變壓器區(qū)外故障切除后恢復性涌流引起變壓器保護誤動的分析

變壓器區(qū)外故障切除后恢復性涌流引起變壓器保護誤動的分析

0變壓器鐵心飽和后故障切除原因分析近年來，對閥誤差的保護經常發(fā)生在故障切除后的誤差上。一般來說，假設故障區(qū)外故障切除后的流寬率與空塞壓結構相同。變壓器出現勵磁涌流主要是由于變壓器鐵心飽和后引起的,因此本文通過某變電站主變在高壓側220kV輸電線路發(fā)生三相短路故障切除后,引起主變差動保護誤動為例,分析220kV輸電線路三相短路故障切除后引起的變壓器電磁暫態(tài)過程,分析外部故障切除后電壓恢復過程與變壓器鐵心保護的關系,分析差動電流的成因,進而說明了影響恢復性涌流的因素。通過數字仿真模型和動模數據分析,說明變壓器外部故障恢復性涌流本身不會造成差動保護誤動作,而是變壓器各側電流互感器的暫態(tài)特性不一致形成的差流造成的,在此基礎上提出處理方案,問題得到解決。1誤動時系統接線圖220kV輸電線路故障切除后,變壓器差動保護誤動時系統接線圖如圖1所示。為了分析方便,假設故障發(fā)生時刻為起始時刻,也就是在t=0時刻變壓器區(qū)外K點發(fā)生三相短路故障,在t=τ時刻故障被切除。1.1鐵芯電勢不能滿足t型電抗的原理,這也和一次側回路電阻三和t型等效電路圖變壓器正常運行時,假設電源電勢u=Umsin(ωt+α),忽略變壓器一次側回路電阻和電抗,近似認為勵磁支路電勢與電源電勢相等,則鐵芯中的穩(wěn)態(tài)磁通單相變壓器的T型等效電路圖如圖2所示。1.2變壓器區(qū)外故障時,變壓器鐵芯在外部故障時的磁通計算在t=0時刻變壓器區(qū)外發(fā)生故障,變壓器二次側回路參數突變?yōu)镽2K和L2K,我們用h來表示外部故障的嚴重程度,則其中:R1和X1分別是變壓器一次側回路電阻和電抗(包括系統電抗和變壓器一次側漏抗),R2k和X2k分別是變壓器區(qū)外故障時經過歸算后的二次側回路電阻和電抗(包括系統電抗和變壓器一次側漏抗),則變壓器鐵芯在外部故障時的磁通1.3兩種故障點的負荷電流在t=τ時刻外部故障被切除,此時,電壓恢復,又可以近似認為變壓器勵磁支路電勢與電源電勢相等,則變壓器鐵芯在外部故障切除時的磁通如果忽略變壓器外部故障切除后的負荷電流,假設故障電流在τ時刻恰好過零,再進一步忽略外部故障發(fā)生時的負荷電流,則式(3)可以化簡為其中:TK=XKωRK,Rk、Xk分別是故障點到系統電源的等效電阻和電抗,RK=R1+R2K,K12KX=X+X。定義Φf=-Φm(1-h)cosα,則式(4)變?yōu)橛墒?5)可知,磁鏈Φf(1-e-τ/Tk)跟變壓器外部故障發(fā)生時刻的電勢相角α、故障嚴重程度h、故障切除時刻τ以及故障回路的時間常數Tk這四個參數有關,在變壓器鐵芯磁化曲線確定的情況下,磁鏈Φf(1-e-τ/Tk)的數值將決定鐵芯飽和的程度,因此,變壓器外部故障發(fā)生時刻的電勢相角α、故障嚴重程度h、故障切除時刻τ以及故障回路的時間常數Tk這四個參數決定了恢復性涌流的大小。2變壓器的差動保護動作特性圖3是變壓器外部故障切除后恢復性涌流產生的差流波形,圖4是變壓器恢復性涌流中的二次諧波含量。圖4中IA1、IB1、IC1是A、B、C三相差流中的基波,IA2、IB2、IC2是A、B、C三相差流中的二次諧波。圖5是變壓器恢復性涌流的差動保護動作特性分析。左邊圖上Iz和Id分別是A、B、C三相差流中的制動電流和動作電流,右邊圖是A、B、C三相差動保護的動作軌跡。3次諧波制動判據變壓器能否出現恢復性涌流以及出現恢復性涌流的大小與變壓器外部故障發(fā)生時刻的電勢相角α、故障嚴重程度h、故障切除時刻τ以及故障回路的時間常數Tk這四個參數有關。通過圖3、圖4和圖5分析可知,變壓器在外部故障切除后形成的恢復性涌流的主要特征為:a、峰值較小(與空載合閘時產生的勵磁涌流相比),達不到差動保護的啟動判據;b、二次諧波含量高,即使差動保護能夠啟動,二次諧波制動判據也能可靠閉鎖。通常差動保護采用的電流互感器為保護級(P級),其誤差只考慮一次電流為穩(wěn)態(tài)電流,不考慮暫態(tài)過程中的非周期分量電流的影響,也就是說保護級電流互感器(P級)在暫態(tài)過程中不能保證其誤差要求。當外部故障切除后產生非周期分量電流時,就會造成差動保護不平衡電流的增加。在外部故障切除后,差動保護容易誤動的原因分析:a)在外部故障切除后,變壓器差動保護中的制動電流由故障電流恢復成正常的負荷電流,制動量明顯減小;b)在外部故障切除后,由于非周期分量的影響,使各側電流互感器暫態(tài)傳變特性不一致而產生差流,這樣差流就包含電流互感器引起的差流和恢復性涌流兩部分,動作量增大;c)由于電流互感器暫態(tài)特性不一致引起的差流的存在,可能導致差流中的二次諧波含量小于整定值,二次諧波制動判據可能失效。當差流大于差動保護啟動值、制動量恢復成正常的負荷電流、二次諧波含量小于整定值的情況下,區(qū)外故障切除后就可能導致差動保護誤動。4變壓器各側電流變壓器內差流的形成原因分析綜上所述,變壓器外部故障切除后形成的恢復性涌流本身不能引起差動保護誤動,但由于外部故障切除后非周期分量的影響,變壓器各側電流互感器的暫態(tài)特性不一致形成的差流是造成變壓