和应涌流对变压器差动保护的影响

和应涌流对变压器差动保护的影响

纵差源监控是保证压力容量安全运行的重要主要监控措施，但实际应用的正常运行率并不高。当并联或串联运行的2台变压器之一进行空载合闸时,空载合闸变压器会出现励磁涌流,而运行变压器则会出现和应涌流并可能导致变压器差动保护误动。近些年来,时有变压器发生和应涌流后差动保护误动作的报道,许多学者对这种现象进行了相关研究。文献对变压器和应涌流的产生机理进行了分析;文献分析了和应涌流对差动保护的影响及误动原因,但是其仿真及动模试验多为运行变压器空载运行情况下的和应涌流;文献提出基于时差法的和应涌流鉴别,该文实际上未考虑和应涌流引起的CT饱和的情况,当CT饱和时,该算法在和应涌流的情况下依然会发生保护误动作。文献提出了基于基波幅值增量的变压器和应涌流识别方法,该方法需要一定延时,而且和应涌流持续时间长,CT饱和时间难以确定,延时时间不易确定,牺牲了保护的速动性。因此为防止和应涌流下的差动保护误动,目前还是主要采用提高保护定值和CT的抗暂态饱和能力等措施,此时保护的灵敏性和经济性将受到影响。针对上述存在的问题,本文在考虑运行变压器带负载的情况下,利用电磁暂态分析软件EMTP搭建模型,对和应涌流误动原因进行详细的仿真分析,并根据和应涌流期间尤其是误动期间变压器端电压的特点,提出了基于电压法的变压器和应涌流辨别的新算法。通过大量仿真表明,该算法不仅可以有效地防止和应涌流期间差动保护的误动作,而且能够快速有效切除各种内部故障。1基于emtp的误动保护仿真分析目前,变压器广泛采用二次谐波制动的比率式差动保护,当变压器发生和应涌流时可能引起差动保护误动作。本文利用EMTP建立并联和应涌流仿真模型,对误动原因进行分析。利用EMTP中的96type作为CT的励磁支路,它既能反映铁芯的非线性,也考虑了铁芯的磁滞影响,因此它能够很好地反映CT的传变特性。1.1应涌流情况下的仿真分析当发生和应涌流时,变压器两侧会产生很大差流,动作电流将工作在比率制动特性拐点附近的动作区,如图1所示,因此容易造成比率制动式差动保护误动作。在发生和应涌流情况下,对差流和二次谐波比进行仿真分析,其结果如图2所示,差流的二次谐波含量较大,基本维持在基波的50%左右,二次谐波制动能够有效闭锁,保护不会发生误动作。图2中id代表差流,I1、I2中实线代表差流基波幅值,虚线代表差流二次谐波幅值。1.2ct暂态饱和的影响通过上面分析,和应涌流本身不会造成误动。当发生和应涌流时,和应涌流含有大量非周期分量,而且和应涌流衰减缓慢,这样很容易造成使CT发生暂态饱和而产生传变误差,因此CT暂态饱和对变压器保护的影响也至关重要,下面研究CT暂态饱和对差动保护的影响。在考虑到CT暂态饱和的情况下对差流和二次谐波比进行分析,仿真结果如图3所示,在发生和应涌流后一段时间之后,发生CT暂态饱和,由于和应涌流和CT暂态饱和产生的共同作用,二次谐波比下降,二次谐波制动不能可靠闭锁,很可能造成比率式差动保护的误动作。由此可见,和应涌流本身不会造成误动,和应涌流和CT暂态饱和共同作用才是误动的根本原因。2变压器端电压基波幅值计量模型本文从涌流误动期间变压器端电压特点出发,对和应涌流导致变压器差动保护误动作期间差流及端电压基波幅值变化趋势进行详细的仿真分析,变压器差流及其谐波和端电压基波幅值变化趋势如图4所示。仿真发现,在和应涌流误动期间变压器端电压缓慢升高,而发生内部故障时变压器端电压快速降低。利用上述特点,通过判断变压器端电压基波幅值变化趋势,可以在误动期间将和应涌流和内部故障进行有效区分。定义变压器端电压基波幅值增量:式中U(n),U(n-N/4)———分别为第n点和第n-N/4点变压器端电压基波分量幅值(n≥N,N/4为1/4周波采样点数),为了尽量保证数据的更新速度和保护的速动性,本文采用滑窗迭代DFT的谐波电压检测算法。ΔU(n)反应变压器基波幅值变化趋势,给定一个适当的电压基波幅值增量门槛值,在和应涌流误动期间,ΔU(n)>Uth,而在内部故障期间,ΔU(n)<0。据此建立基于变压器端电压增量的制动判据:满足式(2),则将差动保护闭锁。利用上述分析,在原有电流差动保护基础上加入端电压增量制动,与二次谐波制动一起构成闭锁环节,可以有效防止发生和应涌流后变压器保护的误动作。基于电压增量的变压器差动保护新方法的原理图如图5所示。3模拟测试本文利用EMTP建立如图6所示的的并联和应涌流仿真模型(见图6)。3.1次谐波制动算法5.400ms时差动保护动作在0.062s将变压器T2空载合闸,运行变压器T1正常运行,二次谐波制动的差动保护动作情况如图7(a)所示,其中87R代表比率动作信号,87BL代表制动信号,Trip代表差动保护动作信号。由图7(a)可见,差流较大使比率式差动保护动作,开始时二次谐波含量比较大,二次谐波制动能可靠闭锁,当CT发生暂态饱和后,和应涌流的差流和CT暂态饱和产生的差流共同作用,二次谐波比下降,二次谐波制动不能可靠闭锁,最终二次谐波制动算法0.406ms发生误动作。运用本文提出的新算法,差动保护动作情况如图7(b)所示,在加入了端电压增量制动之后,在误动期间,由于变压器端电压缓慢升高,满足式(1),端电压增量制动能可靠闭锁,保护没有误动。可见,新算法可以有效防止和应涌流导致的变压器差动保护误动作。3.2变差动保护动作(1)内部单相高阻接地在0.216s时T1变压器发生内部A相单相高阻接地故障,二次谐波制动的差动保护动作情况如图8(a)所示,由图可知,变压器发生内部故障,产生很大的差流使比率式差动保护动作,刚开始时刻二次谐波含量大闭锁保护跳闸,一段时间后二次谐波含量降低,二次谐波制动不能闭锁,最终二次谐波制动算法在0.232s时动作于跳闸,可靠切除内部故障。运用本文提出的新算法,变差动保护动作情况如图8(b)所示,变压器发生内部单相接地故障后,变压器端电压下降,端电压增量制动不能闭锁,新算法也是在0.232s时动作于跳闸,可靠切除内部故障。由此可知,新算法可以快速有效切除内部故障。(2)内部匝间短路故障在0.216s时T1变压器发生内部匝间短路,二次谐波制动和新算法的差动保护动作情况如图9所示,仿真结果和单相高阻接地相似。新算法能在0.230s时动作于跳闸,可靠切除内部故障。由此可知,新算法可以快速有效切除内部故障。3.3次谐波制动算法在0.062s将变压器T2空载合闸,在0.216时变压器T1发生A相单相接地故障,二次谐波制动的差动保护动作情况如图9(a)所示,由图可知,和应涌流期间,二次谐波含量较高,保护没有误动作,发生内部单相接地故障后,二次谐波含量降低,二次谐波制动不能闭锁,二次谐波制动算法能使保护在0.228s时动作于跳闸,可靠切除内部故障。运用本文提出的新算法,差动保护动作情况如图9(b)所示,和应涌流期间,变压器端电压缓慢升高,发出闭锁信号,防止保护误动作,当发生内部单相接地故障后,变压器端电压快速下降,端电压增量制动不能闭锁,新算法也在0.228s时动作于跳闸,可靠切除内部故障。由此可知,新算法能够快速有效切除此类转换型故障。4变压器端电压制动通过对带负载情况下变压器和应涌流的仿真分析,找出了和应涌流和CT暂态饱