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(1.國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 211100； 2.南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211100；3.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072)

0 引 言

下面分析了電容器放電產(chǎn)生的諧振頻率與并聯(lián)電容器的選型關(guān)系，其諧振諧波分量對變壓器勵磁涌流判據(jù)產(chǎn)生的影響，并應(yīng)用EMTDC進(jìn)行了仿真，提出了對變壓器差動保護(hù)涌流判據(jù)的建議。

1 并聯(lián)電容器側(cè)放電電流的分析

額定電抗率為并聯(lián)電容器中串聯(lián)電抗器的感抗和電容器組容抗的比值，即K=XL/XC，若系統(tǒng)諧波以n次諧波為主，則應(yīng)選取串聯(lián)電抗器感抗值XL使得：(nXL-XC/n)>0，即K>1/n2，例如當(dāng)系統(tǒng)主要諧波為5次及以上諧波時，K>4% ，當(dāng)系統(tǒng)主要諧波為3次諧波時，K>11%?？紤]到LC抑制回路的諧振頻率必須低于系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最低次諧波頻率以及低壓并聯(lián)電容器的容量在工作過程中會逐漸降低，使諧振點往上漂移[3]，所以為了取得一定的裕度，對于5次及以上諧波，取K>6%，對于3次諧波，取K>12%。6%和12%的電抗率也是目前并聯(lián)電容器選型中最常用的電抗率，工程上為了同時抑制上述諧波，也可采用以上兩種電抗率的電容器混用[2]。

(1)

其中，

(2)

若K=6%，則振蕩放電電流頻率約為基波頻率的4倍。

由此可以看到，變壓器低壓側(cè)區(qū)內(nèi)故障時，電容器振蕩放電電流流過低壓側(cè)開關(guān)TA，計入變壓器差動保護(hù)電流中，從而使差流中的諧波含量增大。

環(huán)保節(jié)能方面，五建依托自身優(yōu)勢，在2011年開始試水土壤污染治理工程項目。至今已完成了北京廣華新城、北京焦化廠等兩個大型土壤修復(fù)項目，合同額近10億。今年，五建正在執(zhí)行天津石化土壤修復(fù)項目，合同額近2億元。近期五建還應(yīng)業(yè)主要求，快速應(yīng)對、妥善處置了數(shù)起惡性突發(fā)土壤污染事件。與此同時，五建與清華大學(xué)、華南理工、華東理工等高校和中科院南京土壤所、中石化大連院、中石化上海院、SEG技術(shù)研發(fā)中心等眾多科研機(jī)構(gòu)合作，聯(lián)合開發(fā)技術(shù)，探索“人才不為所有但為所用”的高端人才使用方式，不斷提升能力，已成為國內(nèi)領(lǐng)先的“技術(shù)集成、市場開發(fā)、項目執(zhí)行”土壤修復(fù)企業(yè)。環(huán)保節(jié)能業(yè)務(wù)也即將成為五建新的利潤增長點。

圖1 系統(tǒng)接線圖

圖2 故障時刻等值電路圖

2 放電電流對變壓器差動保護(hù)的影響

目前變壓器保護(hù)應(yīng)用鑒別勵磁涌流的方法主要有2次諧波制動原理[1]和波形對稱原理[4]。對于雙重化配置的變壓器保護(hù)，應(yīng)使用不同原理的涌流識別判據(jù)，工程上的常規(guī)配置基本是一套使用2次諧波原理，一套使用波形對稱原理。下面分別說明放電電流對兩種涌流識別原理的影響。

2.1 對諧波制動原理的影響

諧波制動原理是根據(jù)勵磁涌流中含有大量偶次諧波分量，其中又以2次諧波尤為明顯，利用差流中2次諧波的含量來識別勵磁涌流，

(3)

式中，I1、I2為差流中基波和2次諧波的幅值；K2為2次諧波制動比的整定值。

同時為了防止變壓器差動轉(zhuǎn)角或濾零計算中造成的2次諧波降低，一些保護(hù)還增加了3次諧波閉鎖功能。

式中，I1、I3為差流中基波和3次諧波的幅值；K3為3次諧波制動系數(shù)。

當(dāng)并聯(lián)電容器的放電振蕩電流中含有大量2、3次諧波時，如并聯(lián)電容器電抗率為K=12%時，變壓器內(nèi)部故障時，并聯(lián)電容的振蕩頻率根據(jù)式(2)計算可知為ω=906.9 rad/s，這就增大差流中的3次諧波分量，可能造成諧波閉鎖判據(jù)閉鎖差動保護(hù)。

2.2 對波形對稱涌流原理的影響

波形對稱涌流原理是利用差流導(dǎo)數(shù)(即對差流采樣點進(jìn)行差分)的前半波與后半波進(jìn)行對稱比較，根據(jù)比較的結(jié)果去判斷是否發(fā)生了勵磁涌流，對于對稱的定義為

(5)

將差流進(jìn)行傅里葉級數(shù)展開得

(6)

差流對時間t進(jìn)行求導(dǎo)得

(7)

由式(6)可知，對于差流導(dǎo)數(shù)中的奇數(shù)頻分量為

(8)

而偶數(shù)頻分量為

(9)

根據(jù)式(8)、式(9)可知差流中的偶次諧波分量會增大式(5)計算得到的對稱KW值，判為波形不對稱，而奇次諧波分量通過式(5)計算的對稱KW為0。可以看到波形對稱原理實際上是將差流中的奇次諧波分量作為對稱判別的動作量，而偶次諧波分量作為對稱判別的制動量，奇次諧波含量越高則波形越對稱，偶次諧波含量越高則波形越不對稱。

當(dāng)并聯(lián)電容器的放電振蕩頻率為偶次諧波時，如并聯(lián)電容器電抗率為K=6%時，變壓器內(nèi)部故障時，并聯(lián)電容的振蕩頻率根據(jù)式(2)計算可知ω=1 282.5 rad/s，這就增大了差流中的4次諧波分量，可能造成諧波閉鎖判據(jù)閉鎖差動保護(hù)。

3 試驗仿真

使用EMTDC建立并聯(lián)電容器的系統(tǒng)仿真模型，仿真系統(tǒng)如圖1，變壓器高低側(cè)短路阻抗為65%，低壓側(cè)電容器容量為主變壓器容量的30%，模擬K2點三相故障，分別取6%和12%兩種典型并聯(lián)電容器電抗率進(jìn)行仿真，研究對諧波制動原理和波形對稱原理的影響。仿真步長為50 μs，保護(hù)采樣頻率為1 000 Hz。

3.1 并聯(lián)電容器電抗率為6%

如表1所示，差流中4次諧波含量很高，其中B相4次諧波含量超過30%。圖4、5、6分別為220～400 ms時各采樣時刻波形對稱點數(shù)，在故障后200 ms內(nèi)各采樣時刻波形對稱的點數(shù)均小于5，波形對稱將閉鎖差動保護(hù)。

圖3 變壓器低壓側(cè)故障差流波形(電抗率6%)

3.2 并聯(lián)電抗器電抗率為12%

如表2所示，差流中3次諧波含量很高，其中B相3次諧波含量超過30%，目前變壓器保護(hù)的諧波整定門檻基本在15%～20%之間，所以含有3次諧波制動的差動保護(hù)會延時動作甚至是拒動。

表1 差流各次諧波含量

圖4 故障后200 ms A相差流波形對稱點數(shù)(電抗率6%)

圖5 故障后200 ms B相差流波形對稱點數(shù)(電抗率6%)

圖6 故障后200 ms C相差流波形對稱點數(shù)(電抗率6%)

波形對稱分析如圖8、9、10，由于差流中奇次諧波含量很大，偶次諧波含量很小，因此各采樣時刻的波形對稱點數(shù)很多，電抗率為12%的并聯(lián)電容器對波形對稱原理并沒有影響。

圖7 變壓器低壓側(cè)故障差流波形(電抗率12%)

表2 差流各次諧波含量

圖8 故障后200 ms A相差流波形對稱點(電抗率12%)

圖9 故障后200 ms B相差流波形對稱點數(shù)(電抗率12%)

圖10 故障后200 ms C相差流波形對稱點數(shù)(電抗率12%)

4 結(jié) 語

對并聯(lián)電容器中電抗率選擇、系統(tǒng)故障時放電電流對變壓器保護(hù)的影響進(jìn)行了分析，得出了以下結(jié)論：①并聯(lián)電容器在系統(tǒng)故障時會形成振蕩放電回路，其振蕩頻率與電容器中電抗率有緊密的關(guān)系。②當(dāng)變壓器區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，并聯(lián)電容器的放電電流會計入差流，增大差流中的諧波含量。 ③放電電流會造成變壓器保護(hù)尤其是高阻抗變壓器保護(hù)中勵磁涌流判別元件誤閉鎖差動保護(hù)，導(dǎo)致差動保護(hù)延時動作甚至拒動。④考慮到3次諧波判據(jù)為2次諧波制動判據(jù)的補(bǔ)充輔助判據(jù)，但在電容器12%電抗率情況下3次諧波會閉鎖差動保護(hù)，建議在判為區(qū)內(nèi)故障時取消3次諧波閉鎖，只保留2次諧波閉鎖，防止差動保護(hù)拒動。⑤在電容器6%電抗率情況下，波形對稱原理會閉鎖差動保護(hù)，建議在判為區(qū)內(nèi)故障時采用濾波算法濾除差流中含有的4次諧波，防止4次諧波增大而導(dǎo)致判為不對稱，防止差動保護(hù)拒動。

綜上所述，變壓器保護(hù)必須考慮并聯(lián)電容器放電電流的影響，采取措施提高差動保護(hù)的可靠性。

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