基于RTDS的变压器及线路电流差动保护设计 - 图文

广西大学本科毕业论文 第四章 电力变压器差动保护

式中，Icda、Isda分别为高、低压侧同时带电源时保护的差动电流和制动电流；

Icde、Icde为高压侧带电源而低压侧空载时保护的差动电流和制动电流。

当空投、低压侧区内三相短路（低压侧不带电源）等故障类型，低压侧电流互感器没有电流流过，此时整定值K必须小于2.0，才能区分出来。空投时由于差动电流由励磁支路引起，其二次谐波含量很大，能可靠闭锁，当整定值K小于2.0时低压侧三相短路保护能动作。

当发生区外故障时，主要考虑电流互感器引起的差动电流造成的保护误动作。考虑TA传变误差带入比率制动动作方程有

??1Ih?(1?fh)?Il?(1?fl)?KresIh?(1?fh)?Il?(1?fl) （4.14）

2??式中，fh、fl分别为高、低压侧TA传变误差百分数。当fh、fl分别为10%和-10%时差动电流最大，制动电流最小，保护最容易误动。在最严重的区外故障中保护发生误动时比率制动系数Kres?0.2，因此将K整定为1.6~1.8以满足工作要求。考虑抗TA饱和时K的整定值取1.7。 （3）最小制动电流Ires.min的选择 对于故障分量差动保护而言，其差流阈值Id.min是由误差决定的，是一相对确定的值。为了保证差动保护在内部故障时的灵敏度，则其制动系数的取值有一上限值

Kres.max；另一方面，为了使保护在外部故

IΔop.minABCDEIΔ.opFGOI1I2I3IΔ.res障时不误动，保护制动系数的取值有一下限值Kres.min。

图4.5 故障分量差动保护整定图

如图4.5所示，保护中斜线部分可整定的范围是由直线EB、BD和DG所界定的区域。其中直线OBE的斜率为保护制动系数的上限值Kres.max；直线ABCD为Id?Id.min的直线；直线ODG的斜率为保护制动系数的下限值Kres.min。拐点制动电流Ires.min的选取范围是直线ABCD分别和OBE、ODG交点B和D的Ires值，即I1?Ires.min?I3。对于具体确

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定的Id.min和K值, 故障分量比率差动保护的动作特性取为在直线BE和直线DG之间斜率为K的斜线簇即可。当要求差动保护的动作特性为过原点的斜线时，整定时可取Ires.min?Id.min。若取Ires.min?Id.min，斜线将沿横轴(Ires轴)向正方向平移，这样做有助于改善灵敏性，但会劣化制动特性；若取Ires.min?Id.min，斜线将沿横轴向负方向平移，这样做有助于增强制动性，但会劣化灵敏性。运行经验表明，应将Ires.min限制在不大于0.7IN的范围内。

当发生区外轻微故障时。故障电流中负荷电流占了较大的比例，同时考虑到在发生故障时暂态误差的影响可能使差动电流增大，制动电流减小，故障分量差动保护制动性能偏弱。为了提高其在发生区外故障时的可靠性，建议故障分量差动保护的拐点制动电流取小一些，即Ires.min?Id.min。也就是适当将斜线向横轴左方平移，图4.4中拐点制动电流取I1和I2之间。当然, 拐点制动电流如何取较好，要靠大量现场经验的积累。

4.4.4故障分量的提取方法

故障分量的取得方法一般有两种，一种是半周波延时法，另一种是全周波延时法，分别如下：

i?(t)?i(t)?i(t?T/2)i?(t)?i(t)?i(t?T)+_延时iΔ(t) 输出 （4.15）

i (t) 输入式中，i(t)为故障后电流；i?(t)为故障分量 电流；T为工频周期。当用计算机实现时, 对应的算法式子变为：

i?(K)?i(K)?i(K?N/2)i?(K)?i(K)?i(K?N)图4.6 故障分量提取方法图

式中，K为采样序号1，2，3，?；N 为每周采样点数(一般取12)。

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4.5 变压器励磁涌流的特性

变压器差动保护的正确动作率不高，其中励磁涌流是引起保护误动的主要原因之一。变压器励磁涌流目前主要有三种。第一种是变压器空载合闸时产生的合闸涌流；第二种是变压器外部故障后电压恢复过程的恢复性涌流；第三种是当一台变压器空投充电时，在另外一台与之并联或级联运行的变压器之间产生的和应性涌流。其主要原因都是由于变压器铁芯饱和所致，励磁涌流的大小与变压器容量、合闸初相角以及变压器剩磁大小有关，同时还和变压器的铁芯材料、铁芯形式、连接方式、中性点接地方式、与变压器连接的系统阻抗大小等因素有关[12]，在分析时须考虑其非线性特性和外部因素，因此比较复杂。为了清晰地说明励磁涌流产生的机理，下面先以一台单相变压器空载合闸为例分析励磁涌流形成的物理过程及其特点，以便进一步分析三相变压器励磁涌流的特性。

4.5.1单相变压器励磁涌流特性分析[13]

为了便于分析，同时考虑合闸时的最严重情况，先假设铁芯的磁特性为两段折线，不考虑磁滞回线的影响，不考虑漏抗压降。

变压器空载合闸时，铁芯内即产生磁通。一般情况下，在变压器投入前，铁芯中存在剩余磁通再加上电压瞬间磁通不能突变，因此必然要产生暂态磁通，使得投入瞬间的总磁通等于剩磁。这就使得在暂态过程中的总磁通的最大值比稳态磁通大很多。

设单相变压器合闸电源电压为u?Umsin(?t??)，其中?为电压合闸初相角。空载合闸暂态过程方程如下:

d?u??Umsin(?t??) （4.16）

dt由上式可得铁芯磁通为:

????mcos(?t??)??mcos???r （4.17）

式中，?r为空载合闸前的铁芯剩磁；?m为对应电压Um的稳态磁通的幅值，

?m?Um/?；??mcos(?t??)为稳态磁通；?mcos???r为暂态磁通。

假设变压器的磁化曲线用两段折线表示，如图4.7(a)所示，图中s点的磁通为饱和磁通?sat。一定的磁通必有相应的励磁电流，变压器空载合闸铁芯饱和时，与

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合闸磁通相对应的励磁涌流的波形可以通过作图法求得，如图4.7（b)所示。

由文献[2]、[4]可知单相变压器的励磁涌流可近似表达为: 当???sat时，

???satUm??r??sat?i????cos??cos(?t??)??L?L??m??UmX?Bsat?Br?cos??cos(?t??)???Bm?? （4.18）

当???sat时，i?=0。

式中X??L为合闸回路的基波电抗。由上式可以看出，??0?或?是单相变压器产生最大涌流峰值的条件[2]。

图4.7 单相变压器励磁涌流特性波形分析图

ΦΦsatsΦiμΦiμΦr0(a)简化磁化曲线iμ0θ1θ22πωt(b)单相变压器励磁涌流波形当变压器空投或区外故障切除电压恢复正常的过程中，由于磁通不能突变，磁通中出现了非周期性的暂态分量，与铁芯剩磁一起使变压器铁芯饱和，同时由于电压是交变的，因而在一个周波内变压器铁芯周期性地进入饱和区和退出饱和区。

i?(t)在一个周期内(?t?0~2?)，当进入饱和区(???sat)时，励磁电流的瞬时值

很大，对应图4.7(b)中的?t??1~?2段，这就是励磁涌流；而退出饱和区(???sat)时，只有正常的励磁电流，其瞬时值很小(i?(t)?0)，对应图4.7(b)中的?t?0~?1和?t??2~2?两段，所以涌流在一个周期内存在间断，以?j表示间断角的大小，则有:

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