【正文】 ? ? ?? () 當 ? ? ? ? ? ?c o s c o sm m r stt ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?時 i(t)=0 () 由勵磁涌流計算公式知，勵磁涌流波形在非間斷區(qū)域是正弦曲線的一部分，在間斷區(qū)間為零值?！?0，且當θ =0時， J=0，故對于勵磁涌流波形有 J0。 上下對稱系數(shù) 三相變壓器單向涌流上下對稱系數(shù) 對于三相變壓器而言，若一側(cè)為角形接線，則波形位于時間軸兩側(cè)的兩相涌流的差形成單向涌流。 120176。 本章小 結(jié) 本章詳細分析和討論了變壓器區(qū)內(nèi)故障電流和勵磁涌流的上下對稱系數(shù)。 電力系統(tǒng)仿真模型為如下雙端電源系統(tǒng)： 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 49 頁 圖 電力系統(tǒng)仿真示意圖 系統(tǒng)參數(shù)如下： 頻率： 50Hz M側(cè)：電源電壓 110kV，系統(tǒng)阻抗 1 ? 0 ? N側(cè)：電源電壓 500kV，系統(tǒng)阻抗 1 ? 0 ? 線路長度： 330km 線路參數(shù)：正序 1 /R km?? 1 0. 27 72 /X km?? 1C = /km 零序 0R =? /km 0X =? /km 1C = /km 變壓器：接線方式△ /Y011。電流量為標幺值。 取最大剩磁，合閘角度為 120度： 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 27 頁 共 49 頁 圖 三相剩磁達到最大值且合閘角度為 120 度時勵磁涌流及上下對稱系數(shù) 隨機剩 磁、間斷角情況下的涌流上下對稱系數(shù) 為了全面校驗波形上下對稱系數(shù)原理，仿真時候由隨機函數(shù)給出有效范圍內(nèi)的變壓器剩磁參數(shù)和空載合閘角度參數(shù)，然后運行仿真模型。 仿真結(jié)果曲線由兩個圖形組成，第一個圖形為變壓器勵磁涌流波形，第二個圖形為勵磁涌流上下對稱系數(shù)曲線。再借助于其它模塊庫或工具箱，在 SIMULINK環(huán)境下，可以進行電力系統(tǒng)的仿真計算。 另外，本章在討論單向勵磁涌流時并未考慮數(shù)據(jù)窗的初始位置。 100176。 220176。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 17 頁 共 49 頁 圖 單向涌流簡用正弦函數(shù)表達示意圖 易知， 2??? ??? ， sin ( ) c o s( )22b A A? ? ???? 本節(jié)研究的波形特征，與波形的幅值無關(guān)，故令 A=1，所以得到單向涌流波形表達式如下： ( ) s in ( ) c o s c o s ( ) c o s2 2 2 2y t t t? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ? 當 t∈ [0,2π θ ] y(t)=0 當 (2 , 2 ]t ? ? ??? ? ?m ax 1 cos 2yt ??? 21 02 s in ( 2 ) c o s22( c o s ( ) c o s )22S t d t??? ????????? ??? ? ? ? ?? 2 m a x(1 c o s )12 2()2S y t??????? ? ? 所以 J? ? ? ?1 c o s 2 s in 2 c o s 2 s in c o s2 2 2 221 c o s 1 c o s22? ? ? ??? ? ? ? ? ???????? ? ? ? ? ? ???????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? () 可見，上下對稱系數(shù) J為間斷角θ的函數(shù)。 可見，雖然故障電流和初相角以及衰減時間常數(shù)的大小會影響上下對稱系數(shù)的大小，但影響的程度并不大，故障電流 的上下對稱系數(shù)不超過 。 表 故障電流 在不同初相角和衰減時間常數(shù)情況下的上下對稱系數(shù) 40ms 80ms 120ms 160ms 200ms 400ms 0176。 上下對稱系數(shù) J的計算公式為： 211SSJ S?? () 故障電流中衰減直流分量的影響 變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時候，如果沒有衰減直流分量，那么故障電流波形近似為正弦波形。有必要研究新的鑒別勵磁涌流的方法。由于變壓器運行的復雜性和故障的 類型的多樣性，為了改善保護性能， 滿足電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的需要 ,近十多年國內(nèi)外學者對變壓器保護的原理從各方面進行了深入的研究和試驗 ,提出了許多不同的方案。鐵芯未飽和時，變壓器各側(cè)對地導納幾乎為零，當鐵芯飽和時，變壓器各側(cè)對地導納明顯增大，當鐵芯嚴重飽和時，變壓器各側(cè)對地 導納幾乎與空芯變壓器的對地導納一致，且是一個不等于零的常數(shù)。但是該方法的運算需要高的采樣率，在實際應用中受到采樣頻率的限制。 微分型波形對稱原理的這兩種方法都是基于對勵磁涌流導數(shù)波寬及間斷角的分析。180?iI 為后半波對應第 i 點的數(shù)值， K 為比較閉值。 對積分型波形對稱原理來說，只要勵磁涌流有明顯的特征，故障電流畸變較小，諧波含量較小，該方法就可以實現(xiàn)快速出口和可靠閉鎖于涌流。且 ??? 140176。對于各種內(nèi)部短路，一般 總有 1V ＜ thV 和 sumT ＜ thT ，保護能夠快速跳閘?？梢苑譃閮煞N，一是利用二次諧波電流鑒別勵磁涌流；二是通過分析變壓器端電壓中的諧波分量而形成的電壓制動式保護。表 ； 3）勵磁涌流的波形有間斷角，涌流越大，間斷角越??； 4) 勵磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度有關(guān)，飽和越深，電抗越小，衰減越快。 產(chǎn)生勵 磁涌流的主要原因是變壓器鐵芯的嚴重飽和使勵磁阻抗大幅度降低。 電力系統(tǒng)中的變壓器主要是三相變壓器，但可以把對單相變壓器的分析作為分析三相變壓器的基礎。變壓器空載合閘時 ,合閘側(cè)電壓突然升高 ； 外部故障切除后 ,切除故障側(cè)電壓突然升高 ,這兩種情況下均可能出現(xiàn)很大的勵磁涌流。當變壓器及所在系統(tǒng)正常運行時，鐵芯未飽和，相對導磁率較大，從原邊看進去變壓器的勵磁回路相當于一個帶鐵芯的電感線圈，變壓器繞組的電感也很大 ，因此勵磁電流很小， 通常只有變壓器額定電流 3%～ 6%或更小，可忽略不計 。在外部短路時，由于系統(tǒng)電壓降低，勵磁電流也將減小。為要滿足正常運行或外部短路 時流入繼電器差動回路中的電流為零，則應使高、低壓側(cè)流入繼電器的電流相等，則高、低壓側(cè) 電流互感器變比的比值應等于變壓器的變比。當外部短路時，由于變壓器電壓降低，此時的勵磁電流更小，因此，在整定計算中可以不考慮。 由上分析可知 ,雙繞組變壓器在其兩側(cè)裝設電流互感器。如果內(nèi)部短路電流較小，則差動電流的值小于最大不平衡電流 ，該點處于直線 1 以下（制動區(qū)），保護不動作，這時保護的靈敏度不能滿足要求。239。1?I —— 變壓器低壓側(cè)一次電流； 39。 在圖 當滿足條 件： 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 3 頁 共 49 頁 Bll nIInn ????39。 變壓器差動保護主要是用來反應變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護。 因此，進一步研究變壓器差動保護的誤動機理，探索快速、準確的區(qū)分變壓器勵磁涌流和內(nèi)部故障電流的新方法以提高變壓器差動保護的性能，是十分必要的。 現(xiàn)代數(shù)學工具開始越來越多的融入到變壓器保護的研究領(lǐng)域，一方面為傳統(tǒng)的變壓器保 護方法提供了更有效地工具，另一方面，采用多個信息量，可提高變壓器保護智能化程度，改善可靠性和適應性?，F(xiàn)在使用的微機變壓器保護中識別勵磁涌流的方法也主要是：二次諧波閉鎖、間斷角閉鎖、波形對稱原理等。而原來已用于實際的一些方法隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展也面臨著新的考驗。變壓器差動保護正是為了解決這一問題而設計的。同時，大型變壓器造價昂貴，一旦發(fā)生變故遭到損壞，其檢修難度大、時間長會造成很大的經(jīng)濟損失。 由于變壓器勵磁涌流受變壓器鐵心剩磁、飽和磁密、系統(tǒng)阻抗、接線方式、鐵心結(jié)構(gòu)、合閘初相角等因素影響，所以這些方法都不能保證百分之百的可靠性， 鑒別勵磁涌流的問題成為制約變壓器差動保護能否正確和靈敏動作的 瓶頸。 其中勵磁涌流的識別一直是研究的熱點 ， 國內(nèi)外許多研究人員做了大量工作，也取得了許多成果 。其安全運行關(guān)系到整個電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定的工作。 變壓器常用的保護有過電流保護、電流速斷保護、瓦斯保護等，它們各有優(yōu)點和不足之處，過電流保護動 作時限較長，切除故障不迅速；電流速斷保護由于“死區(qū)”的影響使保護范圍受到限制；瓦斯保護只能反映變壓器的內(nèi)部故障，而不能反映外部端子以上的故障。其中大多數(shù)進行的動摸試驗和仿真證明具有較高的靈敏度和可靠性，但離微機保護的實現(xiàn)還有一段距離。間斷角原理從分析勵磁涌流波形本質(zhì)出發(fā)，為勵磁涌流的鑒別提供了新思路，沿著這個思路 ，波形比較法、波形對稱法和積分型波形對稱法相繼被提出。數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，不但可以提高微機保護數(shù)據(jù)采樣與計算的速度和精度，甚至可能改變往常微機保護裝置的設計思想，使得復雜的算法得以在保護裝置中實現(xiàn)。但當變壓器空載合閘或外部故障切除后端電壓突然恢復時，勵磁涌流很大，如果沒有別的保 護措施，這么大的不平衡電流必然導致差動保護誤動作。因此，應根據(jù)變壓器容量等級和重要程度，裝設性能良好、動作可靠的繼電保護裝置。 正常運行或外部故障時，差動繼電器中的電流等于兩側(cè)電流互感器的二次電流之差，欲使這種情況下流過繼電器的電流基本為零，則應恰當選擇兩側(cè)電流互感器的變比。1?I —— 變壓器 高 壓側(cè)一次 電流 ； 39。39。保護動作對于差動保護動作判據(jù)中的 0I ,要按躲過外部短路時最大短路電流對應的最大不平衡電流 整定，這時 0I 數(shù)值較大，如圖 中直線 1 所示，直線以下為制動區(qū)，直線以上為動作區(qū)。 由于差動保護的構(gòu)成原理是基于比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運行和外部故障時，其差動保護回路中有不平衡電流 ，使差動保護處于不利的工作條件下。 不平衡電流的產(chǎn)生原因有穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩方面 1）變壓器正常運行時由勵磁電流引起的不平衡電流 變壓器正常運行時，勵磁電流為額定電流的 3%～ 5%。 3）電流互感器計算變比與實際變比不同 變壓器高、低壓兩側(cè)電流的大小是不相等的。正常情況下，變壓器的勵磁電流很小，故縱差保護回路的不平衡電流也很小。 從變壓器原邊看進去，變壓器的勵磁回路相當于一個非線性電感。 變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生根源是 :變壓器一側(cè)的電壓突然增大 （ △ U ） ,電壓突變量與剩磁同相疊加造成變壓器鐵芯飽和所引起的。這種勵磁電流就稱為變壓器的勵磁涌流。勵磁涌流的 一次波形具有明顯的間斷角 ， 這也是涌流的一個顯著特點。 . 變壓器勵磁涌流的 特點 1） 勵磁涌流很大，其中含有大量的直 流分量； 2） 勵磁涌流中含有大量的高次諧波，其中以 2次諧波為主，而短路電流中 2次諧波成 分很小。 諧波識別法是通過電流或電壓中諧波含量的多少來區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流 。 分析和實驗表明，在涌流情況下，雖然某些項可能出現(xiàn) 1V ＜ thV ，但均可由對應的 sumT ＞ thT 可靠制動。就判為勵磁涌流，閉鎖差動保護；而當 ?J? 65176。 積分型波形 對稱原理是將一個周波采樣信號的波形經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和平移變換后，進行積 處 分 理，定義波形對稱系數(shù)，根據(jù)內(nèi)部故障電流和勵磁涌流的不同特征，加入模糊識別法，設置一個出口計數(shù)器，計數(shù)器對不同的波形對稱系數(shù)采取不同的計數(shù)方法，當計數(shù)器累加值大于某一閥值時 ，判斷為勵磁涌流，閉鎖保護出口。iI 為差電流導數(shù)前半波第 i 點的數(shù)值， 39。 () 代替上式，滿足條件則出口跳閘，不滿足則判為涌流，保護閉鎖。這一原理只需要半個周波的采樣點即可判斷出波形的凹凸性，在時間上可以達到快速判別的目的。 等值電路識別法 等值電路原理是一種基于變壓器導納型等值電路的勵磁涌流判別方法，該方法是通過監(jiān)測對地等值導納的參數(shù)變化來鑒別變壓器的內(nèi)部故障，鐵芯線圈的漏抗和空心線圈的接近，故此時變壓器的等值導納參數(shù)的互導納 幾乎與變壓器的鐵芯飽和程度無關(guān)。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 49 頁 由以上分析可以看出，目前廣泛使用的鑒別勵磁涌流的方法在理論上效果較理想，但真正用到實際中還有一定距離。但 是，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，二次諧波制動原理由于其本身的缺陷，面臨著很多問題，可能會導致變壓器的差動保護誤動作或延遲動作，以適應不了大型變壓器差動保護的要求。 波形上下對稱：若一周期函數(shù)，在任意的一個周期區(qū)間內(nèi)滿足該波形與過函數(shù)最小值平行于時間軸的直線圍的面積等于函數(shù)的最大值與過函數(shù)最小值且平行于時間軸的直線所圍成三角形的面積，則此波 形稱為上下對稱。下面是衰減時間常數(shù)為 40ms至 400ms區(qū)間內(nèi)，故障電流初相角從 0度至 180度區(qū)間內(nèi)，故障電流上下對稱系數(shù)的計算值。 180176。設單向涌流的間斷角為θ，單向涌