变压器外部故障切除后差动保护误动原因的分析

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1、变压器外部故障切除后差动保护误动原因的分析变压器外部故障切除后差动保护误动原因的分析张晓宇,毕大强,苏鹏声(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)摘要:变压器外部故障切除后,暂态磁通可能超过变压器铁心的饱和点,从而产生一定的恢复性涌流。同时,外部故障过程中电流可能有很大的非周期分量,使CT进入饱和区。这两方面因素均有可能使差动保护在故障切除后误动。该文首先对变压器磁链进行理论推导,然后建立变压器和CT模型进行仿真,并通过实验验证结果。进一步推导得出了影响恢复性涌流大小的因素,研究了各种状态下涌流

2、对差动保护的影响以及CT饱和的作用。最后综合考虑涌流和CT饱和,分析保护误动的主要原因。关键词:外部故障;　恢复性涌流;　CT饱和;　差动保护;　误动中图分类号:TM77　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003-4897(2006)01-0005-050　引言近年来,变压器差动保护误动时有发生,其中有一部分是在变压器区外发生故障,其它保护将故障切除,变压器恢复正常工作后发生误动。由于情况比较复杂,对保护误动的原因至今还没有公认的解释。文献[2,5,6]从故障切除后的磁链出发,指出影响恢复性涌流的因素,研究

3、了恢复性涌流对保护的影响,但没有考虑CT饱和的作用。本文在其基础上推导出较完整的变压器故障前后的电流、磁链表达式,从而研究涌流的特性和影响。并对CT饱和情况进行分析,指出故障切除时影响CT饱和的主要因素及相应CT误差电流的性质。由于实际中两种因素的影响都可能存在,因此还进行了综合考虑,指出两种因素相互作用,在一定条件下,更易使保护误动。1　恢复性涌流的理论分析图1为变压器外部故障时系统接线图。设时间t=0时K处发生三相接地短路故障,短路电流流过变压器,变压器励磁电势降低。t=τ时故障切除,变压器励磁电势恢复正

4、常,此恢复过程可能产生恢复性涌流,下面对其产生原理及影响其大小的因素进行分析。为方便起见,考虑Y-Y接法的变压器,可取其一相进行分析。Δ-Y接法的影响将在后面进一步说明。1.1　故障前后的磁链和电流1.1.1　正常运行时设正常运行时a相原边电压为:ua=Umsin(ωt+α)(1)图1　变压器外部故障时系统接线图Fig.1　Connectiondiagramoftransformersubjectedtoanexternalfault其中:α为t=0时a相电压相角。此时励磁电流很小,原边电流与副边折合电流近似

5、相等。原边电流为:ia=Imsin(ωt+α-φa)(2)其中:φa为负荷阻抗角。由于励磁电势ea≈ua,磁链可表示为:ψa=-ψmcos(ωt+α)(3)1.1.2　短路故障时设t=0时,变压器外部发生三相接地短路故障。励磁电势变为:ea≈hua(4)h为励磁电势降落深度,取值在0~1之间。忽略励磁电流,设短路时电流交流分量幅值为Ik,短路前后电流不突变,有:ia=Iksin(ωt+α-φk)+Idece-t/Tk(5)其中:Idec=Imsin(α-φa)-Iksin(α-φk)为电流衰减直流分量的初值,

6、φk为短路回路阻抗角。短路前后变压器磁链不能突变,短路后磁链为:ψa=∫t0eadt+ψa(0)(6)其中:ψa(0)为t=0时磁链大小,R2k、L2k为短路后副边总的电阻和电感。励磁电势实际为:5第34卷第1期2006年1月1日　　　　　　　　　　　　继电器RELAY　　　　　　　　　　　　Vo.l34No.1Jan.1,2006ea=R2kik+L2k·dik/dt(7)将式(7)代入式(6)后最后结果为:ψa=-ψmhcos(ωt+α)+ψf(t)(8)ψf(t)为直流衰减部分,其大小为:　ψf(t)=

7、-Idec(L2k-TkR2k)(1-e-t/Tk)-(1-h)ψmcosα(9)其中:Tk为短路后系统时间常数。1.1.3　故障切除后设t=τ时故障切除。此时磁链交流分量大小由励磁电势确定,应同短路前一样。保证切除前后磁链不变,得切除后磁链表达式如下:　ψa=[ψf(τ)+ψm(1-h)cos(ωτ+α)]e-(t-τ)/Ts-ψmcos(ωt+α)(10)图2为外部故障前后变压器磁链的仿真波形,t=0.2时发生故障,故障时间τ=0.0753,波形分为三部分,与上面的推导相对应。图2　外部故障前后磁链变化F

8、ig.2　Variationoffluxbeforeandafterexternalfault1.2　恢复性涌流大小同各参数的关系恢复性涌流大小主要受故障切除后的暂态磁链影响。暂态磁链中包含交流和衰减直流两部分,交流部分大小一般固定,因此衰减直流分量的初始值(用ψ′f(τ)表示)起着决定性的作用。从式(10)可以看出:　ψ′f(τ)=-(1-h)ψmcosα-Idec(L2k-TkR2k)·(1-e