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1、继电保护新技术讲座,基于正序功率差的变压器保护新原理的研究,一.研究的背景,变压器保护的特殊性变压器励磁涌流的特点变压器有功功率差动保护原理单相变压器功率差动的基本原理,变压器保护的特殊性,大、中型变压器需要设置电流纵差保护，保护用电流互感器装设在高/(中)/低压绕组的端口处。由于变比、接线方式等原因，使得外部故障时保护的不平衡电流值较大。变压器在空载合闸或外部故障切除后会出现励磁涌流。,变压器励磁涌流的特点,由于变压器励磁支路的非线性特征，变压器空载合闸时将会发生幅值较大的涌流，其值可能达到68倍额定电流；励磁涌流包含丰富的谐波成分和直流成分，其中二次谐波较大；励磁涌流波形具有较为明显的间断
2、角特征；励磁涌流产生的电流增量出现在电源侧。,变压器有功功率差动保护原理,电力变压器在故障情况下的有功损耗因故障类型而有所不同。当油箱内发生短路故障时，短路点的弧光放电会消耗大量的能量。这就造成了变压器消耗的有功功率急剧上升，而且随着故障的进一步发展有逐渐增大的趋势。而当故障发生在保护区外时，变压器的有功消耗虽然会因有大量的穿越功率流经绕组而有所增加，但是其增量主要表现为负载损耗的增加，而且在外部故障切除后，总的损耗又返回到正常的范围内。,单相变压器功率差动的基本原理,日本学者提出了针对单相变压器功率差动的基本原理，并通过仿真、实验证明了功率差动原理的可行性，其功率差动方程式如下：,单相变压器
3、功率差动的基本原理,该原理回避了使励磁涌流成为动作条件的可能的问题，从而具有了良好的躲避励磁涌流的性能。但其不足之处在于：一是不适用于电力系统广泛运用的三相变压器；二是仅考虑了变压器绕组中电阻损耗而忽略了杂散损耗，将使得动作门坎值偏高。,二.研究的内容,寻求能方便、正确地应用变压器功率差动原理的较好解决方案；建立完整的保护动作判据；论证保护动作判据的正确性。,1.正序有功功率,正序有功功率定义为：正序网中含有电源,与正常运行及对称短路时的等效电路基本一致；不对称短路时可通过对称分量法得到相应的正序分量；三相变压器出厂数据中的空载损耗和短路损耗均为三相正序有功功率。,2.变压器正序有功功率差动保
4、护动作判别式,对称故障时的功率差值,系统发生对称故障时，其等效电路图与正常运行时相似，当故障发生在保护区内，则TV2、TA2所测电压、电流为零。理论分析可以证明，考虑短路时的过渡电阻并选取适当的动作门槛值，保护能够正确动作。,不对称故障时的功率差值,当系统发生不对称故障时，TA 和TV所测得的电压、电流量送入微机保护后，由软件滤除直流及谐波分量，再经正序滤波程序得到基波电压、电流的正序分量。当故障发生在保护区内，理论分析同样可以证明，考虑短路时的过渡电阻并选取适当的动作门槛值，保护能够正确动作。理论分析可以证得当保护范围内发生不对称故障时保护灵敏度高于发生对称故障。,空载合闸出现励磁涌流时的有
5、功功率差值,变压器在励磁涌流时，除去励磁电流在变压器励磁绕组上的有功消耗在负载损耗后，其值应不大于变压器空载损耗。,变压器的正序有功功率保护的仿真,利用ATPDraw 仿真软件建立变压器外接系统模型如图所示：,变压器正序有功差动保护原理下的励磁涌流仿真,3.变压器正序有功功率差动保护动作判据的 不足,双侧电源时变压器端口三相短路可能出现动作不确定性，内部匝间短路故障灵敏度不高。,4.完善的方法,正序功率差动保护与比例制动差流保护相结合；正序功率差动保护与正序功率方向元件相结合。,正序功率差动保护与比例制动差流保护相结合,正序功率差动保护仅作为励磁涌流的判据（替代二次谐波闭锁功能）；技术比较成熟
6、的比例制动差流保护作为除励磁涌流判据外的其他保护行为动作判据。,正序功率差动保护与正序功率方向元件相结合,采用正序有功功率差动作为单侧电源时变压器保护的判据 ；采用正序功率方向比较作为双侧电源时变压器内部故障、变压器外部故障的判据 ；通过检测电源侧和负荷侧的电流作为选择判据的依据。,三. 结论,正序功率差动保护由于同时采用电压量和电流量作为励磁涌流的判据，含有更多的信息，能更好的反映变压器的工作状态。正序有功功率差动保护在躲避励磁涌流方面，具有较高的可靠性，其性能优于二次谐波闭锁的辅助判据；单侧电源时正序有功功率差动保护可作为独立的变压器保护使用。,继电保护新技术讲座,经消弧线圈接地的中压系统
7、单相接地选线装置的研究,1.研究的背景,随着用户及用电设备容量的增加，中压供、配电网增大、尤其是电缆在供电网的使用量的增多，使得单相接地故障时电容电流超过限定值，因此系统中一些变压器采用中性点经消弧线圈接地方式运行。对于消弧线圈接地系统，现有故障选线方法采集的故障特征量均较小，如何增强故障特征量是提高故障选线准确性的关键。,目前主要的几种接地选线方案,利用故障线路有功分量比非故障线路有功分量大且方向相反的特点的有功分量法; 利用高次谐波电容电流不会被消弧线圈产生的感性电流所抵消，其谐波电容电流的分布规律基本上与中性点不接地系统中基波电容电流的分布规律相同的谐波分量法；利用系统发生单相接地时，人
8、为地向系统注入一个特殊信号的注入信号选线法。,2.消弧线圈短时并联小电阻的接地选线原理,在系统发生永久性单相接地故障时，通过控制双向晶闸管短时投切与消弧线圈并联的小电阻，则可以大大增加单相接地故障时的零序电流的幅值和有功分量。,谐振接地系统单相接地零序电流分布图,消弧线圈短时并联小电阻的接地选线的特点,晶闸管的投切时刻可以精确控制,在中性点电压过零时，能快速无冲击地将电阻器接入电网；线路出口发生单相金属性接地故障时短路电流小于电流限时速断定值 ；并联电阻的运行时间很短，且远小于线路过电流保护的出口时间，因此不会改变系统原有的运行方式。,并联电阻的选用,并联电阻值须经短路电流计算后确定,其值要小
9、于限时速断保护的整定值；并联电阻的功率按通过接地电流的时间确定；双向晶闸管投切并联电阻器时通过接地电流的时间约100MS。,双向晶闸管的选用,现代双向晶闸管额定电流已达到KA级，只要并联电阻值不太小，发生单相接地时双向晶闸管的相关参数很容易满足 ；单相电弧接地时中性点的最高内部过电压小于两倍的相电压，可按2倍的相电压选择双向晶闸管阀的额定电压 ；外部过电压可以用避雷器加以保护。,3.消弧线圈短时并联电阻的接地选线判据,（1）当零序电压 时，选线装置起动；（2）令MmaxPoi 若MPoset 则母线接地故障；（3）若M Poset 则线路接地故障 且M为故障线路。,零序功率动作定值,接地故障发
10、生后并联电阻所产生的零序有功功率为： PROUset Iset ,Uset为并联电阻上的实测电压、 Iset为流过并联电阻的实测电流，Poset KPRO、K为小于1的常数。,4.消弧线圈短时并联小电阻的接地选线的实现,采用双控制器的设计方式即可控硅开关控制器和选线控制器；可控硅开关控制器完成对可控硅开关导通和关断的控制，实现小电阻的快速投入和切除，并对开关阀的运行状态进行监控；选线控制器用来完成故障选线任务 ；两个控制器通过串口通讯进行交互协调。,可控硅开关控制器,采用零序电压突变量作为启动判据。接地故障判据启动后，为躲避瞬态接地故障，经短延时计算零序电压幅值，如果Uo小于定值，说明瞬时性故
11、障消失，退出故障处理程序，返回正常运行状态；若Uo大于定值则控制晶闸管通过串口向选线控制器发信号，并进行投切。,选线控制器,接受到可控硅控制器投切接地电阻的信息后，选线控制器读取各个线路及接地电阻的零序电压、零序电流量，并根据接地选线判据进行故障选线。选线控制器需采集母线零序电压、接地变中性点零序电压、各路出线及接地电阻的零序电流量。,原线路配有微机保护时,微机保护具有接地选线功能且采用零序有功功率判据或零序电流幅值判据，则无须采用选线控制器，通过合理选择接地电阻值以及适当提高动作定值即可达到准确选线的目的。微机保护具有接地选线功能但选线判据与上不同选线控制器可通过站内通信网络读取母线零序电压
12、量及各路出线的零序电流量，以减少采集量。,5.消弧线圈短时并联电阻时接地选线方案的稳态分析,目的是证明消弧线圈短时并联电阻时接地选线方案的有效性。方法是通过单相接地的等效电路分析短时投切并联电阻时的接地电流变化情况。,谐振接地系统单相接地故障时的零序电流等值电路,稳态分析结果,系统发生单相接地时，如果没有并联电阻，故障线路的零序电流不一定比非故障线路的零序电流大，所以选线比较困难，而中性点并联电阻后，并联电阻所产生的零序电流只流经故障线路，使得故障线路的零序电流特别是其有功分量明显增大，为故障选线提供了方便。,6.消弧线圈短时并联电阻时接地选线方案的暂态分析,目的是证明消弧线圈短时并联电阻时接地选线方案在投切并联电阻的不会产生过电压。方法是以消弧线圈零序电流、和中性点零序电压为变量，列出状态方程组，求解投切并联电阻时的暂态电压变化情况。,状态方程组,暂态电压分析结果,求解上述状态方程得：Uo(t),暂态电压分析结果（续）,上式中反映过渡过程的第一项存在的原因就是并联电阻不是在中性点零序电压过零时投入的。在中性点零序电压过零时投入并联电阻不存在任何暂态分量，这样就不会对系统产生任何的冲击。同理在中性点零序电压过零时,即并联电阻回路电流过零时，双向晶闸管关断切除并联电阻，也不会对系统产生冲击。,谢 谢,
