基于励磁电感参数识别的快速变压器保护

为进一步提高电力变压器保护的性能,提出一种基于励磁电感参数识别的变压器快速主保护方案。通过分析T型等效电路中励磁电感在变压器正常运行、铁芯饱和以及内部故障时的特点,构建了基于励磁电感数值大小和波动性的变压器保护判据。研究表明:时域参数识别方法计算得到的励磁电感,在正常运行和外部故障时其数值较大;在内部故障时,由于故障电流为差动电流的一部分,励磁电感的计算数值较小;在铁芯饱和时数值在较大值和较小值之间波动。由于保护判据中考虑了铁芯饱和对励磁电感数值的影响,因此该保护方案能够快速灵敏地识别变压器故障,且不受励磁涌流的影响,具有良好的性能。动模试验验证了该保护方案的有效性,试验结果表明,该方案能够可靠地识别变变压器内部故障。     

应对特高压特殊运行工况的最后断路器保护改进策略

特高压直流逆变站高端换流变压器因故障或检修退出运行后,现有基于能耗积分的避雷器型最后断路器保护将无法正常动作。针对这一缺陷,结合对避雷器型最后断路器保护机理的详细分析,提出了2种改进的避雷器型最后断路器保护策略。采用±800 kV云广特高压直流工程实际参数,基于PSCAD,EMTDC平台搭建了包含多回交流出线的特高压直流输电系统仿真模型。基于此,对比分析了现有避雷器型最后断路器保护以及本文所提出方法的动作性能,验证了本文方法可以在特高压特殊运行工况下正确动作。     

特高压换流变压器对称性涌流的生成及其对大差保护的影响

借鉴和应涌流分析方法,分析特高压一组换流变压器空投时对称性涌流的产生机理和变化特点。基于工程实际参数建立详尽的特高压直流输电的仿真模型,对特高压换流站内一组换流变压器空投产生对称性涌流现象进行了仿真分析。阐明二次谐波制动判据失去闭锁能力造成特高压换流变压器大差保护误动的机理,为提升特高压换流站大差保护的动作可靠性提供分析手段。     

自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器保护原理及判据整定

通过分析自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器所具有的特殊的绕组布置与联结方式,阐述了基于变压器模型的新型换流变压器保护方案的基本原理.从该种变压器的基本数学模型出发,推导出了基于该原理的新型换流变压器的动作方程,拟订了该种变压器的保护方案并对判据加以整定.该判据通过比较所推导的动作方程两边的差值与所拟订的门槛值,用于可靠识别变压器内部故障.该保护方案摆脱了励磁涌流的影响,并且避开了变压器难以得到的内部参数.通过对该种变压器多种运行状态仿真计算验证了基于该保护方案的保护原理的正确性.     

特殊工况下换流变零序差动保护误动机理分析及对策研究

针对高压直流输电工程中换流变压器零序差动保护误动的案例,分析了特高压换流变中性线上电流互感器在长时间单极-大地运行伴随交流系统高阻故障工况下饱和机理。采用基于工程实际参数的特高压直流输电模型进行仿真分析,揭示换流变零序差动保护误动原因。并根据区内、外故障时保护两侧自产零序电流和中性线零序电流极性差异,提出一种基于S变换相位差的换流变零序差动保护闭锁新判据,以解决特殊工况下换流变零序差动保护误动的问题。通过仿真验证该判据的有效性。     

特高压换流站三柱四绕组结构换流变压器谐波抑制研究

换流变压器是特高压直流输电系统换流站的重要组成部分,是承担交直流转换的核心设备之一。考虑到换流变易受由阀侧导通引起的谐波电流和无功缺额的影响而产生绕组故障和铁心震动等问题,提出一种新的适用于特高压直流输电系统的空间棱柱结构三柱四绕组式换流变压器模型。基于统一磁等值电路理论,给出了该模型的电磁耦合电路,通过附加绕组等值负磁通来实现谐波滤除功能。利用电磁耦合电路等效电路,依据附加绕组对谐波的分流作用,削弱阀侧谐波电流向网侧传递的影响。在PSCAD/EMTDC中搭建特高压直流输电系统与三柱四绕组式换流变模型,通过仿真计算,验证了所提出换流变电磁耦合模型的正确性。仿真结果表明,依据该电磁耦合模型设计的等效电路能在不影响原有系统正常换流的前提下有效提升换流变网侧电压电流波形质量。     

特高压变压器保护的研究

由于特高压变压器发生轻微匝间短路时电流中二次谐波含量过高．会导致差动保护动作延迟。本文提出了基于有功功率损耗的匝间短路辅助判据,该方法的原理是：变压器正常运行时消耗的有功功率非常小,而发生内部故障时产生的有功损耗非常大。仿真结果表明该方案不能作用于大多数故障情况,却能准确反应于轻微匝间短路。正好与二次谐波制动方式互补。形成综合判据。     

特高压变压器保护的研究

由于特高压变压器发生轻微匝间短路时电流中二次谐波含量过高,会导致差动保护动作延迟。由此,提出了基于有功功率损耗的匝间短路辅助判据。其原理是变压器正常运行时消耗的有功功率非常小,而发生内部故障时产生的有功损耗非常大。仿真结果表明该方案虽不能作用于大多数故障情况,却能准确反应于轻微匝间短路,正好与二次谐波制动方式互补,形成综合判据。     

特高压自耦变压器的建模和电磁暂态仿真

为了在特高压环境下正确应用变压器差动保护,需要对特高压变压器进行合理建模,并进行相应的电磁暂态仿真。根据三绕组自耦变压器星型等值电路的原理,用电磁暂态仿真软件EMTDC中的统一电磁等效电路(unified magnetic equivalent circuit,UMEC)普通三绕组变压器模型来模拟1000MVA/1050kV三绕组自耦变压器,将特高压变压器参数折算成UMEC模型参数,形成特高压变压器模型。在特高压环境下,分别进行励磁涌流和故障电流仿真,并用于考察应用得最为广泛的2次谐波闭锁的变压器差动保护的动作可靠性。分析表明:当合闸角和剩磁满足一定条件时,特高压变压器三相励磁涌流的2次谐波含量都会在10%以下,即使采用一相制动三相的2次谐波闭锁策略,如果2次谐波门槛值维持在15%～20%,也不能避免差动保护误动;另外,在某些轻微故障的情况下,故障初期故障电流的2次谐波含量成分较高,会使保护动作短暂延迟。     

特高压变压器模型漏感参数的稳态识别方法

针对变压器参数辨识算法在系统稳态运行时变压器绕组参数具有不可辨识性的特殊问题,本文提出了全新的参数辨识算法模型和基于自相关函数统计量的参数辨识结果判别标准。并使用EMTP仿真工具,依据动模实验室特高压输电系统,搭建了特高压输电系统仿真模型,分别仿真了特高压变压器空载投入、区外故障、区内故障和正常运行时的各种运行状态,验证了在各种工况下,基于新模型的参数辨识算法都能够精确辨识出变压器绕组参数的真实值。     

基于不同故障情况的特高压变压器差动保护仿真研究

介绍了当前中国在建的特高压变压器的结构和参数,并建立了相应的动态仿真模型。根据特高压变压器的结构和运行特性,提出了针对特高压容量大,分体式结构的差动保护配置。通过模拟不同故障情况下差动保护的反应,对各种差动保护的灵敏性进行分析比较。仿真结果表明单独对调压绕组和补偿绕组分别配置差动保护能提高其匝间故障的灵敏性,故障分量差动保护可以提高重负荷情况下变压器内部发生轻微故障的灵敏性,分侧差动保护则可以避免励磁涌流和过励磁的影响,零序差动保护可以提高单相接地故障保护的灵敏性,尤其是接地点离中性点很近的轻微接地故障。     

基于等值回路方程的变压器保护判据的研究

现有的基于变压器等值回路方程的保护原理不受励磁涌流的影响,但动作方程的选取及保护判据的整定尚未得到合理的解决.基于等值回路方程,利用一、二次绕组参数与短路参数的关系,推导出单相及三相双绕组、三绕组变压器的动作方程,提出以正序电流作为制动量的保护判据.与传统的设定单一门槛值的保护判据相比,该判据通过寻求动作量与制动量之间的关系,制定出动作曲线,提高了保护的灵敏性和可靠性.动模试验结果表明,该判据不受涌流的影响,在内部故障后一个半周期快速动作.     

基于磁制动原理的特高压变压器励磁涌流快速识别

针对特高压大容量三相分体变压器差动保护，提出一种基于磁特性的励磁涌流快速识别新方案，该方案充分考虑了特高压变压器端部接长距离输电线路的实际特点，配合自适应数字低通滤波器计算变压器等效瞬时磁阻，有效解决了内部故障时由于变压器模型简化造成的计算误差问题。根据内部故障和励磁涌流时等效瞬时磁阻的不同变化特征，能够在10 ms识别出励磁涌流，同时还考虑了内部故障TA饱和的影响，能够保证在TA严重饱和情况下做出正确判断。该方案识别速度快、可靠性高、整定方便，具有广阔的工程应用前景。实验结果验证了其快速性和可靠性。     

特高压交流系统变压器继电保护配置与整定

结合目前国内已经投运的特高压输电工程,对特高压变压器特点、励磁涌流识别方案、主变及调压补偿变的继电保护配置以及整定进行研究,提出特高压变压器各套保护的主保护与后备保护的具体配置方案。界定各差动保护的功能及保护范围,保证保护方案能可靠动作,并给出各差动保护之间的配合整定建议。同时对典型故障进行动模试验,论证保护方案的可行性。本方案已在华东地区1 000 kV变压器保护中获得应用,可以为其他特高压交流工程中变压器继电保护的设计提供参考依据。     

特高压气体绝缘开关设备接地系统环流计算与分析

特高压系统电压等级高、容量大,壳体环流和地网环流相对很大,在稳态运行下产生相当大的环流损耗.结合我国某特高压开关站,根据电磁互感器的基本原理,提出了气体绝缘装置(gas insulated switchgear,GIS)/混合气体绝缘装置(hybrid gas insulated switchgear,HGIS)外壳仿真计算等效电路模型.采用Π型等效电路表示接地体单元,运用数值计算方法对接地系统的电气参数进行优化计算.分析表明,采用双层水平地网可以将主地网环流控制在20 A 以内、次地网环流控制在700 A 以内,但相应的短接线电流较大.分析了壳体参数对壳体环流的影响,得出了深垂直接地极和短接线降低地网环流的效果,并提出了最佳的设计方案.最后给出了特高压接地系统各部分的环流值及相应的温升数据     

特高压变压器的阻抗快速后备保护

研究了由三个单相变压器组成的特高压三相变压器组的后备保护,提出了用阻抗纵联保护作为特高压大容量变压器相间短路的快速后备保护的方案。分析了采用超范围允许式和超范围闭锁式阻抗纵联保护方案的可行性和优越性。说明了阻抗保护受励磁涌流影响小的原理,并用数字仿真证明了此论断的正确性。建立了特高压变压器的仿真模型,仿真结果证明在变压器空投和外部故障切除时产生的励磁涌流不会使阻抗保护误动,而在变压器出口相间短路时能够快速切除故障。采用所提出的保护方案可提高特高压变压器保护的可靠性。     

基于贝瑞龙模型的特高压串补线路双端测距算法

为克服特高压串补线路测距精度不高的问题,提出一种基于贝瑞龙模型的双端测距方案。该方案依据特高压实际工程背景,利用双端电压电流信息推导出故障点处的电压、电流,并通过搜索法确定故障点位置;采用分布参数,将特高压线路分布电容特点包含在内,不受特高压线路高频分量的影响;同时,不依赖串补本身模型,不受MOV非线性影响。利用仿真软件PSCAD进行仿真验证,结果表明,该算法在不同故障类型下的测距精度都较高,对过渡电阻有较强适应性。     

基于MODWT的变压器绕组轻微故障检测及分类研究

本文基于变压器在不同运行工况下的等效瞬时励磁电感的差异,利用最大重叠离散小波变换 (MODWT) 提取有效故障特征参数,实现对变压器绕组轻微匝间故障以及匝间电弧放电故障的检测。首先提取变压器在各种工况下的电气量,求取等效瞬时励磁电感,选取基于db4小波函数的最大重叠离散小波变换进行分析,提取特征量。将故障特征量作为决策树的训练集和测试集,从而实现变压器绕组轻微故障的识别以及分类。最后通过仿真证明,所提出的算法能够准确检测以及区分励磁涌流、轻微匝间短路故障以及匝间电弧放电故障。     

分布式潮流控制器控制保护策略研究

近些年,随着波动性与间歇性新能源电源的大规模接入,具有成本效益与功能强大优势的分布式潮流控制器(Distributed Power Flow Controllers, DPFC)在国内外逐步得到关注,并有多个工程项目相继投产运行。为提高DPFC运行的安全可靠性,结合DPFC的组成结构,研究了DPFC运行时可能发生的故障类型,并构建了各故障类型对应的等效电路。基于等效电路模型,分析并提取了串联耦合变压器故障、IGBT器件故障、触发信号丢失/直流电源损坏等故障情况下DPFC装置子模块的外在表现特征。结合故障特征与DPFC的启停动作时序,提出了DPFC的保护配置方案,并提出了DPFC变压器过压、直流电容过流、直流电容过压以及直流电容失压的保护策略。基于PSCAD/EMTDC构建了含DPFC的电磁暂态模型。仿真结果表明,所提保护配置方案及保护策略可以有效兼顾DPFC多种故障保护的需求。