下TA饱和的误动还可以通过其它方法来解决。

(4)在内部轻微匝间故障时的动作行为分析

图3(d)(f)绘制了低压匝间故障时该自适应附加相位判据的动作性能，从图中可以看出，A相的差流较大，A相中的二次谐波含量非常小，因此附加相位判别的二次谐波制动方案不制动，变压器差动保护可靠快速地动作。

上述实施例不以任何方式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1、适用于大型电力变压器的附加相位判别的励磁涌流识别新方法，其特征在于在制动系数复平面上，设定自适应附加相位判据的制动边界，在制动边界外面，差动保护可靠制动，在边界里面则开放差动保护；二次谐波复数比可以定义为：

$\mathrm{\η}=\frac{I_2}{I_1}\∠(2{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)...\left(1\right)$

基波与二次谐波相量的计算公式如下：

${\mathrm{\α}}_1=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[x\left(k\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\right];b_1=-\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[x\left(k\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\right];i_1=a_1+j{b}_1{\mathrm{\φ}}_1=\arg \left(i_1\right)$

$a_2=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[x\left(k\right)\cos \left(\frac{4\mathrm{\πk}}{N}\right)\right];b_2=-\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[x\left(k\right)\sin \left(\frac{4\mathrm{\πk}}{N}\right)\right];i_2=a_2+j{b}_2{\mathrm{\φ}}_2=\arg \left(i_2\right)$

制动系数复平面为该判据的动作特性，当涌流中基波与二次谐波的相位差0°或180°附近时，只要二次谐波制动比大于η₁，就判别为涌流，附加相位判别的自适应二次谐波制动判据为：

(a)当基波与二次谐波之间的关系满足：

|2φ₁-φ₂|≤θ₁或(180°-θ₁)≤2φ₁-φ₂≤180°或-180°≤2φ₁-φ₂≤(-180°+θ₁)采用二次谐波判据：η≥η₂

(b)当基波与二次谐波之间的关系满足：

             θ₁≤|2φ₁-φ₂|≤180-θ₁或(-180°-θ₁)≤|2φ₁-φ₂|≤-θ₁

采用二次谐波判据：

                             η≥η₁

当式(b)条件满足时，说明涌流中基波与二次谐波的相位差不在0°或180°附近，此时的二次谐波制动比为常规的制动系数η₁。

2、根据权利要求1所述的适用于大型电力变压器的附加相位判别的励磁涌流识别新方法，其特征在于该方法主要适用于三相分体或者△环内有TA的变压器。

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