大型电力变压器快速主保护新原理及其应用问题的研究

论文摘要

在电力系统中,大型变压器是重要而又昂贵的设备,所以变压器保护应尽可能满足不拒动、不误动以及快速动作的要求。本文在前人研究成果的基础上,针对电力系统中大型变压器不同的运行特性,从功率平衡的角度和比较变压器不同侧电流(电压)采样值变化的角度,提出变压器正序有功功率差动保护和比较采样电流(电压)突变量变化特征的保护新原理,从理论上对其进行了定性和定量的分析与论证,并给出了相应的判据。论文主要完成了如下几方面的工作:(1)详细研究了电力变压器励磁涌流的产生机理、本质特征,提出了适用于变压器非线性模型的“正序有功功率纵差保护原理”及其实现方案。运用理论分析和仿真等方法论证了采用该原理构成变压器保护能从根本上避免励磁涌流的影响,并在此基础上,对变压器“正序有功功率纵差保护”在不同运行方式下发生不同类型的故障时的动作行为给出了定量地评价,对如何将“正序有功功率纵差保护原理”应用于变压器保护中亦给出了明确的结论。(2)详细研究了变压器感受外部短路和内部故障时两侧短路电流相位的不同特征,提出了比较变压器两侧电流采样值在其绝对值正突变条件下的流向来区分外部短路和内部故障的新判据。运用理论分析和仿真等方法论证了变压器在不同运行方式下经历不同类型的外部短路时,应用该判据均能快速、可靠的做出正确判别。(3)详细研究了变压器两侧电流、电压采样值在不同运行方式下发生不同类型的内部故障时其绝对值突变量正(增大)负(减小)跃变的变化规律以及运行变压器在外部短路切除后电流、电压采样值的绝对值突变量的变化特征。在此基础上,同时在已确认变压器感受的不是外部短路的前提下,提出了鉴别变压器内部故障和外部短路切除后出现励磁涌流的新判据。通过理论分析和仿真论证了该判据均能快速、可靠地对运行中的变压器发生不同类型的内部故障做出正确判别。(4)设计了将快速主保护的故障处理软件模块嵌入到微机型变压器保护中断服务程序的软件流程,该流程采用独特的方法解决了变压器空载投入和变压器运行这两种不同情况下采用不同的故障处理判据的问题。给出了双绕组变压器正序有功功率差动保护程序流程和采样电流(电压)突变量综合比较保护程序流程,分析了该流程应用于多圈变压器可能存在的问题,并给出了相应的解决措施。本文提出的保护原理不以差流作为动作条件,具有原理简单、快速可靠等特点,可构成独立的快速主保护软件模块,并应用于微机型变压器成套保护装置中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 微机型变压器主保护技术的国内外研究现状综述
• 1.2.1 基于电流差动的微机型变压器保护研究现状
• 1.2.2 基于非电流差动原理的变压器保护研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容及贡献
• 本章参考文献
• 第二章 变压器正序有功功率差动保护原理
• 2.1 前言
• 2.1.1 变压器励磁涌流及其特征
• 2.1.2 本章的主要工作
• 2.2 基于功率差动的变压器保护原理
• 2.2.1 电力变压器有功损耗的物理机理
• 2.2.2 电力变压器在各种运行状态下的有功损耗
• 2.2.3 单相变压器有功功率纵差保护的动作原理
• 2.2.4 三相交流系统有功功率计算方法的分析
• 2.3 变压器正序有功功功率纵差保护原理
• 2.3.1 三相有功差额实现方法存在的问题
• 2.3.2 正序有功功率差动保护原理
• 2.3.3 原理的性能分析
• 2.3.4 动作门坎值的确定
• 2.3.5 双侧电源系统动作性能分析
• 2.4 用正序有功功率差动原理构成变压器保护的实现方案
• 2.5 变压器正序有功功率纵差保护原理的仿真
• 2.5.1 用于数字仿真的系统模型
• 2.5.2 基于正序有功功率纵差保护的仿真图形
• 2.6 小结
• 本章参考文献
• 第三章 基于采样电流（电压）突变量比较的变压器快速保护的研究
• 3.1 概述
• 3.2 双侧电源条件下双绕组变压器故障时两侧短路电流相位特征分析
• 3.2.1 在变压器外部发生短路时的两侧电流相位关系
• 3.2.2 双侧电源条件下变压器内部故障时两侧短路电流相位关系
• 3.3 故障条件下采样电流（电压）绝对值突变量的分析
• 3.3.1 双端电源运行条件下采样电流（电压）绝对值突变量的分析
• 3.3.2 单端电源运行条件下采样电流（电压）绝对值突变量的分析
• 3.4 基于电流突变量比相原理的变压器外部故障判据的研究
• 3.4.1 重复多次判断法
• 3.4.2 比较变压器两侧电流采样值在其绝对值正突变条件下的极性的保护判据
• 3.5 基于变压器采样电流绝对值和采样电压绝对值正突变（增大）比较的保护判据
• 3.5.1 两侧采样电流绝对值正突变条件下的保护判据
• 3.5.2 单侧采样电流绝对值正突变条件下的保护判据
• 3.5.3 外部短路转换为内部故障判据的动作性能分析
• k和δu_k的门坎值'>3.5.4 δi_k和δu_k的门坎值
• 3.6 变压器内部出现轻微故障与经历和应涌流时的保护判据
• 3.7 空载投入条件下保护判据分析
• 3.8 基于电流突变量变化的变压器快速主保护新原理的数字仿真
• 3.8.1 基于电流突变量比相的变压器外部故障仿真
• 3.8.2 变压器内部故障采样电流绝对值突变量变化的仿真
• 3.8.3 基于电流绝对值突变量的变压器励磁涌流仿真
• 3.8.4 和应涌流时变压器电流、电压波形的仿真
• 3.9 与本章保护原理相关的部分动模实验
• 3.10 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 新原理的快速主保护在变压器保护中应用的相关问题研究
• 4.1 前言
• 4.2 采样电流（电压）突变量综合比较原理在双绕组变压器保护中的应用
• 4.2.1 变压器快速主保护故障处理程序流程
• 4.2.2 正序有功功率差动保护流程
• 4.2.3 采样电流（电压）突变量综合比较保护程序流程
• 4.3 采样电流（电压）突变量综合比较原理在三绕组变压器保护中的应用
• 4.3.1 变压器外部出现短路时保护性能分析
• 4.3.2 变压器内部发生故障时保护性能分析
• 4.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 研究展望
• 攻读博士学位期间发表的部分论文
• 攻读博士学位期间主持科研情况