大型变压器保护若干问题分析

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1、华北电力大学T程硕十学位论文1．1论文的背景及意义第一章绪论电力变压器是电力系统的重要电气设备，其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作；随着电力变压器容量的增大和电压等级的提高，对系统的安全性上了一个台阶，同时出现了超高压大容量变压器，这对变压器保护的快速性、安全性、可靠性和灵敏性提出了更高的要求。随着国民经济的持续发展，电力需求快速增长，我国电力工业迅速发展，实现了全国电网的交直流互联，从以220kV为骨干网架逐步发展成500kV为骨干网架的电网结构，多个超高压直流输电系统建成并发挥着重要的联网和送电任务，串联补偿线路逐步使用

2、，750kV示范工程建成并投入运行，1000kV特高压试验示范工程已经开工建设。随着电网规模的日益扩大，网架结构日趋复杂，对电网运行控制和继电保护装置的的要求越来越高，这给继电保护专业的发展带来了前所未有的机遇和挑战。从对全国继电保护十年的运行情况分析【11(见图1．1)来看，继电保护正确动作率呈逐年上升的趋势，但是变压器保护的正确动作率总体偏低。1997年变压器保护正确动作率(62．9l％)与同期线路保护(97．26％)相比有很大差距，虽然近几年变压器保护正确动作率有了大幅度提高，从1997年的62．91％提高到2006年的93．46

3、％，提高了30．55个百分点，但是与线路保护正确动作率相比仍然低6．46个百分点。(％)loo．099．O98．O97．0(％)90．O80．O70．060．01997年1998年1999年2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年220kV及以上变压器保护正确动作率1997年1998年1999'年2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年图1．1近十年全国线路保护和变压器保护正确动作情况华北电力大学工程硕+学位论文分析全国近十年来变压器保护的动作情况，得出其动作不稳定的主要原因如

4、下：由于变压器各侧不是单纯的电气关系，存在磁耦合关系[2】，因此如何区分变压器励磁涌流和故障电流是变压器保护一直以来在原理上没有得到根本解决的问题；组屏配置、设计不统一，易使得运行人员误操作引起保护误动；非电量保护管理不规范引起非电量保护误动等。因此通过研究励磁涌流识别方法、规范非电量保护设计和管理、结合国网公司元件保护标准设计提出工程设计规范，对进一步提高变压器保护的正确动作率有非常重大的理论和现实意义。1．2本课题研究的现状变压器差动保护最严重的问题是励磁涌流。关于如何识别涌流国内外至今也提出了众多方法【3H241，有被广泛认可的二

5、次谐波识别法、间断角特征识别、波形相关度识别法、引进直流分量的谐波识别法、附加差电流尖顶波的凹弧特征识别法、附加相位判别的二次谐波制动法等，它们各有劣长，而一些新方法也需要接受实际工程应用的进一步考验。目前工程上广泛采用的识别励磁涌流的方法有二次谐波制动、间断角原理和波形对称原理。二次谐波制动主要利用励磁涌流中二次谐波分量较大的特点，由于变压器励磁涌流的波形和谐波特征与变压器合闸时刻有关，某些情况下可能导致二次谐波分量很小，因此采用一相闭锁三相的“或”门闭锁方式。这样做的弊端是当空投于内部故障时，由于非故障相的励磁涌流存在，差动保护在励

6、磁涌流衰减后才会动作。对于大型电力变压器，其衰减时间常数较大，涌流衰减需要的时间较长，因此保护延时较长，造成变压器保护的实际拒动。间断角原理利用励磁涌流波形中的间断特征，其优点可采用分相闭锁，能够快速地切除合闸于内部故障的情况，其缺点是电流互感器饱和时，间断角消失，必须采取额外的措施来恢复间断角，这样增加了保护装置软件的复杂性。同时为了提高相角比较的正确性，就必须提高采样率，并抑制AD转换芯片在零点附近的转换误差。因此该方法还需要在实际应用中进一步完善。波形对称原理基于故障电流呈正弦的对称特征，而励磁涌流并不具有该特征。对差动电流进行微

7、分，将微分后差流的前半波和后半波做对称比较，连续比较半个周波，根据波形的对称程度来快速识别涌流。该原理便于微机保护实现，并采用分相制动的方式，避免“或”门制动方式存在的问题。随着电力变压器工作磁通密度的提高，励磁涌流中二次谐波含量将越来越小从而使得『二次谐波无法制动差动保护，但如果要求用户将谐波制动系数整定值降低，则将会降低变压器差动保护的速动性和灵敏性。因此，关于变压器励磁涌流的闭锁华北电力大学T程硕十学位论文迫切需要新方法。变压器空载合闸时，与其并联运行的变压器会产生和应涌流，使并联运行的变压器电流中工频电流变化不大，而直流分量却显

8、著增加。同时二次谐波分量也有所增加，但比变压器空载合闸的励磁涌流中■次谐波分量要小很多。由于和应涌流的影响，加上变压器两侧电流中谐波分量衰减不一致，使差动保护回路出现差流，而且和应涌流中二次谐波分量一般都比