基于變壓器模型的新型變壓器保護(hù)原理的研究

1 引言

在變壓器差動(dòng)保護(hù)中，如何區(qū)分勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障電流是一個(gè)固有的、不可回避的難題，多年來一直成為研究的熱點(diǎn)。

現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行的變壓器差動(dòng)保護(hù)，主要是采用以二次諧波制動(dòng)原理和間斷角原理來判別勵(lì)磁涌流，其中二次諧波制動(dòng)原理應(yīng)用最為廣泛。但是由于CT飽和，無功補(bǔ)償用的并聯(lián)電容或超高壓長輸電線分布電容的存在，使得變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很大的二次諧波，而且隨著大型變壓器鐵心采用冷軋硅鋼片后，飽和磁通倍數(shù)由1.4降至了1.2~1.3，甚至低至1.1~1.15，使勵(lì)磁涌流的二次諧波含量有時(shí)低至10% 以下，這樣二次諧波制動(dòng)原理的制動(dòng)比很難選取，保護(hù)就可能存在不正確動(dòng)作；基于間斷角原理的勵(lì)磁涌流識別方案也存在著受CT傳變影響等問題^[1~4]。其他有代表性的鑒別勵(lì)磁涌流的方法有波形對稱原理、波形疊加原理、波形相關(guān)性分析法和波形擬合法。實(shí)際上，由于三相變壓器勵(lì)磁涌流的波形特征隨系統(tǒng)電壓和等值阻抗、合閘初相角、剩磁大小和方向、繞組接線方式和中性點(diǎn)接地方式、三相鐵心結(jié)構(gòu)、鐵心材料和組裝工藝、磁滯回線和局部磁滯環(huán)等不同而改變，所以任何以勵(lì)磁涌流波形特征為依據(jù)的防止由勵(lì)磁涌流而引起誤動(dòng)的措施均不能保證變壓器差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，差別僅是誤動(dòng)次數(shù)的多少^[5]。

不依賴于勵(lì)磁涌流波形特征的方案有：磁通特性識別法^[6]，等值電路參數(shù)鑒別法^[7]。這兩種算法的不足在于都需要預(yù)先計(jì)算變壓器漏感參數(shù)，而且整定困難，其應(yīng)用前景取決于理論上的進(jìn)一步突破^[5]。本文利用變壓器的原始正常模型，推導(dǎo)出了動(dòng)作方程，并提出了保護(hù)判據(jù)。動(dòng)模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方案的正確性和可行性。

2 基本原理

如圖1所示的雙繞組單相變壓器，下面的關(guān)系成立^[8]：



式中U₁、U₂為一、二次繞組的電壓；i₁、i₂為一、二次繞組的電流；L₁、L₁為一、二次繞組的漏感；r₁、r₂為一、二次繞組的電阻；Ψ_m為一、二次繞組的互感磁通。

設(shè)變壓器的變比為n_T=1。將式(1)中的dΨ_m/dt消去得





由于式(2)是根據(jù)變壓器正常運(yùn)行的模型得到的，所以它適合于外部故障、勵(lì)磁涌流及過激磁情況。只有內(nèi)部故障時(shí)，由于變壓器模型本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了變化，它才不再成立。因此，可以通過判別式(2)是否成立，來決定保護(hù)的動(dòng)作行為，因而，在勵(lì)磁涌流、過激磁、外部故障情況下保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作。下面分別推導(dǎo)兩繞組和三繞組變壓器的動(dòng)作方程，并根據(jù)其動(dòng)作方程提出了保護(hù)判據(jù)。

3動(dòng)作方程的推導(dǎo)

3.1兩繞組三相變壓器的動(dòng)作方程^[9]

由圖2所示的Y/接線的三相變壓器，根據(jù)電路原理可得到


側(cè)繞組各相的漏感；r為側(cè)繞組各相的電阻；R為Y側(cè)繞組各相的電阻；Ψ_a,Ψ_b,Ψ_c,為兩側(cè)繞組的互感磁鏈。