基于参数识别的变压器快速主保护研究

特高压、交直流混合输电及FACTS元件的广泛应用导致电力系统故障暂态过程复杂，缓慢衰减的非周期分量和谐波可能导致变压器保护中的励磁涌流识别判据误动作，从而导致变压器主保护的拒动，危及设备安全；一直未能根本解决的励磁涌流问题导致变压器保护的误动，影响系统的安全运行。基于漏电感和回路方程的保护原理易受扰动影响、难于整定，应用困难。研究不受励磁涌流影响的，性能优良的变压器快速主保护具有重要的意义。本项目拟在研究变压器T型等效电路电感参数特性的基础上，进行基于励磁支路参数保护原理的研究。利用励磁电感、励磁阻抗和动态磁化曲线等励磁支路参数在外部故障、铁芯饱和及内部故障时的数值特征，构建快速主保护判据。同时，研究带三角形接线变压器励磁支路参数的计算方法，解决新原理的应用问题。本项目提出的快速主保护方案不受励磁涌流的影响，动作速度快，算法简单可靠，能够适应电力系统发展对电力变压器保护的要求。

本项目以变压器T型等效电路为基础，以构建不受铁芯饱和影响的变压器主保护原理为主线，研究并提出了基于参数识别的变压器快速主保护方案。首先，利用有限元分析方法，研究了铁芯饱和状态下T型等效电路漏电感参数和励磁电感参数的特征，并以此作为构建继电保护判据的基础。然后，分别从时域参数识别和工频参数计算的角度构建基于T型等效电路且不受励磁涌流影响的变压器保护原理。基于励磁电感在区外故障时数值大，铁芯饱和时具有波动性，而在区内故障时数值小的特征，提出基于励磁电感参数识别的变压器保护原理。通过定义故障分量综合阻抗，并利用其在变压器内部故障时反应系统阻抗，数值小，而在空载合闸和区外故障时反应励磁阻抗的特征，构建了基于故障分量综合阻抗的变压器保护原理。同时，提出了基于全量综合阻抗的变压器保护原理以实现快速切除严重内部故障的目标。另外，以变压器零序T型等效电路为基础，提出了一种利用两侧零序电流的Y/Δ接线变压器零序差动保护原理。基于变压器T型等效电路的保护原理在判据中考虑了铁芯的饱和状态，不受励磁涌流影响。由于基于励磁电感参数识别的保护原理采用时域求解方法和基于综合阻抗的保护原理利用故障分量计算励磁阻抗，因此具有动作速度快，灵敏度高的特点。此外，考虑目前在电力系统中广泛应用的三相多芯柱式变压器的结构特点，通过分析其励磁机理及相间的耦合关系，建立了三相多芯柱变压器的等效电路，并研究了三相多芯柱变压器与三单相变压器组等效电路之间的联系，明确了等效电路与励磁机理之间的联系，并提出了基于参数识别的三相多芯柱变压器的继电保护新原理。本项目实施过程中，按计划进行了变压器动模试验，利用试验数据验证了所提出保护原理的性能。本项目所提出的变压器保护原理适用于电力系统实际，对灵敏可靠地切除变压器内部故障，保证设备安全和电力系统稳定运行具有积极的作用。