UPFC串联变压器匝间保护新原理研究

串联变压器是统一潮流控制器(UPFC)系统的重要组成元件。由于其特殊的结构及接入系统方式,串联变压器网侧绕组纵向电压随UPFC控制方式变化而变化。同一短路匝比匝间短路时,串联变压器差动电流与网侧绕组纵向电压幅值呈正相关,传统电流差动保护作为串联变压器匝间短路的保护灵敏性和可靠性不足。提出了一种新型的串联变压器匝间保护原理,构建了与网侧绕组纵向电压幅值呈正向线性关系的自适应动作门槛,以及根据两侧电流幅值自动调整的制动量,极大地提高了保护的灵敏性和可靠性,在实际工程中具有良好的应用前景。RTDS仿真结果验证了传统保护的不足及新型保护的优越性能。     

采样值差动保护安全性及灵敏度的研究

对采用模值和制动方式的采样值差动保护的安全性及灵敏度进行研究。从相量值差动保护区内故障的最严酷条件出发,对采样值差动保护的差流门槛值和比率制动系数的灵敏度进行了分析,得出采样值差动保护在区外故障时可靠不动、区内故障时可靠动作,输入信号量在半个工频周期内满足动作判据的角度范围是90°～121°。建立了变压器匝间故障的简化仿真模型,针对变压器空投、轻微故障和区外故障工况,对采样值差动保护进行了仿真分析,验证了上述结论。所确定的S值,既能保证变压器空载合闸时保护的安全性,也能保证空投于变压器内部匝间故障时,保护有较高的灵敏度。     

变压器分接头改变对区内单相高阻接地故障灵敏度的影响

评价变压器纵差保护性能优劣的指标之一是其反应高阻接地故障及匝间故障的灵敏度。目前广泛采用的带比率制动的差动保护,在不同工况下,其反应高阻接地故障与匝间故障的灵敏度是不同的。该文分析了变压器分接头调整引起的不平衡电流与区内高阻接地故障形成的差动电流之间的向量关系。指出了分接头升高与降低造成的不平衡电流对保护的灵敏度有不同的影响。最后通过数字仿真对此进行了验证。     

采样值差动保护安全性及灵敏度的研究

对采用模值和制动方式的采样值差动保护的安全性及灵敏度进行研究.从相量值差动保护区内故障的最严酷条件出发,对采样值差动保护的差流门槛值和比率制动系数的灵敏度进行了分析,得出采样值差动保护在区外故障时可靠不动、区内故障时可靠动作,输入信号量在半个工频周期内满足动作判据的角度范围是90°～121°.建立了变压器匝间故障的简化仿真模型,针对变压器空投、轻微故障和区外故障工况,对采样值差动保护进行了仿真分析,验证了上述结论.所确定的S值,既能保证变压器空载合闸时保护的安全性,也能保证空投于变压器内部匝间故障时,保护有较高的灵敏度.     

一种基于功率损耗突变的变压器匝间保护

在分析了现有的变压器保护的基础上,建立了变压器的电磁暂态模型,对匝间短路故障的暂态过程进行了仿真。针对差动保护在反映匝间故障时灵敏度不足的问题,结合对已有的基于电流电压的变压器保护理论的分析,提出了一种基于损耗功率突变的变压器匝间保护方案。通过实时计算有功损耗与无功损耗之间的比值,故障时该比值将发生较大的突变,从而可测量到轻微匝间故障,可有效的补充差动保护在反映轻微匝间故障的灵敏度不足的缺陷。     

一种基于功率损耗突变的变压器匝间保护

在分析了现有的变压器保护的基础上,建立了变压器的电磁暂态模型,对匝间短路故障的暂态过程进行了仿真.针对差动保护在反映匝间故障时灵敏度不足的问题,结合对已有的基于电流电压的变压器保护理论的分析,提出了一种基于损耗功率突变的变压器匝间保护方案.通过实时计算有功损耗与无功损耗之间的比值,故障时该比值将发生较大的突变,从而可测量到轻微匝间故障,可有效的补充差动保护在反映轻微匝间故障的灵敏度不足的缺陷.     

变压器分接头改变对区内单相高阻接地故障灵敏度的影响

评价变压器纵差保护性能优劣的指标之一是其反应高阻接地故障及匝间故障的灵敏度.目前广泛采用的带比率制动的差动保护,在不同工况下,其反应高阻接地故障与匝间故障的灵敏度是不同的.该文分析了变压器分接头调整引起的不平衡电流与区内高阻接地故障形成的差动电流之间的向量关系.指出了分接头升高与降低造成的不平衡电流对保护的灵敏度有不同的影响.最后通过数字仿真对此进行了验证.     

适用于新能源并网变压器匝间故障识别的新判据

为增加功率输送能力,新能源并网变压器采用两电压等级三绕组、接线形式为星角角的变压器。变压器在低压侧发生匝间故障时,差动保护灵敏度不足,同时变压器空载合闸于匝间故障时,涌流闭锁判据会闭锁差动保护,延长故障切除时间。基于星角角接线型式的新能源并网变压器零序等值回路,文中通过建立零序节点电压方程,利用区外故障及匝间故障节点电压方程特征构建匝间故障识别判据,该判据与差动保护原理相比,不受励磁涌流的影响,具有较高的可靠性及速动性。文中利用实时数字仿真系统(RTDS)进行故障仿真,验证新判据的有效性及可靠性,发现采用新判据能够可靠灵敏地识别变压器匝间故障,弥补差动保护的不足。     

UPFC系统的变压器差动保护分析

并联变压器和串联变压器是统一潮流控制器(UPFC)的核心交流器件,差动保护作为这两类变压器的主保护,受UPFC特殊的运行工况影响,在不同的运行条件和不同类型的故障下会表现出不同的特性。为分析评估UPFC中各类故障对差动保护的影响,文中以实际UPFC工程的控制系统为基础,讨论了各类故障下可能对并联、串联变压器差动保护灵敏性及可靠性产生影响的因素;根据变压器区内外典型故障的仿真结果,分析了差动保护在此类故障下的行为特征,形成差动保护的适应性分析,验证了保护配置的有效性;从保护设备的角度出发,讨论了阀控制保护与交流继电保护的关系,从防误和防拒两方面为UPFC工程的交流继电保护实施提供技术参考。     

特高压有载调压变压器差动保护自适应算法

有载调压技术已在中国特高压交流输电系统中实现了应用,这对特高压变压器运行的可靠性提出了更高要求。有载调压过程中,由于无法获知调压变压器的实际运行档位,差动保护装置不能根据实时的额定电流之比调整平衡系数,只能选取一个固定档位下调压变压器两侧额定电流之比来计算其差动电流,因而会造成很大误差。工程上,设置调压变压器不灵敏段差动来躲过调档产生的不平衡电流,这不仅增加了调压操作的复杂性,还降低了调压变压器差动保护的灵敏度。针对上述问题,基于特高压变压器电气结构提出一种在线自适应获取调压变压器运行档位的方法,通过实时计算调压变压器运行时的端电压之比,对差动电流计算结果进行修正,精确求得有载调压过程中调压变压器的实时差动电流。数字仿真证明了基于自适应算法的调压变压器差动保护动作特性不受短路匝数和运行档位变化影响,可有效解决现有特高压有载调压变压器差动保护策略识别匝间故障时灵敏度不足的问题。     

串变调压电炉变压器差动保护研究

针对电炉变压器频繁调压且调压范围宽的特点,提出根据当前电炉变压器有载调压档位实时计算差动保护的平衡系数方法。该方法首先将3个单相电炉变压器档位信息经有载调压档位控制器转换为BCD码信息;然后差动保护装置通过开关量方式接入转换后的BCD码信息,并解码还原为当前实际档位;最后根据变压器调压总档位、各相变压器当前档位、低压侧标称最高电压及最低电压,计算各相变压器低压侧当前工作电压,再结合变压器额定容量、高压侧额定电压,按相实时计算差动保护平衡系数。这种方法解决了电炉变压器差动保护的差动电流计算不正确的难题,工程实践表明该方法明显增加差动电流计算正确性提高差动保护灵敏度。     

UPFC串联变压器启动试验保护配置方法

针对统一潮流控制器(UPFC)串联变压器特殊的启动调试方法和充电路径,提出了一种临时保护配置方案。结合串联变压器充电方式提出在并联变压器阀侧开关设置临时过流保护的方案,该保护采用两段式配置,并基于串联变压器等值回路给出了故障电流计算和保护整定方法。进一步提出了UPFC串联变压器充电保护功能:利用UPFC保护实现串、并联变压器阀侧连接引线差动保护;提出了UPFC保护联跳功能,实现串联变压器内部弱故障时对串联变压器的有效隔离和快速切除电源。对串联变压器带电区域故障进行电磁暂态仿真,结果表明所提方法满足带电区域故障时保护灵敏度和速动性,具有现场可实施性。     

基于电压、电流不平衡度差值的干式变压器匝间短路故障识别方法

干式变压器绕组发生轻微匝间短路时,相电压、相电流等电气量变化甚微,不能作为表征匝间短路故障的敏感特征量,导致相应保护措施缺失,运行过程中设备烧毁事故时有发生。通过建立干式变压器“场-路”耦合仿真模型,利用实际试验和工程计算获取的状态参数,验证模型的准确性。通过建立和分析其绕组匝间短路故障数学模型,提取相电压、相电流不平衡度标幺值的差值,作为判断匝间短路故障的特征量。通过仿真分析不同工况下其绕组发生匝间短路故障时不同电气量的变化情况,论证了所提新故障特征量不仅能提前感知绕组匝间短路故障,而且能够克服固有的三相不对称及不平衡运行带来的影响,有效性、灵敏性兼顾,为实时监测干式变压器绕组匝间绝缘状态提供一种新方法。     

多绕组电力变压器内部短路稳态分析:（二）实验验证与差动保护灵敏度分析

通过在一台三相双绕组电力变压器内部设置各种短路来测试线端电压和电流，并与仿真计算的结果进行比较，验证了所提出的变压器内部短路故障分析的电路模型和计算方法。在此基础上，根据所设置的对地短路、匝间短路、相间短路等3种类型短路故障的仿真计算结果，分析了现有差动保护对这种变压器的保护灵敏度，指出纵差保护的灵敏度基本令人满意，而要提高零差保护的灵敏度，还需要进一步研究补偿措施。     

MMC-UPFC在南京西环网的应用及其谐波特性分析

基于模块化多电平换流器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)是当前最新型的柔性交流输电技术,与柔性直流输电中MMC交流电压在额定值附近不同,理论上UPFC串联侧MMC输出电压可在零到额定值之间任意可调,在调制比较小时,换流器输出电压中将含有较大的谐波成分。结合南京西环网UPFC实际工程,为研究基于MMC的UPFC对电网谐波的影响,从UPFC工作原理出发分析MMC谐波理论计算方法及分布特性,给出了UPFC接入系统后电网谐波的计算公式,用于评估系统各种运行方式下UPFC在不同子模块数量及电压调制比下的谐波特性及其对电网电压谐波的影响,为工程设计和系统运行维护提供依据。最后,理论计算和仿真结果验证了所提出的谐波分析计算方法的有效性。     

基于微分域电流过零点偏移特征的电抗器匝间保护新方法

以中性点不带小电抗的高压并联电抗器为研究对象,在分析电抗器空投励磁涌流特征的基础上,指出了并联电抗器不带中性点小电抗时涌流会更加严重,是引起匝间保护误动的主要原因。分析了并联电抗器空投饱和的机理,指出了电抗器绕组磁通饱和后微分域相电流过零点前后采样峰值间距会发生偏移,在此基础上提出一种基于微分域电流过零点偏移特征的电抗器匝间保护新方法。利用工频特征下相电流过零点前后峰值间距与微分域相电流过零点前后采样峰值间距的偏移程度,结合相电流线性区内各时刻电感的均方根值与额定电感之间的特征关系来识别电抗器空投饱和与匝间故障,若识别为电抗器空投饱和则闭锁匝间保护,若识别为匝间故障则经短延时开放匝间保护。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于负序电流判别的变压器差动保护零序电流自动补偿方法

对于星形/三角形(Y/d)连接组的变压器,形成差动量一般采用2种转角方式:Y侧电流移相转角(Y→d)和d侧电流移相转角(d→Y)以实现二次电流的幅值和相位校正.为了避免中性点直接接地侧外部单相接地短路时差动保护误动,2种转角方式都消去了差动电流中的零序分量,但因此降低了差动保护反应内部单相接地短路和匝间短路的灵敏度.直接利用中性点零序电流对差动电流进行自动补偿可以兼顾区内外接地短路时保护的可靠性与灵敏度,但实际上由于三相电流互感器(TA)与中性点零序TA的不同型问题,也可能导致差动保护的误动.研究表明,充分利用变压器各侧负序电流在区内外接地短路时的不同相位特征,可以对差动电流进行零序电流的自动补偿,既提高了区外接地短路时保护的可靠性,又保证了区内接地短路时保护的灵敏度不会降低.该方法无需增加额外的零序TA二次接线,也避免了零序TA极性校验问题.     

接地变压器低压绕组匝间短路故障的电磁特征研究

接地变压器具有系统中性点引出和站用电双重功能,在我国大中型变电站中被普遍采用,其运行可靠性直接影响电网的安全稳定。针对接地变压器低压绕组匝间绝缘短路故障检测方法缺失问题,基于磁场-电路耦合原理,利用ANSYS软件建立接地变压器二维有限元模型。通过对比高、低压侧电流的仿真值与计算值,验证模型的正确性。在此基础上分析其低压绕组单匝匝间短路故障时的电磁特征。研究结果表明:当接地变压器低压绕组发生单匝匝间短路故障时,短路环内部有很大的短路电流;电压、电流相位角,功率因数角以及高、低压侧三相电流均会发生变化,但电流波动达不到接地变压器保护的动作定值;同时,短路环附近的磁场也会发生畸变。