一种新型的变压器差动保护制动方案

一种新型的变压器差动保护制动方案

0采用二次谐波制动方案励磁底板保护受到干扰。当扰动装置的负载打开或外部故障消除时，与内部短路电流类似的励磁时钟会产生与室内短路电流类似的外部故障，导致二次故障压缩器的误动。励磁涌流中含有大量高次谐波和非周期分量,除基波和非周期分量外,高次谐波电流以二次谐波为最大。但现代变压器铁芯广泛采用高导磁冷轧晶粒硅钢材料,饱和点低且剩磁较大,使得励磁涌流中某一相或两相电流的二次谐波含量很小;而当系统带有长线路或用电缆线连接变压器时,内部故障电流的二次谐波含量可能较高。因此,传统的二次谐波制动方案受到了极大的威胁。目前工程上普遍采用的二次谐波制动方案,主要有如下几种:与制动逻辑、或制动逻辑和三取二逻辑等。然而,上述每种制动方案都存在一定缺陷,并不能很好地满足差动保护励磁涌流闭锁可靠性和内部故障快速性的要求。1rtds仿真实验图1为现场某220kV变电站变压器高压侧空投正常变压器时的波形,该波形对应基波有效值及其相应的二次谐波含量见表1。二次谐波制动系数为0.15,比率差动门槛值为1.50A(0.4Ie)。图2为RTDS仿真实验中,220kV变压器高压侧空投中压侧(110kV)A相接地故障时故障波形,该波形对应基波有效值及其相应的二次谐波含量见表2。二次谐波制动系数为0.15,比率差动门槛值为0.24A(0.4Ie)。1.1次谐波含量的识别在变压器励磁涌流中含有较大的谐波分量,其中二次谐波分量最大。利用差电流的二次谐波含量可以识别涌流。判据为该原理不仅在常规保护中有较多运行经验,而且在微机保护中容易实现,故在国内外变压器实际投入运行中得到广泛应用。工程应用中,主流的二次谐波涌流制动方案有以下几种。1.2次谐波含量低“与”制动逻辑,差流元件采用分相涌流制动,即本相涌流只闭锁本相差流元件。从空充涌流波形图1、表1可以看出当变压器合闸100ms后,A、C相差流中的二次谐波含量都大于整定门槛值,而B相差流中的二次谐波含量为0.145,低于门槛值。此时,如果采用分相制动逻辑,B相差动就会发生误动。为了提高分相制动逻辑的可靠性,实际工程应用中,采用了浮动门槛识别判据、二次谐波变化趋势判据和直流助增原理来提高差动保护躲避励磁涌流的能力。但在变压器空充过程时,会出现单相差流中二次谐波含量很低,甚至低于5%的情况,现场曾出现过数次。此时,以上的几种改进方式,都无法保证差动保护不误动。因此单纯的依靠分相制动逻辑,在可靠性方面存在不足。1.3差动保护动作时间长“或”制动逻辑,即任一相差流元件被涌流制动时,闭锁三相比率差动元件。针对空充涌流波形图1、表1,采用“或”制动逻辑,可靠不误动。但是针对故障波形图2、表2,“或”制动逻辑需等到故障之后260ms左右,保护才能动作,大大延长了差动保护动作时间。无论理论分析还是实际录波分析,大部分情况下,三相涌流中会有一相二次谐波较大,“或”制动逻辑可使差动保护安全躲过的涌流。但是“或”制动逻辑在空投到内部故障主变尤其是非全相故障时,将大大延长差动动作时间或引起保护拒动,这样将导致主变故障发展或扩大故障造成损失。因而对主变差动保护简单地采用“或”制动逻辑也是不完善的。1.4方案二:差动保护“三取二”逻辑有以下几种实现方案:方案一。两相及以上差流元件被涌流制动时,闭锁三相差动元件,否则不闭锁任何一相;该方案容易误动。方案二。两相及以上差流元件涌流开放时,开放差动保护;该方案可靠性较高,但快速性相对较低。方案三。改进型的方案二,在变压器空投情况下,自适应的投入200ms的“三取二”逻辑(方案二),200ms过后自动切换回分相制动逻辑。从故障波形图2、表2分析,方案二需等到故障之后260ms左右,保护才能动作;方案三也需等到故障之后200ms左右,涌流制动逻辑切换回分相制动,保护才能动作,其动作时间取决于制动逻辑的切换时间,而切换时间的选取又存在很大的不确定性,需要更进一步的深入研究。分析结果表明,以上几种方案都无法较好解决差动保护快速性和可靠性之间的矛盾。2相二次谐波之和与三基波历史维稳的比较绝大多数情况下,在空充正常变压器时,涌流三相二次谐波平方值之和与三相基波平方值之和的比值均大于0.022。本文在此基础上,结合“三取二”逻辑,提出了一种二次谐波综合制动方案。2.1差动保护的确定该方案的判据如下:判据1。M>N,为主判据,即当差动允许动作相数大于涌流制动相数,则开放差动保护。判据2。M=N、M≥1且KZ<0.022,即当差动允许动作相数等于涌流制动相数时,计算综合涌流系数KZ,若KZ<0.022,则开放差动保护。两个判据中任何一个满足即开放差动保护。M为差动允许动作相数。当单相差流满足差动曲线,且本相差流的二次谐波含量小于门槛值,则M++;N为涌流制动相数。当单相差流满足差动曲线,且本相差流的二次谐波含量大于门槛值,则N++。在计算的过程中,差动允许动作相数与涌流制动相数分别计数。其中:Kma为A相综合涌流相关系数,当A相差流大于差动门槛时为1,否则为0;Kmb、Kmc类似。2.2空投两相故障的影响分析以下分析基于差动电流转换方式为Y转△的模式:当空投变压器时,由于涌流特性明显,经Y/△转换,差流中理论上至少两相体现为涌流,因此涌流制动相数N≥2,不满足M>N,保护不会误动。当空投故障变压器单相时,单相故障电流大,经Y/△转换,差流表现在两相,此时有两相差动能动作,不被涌流制动,因此差动允许动作相数M=2,而涌流制动相数N≤1,满足M>N,保护能可靠快速地动作。空投两相及以上故障变压器时,此时差流里面的故障特性明显,差动允许动作数M≥2,涌流制动相数N≤1,满足M>N,保护能可靠快速地动作。当空投轻微匝间故障时,根据数据回放和理论分析,刚开始时波形涌流特性与故障特性都比较明显,在故障波形开始时有可能涌流制动相数N≥2,差动允许动作数M≤1,此后随着涌流特性的衰减,差动允许动作相数M会变大,而涌流制动相数N会变小,当一至两周波后,就会出现满足M>N条件;中间可能会出现M=N=1的情况,此时可进一步通过综合涌流系数KZ来开放差动。针对空充波形图1、表1的数据分析:在空充合闸的前80ms内,N=3、M=0,不满足M>N,不会开放差动保护;在空充合闸的100~120ms内,N=2、M=1,不满足差动开放条件;在波形后期由于涌流衰减,差流变小,无法满足差动动作曲线,故此差动允许动作相数M=0,也不会满足差动开放条件。针对故障波形图2、表2的数据分析:在空合于故障60ms后,差动允许动作相数M=1,而涌流制动相数N=1,即M=N,但此时的二次谐波综合制动系数KZ=0.021,小于内部门槛定值0.022,故此满足差动开放条件,差动保护可快速动作出口。综上分析,二次谐波综合制动逻辑整体优于“或”制动逻辑和传统的“三取二”逻辑。2.3现场大量励磁涌流试验验证该方案已经在变压器差动保护装置中实现,通过RTDS仿真试验和现场大量励磁涌流录波数据回放试验验证,抗励磁涌流能力强,在各种励磁涌流情况下都不会误动,在区内故障