【正文】 .....................37參考文 獻(xiàn) ..................................................38陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 1 頁 共 49 頁 選題意義隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的長足發(fā)展，對電力行業(yè)的精確要求日益提升。 針對二次 諧波制動原理存在著不著之處，提出了基于等效瞬時電感鑒別勵磁涌流的方法并用 MATLAB/SIMULINK 建立了仿真模型，對 變壓器在不同合閘角、不?/0Y同剩磁的情況下進(jìn)行了大量仿真。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(hù)能否正確和靈敏動作的瓶頸。因此，差動保護(hù)的可靠性和安全性對變壓器保護(hù)來說最為關(guān)鍵。陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 I 頁 共 49 頁畢業(yè)論文變壓器差動保護(hù)的研究[摘要]電力變壓器作為聯(lián)系不同電壓等級網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，是電力系統(tǒng)中非常重要的元件。 長期以來電力變壓器一直只采用差動保護(hù)作為內(nèi)部故障的主保護(hù)。其中勵磁涌流的識別一直是研究的熱點(diǎn)，國內(nèi)外許多研究人員做了大量工作，也取得了許多成果。本文研究了 變壓器產(chǎn)生勵磁涌流的機(jī)理，分析了幾種鑒別 勵磁涌流方法的優(yōu)缺點(diǎn)。仿真 結(jié)果表明基于等效瞬時電感 鑒別勵磁涌流的方法能夠有效鑒別變壓器的內(nèi)部故障和勵磁涌流，具有一定的實(shí)用價 值。電力工業(yè)作為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行軍，必須為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供強(qiáng)大的開拓力和堅(jiān)固的后盾支持。其安全運(yùn)行關(guān)系到整個電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定的工作。變壓器的損壞輕者意味著與之相連的輸電線路無法正常工作，造成區(qū)域性停電；重者有可能使整個變電站斷電，影響系統(tǒng)功率平衡，引起大面積停電。差動保護(hù)方式應(yīng)為變壓器的主要保護(hù)。變壓器保護(hù)在原理上存在一定的缺陷，其關(guān)鍵問題主要有兩個:一是作為變壓器主保護(hù)的差動保護(hù)在原理上存在不足之處，二是用于識別勵磁涌流的方法不十分準(zhǔn)確。變壓器常用的保護(hù)有過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、瓦斯保護(hù)等，它們各有優(yōu)點(diǎn)和不足之處，過電流保護(hù)動作時限較長，切除故障不迅速；電流速斷保護(hù)由于“死區(qū)”的影響使保護(hù)范圍受到限制；瓦斯保護(hù)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。差動保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，差動保護(hù)是利用故障時產(chǎn)生的不平衡電流來動作，保護(hù)靈敏度很高，動作迅速?？赡軙?dǎo)致變壓器的差動保護(hù)誤動作或延遲動作，已適應(yīng)不了大型變壓器差動保護(hù)的要求，必須探索新的鑒別勵磁涌流的方法。變壓器差動保護(hù)中，解決涌流制動問題是一個關(guān)鍵。其中大多數(shù)進(jìn)行的動摸試驗(yàn)和仿真證明具有較高的靈敏度和可靠性，但離微機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)還有一段距離。因此，為適應(yīng)未來電力系統(tǒng)的發(fā)展要求，盡快研制出新原理的微機(jī)變壓器保護(hù)已成為一個非?，F(xiàn)實(shí)和迫切的要求。第三階段，新原理保護(hù)取代差動保護(hù)，這是保護(hù)新原理研究的目標(biāo)。而隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，高性能的微處理器芯片層出不窮，微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的性能不斷得到改善，整個微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)正向集成化，人工智能化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化，標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。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。實(shí)踐表明，在過去的幾十年間，上述原理基本上能達(dá)到繼電保護(hù)要求。 變壓器差動保護(hù)的發(fā)展趨勢盡管從差動保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)那一天起，正確識別勵磁涌流就成為變壓器差動保護(hù)所需要解決的重要問題，但是在沒有完善的新原理可以取代差動保護(hù)前，必須不斷提高變壓器差動保護(hù)勵磁涌流識別能力。長期以來變壓器主保護(hù)動作正確率相對偏低，變壓器差動保護(hù)及其相應(yīng)的輔助判據(jù)需要改善。數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，不但可以提高微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采樣與計(jì)算的速度和精度，甚至可能改變往常微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想，使得復(fù)雜的算法得以在保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)。隨著新的傳感元件與測量元件的出現(xiàn),故障診斷與預(yù)測充分利用各種現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析手段對變壓器的各個運(yùn)行狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)測與分析，越來越融入到變壓器保護(hù)中。 變壓器差動保護(hù)研究的主要內(nèi)容差動保護(hù)一直以來都是電力變壓器的主保護(hù)，其最關(guān)鍵也是最困難的問題是如何防止變壓器勵磁涌流所導(dǎo)致的差動保護(hù)誤動作。這是因?yàn)椴顒颖Ｗo(hù)的理論依據(jù)是基爾霍夫電流定理，所以對純電路設(shè)備如發(fā)電機(jī)、線路等的差動保護(hù)無懈可擊，但對變壓器而言，其內(nèi)部是通過磁路耦合來聯(lián)系的，并不是純電路結(jié)構(gòu)，因此基爾霍夫電流定理本質(zhì)上已不再適用，變壓器的勵磁電流成了差動保護(hù)不平衡電流的一種來源。但當(dāng)變壓器空載合閘或外部故障切除后端電壓突然恢復(fù)時，勵磁涌流很大，如果沒有別的保護(hù)措施，這么大的不平衡電流必然導(dǎo)致差動保護(hù)誤動作。通過對電力變壓器差動保護(hù)電路進(jìn)行分析 ,找出常見的不平衡電流產(chǎn)生的原因 ,并提出了一些措施 ,提高變壓器差動保護(hù)的正確動作率 ,確保變壓器的安全運(yùn)行。2. 變壓器的差動保護(hù)變壓器是電力系統(tǒng)中的一種重要設(shè)備，分布于系統(tǒng)各不同電壓階層。變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要電器設(shè)備。因此，應(yīng)根據(jù)變壓器容量等級和重要程度，裝設(shè)性能良好、動作可靠的繼電保護(hù)裝置。差動保護(hù)裝置 ,可用來保護(hù)變壓器線圈內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的相間短路和接在大電流接地電網(wǎng)上變壓器的單相接地故障。由于變壓器具有兩個或更多個電壓等級，因此，為了保證差動保護(hù)的正確工作，就須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比。以雙繞組變壓器為例說明差動保護(hù)原理。正常運(yùn)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(yīng)恰當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比。139。239。1?I——變壓器低壓側(cè)一次電流；39。2?I——低壓側(cè)電流互感器的二次電流，單位為安培；39。B圖 雙繞組變壓器接線圖圖 三繞組變壓器接線圖差動保護(hù)動作判據(jù)用下式表示：陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 4 頁 共 49 頁≥ ()??39。I0式中: ——差送保護(hù)動作整定電流0I流入繼電器的電流為 0，此時差電流小于動作整定電流，繼電器不動作。239。2?39。而當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，變壓器副邊的電流互感器無電流流過，繼電器反應(yīng)兩側(cè)電流之和，此時,差動電流大于動作整定電流。保護(hù)動作對于差動保護(hù)動作判據(jù)中的 ,要按躲過外部短路時最大短路電流對應(yīng)的最大不平衡電流 整定，這時 數(shù)值較0I 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)。由于變壓器差動保護(hù)的不平衡電流隨一次穿越電流的增大而增大，因此，利用該穿越電流產(chǎn)生制動作用使動作電流隨制動電流而變化，這樣在任何內(nèi)部短路情況下動作電流都大于相應(yīng)的不平衡電流，同時又具有較高的靈敏度。動作特性曲線 2 與直線 1 相比，圖中陰影部分能夠正確動作。因此采用帶制動特性的原理，外部短路電流較大，制動電流也越大，繼電器能夠可靠制動。由于差動保護(hù)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(yùn)行和外部故障時，其差動保護(hù)回路中有不平衡電流，使差動保護(hù)處于不利的工作條件下。當(dāng)兩側(cè)電流互感器的同極性在同一方向，則將兩側(cè)電流互感器不同極性的二次端子相連接(如果同極性端子均置于靠近母線一側(cè)，二次側(cè)為同極相連)，差動繼電器的工作線圈并聯(lián)在電流互感器的二次端子上。然而，由于變壓器實(shí)際運(yùn)行中引起的種種不平衡電流，使得差動繼電器的動作電流增大，從而降低了保護(hù)的靈敏度，因此，減少不平衡電流及其對保護(hù)的影響，就成為實(shí)現(xiàn)變壓器差動保護(hù)的主要問題。陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 5 頁 共 49 頁 差動保護(hù)中不平衡電流產(chǎn)生的原因由于差動保護(hù)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(yùn)行和外部故障時，其差動回路中有不平衡電流，使差動保護(hù)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(yùn)行時由勵磁電流引起的不平衡電流變壓器正常運(yùn)行時，勵磁電流為額定電流的 3%～5%。2）變壓器各側(cè)電流相位不同引起的不平衡電流電力系統(tǒng)中常采用 Y，d11 接線方式，因此，變壓器兩側(cè)的相位差為 30176。的不平衡電流。具體方法是將 Y,d11 接線的變壓器星形接線側(cè)的電流互感器接成三角形接線，三角形接線側(cè)的電流互感器接成星形接線，這樣可以使兩側(cè)電流互感器二次連接臂上的電流 和 相位一致，按該方法接線進(jìn)行相位補(bǔ)償后，高壓側(cè)保護(hù)臂中電流2ABIab比該側(cè)互感器二次側(cè)電流大 倍，為使正常負(fù)荷時兩側(cè)保護(hù)臂中電流接近相等，故高壓側(cè)電流互3感器變比應(yīng)增大 倍。3）電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同變壓器高、低壓兩側(cè)電流的大小是不相等的。但實(shí)際上由于電流互感器在制造上的標(biāo)準(zhǔn)化，往往選出的是與計(jì)算變比相接近且較大的標(biāo)準(zhǔn)變比的電流互感器，這樣由于變比的標(biāo)準(zhǔn)化使得其實(shí)際變比與計(jì)算變比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流4）變壓器各側(cè)電流互感器型號不同由于變壓器各側(cè)電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號不同，它們的飽和特性不同、勵磁電流（歸算至同一級）也就不同，從而在差動回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。在整定計(jì)算中，差動保護(hù)只能按照某一變比整定，選擇恰當(dāng)?shù)钠胶饩€圈減小或消除不平衡電流的影響。陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 6 頁 共 49 頁暫態(tài)情況下的不平衡電流是由變壓器勵磁涌流產(chǎn)生，變壓器的勵磁電流僅流經(jīng)變壓器接通電源的某一側(cè)，對差動回路來說，勵磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時的短路電流。正常情況下，變壓器的勵磁電流很小，故縱差保護(hù)回路的不平衡電流也很小。因此，在正常運(yùn)行和外部短路時勵磁電流對縱差保護(hù)的影響常?？珊雎圆挥?jì)。變壓器的勵磁涌流就是一種暫態(tài)電流,對差動保護(hù)回路不平衡電流的影響更大。變壓器的勵磁電流是只流入變壓器接通電源一側(cè)繞組的，對差動保護(hù)回路來說勵磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時的短路電流。從變壓器原邊看進(jìn)去，變壓器的勵磁回路相當(dāng)于一個非線性電感。在外部短路時，由于系統(tǒng)電壓下降，勵磁電流也將減小，它產(chǎn)生的影響就更小。但是，在電壓突然增加的特殊情況下，例如在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電時，一旦鐵芯飽和后，其相對磁導(dǎo)率接近于 1，從變壓器原方看進(jìn)去，勵磁回路相當(dāng)于一個空心線圈，變壓器的回路電感降低，可能產(chǎn)生很大的勵磁電流，其數(shù)值可達(dá)額定電流的 6～8 倍。由于勵磁涌流的存在常常導(dǎo)致差動保護(hù)誤動作，給變壓器差動保護(hù)的實(shí)現(xiàn)帶來困難。 勵磁涌流產(chǎn)生的原因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。具體過程為:在穩(wěn)態(tài)工作情況下 ,變壓器鐵芯中的磁通應(yīng)滯后于外加電壓 90176。但是由于鐵芯中的磁通不能突變 ,因此將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通 ,其幅值為 + фm。如果鐵芯中還有剩余磁通 фs,則總磁通將為 2фm + фs。這種勵磁電流就稱為變壓器的勵磁涌流。圖 為一實(shí)際變壓器的磁化曲線陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 7 頁 共 49 頁圖 變壓器的磁化曲線圖 中 為磁化曲線，A 點(diǎn)為飽和磁通，直線 AB 為過 A 點(diǎn)向?qū)嶋H磁化曲線飽和區(qū)域所作的切線。變壓器空載合閘于工頻無窮大電源，電壓與磁通之間的關(guān)系為 ())sin(????wtUdtm式中 α 為空載合閘時電源電壓的初相角設(shè)變壓器在 t=0 時空載合閘，加在變壓器上的電壓為= ()u)sin(?tm由磁通不能突變，得到空載合閘的鐵芯磁通為 ()smmwt?????co)cos(式中， 為對應(yīng)電壓 的磁通幅值，我們稱 為穩(wěn)態(tài)磁通，將非同期磁通wU)s(?t和剩磁 合稱為暫態(tài)磁通（即非周期分量） 。除基波和非周期分量外，高次諧波電流以二次諧波為最大。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(diǎn)。勵磁涌流的大小和衰減速度與合閘瞬間電壓的相位、剩磁的大小、方向、電源和變壓器的容量等有關(guān)。而對于三相變壓器無論在任何瞬時合閘，至少有兩相會出現(xiàn)程度不等的勵磁涌流。當(dāng)變壓器鐵心飽和時，變壓器鐵心在飽和區(qū)域的電感 L 為常量，即|Φ(t)|＞Φs 時，電流 i(t) ＞0。. 變壓器勵磁涌流的特點(diǎn)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。一般情況下，變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時間越長，但總的趨勢是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。 本章總結(jié)本章首先介紹了變壓器差動保護(hù)的基本原理，闡述了差動回路中的不平衡電流對變壓器差動保護(hù)的影響，以單相變壓器為例，分析了變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理，并敘述了變壓器勵磁涌流的特點(diǎn)、危害及怎樣減少勵磁涌流。如前所述，變壓器差動保護(hù)的主要矛盾集中在鑒別勵磁涌流和內(nèi)部故障上。 諧波識別法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。 二次諧波電流鑒別勵磁涌流分析表明，勵磁涌流中含有較大的二次諧波分量，通過計(jì)算差動電流中的二次諧波電流與基波陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 10 頁 共 49 頁電流的幅值之比可判別是否存在勵磁涌流。二2dI K次諧波制動原理簡單明了，目前在國內(nèi)外變壓器的常規(guī)保護(hù)中運(yùn)用較普遍，有較多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，微機(jī)保護(hù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了該種原理。其原理簡述如下，如果變壓器的三相電壓滿足：＞ ()1Vth或 ＞