220 kV變壓器空充跳閘的仿真分析

薛鵬

摘 要：由于在三相變壓器空載合閘時(shí)必然會產(chǎn)生勵磁涌流，且該涌流值很大，故防止勵磁涌流對變壓器保護(hù)造成誤動一直是人們研究的重要課題。仿真結(jié)果表明，基于蒙特卡洛（Monte Carlo）法原理，在PSCAD/EMTDC軟件中的Multiple Run組件上實(shí)現(xiàn)了對斷路器合閘時(shí)間的多次采樣分析，發(fā)現(xiàn)三相不同期合閘的時(shí)間越長對勵磁涌流的影響越大。

關(guān)鍵詞：變壓器保護(hù)；勵磁涌流；PSCAD/EMTDC

中圖分類號：TM403.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）06-0073-02

1 研究背景

某220 kV變電站有3臺主變，其中#3主變進(jìn)行3次沖擊合閘試驗(yàn)，結(jié)果第一和第三次試驗(yàn)因零序電流過大而導(dǎo)致零序過電流保護(hù)動作。第二次空載合閘成功并持續(xù)了10分鐘，但涌流值還是很大。本文將仿真研究變壓器在空載充電時(shí)產(chǎn)生的勵磁涌流。

2 PSCAD/EMTDC軟件建模分析

本次建模遵照該變電站3臺主變壓器的連接方式、設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行條件等已知的條件進(jìn)行仿真模擬。對所帶負(fù)荷大小、系統(tǒng)阻抗大小等未知條件，依據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況合理地假設(shè)出其大小。由于斷路器的開斷時(shí)間在現(xiàn)場動作時(shí)會有一個(gè)未知的延時(shí)，即開斷時(shí)間是在某一個(gè)范圍內(nèi)的隨機(jī)變量，故在基于蒙特卡洛法的理論基礎(chǔ)上， 采用PSCAD/EMTDC軟件中的Multiple Run組件，對 3主變的斷路器開斷時(shí)間進(jìn)行了N次（N大于100）仿真，通過多次測量來減小誤差。

該三臺主變的變比都是220/121/11，且三臺主變要求并列運(yùn)行。#1和#2主變已經(jīng)投入并正常運(yùn)行，此時(shí)空載投入#3主變。在PSCAD/ EMTDC軟件中的模型搭建，如圖1所示。

三臺變壓器的聯(lián)結(jié)方式都是YNyn0d11，各自經(jīng)過斷路器連接到電源上。在這里重點(diǎn)是測量#3主變高壓側(cè)接地中性點(diǎn)電流（即零序勵磁涌流）的大小，所以在#3主變高壓側(cè)接地中性點(diǎn)處安放一個(gè)電流表I00用以測量。除此之外，還測量了#2主變斷路器各相的電流Ia、Ib、Ic；#3主變的斷路器各相的電流IBKA、IBKB、IBKC；系統(tǒng)電源接地處的電流I0。

這樣當(dāng)運(yùn)行程序后，#3主變高壓側(cè)中性點(diǎn)的電流便可從圖中讀出，每一點(diǎn)的數(shù)值也可讀出，清晰明了。測量端連接圖，如圖2所示。

考慮到三相不同期合閘的時(shí)間不同、抽樣次數(shù)不同、抽樣參數(shù)分布方式不同等都會對結(jié)果造成影響，因此進(jìn)行了12次仿真分析。不同期合閘時(shí)間分別為0.5 ms，1 ms，1.5 ms；抽樣次數(shù)分別為150次和300次；抽樣參數(shù)分布方式選擇順序和隨機(jī)正態(tài)分布兩種形式。

某次勵磁涌流仿真得到的波形圖，如圖3和圖4所示。

從圖中可以看出，在0.3 s閉合#3主變斷路器，產(chǎn)生幅值為810 A、有效值為625 A的勵磁涌流，而且衰減的時(shí)間也較長。經(jīng)過1.7 s（即橫坐標(biāo)為2 s處），該涌流幅值還有60 A，經(jīng)過2.7 s（即橫坐標(biāo)為3 s處），涌流才消失。因此，勵磁涌流具有幅值大、衰減慢的特點(diǎn)。

經(jīng)過多次仿真試驗(yàn)后得到的數(shù)據(jù)見表1。

由這個(gè)表格可以看出以下三點(diǎn)：

①不同期合閘時(shí)間的影響。這個(gè)因素的影響還是挺大的，由序號1、2、3可以看到，隨著不同期合閘時(shí)間的增大，電流的有效值、最大值、平均值和2%過電流都明顯減小，減小的幅度達(dá)到10%。

②抽樣次數(shù)的影響。這個(gè)因素影響較小，由序號1和4，或序號7和10可以看到，300次抽樣仿真和150次抽樣仿真得到的電流有效值、最大值、平均值和2%過電流都非常接近。說明150次抽樣已經(jīng)可以滿足仿真要求，繼續(xù)增加抽樣次數(shù)精確度雖然會更高，但時(shí)間太長且收效甚微。

③抽樣參數(shù)分布方式的影響。這個(gè)因素也會影響電流的大小，效果比不同期合閘時(shí)間稍微差些。由序號1和7（或2和8、3和9等等）可以看到，正態(tài)分布下的電流的有效值、最大值、平均值和2%過電流都比順序分布下的大，正態(tài)分布比順序分布大1%～3%。

3 結(jié) 語

基于蒙特卡洛法的基本原理，利用PSCAD/ EMTDC軟件中Multiple Run組件能夠多次運(yùn)行的特點(diǎn)，分別就三相不同期合閘的時(shí)間不同、抽樣次數(shù)不同、抽樣參數(shù)分布方式不同進(jìn)行了多次仿真。最終得出結(jié)論是：當(dāng)抽樣次數(shù)足夠多時(shí)，再增加次數(shù)已經(jīng)沒有意義；抽樣參數(shù)分布方式對涌流有影響，不同期合閘時(shí)間對涌流的影響更大。勵磁涌流的衰減時(shí)間常數(shù)=0.688 s，這意味著從勵磁涌流出現(xiàn)開始到0.688 s時(shí)，涌流值已經(jīng)減小到初期幅值的0.368倍?？偣彩墙?jīng)過了約2.7 s才衰減到接近零，說明初期衰減較快，后期衰減較慢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 夏成軍，張堯，鄒俊雄.合空線統(tǒng)計(jì)過電壓的建模與仿真[J].高電壓技術(shù)，2007，（10）.

[2] 吳英豪.空充主變時(shí)保護(hù)誤跳閘原因分析及改進(jìn)措施[J].技術(shù)與管理，2011，（3）.

[3] 李維.基于PSCAD的電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)與電磁暫態(tài)混合仿真[J].電力 系統(tǒng)及其自動化，2010，（6）.