基于變壓器模型的新型變壓器保護原理的研究

1 引言

在變壓器差動保護中，如何區分勵磁涌流與內部故障電流是一個固有的、不可回避的難題，多年來一直成為研究的熱點。

現在實際運行的變壓器差動保護，主要是采用以二次諧波制動原理和間斷角原理來判別勵磁涌流，其中二次諧波制動原理應用最為廣泛。但是由于CT飽和，無功補償用的并聯電容或超高壓長輸電線分布電容的存在，使得變壓器發生內部故障時也會產生很大的二次諧波，而且隨著大型變壓器鐵心采用冷軋硅鋼片后，飽和磁通倍數由1.4降至了1.2~1.3，甚至低至1.1~1.15，使勵磁涌流的二次諧波含量有時低至10% 以下，這樣二次諧波制動原理的制動比很難選取，保護就可能存在不正確動作；基于間斷角原理的勵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磁涌流的方法有波形對稱原理、波形疊加原理、波形相關性分析法和波形擬合法。實際上，由于三相變壓器勵磁涌流的波形特征隨系統電壓和等值阻抗、合閘初相角、剩磁大小和方向、繞組接線方式和中性點接地方式、三相鐵心結構、鐵心材料和組裝工藝、磁滯回線和局部磁滯環等不同而改變，所以任何以勵磁涌流波形特征為依據的防止由勵磁涌流而引起誤動的措施均不能保證變壓器差動保護不誤動，差別僅是誤動次數的多少^[5]。

不依賴于勵磁涌流波形特征的方案有：磁通特性識別法^[6]，等值電路參數鑒別法^[7]。這兩種算法的不足在于都需要預先計算變壓器漏感參數，而且整定困難，其應用前景取決于理論上的進一步突破^[5]。本文利用變壓器的原始正常模型，推導出了動作方程，并提出了保護判據。動模實驗數據驗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)是根據變壓器正常運行的模型得到的，所以它適合于外部故障、勵磁涌流及過激磁情況。只有內部故障時，由于變壓器模型本身的內部結構參數發生了變化，它才不再成立。因此，可以通過判別式(2)是否成立，來決定保護的動作行為，因而，在勵磁涌流、過激磁、外部故障情況下保護不會誤動作。下面分別推導兩繞組和三繞組變壓器的動作方程，并根據其動作方程提出了保護判據。

3動作方程的推導

3.1兩繞組三相變壓器的動作方程^[9]

由圖2所示的Y/接線的三相變壓器，根據電路原理可得到


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