您好,欢迎来到飒榕旅游知识分享网。
搜索
您的当前位置:首页基于有功和功率因数的变压器励磁涌流鉴别新方法

基于有功和功率因数的变压器励磁涌流鉴别新方法

来源:飒榕旅游知识分享网
第27卷第2期 电力科学与工程 Vo1.27.No.2 2011年2月 Electric Power Science and Engineering Feb.,201 1 基于有功和功率因数的变压器励磁涌流鉴别新方法 胡 静 ,周霏霏 (1.保定华电电力设计研究院有限公司,河北保定071003; 2.华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003) 摘要:提出了一种基于有功功率和功率因数特征的变压器励磁涌流鉴别方法。分析了励磁涌流和内部故 障情况下,有功和功率因数不同的变化趋势。有功功率发生空投于故障时,由于故障支路的存在,有功 功率和功率因数较发生励磁涌流时都大,且功率因数在判断轻微故障时可弥补有功功率的不足。利用两 个量构成判据,判断是否发生故障。方法易于实现,计算量小,动作可靠、迅速。利用变压器各种运行 状态的动模实验数据进行验证,结果表明该方法不受励磁涌流的影响且能够迅速、可靠地反映变压器内 部故障,在性能上优于谐波制动判据。 关键词:变压器;励磁涌流;有功功率;功率因数 中图分类号:TM76 文献标识码:A 1J__-lj = 0引 言 1瞬时无功功率理论 在电力系统中,大型变压器是属于一种重要 设三相三线制系统各相电压和电流的瞬时值 和昂贵的设备。如果一台变压器故障,为了减少 分别为e ,e ,e 和i ,i ,i 。把它们在保持功 故障的损坏程度,必须尽快把变压器切除。变压 率不变的前提下变换到两相正交 一卢的坐标系 器损坏不仅其维修费用高昂而且对电力系统的损 上,则有(以电压为例,电流形式相同,略): 失也很大。所以变压器保护应尽可能满足可靠性, 1 1 安全性以及快速性的要求。 2 2 现在实际运行的变压器差动保护,主要是采 J3 √3 用以二次谐波制动原理和间断角原理来判别励磁 ,) 2 涌流。近些年来发展的有代表性的鉴别励磁涌流 在 一卢坐标系中ea,e口和i , 可分别合成 的方法有波形对称原理、波形叠加原理、波形相 e,i,则可定义三相瞬时有功功率P及三相瞬时 关性分析法和波形拟合法…。实际上,由于三相 无功功率Q如下: 变压器励磁涌流的波形特征随系统电压和等值阻 P= ‘e=ine + e口 ea +ebib+ec 抗、合闸初相角、剩磁大小和方向、绕组接线方 Q=i x e= e口一 e = 式和中性点接地方式、三相铁心结构、铁心材料 和组装工艺、磁滞回线和局部磁滞环等不同而改 二[(eb—e )i +(e 一e )ib+(e 一e )i ] (2) √3 变 ’3 J,所以不同条件下的励磁涌流的波形特征差 取瞬时有功、无功功率的直流分量P,q,是 别仍然很大,需要在纷繁多样的特征中找寻变压 由电压电流信号中的同次(即谐波次数)同序分 器共有的特征。 量作用而成,与传统的有功功率和无功功率概念 本文利用瞬时无功功率的理论知识,得到由 一致 。 电压电流等构成的有功、功率因数表达式,结合 两者构成判据,用于表征变压器是否发生了故障。 p= 收稿日期:2010一o5一o4。 作者简介:胡静(1970一),女,工程师,主要从事火力发电厂及电网设计工作,E—mail:jing—hu@sohu.corn。 第2期 胡 静,等基于有功和功率因数的变压器励磁涌流鉴别新方法 q 』一 Qd£ 则功率因数的定义式为: cos0=cos(arctan( Q)) (3) (4) 无穷 2基于有功和功率因数的变压器励磁涌流 鉴别新方法 图1动模买验系统 基于功率差动原理的变压器微机型主保护, Fig.1 Connection diagram of the dynamic analogue 从能量守恒的观点出发综合考虑电压、电流信息, 它的基本原理是:正常运行和发生励磁涌流时变 压器消耗有功非常小,而变压器绝缘损坏时,电 弧放电发热将消耗大量的有功,通过检测变压器 消耗有功的大小,可以判别变压器是否发生内部 故障。功率差动原理不再纠缠于励磁涌流的波形 特征,是一种较好的主保护方案。但是这种思想 的一个重要不足为在空投于轻微故障时,虽然短 路匝内的有功损耗增大,但是两端口的电压电流 变化很小,传统意义上的功率处理需要一个周波 的时间才能得到有效数据,不能正确判断出发生 了故障,可能出现误判。电力系统运行时的功角 约为20。~40 ,而励磁涌流发生时功率因数很 接近于0,且当变压器发生内部故障时,故障点 的弧光电阻加上短路部分的绕组电阻可与短路部 分的绕组等效电抗相比拟,从而使得功率因数增 加,有功损耗增多。所以本文利用体现故障的明 显特征有功功率和功率因数构成判据,判断是否 发生了故障。 本文利用突变量判据作为判断程序的启动判 断。突变量启动是当连续3个点的突变量大于额 定电流的0.2倍时,进入故障判断程序。这保证 了启动的可靠性。 3实验结果分析 3.1 动模实验系统及阈值确定 动模实验系统的接线方式如图1所示。此系 统中的设备简介如下: (1)实验变压器是由三台单相DMB一10型变 压器组成的三相变压器,接线组别为Yn,dl1。 相关参数是:容量为10 kVA;低压侧额定电压为 380 V;低压侧额定电流为25.3 A;高压侧额定电 压为1 000 V;高压侧额定电流为10 A;空载电流 为1.45%;空载损耗为100 W;短路损耗为 testing system 0.35%;短路电压为9%~15%。一次绕组和二次 绕组(归算到一次侧)的电感总和为0.003 8 H; 一次绕组和二次绕组(归算到一次侧)的电阻总 和为0.166 lO Q。 (2)互感器:TA变比为10/5(A/A),rrV 变比为500/100(V/V)。 (3)测量工具:DF1024便携式波形记录仪。 波形记录仪与PC机相连,可以由安装在PC机上 的控制软件来记录和分析所测到的变压器各种工 况下的电压和电流。由波形记录仪转化成程序所 能读人的文本文件,一个基波周期内取24个点。 图1给出的动模实验系统接线图中,系统电 压经调压变压器降压为500 V线电压提供给实验变 压器,负荷为一组灯箱,功率为0.9 kW。 动模实验不可能包含变压器所有的运行工况, 所以作者根据实验系统的条件模拟了变压器的各 种运行状态,包括正常运行、空载合闸、内部接 地故障、内部匝间故障、内部相间故障、区外相 间故障等。为了充分考虑不同时刻以及不同相别 的影响,每种故障类型都考虑了不同相别,并对 每种故障进行多次实验。 在计算有功功率时,要进行归一化处理,所 计算出的有功功率除以变压器所带的最大负荷。 在发生励磁涌流时,空载损耗为100 W,负载为 900 W,归一化后为0.11。估计其功角至少不会 大于45。,则Pcos0=0.11cos45。=0.079。考虑一 定的裕度,则发生励磁涌流时,判据结果应不会 大于0.1。而发生空投于故障时,结果应远远大 于这个阈值。考虑到各种因素的影响,选择延迟 1/4周期,在半个周期内(12个点)有10个点大 于阈值则认为发生了空投于故障。 3.2动模实验结果分析 基于上述动模实验系统进行了合闸实验,在 电力科学与工程 2011年 发生励磁涌流的过程中,如图2所示,功率因数 在经过几个点后值就很小了。判据结果虽然有波 表l动模实验数据统计 Tab.1 Statistics of dynamic analog testing 动,但始终没有超过0.05,小于阈值。发生空投 于故障(匝问短J .1%)时,如图3所示,功率 因数一开始就很大,曲线也迅速变大,结果大于 (switching on a no-load transformer) 运行状态‘、:  璺 直 (社  二次谐波判据 一 0.1。两种情况下判据结果区别很大。 ∞1.o r §。 二====二=二===二=二= 6l5 620 625 63o 635 640 645 650 0.2 r 0.1 ———————————————~, 0 6l5 620 625 630 635 640 645 650 喜。‘ 一—— 615 620 625 630 635 640 645 650 采样点数(615点启动) 图2发生励磁涌流时有功功率、功率因数曲线 Fig.2 Active power and power actor waveforms when switching on a no.1oad transformer 320 330 340 350 360 0.4『,—————————————————————~ ~ 二===二====. 。 : O.4 r 量。 ——一0f————————iiA 采样点数(320点启动) 图3空投于故障(y侧A相匝问短路6.1%) 时有功功率和功率因数曲线 Fig.3 Active power and power actor waveforms when switching On a transformer in a state of inter-turn short fault 表1为对变压器各种运行方式下处理所得的 结果统计。 由表1可知,励磁涌流时和空投于故障时区 别明显,有一定的裕度。通过与二次谐波判据对 比,可以看出二次谐波对于较轻微的匝间故障不 能正确识别出,且在数次正常空投实验中也有一 部分会误判为故障。而基于有功、功率因数的判 据则能有效地识别是励磁涌流还是故障电流。 圈匝数之比) f网 ZP- l 咀H , 正常空投 0.002 3~0.091 0 10.1~94.2 6.1%0.104~0.286 8.58~l5.79。 星侧匝间 故障空投 9.8%0.125~0.472 8.17~13.56 12.2%~15.9%0.248—0.729 5.54—12.4 星侧接地 故障空投 A相0.147—2.169 2.16~3.36 星侧相间 故障空投 A,B相0.261~1.94 3.56~4.28 角侧匝间 故障空投 4.5% 0.104~0.359 9.68~13.14 注: “★”表示在二次谐波判据下判断错误的实验 数据。 4结论 本文以变压器故障时的典型特征来构成判据, 并利用算法可靠实现原理来正确识别故障情况和 励磁涌流。其构成原理简单,数据采集方便,计 算量小,判断清楚,动作快速、准确,具有很高 的应用价值。 参考文献 [1]李贵存,刘万顺,滕林,等.基于波形相关性分析的 变压器励磁涌流识别新算法[J].电力系统自动化, 2001,(17):25—28. Li Guicun,Liu Wanshun,Teng Lin,et a1.A new algo・ rithm of discrimination between inrush current and fault current of transformer based on self-correlation analysis [J].Automation of Electric Power Systems,2001, (17):25—28. [2]徐岩,王增平,杨奇逊.基于电压电流微分波形特性 的变压器保护新原理的研究[J].中国电机工程学 报,2004,24(2):61—65. Xu Yan,Wang Zengping,Yang Qixun.Research on novel transformer protection based on the characteristics of voltage and differential current[J].Proceedings of the CSEE,2004,24(2):6l一65. [3]罗伟强,边铁.基于EMD分解的变压器励磁涌流鉴 别[J].电力科学与工程,2009,25(5):1—5,19. (下转第40页) 电力科学与工程 2011焦 Li Zheng,Li Chengshu,Wang Hongbin.Design and im— 35—37. plementation of IIR digital filter based on Matlab[J]. Guo Decai.Design and simulation of FIR low—pass filter Diigtal Communication,2009,36(6):75 77. based on Matlab[J].Journal of Tonghua Normal Uni・ [9]郭德才.基于MATLAB的FIR低通滤波器的设计与 versity,2009,(8):35—37. 仿真[J].通化师范学院学报,2009,(8): Based on Improved Adaptive Harmonic Detection Filter Design and Simulation Li Min,Zhang Cong,Yuan Xin (School of Electrical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,China) Abstract:In order to reduce the choice of the value of fixed steo size of adaptive algorithm’s effect degree of filter harmonic,reduce harmonic steady—state analysis of errors,improce tracking response speed,and verify that the improve filter adaptive algorithm’s effectiveness and superiority.use matlab and electromagnetic transient software PSCAD/EMTDC interface,written in matlab adaptive step in the iterative process into PSCAD Power System Har- monic Analysis mode1.The filter with the general set—based design of the filter step comparison of theory and, through Fast Fourier Transform(Ffvr)the harmonic amplitude obtained before and after the filter is verified by comparing theory based on an improved adaptive algorithm bandpass filter has good filtering effect. Key words:band pass filter;electromagnetic transient software:adaptive theory:harmonic detection;FFr (上接第24页) Luo Weiqiang,Bian Tie.One new scheme to discrimi— nation between inrush—current and internal fault current of nate inrush current from internal fault of power transform— transformer[J].Relay,2007,35(2):6—10. er based on EMD decomposition J].Electirc Power Sci— [5]叶东.电机学[M].天津:天津科学技术出版社, ence and Engineering,2009,25(5):l一5,19, 】995. [4]古斌,谭建成.电力变压器励磁涌流和内部故障识 Ye Dong.Electirc engineering[M].Tianjin:Tianjin 别新方法[J].继电器,2007,35(2):6—10. Science and Technology Press,1995. Gu Bin,Tan Jiancheng.A new approach to the discrimi— New Principle of Transformer Protection Based on Active Power and Power Factor Hu Jing ,Zhou Feifei (1.Huadian Power Desing Institute Co.,Ltd.,Baoding 07 1003,China; 2.School of Electrical and Electronic Engineering,North China Electirc Power University,Baoding 071003,China) Abstract:This paper presents a new strategy based on active and power actor to identify transformer inrush cur— rent.This paper analyzes the different active power and power actor changes in the magnetizing inrush and internal fault conditions.When the transformer switches on a non—load transformer in a state of internal fault,due to the presence of fault slip,active power and power actor are greater than the ones when the transformer switches on a non-load transformer;and power factor in determining the minor faults can make up for lack of active power for jud— ging the fault.By using these,this strategy not only could quickly determines whether the transformer internal fault occurred,but also is easy to implement and compute.The results of dynamic analog testing confirmed that the strategy was not affected by inrush current and could quickly and reliably reflect the transformer internal fault,the performance was better than the strategy based on harmonic restraint. Key words:power transformer;inrush current;active power;power actor 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- sarr.cn 版权所有 赣ICP备2024042794号-1

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务