压器差动保护二次谐波制动判据的仿真研究

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1、变压器差动保护二次谐波制动判据的仿真研究作者：吕　珍，岳　蔚，刘　沛  发布日期：2004-5-14   所属频道: 电网 电力检修  关键词: 励磁涌流 差动保护 二次谐波制动摘　要：利用二次谐波制动原理防止励磁涌流造成差动保护误动作是目前最普遍应用的方法。通过建立合理的变压器模型，在不同的运行情况下对现行的各种二次谐波制动判据进行仿真，比较，得出了一些有益的结论。关键词：二次谐波制动；　励磁涌流；　差动保护1　引言　　变压器在电力系统安全运行中起着重要作用。差动保护作为主保护最关键的问题就在于励磁涌流

2、引起的保护误动作，长期以来二次谐波原理被用于制动励磁涌流。常规采用的励磁涌流方式会出现故障变压器空投时非故障相闭锁故障相的现象，导致变压器保护延时动作。不能迅速切除故障，降低超高压系统中变压器保护的性能。而这个缺陷可以在变压器保护微机化后通过合理选择谐波制动比、制动逻辑或增补辅助判据得到较大改善。2　二次谐波制动比的几种计算方法　　目前常用的二次谐波制动比有以下几种计算方法［1］：　　（1）谐波比最大相制动　　将式（1）记为判据一。即利用三相中二次谐波与基波比的最大值来制动。　　（2）按故障相制动　　　　

3、　将式（2）记为判据二。即利用差流基波最大相的二次谐波与基波的比值来制动。　　（3）分相制动　　　　　将式（3）记为判据三。即每相差流中二次谐波与基波的比值都超过定值时制动。　　（4）综合相制动　　将式（4）记为判据四。即利用三相差流二次谐波的最大值与基波的最大值之比来制动。　　　　为更清楚地说明问题，本文在引入权系数的基础上从数学角度进行比较。首先设三相差流自身二次谐波与基波的比值分别为ka，kb，kc，即：　　观察三相的权系数可以发现，三者分母相同，因而权系数的大小实质上反映了三相差流基波的大小。　　

4、对谐波比最大相制动方式和分相制动方式其谐波比计算实质上是取：　　对于谐波比最大相制动方式而言，由于三相权系数均取为1，实际上就是不考虑各相差流基波幅值大小对谐波比选取的影响，利用此方式闭锁保护虽然可以保证励磁涌流时保护不误动，但对于超高压系统中的大型变压器而言，由于其励磁涌流衰减时间长，故在空合于故障时保护动作延时相当长，可达到100ms以上，动模实验最恶劣的情况甚至达到200ms；另一方面，超高压系统中故障时谐波含量较大，由于最大相制动不考虑各相基波幅值的大小对量就很容易达到闭锁定值，致使保护动作延时。

5、　　对于分相制动方式，与最大相制动方式相同，也不考虑各相差流基波幅值大小对谐波比选取的影响，虽然可以使保护迅速动作，但当有一相或以上的差流谐波比过小不能闭锁保护时，容易造成误动。　　对于按相制动方式，其谐波比的选取实质上是选权系数最大的相的谐波比进行制动，即先比较γa、γb、γc，取三者最大值所在的相的谐波比来判别。利用此方式闭锁保护，由于考虑了三相差流基波幅值大小对谐波比的影响，故可在较大程度上改善最大相制动方式动作延时长的不足；但另一方面，由于只以一相的谐波比来制动，当变压器发生对称性涌流时，其对称性

6、涌流相二次谐波含量较小；同时仿真计算与动模实验均表明，在某些初始条件下，变压器发生励磁涌流时，可能同时有两相谐波比达不到制动定值，这种情况的存在使得采用故障相制动可能导致变压器励磁涌流时保护误动作。　　对综合相制动方式，其谐波比的选取实质上是选各相谐波比与权系数乘积的最大值：利用此方式闭锁保护，由于既考虑了差流基波幅值大小对谐波比选取的影响（通过权系数γa、γb、γc），又考虑了实际三相谐波比含量的数值大小，因而在保证变压器产生励磁涌流不误动的前提下，提高了变压器保护的速动性。因为即使在空合于故障变压器的

7、情况下，虽然涌流相含有较大的二次谐波，并且可能衰减很慢，但由于故障相的存在使得谐波比计算时分母保持一较大值，且基本上不随励磁涌流的衰减而减小，故使得谐波比迅速减小至闭锁定值以下而保证故障快速切除。3　建模与仿真　　本文采用ATP仿真软件对变压器进行分析与研究，接线图如图1。变压器铁心的磁滞效应是一个非常复杂的过程，其变化规律主要依据变压器局部磁环特性。结合ATP仿真程序提供的功能，在磁滞效应的处理上，考虑了变压器铁心的主磁环特性。变压器的饱和与磁滞效应是通过在线性变压器模型的相应节点添加非线性电感来实现的

8、［2］。　　文献［3］、［4］提供了一种适用于分析和研究超高压（500kV）或特高压（750kV）变压器保护性能的模型，这种模型能够模拟不同位置、不同类型的匝间短路故障。因此，本文采用这种变压器模型作为研究的对象，来分析和仿真变压器内部故障。该模型可以用来较真实地仿真变压器励磁涌流。在用Type－96元件来模拟磁滞回线的情况下，仿真结果跟动模实验的结果是非常接近的。　　具体模型为：Y0／Δ－11接线（高压侧Y0接线，低压侧Δ接