楊啟帆，彭子健

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，武漢 430000)

1 引言

大型復(fù)雜型配電網(wǎng)絡(luò)的交直流混聯(lián)布設(shè)時(shí)必須進(jìn)行多回直流線路的饋入和饋出，所以進(jìn)行電網(wǎng)安全防護(hù)對直流保護(hù)必須反應(yīng)快速而靈敏，所以對于電網(wǎng)直流保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行要求較高，也非常容易出現(xiàn)擾動(dòng)故障。因此想要降低故障的發(fā)生率，必須要采取可靠的保護(hù)措施，降低錯(cuò)誤動(dòng)作，電流差動(dòng)保護(hù)。大型配電網(wǎng)絡(luò)中，變壓器空投導(dǎo)致輸電線路保護(hù)誤動(dòng)、相鄰變壓器運(yùn)行事故頻發(fā)，主要的原因是電流互感器以及非周期分量衰減常數(shù)增大所致，對電網(wǎng)安全的影響巨大。下文則對變壓器間機(jī)器電流互感器暫態(tài)交互作用進(jìn)行分析，并制定針對性的保護(hù)措施，以提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

2 目前和應(yīng)涌流的分析法

當(dāng)前，針對變壓器機(jī)器電流互感器暫態(tài)交互作用分析以及保護(hù)對策的主要方法有磁鏈分析法和數(shù)字分析法，即通過物理實(shí)驗(yàn)獲得和應(yīng)涌流的特征，通過并聯(lián)、串聯(lián)和應(yīng)涌流的特征進(jìn)行區(qū)分，并制定具體的保護(hù)措施[1]。但在復(fù)雜電網(wǎng)的暫態(tài)交互中，變壓器間的和應(yīng)涌流是非線性鐵磁元件暫態(tài)過程，這些分析方法無法滿足實(shí)際工作需求。復(fù)雜和應(yīng)涌流包括電流互感器的暫態(tài)飽和變壓器的勵(lì)磁涌流。涌流識別之后，二次諧波含量平緩下降時(shí)，可以借助二次諧波分量構(gòu)成零序二次諧波制動(dòng)，從而解決保護(hù)誤動(dòng)和暫態(tài)分析的問題。一般的和應(yīng)涌流所導(dǎo)致的誤動(dòng)問題和差動(dòng)保護(hù)現(xiàn)象多交織在一起，所以作用機(jī)理復(fù)雜且表現(xiàn)形式多樣，目前尚未進(jìn)行有效分析。只能使用嚴(yán)格的復(fù)雜涌流以及電流互感器飽和特性分析等方法進(jìn)行分析，從而防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)和增大比例制動(dòng)特性的最小動(dòng)作電流。對于涉及到變壓器、電流互感器等非線性鐵磁元件的暫態(tài)過程，需要使用假設(shè)運(yùn)行將變壓器副方保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，以準(zhǔn)確地反映工程情況。

3 配電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜和應(yīng)涌流的研究

以往大多都是針對勵(lì)磁涌流等的研究和分析，但是對于復(fù)雜性和應(yīng)涌流的研究較少，因此本文則從理論分析、數(shù)字仿真以及動(dòng)模試驗(yàn)3個(gè)方面對和應(yīng)涌流進(jìn)行全面研究。

3.1 對單相變壓器的復(fù)雜和應(yīng)涌流的分析

運(yùn)行變壓器TY1與空投變壓器TY2的系統(tǒng)S1與一次繞組相連，表示負(fù)載系統(tǒng)的S2和二次繞組相連，S2電壓為0,即為負(fù)載阻抗，使用基爾霍夫定律對其的和應(yīng)涌流電氣連接圖、等效電路圖進(jìn)行分析，結(jié)果顯示運(yùn)行變負(fù)載有無源和有源兩種。當(dāng)運(yùn)行變帶無源負(fù)載時(shí)，運(yùn)行變帶有源負(fù)載，分為Line1，Line2兩種類型。見圖1所示。

圖1 一次性系統(tǒng)連接圖

1θ為系統(tǒng)S1等值電壓源的幅值和相位，2θ為系統(tǒng)S2等值電壓源的幅值和相位。系統(tǒng)S2電壓值為非0，則表示電源的內(nèi)阻抗。構(gòu)建節(jié)點(diǎn)電流方程、賄賂電壓方程分別為空投變勵(lì)磁涌流，運(yùn)行變和應(yīng)涌流以及系統(tǒng)L2吸收的電流，系統(tǒng)L1提供電流；1Ψ指運(yùn)行變勵(lì)磁支路磁鏈；2Ψ表示空投變勵(lì)磁支路磁鏈。

3.2 和應(yīng)涌流物理實(shí)驗(yàn)分析

變壓器之間的和應(yīng)交互作用和系統(tǒng)的等值電阻關(guān)系密切，如若系統(tǒng)阻抗增加較大，則鐵芯不會(huì)很容易出現(xiàn)飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致變壓器的勵(lì)磁電壓下降；相反，若空投涌流、和應(yīng)涌流下降，變壓器涌流則會(huì)增加。所以在一定范圍內(nèi)增加系統(tǒng)阻抗，空投變鐵芯的偏磁現(xiàn)象是由合閘所產(chǎn)生自由直流分量以及剩磁相疊加所構(gòu)成。若合閘形成的剩磁方向和自由直流分量相同，實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的和應(yīng)涌流物理實(shí)驗(yàn)顯示，合閘角、和應(yīng)涌流以及產(chǎn)生剩磁會(huì)減小。和應(yīng)涌流和空投涌流較大時(shí)，系統(tǒng)等值阻抗。不管空投變和運(yùn)行變中性點(diǎn)是否接地，運(yùn)行變涌流僅由和應(yīng)涌流構(gòu)成。

行變的涌流共由兩個(gè)部分所構(gòu)成：運(yùn)行中性點(diǎn)流入的和應(yīng)涌流、空投勵(lì)磁會(huì)增大，若運(yùn)行變和空投變中性點(diǎn)接地，則系統(tǒng)磁涌流、電壓零模分量，則在小容量的變壓器中空投，而大容量變壓器運(yùn)行，在很短的時(shí)間內(nèi)便會(huì)出現(xiàn)非常明顯的涌流特征。

3.3 基于二次諧波相位比較的和應(yīng)涌流識別

以上對復(fù)雜和應(yīng)涌流特征分析的基礎(chǔ)上獲取有同一個(gè)變電站中所連接的變壓器勵(lì)磁電流，在空投變合閘后，運(yùn)行變勵(lì)磁電流與和應(yīng)涌流識別主要依靠變壓器類型。通過分析和對比二次諧波分量的相位之差可以對不同變壓器勵(lì)磁電流以及并聯(lián)和應(yīng)涌流進(jìn)行鑒別區(qū)分，能夠有效預(yù)防和應(yīng)涌流對保護(hù)機(jī)制的不良影響；此外，兩臺變壓器中性點(diǎn)全部接地良好的狀態(tài)下，變壓器間所發(fā)生和應(yīng)交互作用過程中，借助智能變電站信息共享技術(shù)，能夠計(jì)算出空投變勵(lì)磁涌流和運(yùn)行變和應(yīng)涌流之間的二次諧波相位之差（一般為180°），其便為鑒別和應(yīng)涌流的新方法。

4 變壓器間電流互感器交互作用保護(hù)措施

4.1 保護(hù)誤動(dòng)原因和措施

電流互感器的暫態(tài)性能是經(jīng)相關(guān)平臺的有效評估所得，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，電流互感器暫態(tài)性能對分析變壓器空投導(dǎo)致輸電線路保護(hù)誤動(dòng)，相鄰變壓器/發(fā)電機(jī)誤動(dòng)的故障原因意義重大。對于變壓器空投導(dǎo)致相鄰運(yùn)行變壓器誤動(dòng)事故，依據(jù)互感器飽和會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)電流增大的原理，借助二次電流為周期分量的互感器飽和的識別方式預(yù)防保護(hù)誤動(dòng)的發(fā)生。對于便要求其空投導(dǎo)致相鄰輸電線路、發(fā)電機(jī)誤動(dòng)的事故，可以通過降低互感器飽和的無二次電流中的非周期分量，來防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

4.2 差動(dòng)保護(hù)應(yīng)對措施

局部暫態(tài)飽和在互感器傳播且伴有非周期分量時(shí)容易出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象[2]，在對互感器飽和以及逆行機(jī)理進(jìn)行分析之后得出：當(dāng)被保護(hù)的設(shè)備兩側(cè)互感器的二次電流非周期分量增大時(shí)，差動(dòng)電流相對較小。主要的原因在于若一側(cè)的互感器直流分量減少，飽和識別程序便迅速啟動(dòng)；基于二次電流非周期分量額飽和識別方法，在整個(gè)過程中互感器均保持飽和的狀態(tài)。電流變壓器間以及和電流互感器間會(huì)出現(xiàn)差動(dòng)電流顯示動(dòng)作，從而出現(xiàn)和應(yīng)交互作用。互感器保護(hù)措施示意圖見圖2。

圖2 互感器保護(hù)措施示意圖

現(xiàn)代交直流混聯(lián)復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)過程中，通過構(gòu)建各種類型的互感器數(shù)字仿真模型開發(fā)出了可以用于電流互感器暫態(tài)飽和特性的仿真評估平臺，能夠?qū)ΡＷo(hù)誤動(dòng)產(chǎn)生的原因進(jìn)行明確，比使用繼電保護(hù)技術(shù)對二次電流非周期分量情況進(jìn)行鑒別更為精確，從而開發(fā)了事故分析與維修的工具，更好地服務(wù)電力工作。