和應(yīng)涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)仿真分析

孫世勇，翟君毅，姚楠，王臨寧，王偉利

（國網(wǎng)河南省電力公司平頂山供電公司，河南平頂山467000）

和應(yīng)涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)仿真分析

孫世勇，翟君毅，姚楠，王臨寧，王偉利

（國網(wǎng)河南省電力公司平頂山供電公司，河南平頂山467000）

針對(duì)和應(yīng)涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的事故，從磁鏈角度分析了和應(yīng)涌流產(chǎn)生的機(jī)理。利用EMTP軟件建立模型進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了和應(yīng)涌流本身不會(huì)造成變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，而CT飽和是誤動(dòng)的重要因素，并對(duì)差動(dòng)電流進(jìn)行詳細(xì)的諧波分解，發(fā)現(xiàn)在誤動(dòng)期間二次諧波含量很小而三次諧波含量較高的特征。

和應(yīng)涌流；EMTP仿真；諧波

0 引言

變壓器是發(fā)電廠和變電站中最重要的電氣設(shè)備之一，其能否安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。目前，變壓器主保護(hù)廣泛采用比例制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)，而差動(dòng)保護(hù)的關(guān)鍵問題是如何鑒別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了廣泛研究，根據(jù)勵(lì)磁涌流的諧波、波形等特性，提出了比較完善的鑒別方法［1-2］。近些年來，變壓器差動(dòng)保護(hù)新情況的誤動(dòng)時(shí)有發(fā)生，當(dāng)一臺(tái)變壓器空載合閘時(shí)，與其并聯(lián)或級(jí)聯(lián)的變壓器差動(dòng)保護(hù)隨之誤動(dòng)［3-4］。一些專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，但由于此類問題相對(duì)復(fù)雜，至今也沒能得到徹底解決。

從磁鏈角度對(duì)和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析，得到了影響合應(yīng)涌流的因素。利用EMTP軟件對(duì)變壓器和應(yīng)涌流進(jìn)行仿真試驗(yàn)，分析了變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因，研究了和應(yīng)涌流的諧波變化情況，發(fā)現(xiàn)了一些重要現(xiàn)象。

1 和應(yīng)涌流產(chǎn)生的機(jī)理

當(dāng)電網(wǎng)中投入一臺(tái)變壓器時(shí)，在相鄰的并聯(lián)或級(jí)聯(lián)的運(yùn)行變壓器中會(huì)產(chǎn)生和應(yīng)涌流。當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)，由于鐵心的磁鏈不能突變，從而產(chǎn)生非周期磁鏈，使得變壓器鐵心飽和，從而導(dǎo)致變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生［5］。下面就從磁鏈變化的角度出發(fā)，以如圖1所示并聯(lián)變壓器和應(yīng)涌流為例，簡述其產(chǎn)生過程。

圖1 系統(tǒng)接線圖

將圖1系統(tǒng)接線化為圖2所示的等值回路，變壓器T2空載投入之前，T1正常運(yùn)行，鐵心沒有偏磁，系統(tǒng)電流Is=I1，T2空載投入后將產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流I2。

圖2 系統(tǒng)等值回路圖

令：R1=R11+R1m，R2=R21+R2m，L2=L21+L2m，L1=L11+ L1m。根據(jù)KVL定律和KCL定律，可分別寫出T1、T2的磁鏈的方程組：

式中：US=Umsin（ωt+α）;φ1、φ2分別為T1，T2的磁鏈。

為了簡化分析，假如兩個(gè)變壓器參數(shù)一樣，可得R=R1=R2、L=L1=L2，由式（1）、（2）、（3）可解得兩個(gè)變壓器的磁鏈表達(dá)式為：

2 和應(yīng)涌流的仿真分析

利用EMTP軟件搭建如圖1所示的仿真系統(tǒng)模型，電源采用恒定電壓源，變壓器T1、T2同型號(hào)，額定容量為55 MVA，接線方式為Y-Y，電壓為U1／U2= 121 kV／35 kV。

首先，考慮CT不飽和的情況下，那么變壓器T1差動(dòng)保護(hù)中的差動(dòng)電流就是變壓器本身的和應(yīng)涌流。在70 ms時(shí)將變壓器T2空載投入，變壓器T1的和應(yīng)涌流大小及諧波如圖3所示，可知和應(yīng)涌流增大，但它的二次諧波含量較高，可達(dá)基波的60%以上，完全能夠閉鎖差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作。因此，和應(yīng)涌流本身不會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。

圖3 和應(yīng)涌流的諧波

圖4 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況

當(dāng)變壓器空載投入時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生大量的非周期分量，可能會(huì)造成CT不同程度的飽和。下面考慮CT飽和的情況下，同樣在70 ms時(shí)將變壓器T2空載投入，其變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況如圖4所示：圖（a）為差動(dòng)電流的大小，圖（b）為比例制動(dòng)式差動(dòng)的動(dòng)作情況，圖（c）為諧波閉鎖的動(dòng)作情況，圖（d）為差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作跳閘。在和應(yīng)涌流和CT飽和的共同作用下，差流增大使比例差動(dòng)動(dòng)作，經(jīng)過一段時(shí)間可能二次諧波含量變小，不能起到閉鎖作用，最終導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。

圖5 考慮CT飽和和應(yīng)涌流的諧波

圖6 差流諧波的局部特征

對(duì)上述差動(dòng)電流流進(jìn)行諧波分解，研究各次諧波的變化，其諧波情況如圖5所示，圖6為局部放大。由圖可以得出：差流中基波和二三次諧波占主要成分，其他高次諧波含量很小，二次諧波含量在大部分時(shí)間內(nèi)都較大，而在空載投入后二次諧波含量開始減小，在某時(shí)刻可能極小而不能有效閉鎖動(dòng)作，但在此時(shí)間段三次諧波的含量比二次諧波的含量要大一些，與基波相比三次諧波比二次諧波大10%左右，而其他時(shí)刻都要比二次諧波含量小。

3 結(jié)語

從磁鏈角度分析了合應(yīng)涌流產(chǎn)生的機(jī)理，利用EMTP軟件進(jìn)行了仿真分析，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的諧波分解。和應(yīng)涌流本身不會(huì)造成變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，而CT飽和是其誤動(dòng)的重要因素，且具有在誤動(dòng)期間差動(dòng)電流的二次諧波較小三次諧波含量較大的特征。

［1］任先文，徐宏雷，趙珣，等.影響和應(yīng)涌流因素的仿真分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（2）：66－69.

［2］公茂法，夏文華，李國亮，等.變壓器和應(yīng)涌流和勵(lì)磁涌流識(shí)別新判據(jù)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，44（18）：139－143.

［3］鄭濤，趙萍.和應(yīng)涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響因素分析和防范措施［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（3）：74－78.

［4］孫向飛，周建萍，夏聆峰.防止和應(yīng)涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)綜述［J］.云南電力技術(shù)，2013，44（6）：15－19.

［5］束洪春，賀勛，李立新.變壓器和應(yīng)涌流分析［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26（10）：7－311.

Simulation on Mal-operation of Differential Protection Caused by Sympathetic Inrush

SUN Shiyong，ZHAI Junyi，YAO Nan，WANG Linning，WANG Weili
（State Grid Pingdingshan Power Supply Company，Pingdingshan 467000，China）

In view of the mal-operation of differential protection caused by sympathetic inrush，mechanism of the sympathetic inrush is analyzed from the view point of magnetic flux linkage.Then simulation model is established by EMTP with the aim to attest the fact that sympathetic inrush can not lead to mal-operation of differential protection and that the CT saturation is an important factor for the mal-operation.Finally，by analyzing the harmonic of differential current，characteristic is discovered that the third harmonic is more than the second harmonic during the mal-operation.

sympathetic inrush；EMTP simulation；harmonic

TM77

B

1007－9904（2015）03－0066－03

2014－09－25

孫世勇（1983），男，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方面的工作。