a星-三角变换对变压器差动保护的影响

a星-三角变换对变压器差动保护的影响

电力压力装置是能源系统中最重要的电源之一，其安全运行直接关系到电气系统的连续稳定运行。近年来，当中国出现几种类型的电网压力计时，另一种相邻的连接装置或组合压力计的压力计产生和偏差，导致压力电阻器差动保护和误动的相关报告。因此，应流问题已成为电气系统继电保护的研究热点之一[5、6、7、8、9、10、11、12]。国内对和应涌流的研究主要集中在2个方面:一方面是研究变压器和应涌流的产生机理、变化特点及其影响因素;另一方面是探讨和应涌流导致变压器差动保护误动的原因,并提出一些防范措施.目前对于和应涌流的产生机理及其特点已有较为清楚的认识,即和应涌流的产生是由于励磁涌流流过系统电阻,在系统电阻上产生直流压降,引起相邻运行变压器端口电压出现直流分量,从而使运行变压器磁链发生变化,即产生和应涌流的本质原因在于端口电压出现直流分量,该直流电压分量使变压器磁链单调持续增大,导致铁芯饱和.虽然导致变压器饱和的原因不同,但是产生励磁涌流与和应涌流的根本原因均是由于变压器铁芯饱和.就波形特征而言,在一个周波内和应涌流波形与普通励磁涌流波形特征无明显区别,不同的是,和应涌流中非周期分量衰减非常缓慢,而非周期分量的长时间作用可能导致CT暂态饱和.因此,实际运行中现有变压器差动保护的励磁涌流判别元件是否能够有效识别和应涌流,一方面取决于和应涌流条件下变压器差动保护中差流的特点;另一方面则取决于CT暂态饱和对和应涌流的影响.关于CT暂态饱和对和应涌流波形特征的影响已有较多研究,而目前尚未见关于CT星-三角变换对和应涌流条件下变压器差动保护中差流影响的分析.同时,鉴于目前变压器差动保护中应用最广泛的涌流识别元件仍然是传统的基于二次谐波制动的识别方法,本文切合电力系统运行实际,分析和应涌流条件下CT星-三角变换对差流二次谐波含量的影响.1变压器星型侧的ct差动保护由于变压器的变比、接线组别以及变压器两侧CT额定电流不同,所以长期以来,在进行变压器差动保护判别之前,需要对电流进行幅值相位校正.电力系统中普遍采用的Y,d11接线方式变压器的差动保护接线如图1所示.众所周知,Y侧电流滞后△侧电流30°,为了消除由于相位不同造成的不平衡电流,通常将变压器的星型侧的3个CT接成三角形,而将变压器三角形侧的3个CT接成星形.在微机保护中,普遍采用软件调整相位的方法来完成CT的星-三角变换,即无论变压器采用什么连接方式,都可将变压器各侧的三相CT按星型接线,对变压器星型侧的三相电流两两相减构成补偿后的三相电流的采样值,而变压器三角形侧则直接用三相电流采样值进行计算.所以,假设变压器A,B,C三相绕组的一次侧与二次侧的差电流分别为ΔIA,ΔIB,ΔIC,则变压器差动保护测得的差动电流实际上为ΔIA-ΔIB,ΔIB-ΔIC,ΔIC-ΔIA.2相构成的差动电流由现有文献分析可知,变压器每相的和应涌流为偏向于时间轴一侧、先逐渐增大到最大值再逐渐衰减、幅值较大的涌流.为了便于分析,以A相减B相构成的差动电流为例进行分析.若A相与B相中只有一相产生了和应涌流,则保护测得的差动电流为一相的和应涌流;若A相与B相都有和应涌流,则要分2种情况考虑,第1种为A,B两相的涌流方向相同,第2种为A,B两相的涌流方向相反,这2种情况下变压器差动保护测得的差动电流实际上是每相绕组差电流的差.以下分别分析A,B两相的和应涌流方向相同与不同时,差动保护经CT星-三角变换后所得差流的二次谐波含量.2.1相和应涌流基波的基波幅值假设A相和应涌流中二次谐波与基波的比值为KA,B相和应涌流中二次谐波与基波的比值为KB,B相基波与A相基波的比值为K1,B相二次谐波与A相二次谐波的比值为K2,在和应涌流期间电源三相电压保持对称.当A相和应涌流方向与B相和应涌流方向相同时,A相和应涌流最大值将超前B相1/3个周期,即120°;A相和应涌流基波分量将超前B相120°,A相和应涌流二次谐波分量将超前B相240°,相位关系如图2所示,图中I˙A1,I˙A2Ι˙A1,Ι˙A2分别为A相和应涌流的基波分量、二次谐波分量,其余类推.由图2与余弦定理可以得到星-三角变换后2相和应涌流之差基波幅值为式中IA1为I˙A1Ι˙A1的有效值.同理,星-三角变换后两相和应涌流之差的二次谐波幅值为式中IA2为I˙A2Ι˙A2的有效值,K2=K1KB/KA.那么,两相和应涌流之差的二次谐波与基波比值为若B相基波与A相基波的比值K1大于1,即IB1>IA1,那么B相的涌流时间宽度大于A相的涌流时间宽度,即KB<KA,则KB<IAB2/IAB1<KA;反之,若B相基波与A相基波的比值K1小于1,即IB1<IA1,那么有KB>KA,则KB>IAB2/IAB1>KA.可见两相和应涌流方向相同时,经CT星-三角变换后,两相和应涌流之差的二次谐波含量介于两相和应涌流二次谐波含量之间.2.2星-三角变换后二次谐波含量的变化当A相与B相的和应涌流方向相反时,A相和应涌流最大值将滞后B相1/6个周期,但方向与A相相反;A相和应涌流基波分量将超前B相120°,A相和应涌流二次谐波分量将超前B相60°,相位关系如图3所示.由图3与余弦定理可以得到星-三角变换后两相和应涌流之差的基波的幅值:式中IA1为I˙A1Ι˙A1的有效值.同理,星-三角变换后两相和应涌流之差的二次谐波的幅值为式中IA2为I˙A2Ι˙A2的有效值,K2=K1KB/KA.那么,两相和应涌流之差的二次谐波与基波的比值为式中若KA=KB,即A,B两相涌流的时间宽度相同,IB1=IA1,即K1=1,则二次谐波含量IAB2/IAB1=<KA/3√<KAΙAB2/ΙAB1=<ΚA/3<ΚA,即经星-三角变换后二次谐波含量降低了.因此,两相和应涌流方向相反时,两相和应涌流之差(星-三角变换)的二次谐波含量将可能小于两相和应涌流二次谐波含量,即会出现星-三角变换后二次谐波含量减小的情况,在这种情况下二次谐波制动可能失效.3涌流的二次谐波含量对比图4为某三相变压器产生的和应涌流,其中,A相涌流与B,C相涌流的极性相反,而B,C相涌流的极性相同.A相涌流、B相涌流以及A相减B相合成涌流的二次谐波含量对比情况如图5所示;B相涌流、C相涌流以及B相减C相合成涌流的二次谐波含量对比情况如图6所示.由图5与图6可以看出,当2个方向相反的涌流相减构成新的涌流时,其二次谐波含量会明显降低,是和应涌流情况下差动电流中二次谐波含量降低致使保护误动作的一个因素;而2个方向相同的涌流相减构成新的涌流时,其二次谐波含量没有降低.总之,经过CT的星-三角变换后,涌流中的二次谐波含量有可能降低,对差动保护产生不利的影响.4ct星-三角变换对差动二次谐波含量的影响差动保护中经CT星-三角变换后所测得差动电流实际上是三相绕组电流的两两差电流的差.本文研究了和应涌流条件下CT星-三