湖北s11变压器差动保护二次谐波制动判据的仿真研究

　　湖北s11变压器差动保护次谐波制动判据的仿真研究。引言湖北s11变压器在电力系统安全运行中起着重要作用。

　　差动保护作为主保护最关键的问题就在于励磁涌流引起的保护误动作，长期以来次谐波原理被用于制动励磁涌流。常规采用的励磁涌流方式会出现故障湖北s11变压器空投时非故障相闭锁故障相的现象，导致湖北s11变压器保护延时动作。不能迅速切除故障，降低超高压系统中湖北s11变压器保护的性能。而这个缺陷可以在湖北s11变压器保护微机化后通过合理选择谐波制动比制动逻辑或增补辅助判据得到较大改善。

　　江苏溪河海湖北s11变压器次谐波制动比的几种计算方法，目前常用的次谐波制动比有以下几种计算方法：1、谐波比最大相制动，即利用相次谐波与基波比的最大值来制动。2、按故障相制动，即利用差流基波。3、最大相分相制动，即每相差流中次谐波与基波的比值都超过定值时制动。4、综合相制动，即利用相差流次谐波的最大值与基波的最大值之比来制动，为相差流基波心似分别为相差流次谐波。

　　为更清楚地说明问题，本文在引入系数的基础上从数学角度进行比较。首先设相差流自身次谐波与雄波的比值，即同时令相基波电流为最大值，取相观察相的权系数可以发现，两者分母相同，因而权系数的大小实质上反映了相差流基波的大小。

　　对谐波比最大相制动方式和分相制动方式，其谐波比计算实质上是取决于谐波比最大相制动方式而言，由于相权系数均取为实际上就是不考虑各相差流基波幅值大小对谐波比选取的影响，利用此方式闭锁保护虽然可以保证励磁涌流时保护不误动，但对于超高压系统中的大型湖北s11变压器而言，由于其励磁涌流衰减时间长，故在空合于故障时保护动作延时相当长；另一方面，超高压系统中故障时谐波含量较大，由于最大相制动不考虑各相基波幅值的大小对谐波比选取的影响，在湖北s11变压器发生轻微故障如小匝数匝间短路，差流基波幅值不大时，次谐波含量就很界易达到闭锁记值，致使保护动作延时。

　　对于分相制动方式，最大相制动方式相同，也不考虑各相差流基波幅值大小对谐波比选取的影响，虽然可以使保护迅速动作，但当有相似的差流谐波比能闭锁保护时，容易造成误动。

　　对于按相制动方式，其谐波比的选取实质是选权系数最大的相谐波比进行制动，即取最大值所在的相谐波比来判别。利用此方式闭锁保护，由于考虑了相差流基波幅值大小对谐波比的影响，故可在较大程度改善最大相制动方式动作延时长的不足；另一方面，由于只以谐波比来制动，当湖北s11变压器发生对称浦流时，其对称性涌流相次谐波含景较小，仿真计算与动模实验均表明，在某些初始条件下，湖北s11变压器发生励磁涌流，可能使有两相波比达不到制动定值，这种情况的存在使得采用故障相制动可能导致变动。对综合相制动方式，其谐波比的选取实质是选各相波比与权系数乘积的最大值。

　　利用此方式进行闭锁保护，既考虑了差流基波幅值大小对谐波比选取的影响，又考虑了实际相谐波比含量的数值大小，因而在保证湖北s11变压器产生励磁涌流不误动的前提下，提高湖北s11变压器保护的速动性。即使在故障湖北s11变压器的情况下，虽然涌流相含存在较大的次谐波，并且可能衰减很慢，但由故障存在使得谐波比汁算时保持较大位，基本上不随励磁涌流的衰减、减小，故使得谐波比迅速减小至闭锁定值以下，而保证故障快速切除的对象，来分析和仿真湖北s11变压器内部故障。目前，国内大型湖北s11变压器差动保护中的制动是按照饱和磁通为1.4倍额定磁通幅坑，合闸涌流的大小来考虑的。由于湖北s11变压器制造技术的提高和制造材料的改进，现代湖北s11变压器的饱和磁通倍数经常在1.2到1.3，甚至低于1。

　　因此，合闸侧电源为无穷大，电源内阻抗取为建模与仿真研究，接线湖北s11变压器铁心的磁滞效应是个非常复杂的过程，其变化规律主要依据湖北s11变压器局部磁环特性，结合仿真程序提供的功能，在磁滞效应的处理考虑了湖北s11变压器铁心的主磁环特性。

　　湖北s11变压器的饱和与磁滞效应是通过在线性湖北s11变压器模型高压或特高压湖北s11变压器保护性能的模型，这种模型能够模拟不同位置不同类型的匝间短路故障。因此，本文采用这种湖北s11变压器模型作为研究，分析计算湖北s11变压器侧带故障空投以及带长线时内部各种故障情况，用以比较以几种判据速动性和可靠性。谐波的计算采用傅式算法，以合闸后周波终点为时间起点，并逐点递推，以给出了几种较典型的分析算例。

　　相电流的波形惯用一种判据计算出的制动曲线相电流的波形，侧不带故障空投湖北s11变压器在接线情况下，侧空投时产生对称涌流的机会较大。由理论分析及录波证明，对称涌流仅会产生于相差流中。为了研究励磁涌流最严重的情况，取侧不带故障空投的情况。

　　侧带故障空投投时的情况。相电流的波形，用一种判据计算出的制动曲线，带长线内部故障仿真结果。

　　仿真结果分析设次谐波制动比整定为20.从上面的仿真结果可以看出湖北s11变压器侧不带故障空投时，对次谐波含量而言，一种判据的变化趋势相同，即都随时间的推移而增大，这意味着励磁涌流衰减的过程中基波比次谐波衰减快。这时只有判据可靠制动。判据都可能误动。并且若湖北s11变压器谐波制动定值取得偏小，则出口需要的时间会更长。特别是判据算出的谐波含量虽然也是随时间增加而增大，但是一种判据计算出的制动曲线以后依然达不到闭锁保护所需要的值。所以其可靠性最低。因此，侧不带故障合闸时，判据可靠性最高，判据其次，判据最差。

　　湖北s11变压器侧不带故障空投时判据都会造成差动保护误动，但是如果为了消除对称涌流的影响，采用单相制动相即或逻辑，很可能造成湖北s11变压器带故障合闸的扣动或带长延时动作考虑广湖北s11变压器侧带故障空投时最严的情况，即在满足差动判据的前提下故障相短路电流尽小，以便模拟出湖北s11变压器带故障空投时保护的长延时动作过程。为此，将故障点设在非电源侧，利用湖北s11变压器的电阻电感值来限制短路电流。

　　湖北s11变压器带长线内部故障时，由于电感和电容发生谐振，短路电流的谐波含量会明显增加，从而给次谐波制动比的整定带来了困难。故障后段时间内，利用判据计算出概要维持，谐波含量才能小于谐波定值，保护才有可能出口。当谐波制动比小于20时，出口需要的时间会更长。因此带长线的湖北s11变压器发生匝间故障时，次谐波制动的判据除判据外均有可能将故障电流误判为励磁涌流而闭锁保护。

　　结论虽然相浦流中能有相涌流的次谐波成分小，但是至少会有相涌流的次谐波成分较大。因此，次谐波仍然是励磁涌流的典型特征。对于超高压输电系统，特别是西北电网正在筹建的特高压系统，很可能将使用国外进口的大型电力湖北s11变压器，这种湖北s11变压器由于使用厂，铁芯其磁滞的影响将大大减小，在使用时应适当降低次谐波制动比整定值。