论文部分内容阅读
[摘要]一直以来大型发电机、变压器的可靠运行在电力系统的安全稳定运行中占有非常重要的地位。在诸多保护中主保护占据无可比拟的地位，其性能的优劣不仅影响单个被保护的发电机、变压器设备，而且与整个电网的安全稳定运行息息相关。本文主要探讨了多判据缤合变压器差动保护思想以及动模试脸及保护性能测试。
[关键词]大型变压器、差动保护、性能测试
中图分类号:TM774 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)07-0069-01
1 引言
随着国民经济高速、深入的发展，对电力系统的发展提出了越来越高的要求，电力系统的稳定性、可靠性成为各行各业发展的重要保障。由于变压器本身造价昂贵，一旦因故障而遭到破坏，其检修难度大，检修时间较长，经济上的损失也很大。同时行业的发展对保护装置也提出了越来越高的要求，如保护的结构体系、智能化程度、故障分析手段、可靠性的进一步提高等；尤其针对变压器保护装置励磁涌流的特殊性，如何提高其动作速度，成为行家们倍切关注的课題。
2 多判掘缤合变压器差动保护思想
2.1 判据构成
由于硬件DSP功能足够强大，使得装置能够同时装备几种不同原理的保护，并通过保护控制字和的投退，来进行多种保护原理的组合。考虑到500kV系统保护双重化的要求，在差动保护主判据方面采用两种以上不同原理的差动保护。另外增加辅助判据保证保护在异常运行状态下的可靠性。其具体配置如下：
1)二次谐波闭锁相量差动保护。
2)故障分量二次谐波闭锁相量差动保护。
3)虚拟三次谐波闭锁相量差动保护。
4)故障分量虚拟三次谐波闭锁相量差动保护。
5)采样值差动速断保护。
6)采样值差动保护。
7)故障分量采样值差动保护。
辅助判据有：
1)五次谐波闭锁差动保护。
2)U/f过激磁闭锁差动保护。
3)TA断线闭锁差动保护。
4)频率跟踪。
2.2 协同工作原则
在差动保护软件算法上，突破性采用新的“虚拟三次谐波制动”、“采样值差动”原理同传统的保护原理相结合方式，充分发挥各自优势，提高了保护动作的速度(最快差速切保护包含继电器出口时间可达11ms)、可靠性；同时具有用户选择范围宽、灵活性强等特点。具体说来就是通过合理安排各保护整定值的配合，在充分保证各个判据可靠性的前提下，根据各判据的特点，综合判断保护是否应该出口。其主要原则如下：
1)各保护的协同工作是在合理安排各判据定值，充分保证保护可靠性前提下口也就是说在任何情况下的区外故障保证保护不应误动。
2)根据各判据特点，采用分时段安排各保护工作。如：采样值差流速断保护只在保护启动后6ms投用(对于20点采样就是6个采样点)。6ms以后差速断退，出以防TA严重饱和引起差速断误动：虚拟三次谐波和故障分量虚拟三次谐波在半个周波左右的数据窗就能识别励磁涌流，因此其主要工作时段为启动后的12ms左右；工频一周20点采样，采样值差动保护采取连续16点里13点满足动作条件出口。因此采样值差动保护在故障后13ms后投入：常规相量差动保护由于采用全周富氏算法，故在故障后20ms后投入；故障分量采样值差动保护根据故障分量保护的特点，保护启动两个周波后退出。
3)在同一时段共同工作的各保护，在合理安排定值配合的前提下，采用“或门”出口。
4)各时段工作的保护，以最早动作的保护，作为发跳闸令时间(保护出口时间)。
5)各种差动保护、闭锁判据和TA断线辅助判据各自独立，均可以通过控制字进行投退。一种或几种功能的推出不会影响其他功能的判别，用户可以根据需要选择不同保护配置方案。
3 动模试验及保护性能测试
用动模试验来模拟电力系统的实际运行及故障情况，从而全面测试联合扩大单元变压器组微机保护装置的各项性能，是一种有效的科学方法。动模试验的目的是全面测试联合扩大单元变压器组微机保护装置的各项性能。试验任务包括对试验系统的各个特殊点进行短路、变压器空投、TA饱和及断线、系统振荡等多项试验，从而检测保护的动作行为、通信状况、上层管理及分析功能等，重点考察保护的动作行为。主要试验内容包括：
1)高压侧外部故障短线内部故障。
2)变压器高压侧内部故障。
3)变压器低压侧内部故障。
4)变压器低压侧外部故障。
5)低压负荷侧外部故障.
6)高压侧长线上故障。
7)变压器匝间短路。
8)空投变压器(包括正常空投、经长线空投、并联长线空投和带故障空投)。
9)TA饱和试验。
10)TA断线试验。
动模试验数据表明在三种原理差动保护从可靠性角度进行整定，仍然可以保证空投故障可靠动作。
变压器空投出现的三相差流实质上是励磁涌流，它峰值的大小取决与变压器的合闸角、剩磁的大小以及变压器与外部连接的方式等。在动模模拟变压器空投工况可有六种：(1)弱电源空投；(2)强电源空投；(3)变压器高压侧并联长线弱电源空投；(4)变压器高压侧并联长线强电源空投；(5)弱电源串联长线空投；(6)强电源串联长线空投。
虚拟三次谐波制动原理是利用变压器励磁支路非线性使得励磁涌流前半个周波具有明显尖顶波的特性构造判据的。这对于每相电流而言特征是十分明显的。但是在变压器高压侧空投，差动电流为高压侧两相电流差，会引起差流波形发生变化，在某一数据窗下，并不一定会使三次谐波含量增加，有时反而会使三次谐波含量减小。大量动模试验测得三次谐波比最低为11.67％。因此可以通过变压器高压侧空投来考验虚拟三次谐波制动原理的有效性。虚拟三次谐波制动原理差动保护与二次谐波制动原理差动保护虽然涌流判别采用的电量不一样，但从机理来看都是利用了涌流的谐波特性，因此同样存在空投故障时被非故障相谐波闭锁动作的缺点。动模试验结果表明：虚拟三次谐波制动原理差动保护在空投变压器时能可靠不动作，而在大多数内部故障情况下，可靠动作。其动作速度较二次谐波制动原理要快。
无穷大电源不挂接线路直接空投变压器时，高压侧流过的电流纯粹是变压器励磁支路的涌流，其谐波分量分布情况完全由变压器励磁支路的非线性特性决定。变压器高压侧母线挂接长输电线路空投变压器时，高压侧流过的电流除了包含有变压器励磁支路的涌流，还包含了在空投暂态过程中母线电压变化引起并联长线对地分布电容充放电电流。并联长线空投，变压器与电源之间阻抗小，变压器机端电压不会发生大的变化，这种情况电容电流小，对涌流中的谐波含量的改变亦很小。串联长线空投变压器，在高压侧电压完全建立起来前，励磁阻抗较小，而长线和电源阻抗较大。导致：
1)变压器机端电压较系统电压下降很多，系统越弱，电压下降越多；
2)变压器高压侧电压波形畸变，差流波形谐波分量丰富。由于在空投过程中电源受线路压降的影响，串联长线后变压器高压侧电压较低，使得此时励磁涌流的峰值(基波)较其它两种空投接线方式要小。这样电容电流对三相差流中谐波分量大小影响要大过变压器高压并联长线。
4 结语
在差动保护原理和算法上首次采用了多判据协同技术，可充分发挥多判据各自的优势，实现功能互补，使保护的可靠性、灵敏性、速动性以及励磁涌流制动和抗饱和性能同时得到提高。该装置采用了首创的“基于虚拟三次谐波的励磁涌流制动原理”，该原理在识别励磁涌流的快速性和准确性，对付对称涌流等方面具有优良性能。该装置在变压器差动保护中采用了“采样值差动保护算法”。该算法具备特有的抗励磁涌流和抗TA饱和能力，并有效提高了差动保护动作速度；与其它传统的差动保护算法相结合，使差动保护的性能更为完善。
[关键词]大型变压器、差动保护、性能测试
中图分类号:TM774 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)07-0069-01
1 引言
随着国民经济高速、深入的发展，对电力系统的发展提出了越来越高的要求，电力系统的稳定性、可靠性成为各行各业发展的重要保障。由于变压器本身造价昂贵，一旦因故障而遭到破坏，其检修难度大，检修时间较长，经济上的损失也很大。同时行业的发展对保护装置也提出了越来越高的要求，如保护的结构体系、智能化程度、故障分析手段、可靠性的进一步提高等；尤其针对变压器保护装置励磁涌流的特殊性，如何提高其动作速度，成为行家们倍切关注的课題。
2 多判掘缤合变压器差动保护思想
2.1 判据构成
由于硬件DSP功能足够强大，使得装置能够同时装备几种不同原理的保护，并通过保护控制字和的投退，来进行多种保护原理的组合。考虑到500kV系统保护双重化的要求，在差动保护主判据方面采用两种以上不同原理的差动保护。另外增加辅助判据保证保护在异常运行状态下的可靠性。其具体配置如下：
1)二次谐波闭锁相量差动保护。
2)故障分量二次谐波闭锁相量差动保护。
3)虚拟三次谐波闭锁相量差动保护。
4)故障分量虚拟三次谐波闭锁相量差动保护。
5)采样值差动速断保护。
6)采样值差动保护。
7)故障分量采样值差动保护。
辅助判据有：
1)五次谐波闭锁差动保护。
2)U/f过激磁闭锁差动保护。
3)TA断线闭锁差动保护。
4)频率跟踪。
2.2 协同工作原则
在差动保护软件算法上，突破性采用新的“虚拟三次谐波制动”、“采样值差动”原理同传统的保护原理相结合方式，充分发挥各自优势，提高了保护动作的速度(最快差速切保护包含继电器出口时间可达11ms)、可靠性；同时具有用户选择范围宽、灵活性强等特点。具体说来就是通过合理安排各保护整定值的配合，在充分保证各个判据可靠性的前提下，根据各判据的特点，综合判断保护是否应该出口。其主要原则如下：
1)各保护的协同工作是在合理安排各判据定值，充分保证保护可靠性前提下口也就是说在任何情况下的区外故障保证保护不应误动。
2)根据各判据特点，采用分时段安排各保护工作。如：采样值差流速断保护只在保护启动后6ms投用(对于20点采样就是6个采样点)。6ms以后差速断退，出以防TA严重饱和引起差速断误动：虚拟三次谐波和故障分量虚拟三次谐波在半个周波左右的数据窗就能识别励磁涌流，因此其主要工作时段为启动后的12ms左右；工频一周20点采样，采样值差动保护采取连续16点里13点满足动作条件出口。因此采样值差动保护在故障后13ms后投入：常规相量差动保护由于采用全周富氏算法，故在故障后20ms后投入；故障分量采样值差动保护根据故障分量保护的特点，保护启动两个周波后退出。
3)在同一时段共同工作的各保护，在合理安排定值配合的前提下，采用“或门”出口。
4)各时段工作的保护，以最早动作的保护，作为发跳闸令时间(保护出口时间)。
5)各种差动保护、闭锁判据和TA断线辅助判据各自独立，均可以通过控制字进行投退。一种或几种功能的推出不会影响其他功能的判别，用户可以根据需要选择不同保护配置方案。
3 动模试验及保护性能测试
用动模试验来模拟电力系统的实际运行及故障情况，从而全面测试联合扩大单元变压器组微机保护装置的各项性能，是一种有效的科学方法。动模试验的目的是全面测试联合扩大单元变压器组微机保护装置的各项性能。试验任务包括对试验系统的各个特殊点进行短路、变压器空投、TA饱和及断线、系统振荡等多项试验，从而检测保护的动作行为、通信状况、上层管理及分析功能等，重点考察保护的动作行为。主要试验内容包括：
1)高压侧外部故障短线内部故障。
2)变压器高压侧内部故障。
3)变压器低压侧内部故障。
4)变压器低压侧外部故障。
5)低压负荷侧外部故障.
6)高压侧长线上故障。
7)变压器匝间短路。
8)空投变压器(包括正常空投、经长线空投、并联长线空投和带故障空投)。
9)TA饱和试验。
10)TA断线试验。
动模试验数据表明在三种原理差动保护从可靠性角度进行整定，仍然可以保证空投故障可靠动作。
变压器空投出现的三相差流实质上是励磁涌流，它峰值的大小取决与变压器的合闸角、剩磁的大小以及变压器与外部连接的方式等。在动模模拟变压器空投工况可有六种：(1)弱电源空投；(2)强电源空投；(3)变压器高压侧并联长线弱电源空投；(4)变压器高压侧并联长线强电源空投；(5)弱电源串联长线空投；(6)强电源串联长线空投。
虚拟三次谐波制动原理是利用变压器励磁支路非线性使得励磁涌流前半个周波具有明显尖顶波的特性构造判据的。这对于每相电流而言特征是十分明显的。但是在变压器高压侧空投，差动电流为高压侧两相电流差，会引起差流波形发生变化，在某一数据窗下，并不一定会使三次谐波含量增加，有时反而会使三次谐波含量减小。大量动模试验测得三次谐波比最低为11.67％。因此可以通过变压器高压侧空投来考验虚拟三次谐波制动原理的有效性。虚拟三次谐波制动原理差动保护与二次谐波制动原理差动保护虽然涌流判别采用的电量不一样，但从机理来看都是利用了涌流的谐波特性，因此同样存在空投故障时被非故障相谐波闭锁动作的缺点。动模试验结果表明：虚拟三次谐波制动原理差动保护在空投变压器时能可靠不动作，而在大多数内部故障情况下，可靠动作。其动作速度较二次谐波制动原理要快。
无穷大电源不挂接线路直接空投变压器时，高压侧流过的电流纯粹是变压器励磁支路的涌流，其谐波分量分布情况完全由变压器励磁支路的非线性特性决定。变压器高压侧母线挂接长输电线路空投变压器时，高压侧流过的电流除了包含有变压器励磁支路的涌流，还包含了在空投暂态过程中母线电压变化引起并联长线对地分布电容充放电电流。并联长线空投，变压器与电源之间阻抗小，变压器机端电压不会发生大的变化，这种情况电容电流小，对涌流中的谐波含量的改变亦很小。串联长线空投变压器，在高压侧电压完全建立起来前，励磁阻抗较小，而长线和电源阻抗较大。导致：
1)变压器机端电压较系统电压下降很多，系统越弱，电压下降越多；
2)变压器高压侧电压波形畸变，差流波形谐波分量丰富。由于在空投过程中电源受线路压降的影响，串联长线后变压器高压侧电压较低，使得此时励磁涌流的峰值(基波)较其它两种空投接线方式要小。这样电容电流对三相差流中谐波分量大小影响要大过变压器高压并联长线。
4 结语
在差动保护原理和算法上首次采用了多判据协同技术，可充分发挥多判据各自的优势，实现功能互补，使保护的可靠性、灵敏性、速动性以及励磁涌流制动和抗饱和性能同时得到提高。该装置采用了首创的“基于虚拟三次谐波的励磁涌流制动原理”，该原理在识别励磁涌流的快速性和准确性，对付对称涌流等方面具有优良性能。该装置在变压器差动保护中采用了“采样值差动保护算法”。该算法具备特有的抗励磁涌流和抗TA饱和能力，并有效提高了差动保护动作速度；与其它传统的差动保护算法相结合，使差动保护的性能更为完善。