A Kalman filter based digital percentage differential and groundfault relay for a 3-phase power transformer

The design and real-time implementation of a Kalman-filter-based digital percentage differential and a ground-fault protection scheme for three-phase power transformers are presented. A set of eleven-state Kalman filters is used to estimate the fundamental and up to fifth harmonic components of the transformer current signals. The protective relay is equipped with an even harmonic restraint during magnetizing inrush conditions and a fifth harmonic restraint during overexcitation conditions. The restraint during external faults is provided by means of a percentage differential characteristic. The relay operates in half a cycle during internal faults. In order to achieve sensitive ground-fault protection, separate primary and secondary ground-fault protection are provided. The relay algorithm is implemented on a single TMS320 digital signal processor and tested in real time using a three-phase laboratory power transformer     

自适应变压器励磁涌流判据研究

基于差流谐波正序分量的变压器励磁涌流判据能够有效识别励磁涌流和内部故障。为了进一步提高差动保护的励磁涌流闭锁可靠性和内部故障动作快速性,分析了变压器端电压及其基波正序分量突变量在励磁涌流和内部故障时的不同特征,由此确定了自适应控制因子Q,并将Q加入到差流谐波正序分量的励磁涌流判据中,进而提出了一种自适应变压器励磁涌流新判据。大量EMTP仿真及动模实验表明：新判据能够在励磁涌流时自动降低涌流制动定值,提高涌流的闭锁可靠性;在内部故障时自动升高涌流制动定值,提高区内故障时保护的动作速度。     

Fuzzy logic-based relaying for large power transformer protection

Power transformer protective relay should block the tripping during magnetizing inrush and rapidly operate the tripping during internal faults. The frequency environment of power system has been made more complicated and the quantity of 2nd frequency component in inrush state has been decreased because of the improvement of core steel. Then, traditional approaches will likely be maloperated in the case of magnetizing inrush with low second harmonic component and internal faults with high second harmonic component. This paper proposes a new relaying algorithm to enhance the fault detection sensitivities of conventional techniques by using a fuzzy logic approach. The proposed fuzzy-based relaying algorithm consists of flux-differential current derivative curve, harmonic restraint, and percentage differential characteristic curve. The proposed relaying was tested with relaying signals obtained from Salford EMTP simulation package and showed a fast and accurate trip operation.     

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。     

变压器差动保护中电流相位补偿方式的分析

在变压器空载合闸时,对变压器差动保护中△→Y电流相位补偿方式进行分析,证明变换后得到的某相差流并不能反映该相励磁电流的真实变化。进一步利用MATLAB仿真YN,d11变压器空载合闸,对比分析了变压器差动保护中△→Y和Y→△这2种电流相位补偿方式对二次谐波比励磁涌流闭锁判据的影响,仿真结果表明前者并不比后者具有明显的优势,也不宜采用分相闭锁差动保护。同时,分析变压器对称涌流产生的原因,计算说明对称涌流中的二次谐波比并不一定比单侧涌流低。提出了利用未经补偿的相电流计算励磁涌流闭锁判据中二次谐波比,提高分相闭锁的可靠性,以及利用综合二次谐波比全相闭锁保护、加短延时投入分相开放判据开放保护,提高带故障合闸时保护动作速度的思想。     

跟踪式二次谐波涌流制动改进方法

针对二次谐波制动原理存在的问题,提出一种新的二次谐波制动原理。通过判断变压器的开关位置和差流大小来改变涌流闭锁二次谐波门槛值,在空载合闸和故障切除恢复电压的过程中监视变压器内部故障和励磁涌流,达到在不会拒动的情况下更准确地判断励磁涌流、防止保护误动的目的。该方法具有实时跟踪的功能,克服了单一定值不能实现可靠制动的缺点。验证表明新方法具有较高的可靠性和灵敏性,可以克服传统制动方法的缺点,实现对励磁涌流现象的可靠制动。     

A current-based solution for transformer differential protection. II. Relay description and evaluation

For pt.I see ibid., vol.16, p.485-91 (2001). This paper describes a new approach for transformer differential protection that ensures security for external faults, inrush, and overexcitation conditions and provides dependability for internal faults. This approach combines harmonic restraint and blocking methods with a wave-shape recognition technique. We compare in the paper the behavior of some traditional transformer protection methods to that of the new method for real cases of magnetizing inrush conditions.     

UR T35/T60变压器差动保护误动分析

针对某电厂T35/T60变压器差动保护误动,对保护数据波形和整定值进行了分析.根据波形特征理论分析,排除了和应涌流引起差动保护误动的可能,指出系穿越性励磁涌流的非周期分量导致CT暂态饱和,从而引起采用"2-out-of-3"谐波制动方式的差动保护误动.最后针对误动事故,提出了T35/T60保护二次谐波制动方式选择和差动动作曲线整定上应采取的措施.     

ANN-Based Protection Scheme for Power Transformer

The implementation of a pattern recognizer for power system diagnosis can provide great advancement in the protection field. The work reported in this paper demonstrates the use of an Artificial Neural Network (ANN) as a pattern classifier for differential relay operation in the protection scheme for power transformer protection. The proposed relay takes care of maloperation due to inrush current, overexcitation, and ensures operation during internal fault. The off-line experimental result presented in this paper shows that a FeedForward Neural Network (FFNN) can be considered as an attractive alternative method to make the discrimination among normal, magnetizing inrush, overexcitation, and internal fault currents in a digital relay implementation. Results showing the performance of the protection scheme indicate that it is fast and reliable.     

电力变压器的励磁涌流判据及其发展方向

励磁涌流与内部故障电流的判别一直是伴随电力变压器差动保护的关键问题，围绕这一主题，世界各国的科技工作者先后提出了许多方法，但仍不能很好地满足当前电力变压器保护的需求——可靠（不拒动）、安全（不误动）及快的动作速度。文中对各种判别方法的原理、优缺点、技术关键及研究和应用现状进行了较详细的分析与客观评价，对比研究后给出了今后励磁涌流判别方法的发展方向。     

和应涌流导致差动保护误动原因分析

和应涌流可能引起运行变压器或发电机的差动保护误动,影响变压器与发电机的正常运行.目前,还没有防止和应涌流引起相关差动保护误动的有效措施,现场主要是靠二次谐波励磁涌流判据或三次谐波电流互感器饱和判据起到一定的闭锁作用.首先结合和应涌流的特点分析了与其相关的差动保护误动的原因主要在于电流互感器发生饱和,进一步通过多起现场误动实例与仿真,着重分析了不同类型的和应涌流发生时,电流互感器饱和检测判据所起到的闭锁作用.结果证明,虽然电流互感器饱和判据在变压器级联形式下能起到一定的闭锁作用,但在变压器并联或与多电源相连时很难起到较好的闭锁作用.     

变压器差动保护动作特性的仿真研究

为了解决工程实际中继电保护装置的测试问题,针对变压器差动保护,利用Matlab软件,在建立单侧电源110 kV双圈变压器简单电力系统模型的基础上,进行变压器微机继电保护装置的仿真分析。探究了励磁涌流与剩磁及合闸初相角之间的关系以及励磁涌流中的谐波含量情况。基于此,采用二三次谐波制动及常规比率制动保护原理,研究了差动保护装置的动作特性。通过对仿真结果的分析,整定保护装置参数,并获取测试数据,用于测试实际继保装置。经实验验证:该方案能够有效进行变压器差动保护装置的测试,具有较好的工程实用性。     

基于暂态仿真的主变涌流对线路零序过流保护的影响研究

通过阐述变压器零序电流产生机理,指出变压器各相铁芯饱和差异是产生零序分量的根本原因。基于EMTDC/PSCAD平台系统分析了剩磁、合闸角和变压器中性点接地方式对励磁涌流零序电流基波分量最大值的影响,分析结果表明当达到实际最大剩磁时通过调整合闸角可以获得最大零序电流基波分量。仿真分析还发现线路零序过流加速段保护在较大的励磁涌流零序电流下有误动风险,建议通过提高零序过流加速段定值或增加二次谐波制动原理来提高保护的可靠性。     

几种波形对称法变压器差动保护原理的比较研究

讨论了几种波形对称法变压器差动保护的原理和实现形状 ,分析了各自的可靠性和灵敏度 ,结果表明 ,与二次谐波原理相比 ,现有的波形对称原理能在涌流和故障并存的情况下分相动作 ,但在故障电流波形畸变严重的情况下 ,动作速度依然不够理想 ,在 (超 )高压大型变压器保护中的应用还有待进一步改进和完善     

基于DCD-2型继电器构成的变压器纵差保护设计

变压器励磁涌流中含有大量的非周期分量,采用带加强型速饱和变流器的差动继电器,能更有效地躲过励磁涌流。基于分析DCD-2型继电器作用和工作原理,进行了变压器的纵差保护的整定设计。     

大容量SVC对变压器差动保护的影响及解决措施

大容量静止无功补偿器(SVC)已在实际工程中获得应用。理论分析和数字仿真表明,在变压器低压侧发生故障时,SVC设备会向故障点注入大量的3次、5次等奇次谐波电流,含量显著且衰减缓慢。现有变压器差动保护为防止在区外故障电流互感器(TA)饱和、励磁涌流及过激磁等情况下产生的差动电流造成保护误动,通常采用谐波制动方法。大容量SVC设备产生的谐波电流可能造成TA饱和判别元件误判,从而引起差动保护动作速度变慢甚至拒动。为此,应避免在低压侧TA饱和判据中采用3次谐波而改用2次谐波。通过实际工程的RTDS试验数据验证了理论分析的有效性。     

变压器谐波闭锁差动保护新判据

分析了变压器差动保护中的励磁涌流二次谐波成分,认为对称性涌流中的二次谐波分量对于闭锁谐波制动差动保护是足够的,提出借助直流分量加强二次谐波作用的新判据.提出的另一判据是用定增斜率制动特性取代原用的双斜率制动特性.分析计算、试验和试运行经验证明了所提出的新判据正确、可行.     

UR T35/T60变压器差动保护误动分析

针对某电厂T35/T60变压器差动保护误动,对保护数据波形和整定值进行了分析。根据波形特征理论分析,排除了和应涌流引起差动保护误动的可能,指出系穿越性励磁涌流的非周期分量导致CT暂态饱和,从而引起采用“2-out-of-3”谐波制动方式的差动保护误动。最后针对误动事故,提出了T35/T60保护二次谐波制动方式选择和差动动作曲线整定上应采取的措施。     

A current-based solution for transformer differential protection.I. Problem statement

This paper analyzes the problem of transformer differential protection. First, the authors review the concept of transformer differential protection. They then analyze magnetizing inrush, overexcitation and current transformer (CT) saturation phenomena as possible causes of relay misoperation. Finally, they summarize the existing methods for discriminating internal faults from inrush and overexcitation conditions     

变压器衰减励磁涌流的实用计算方法

分析了变压器励磁涌流的衰减机理,根据变压器等效电路,推导出衰减励磁涌流的递归计算方法。通过曲线拟合的方法,提出了涌流幅值和间断角随时间变化的实用计算公式,为变压器差动保护和后备保护的原理研究、整定计算提供了分析计算的工具。