復雜電磁暫態(tài)下變壓器差動保護異常動作行為分析及對策研究.pdf

1、作為電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，電力變壓器對整個電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行具有至關(guān)重要的影響。其中，繼電保護的動作可靠性是確保電力變壓器設(shè)備安全的關(guān)鍵要素。但是，有關(guān)電力變壓器保護運行情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，作為大型電力變壓器主保護的差動保護，其正確動作率一直處于一個較低的水平，這與當前電網(wǎng)實際安全要求和發(fā)展水平不相符。近年來，隨著電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成的復雜性增加，變壓器差動保護發(fā)生原因不明的誤、拒動作幾率明顯上升，給電網(wǎng)安全帶來隱患，也影響工業(yè)生產(chǎn)

2、的正常進行。由于變壓器同時包含有電路和耦合諸電路的鐵芯磁路，使得變壓器在進行合閘操作、經(jīng)歷系統(tǒng)故障切除時往往伴隨著復雜的電磁暫態(tài)過程，需要綜合多方面的知識才能對這些過程進行比較合理的分析。然而，至今為止，有關(guān)變壓器經(jīng)歷復雜電磁暫態(tài)過程的分析理論仍相對薄弱，而透徹研究故障或擾動發(fā)生的機理和特征，找到變壓器經(jīng)歷各種復雜暫態(tài)擾動時差動保護異常動作行為的真正原因，對提出解決方案，提高差動保護正確動作率至關(guān)重要。因此，論文主要對變壓器經(jīng)歷幾類復雜

3、電磁暫態(tài)過程導致差動保護異常動作的機理進行深入分析，在此基礎(chǔ)上有針對性地提出變壓器差動保護判據(jù)的綜合解決方案。具體研究工作包含以下幾個方面：
　　 建立合理的變壓器外部故障切除仿真模型，結(jié)合電流互感器（TA）模型對變壓器經(jīng)歷外部故障發(fā)生和切除的暫態(tài)過程進行仿真，并對變壓器兩側(cè)TA在外部故障存續(xù)期間和切除后的傳變特性進行分析，以揭示變壓器外部故障切除后小差動電流引起基于2次諧波制動原理的差動保護誤動的原因。
　　 建立合理

4、的變壓器合閘和TA模型，對變壓器有載合閘的暫態(tài)過程進行仿真，分析變壓器有載合閘過程中一二次涌流的波形，并結(jié)合TA傳變特性對差流諧波特征進行分析，揭示變壓器有載合閘、低幅值穿越性涌流情況下2次諧波制動判據(jù)失效導致差動保護誤動的原因。
　　 建立非線性負荷投入含變壓器電力系統(tǒng)的數(shù)學模型，通過該模型，結(jié)合解析分析和數(shù)值分析，建立計及變壓器鐵芯飽和以及非線性負荷特性的微分方程組，生成各支路的磁鏈波形和電流波形。對變壓器差動保護差流波形及

5、其2次諧波特征進行分析，以解釋非線性負荷投入時基于2次諧波制動原理的變壓器差動保護誤動的原因。
　　 利用CIGRE的HVDC標準測試系統(tǒng)I建立換流變壓器合閘和故障仿真模型，在此基礎(chǔ)上對換流變空載合閘和換流變二次側(cè)各類出口故障時差流特性進行分析，據(jù)此對采用2次諧波制動判據(jù)的換流變差動保護的動作行為進行評估。
　　 對外部故障飽和TA傳變特性進行分析，找出飽和TA一二次電流和差流變化趨勢的規(guī)律。在此基礎(chǔ)上提出一種基于飽和T

6、A二次電流和差流采樣值的有效點判據(jù)和變化率判據(jù)，形成差動保護解除閉鎖新方法，以此識別變壓器的發(fā)展性故障。
　　 對變壓器鐵芯飽和以及外部故障大穿越電流使得TA飽和，引起電壓與虛假差流變化出現(xiàn)時刻存在差別的特征進行研究，提出基于相電壓突變量和差流突變量時間差的變壓器故障識別判據(jù)，在此基礎(chǔ)上提出基于時差法的變壓器差動保護綜合判據(jù)，用以對變壓器各類型故障及涌流情況進行有效判別。最后通過大量的仿真試驗和動模數(shù)據(jù)對所提判據(jù)的可行性和有效性