合闸行波与变压器和应涌流特征新探及相关保护问题研究

论文摘要

行波保护原理上不受过渡电阻、故障位置等影响,并具有超高速动作特性,是一种理想的保护原理。虽然已经提出了许多具体的行波保护方法,但它们主要针对正常运行线路中发生故障的情况,没有考虑断路器合闸,特别是不同期合闸对保护正确动作的影响。为完善行波保护、推进其实用化,有必要对断路器合闸产生的行波特征进行深入分析,并在此基础上提出新的行波合闸保护方法。近年来,国内外出现了多起空投变压器引起相邻运行变压器产生和应涌流导致差动保护误动的报道。目前,此方面的研究主要集中在和应涌流的产生及其变化特点,而分析问题所考虑的因素与实际还有一定差距,对和应涌流引起差动保护误动的内在原因认识也还不够深入。这就迫切需要进一步系统深入地研究并掌握和应涌流变化的新规律,从而由此提出完善变压器差动保护的新措施。本文工作主要从上述两方面展开。一是通过输电线路合闸行波特征的分析,提出考虑不同期合闸的行波保护新方法;二是通过变压器和应涌流变化规律及引起差动保护误动内在原因的探究,提出正确识别和应涌流、降低差动保护误动率的新方法。为能正确快速得出输电线路不同故障位置、故障类型和过渡电阻情况下合闸时正反向初始行波的极性与幅值关系,本文提出了计算输电线路不同期合闸时故障点各模量行波反射系数及相互透射系数的方法。由此方法,可分析出:当线路中部故障时,正反向初始电流行波极性相同,这与输电线路正常运行发生故障时的情况相同;当线路末端故障时,正反向初始电流行波极性关系受故障类型、过渡电阻及故障相是否先合等因素的影响,当过渡电阻较大且先合故障相时,或存在严重故障且故障相不是先合相时,将会出现正反向初始电流行波极性相反的情况,这与线路无故障时合闸的行波极性关系相同,导致现有方法出现误判。为考虑实际三相断路器不同期合闸的影响,并使保护能够在线路中部或末端故障时均能正确动作,本文提出了一种新的行波合闸保护方法,方法基于:当线路合闸时,若线路无故障,则电流行波在线路末端的反射系数为-1;若有故障,故障点的反射系数不是-1。仿真结果表明新的保护方法在各种情况下都能正确动作。变压器和应涌流的产生与变化受许多因素的影响,而现有研究对两台不同容量变压器相互作用及变压器带负荷情况分析不够,影响了对变压器和应涌流整体规律的掌握程度。针对此现状,论文比较研究了串并联和应涌流的产生过程及特点,分析了多种因素,特别是运行变压器负荷对和应涌流特征的影响,揭示了不同条件下变压器和应涌流变化的新规律,为认清和应涌流造成变压器差动保护误动的内在原因提供了基础。为找寻和应涌流引起变压器差动保护误动的真正原因,论文分析了和应涌流与励磁涌流的二次谐波含量关系、CT暂态饱和对和应涌流二次谐波含量与间断角的影响、CT星-三角变换对差动电流二次谐波含量的影响等。分析结果表明:变压器和应涌流与励磁涌流的二次谐波含量及间断角特征相近,但前者相对于后者,衰减缓慢,容易造成CT饱和,导致差动保护不能正确测量到和应涌流,可能引起差动保护的误动作。为进一步明确和应涌流引起变压器差动保护误动的内在原因,从而为解决变压器差动保护误动提供解决对策,本文分析了CT饱和对变压器差动保护差动电流二次谐波含量、间断角的影响,并结合电力系统运行实际,分析了不同情况下和应涌流导致变压器差动保护误动的可能性。研究表明,并联和应涌流不易导致变压器差动保护误动,串联和应涌流容易导致变压器差动保护误动。论文最后提出了一种识别和应涌流的新方法,用于正确闭锁变压器差动保护,以防止和应涌流引起的误动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 输电线路行波保护发展概况
• 1.3 行波特征分析研究现状
• 1.4 合闸到故障线路的识别方法研究现状
• 1.5 变压器励磁涌流识别方法研究现状
• 1.5.1 基于电流波形特征的励磁涌流识别方法
• 1.5.2 引入电压量的励磁涌流识别方法
• 1.6 和应涌流的研究现状
• 1.7 本文的主要研究工作
• 第2章 输电线路不同期合闸的行波特征分析
• 2.1 引言
• 2.2 三相线路行波反射与透射系数的计算
• 2.3 线路无故障时合闸操作的行波特征
• 2.4 线路中部故障时合闸操作的行波特征
• 2.5 线路末端故障时合闸操作的行波特征
• 2.5.1 先合故障相时的行波特征
• 2.5.2 后合故障相时的行波特征
• 2.6 本章小结
• 第3章 考虑不同期合闸的行波保护新方法
• 3.1 引言
• 3.2 现有行波保护在合闸情况下的动作行为
• 3.3 行波合闸保护新方法
• 3.4 电磁暂态仿真验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 变压器和应涌流特征分析
• 4.1 引言
• 4.2 单台变压器励磁涌流的产生机理及特征
• 4.3 变压器磁滞特性对涌流的影响
• 4.4 并联和应涌流与串联和应涌流特征的比较
• 4.4.1 并联与级联结构的模型和等效电路
• 4.4.2 并联和应涌流的产生过程和特点
• 4.4.3 串联和应涌流的产生过程和特点
• 4.4.4 并联与串联和应涌流的衰减特点
• 4.4.5 和应涌流的主要特征
• 4.5 变压器和应涌流的影响因素
• 4.5.1 运行变压器空载时的影响因素
• 4.5.2 运行变压器带负荷时的影响因素
• 4.6 本章小结
• 第5章 电流互感器传变对和应涌流波形特征的影响
• 5.1 引言
• 5.2 和应涌流与励磁涌流的二次谐波特征分析
• 5.2.1 励磁涌流频谱分析
• 5.2.2 和应涌流的二次谐波含量
• 5.3 CT 暂态饱和对和应涌流的影响
• 5.3.1 和应涌流条件下电流互感器的暂态特性
• 5.3.2 CT 暂态饱和对和应涌流二次谐波含量的影响
• 5.3.3 CT 暂态饱和对和应涌流间断角的影响
• 5.4 CT 星-三角变换对差流二次谐波含量的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 和应涌流引起差动保护误动的解决方法
• 6.1 引言
• 6.2 CT 饱和情况下并联和应涌流对差动保护的影响
• 6.3 CT 饱和情况下串联和应涌流对差动保护的影响
• 6.4 和应涌流造成差动保护误动可能性分析
• 6.4.1 电网中误动可能性
• 6.4.2 发电厂中误动可能性
• 6.5 和应涌流识别新方法
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历