基于零序电流的超高压变压器新保护原理的研究

Abstract: The program analyses the application situation of transformer protection in ultra high voltage system. The zero sequence differential protection is unaffected by the inrush current, but is affected by current transformer (TA) saturation. The little zero sequence voltage in fault point leads to more incorrect operations. The zero sequence differential protection is not applied in the triangle wiring transformer protection. The zero sequence current of high and medium voltage sides have different phase relations in the Internal and external fault, and the program is noticing that. The program proposes a new protection principle, which judges by comparing amplitude instead of phase of the zero sequence current. And it is be largely unaffected by current transformer saturation. On that basis, the program proposes that the voltage which is calculated by using neutral point zero sequence current, replaces the actual voltage in fault point. And it solves the problem of the little zero sequence voltage in fault point. Simultaneously, the program studies the triangle transformer calculation methods of circuital current in the triangle side. At last, the program analyses the influence of the existing protection algorithms on the transformer protection in HVDC system, and structures the transformer main protection scheme in ultra high voltage mixed transmission system.

本项目分析750kV超高压电网中变压器保护的应用现状,指出零序电流虽然不受励磁涌流的影响，但自耦变压器零差保护易受电流互感器（TA）饱和的影响，零序方向纵联保护接地故障时保护处因零序电压太小导致零序保护误动和拒动，带三角形接线的电力变压器在现有TA配置条件下△侧系统没有零序电流，而环流又不能测量，零序差动保护无法应用。在此基础上对自耦变压器区内外故障时，分析高、中压侧零序电流相位关系：提出采用零序电流相位比较来代替幅值比较方式，以减少TA饱和影响；同时提出利用中性点零序电流代替保护处零序电压的新型零序电流方向纵联保护原理，以有效解决目前因保护处零序电压太小而超高压系统零序方向纵联保护误动和拒动问题；另外，研究带△接线变压器三角形侧环流的计算方法，以解决△形侧零序环流的计算难题。最后分析超高压交直流输电对现有保护算法及变压器保护的影响，以构建适用于超高压交直流混合输电系统的变压器快速主保方案

超高压系统传统零序方向元件，在保护处虽然零序电流达到定值，但零序电压很小，不满足灵敏度要求，从而零序方向纵联保护无法投入导致保护误动和拒动，而自耦变压器中性点所产生的数值很大的零序电流一直被忽略，没有被有效利用，据此提出了利用超高压自耦变压器中性点零序电流来代替保护处零序电压的基于自耦变压器中性点零序电流的方向比较纵联保护方案。经数模仿真验证该方案能够消除了保护处零序电压对零序方向元件方向判据的不利影响，有效地解决了目前保护处零序电压太小而引起的零序方向纵联保护拒动和误动的难题；超高压自耦变压器零序电流差动保护因反应自耦变压器三侧零序电流的相量和而动作，保护判据受电流互感器饱和的影响较大，在变压器区外故障切除时反而常常误动，据此提出了基于零序电流的自耦变压器相位比较纵联保护方案。经数模仿真验证该方案有效地解决了超高压自耦变压器幅值比较保护原理，保护判据因受电流互感器（CT） 饱和及非周期分量的影响而保护误动的技术难题；超高压交直流混联系统中，逆变侧换流站发生换相失败之后，将对交流系统引入非特征谐波，并将影响到交流系统继电保护的性能，甚至导致谐波闭锁和判据的误判，引起区内轻微故障的动作时间延长，据此研究其对泛应用的工频故障分量距离保护，突变量方向保护以及零序电流相位比较纵联保护的影响，提出了超高压直流输电逆变侧换相失败对继电保护影响的研究方案。经数模仿真验证换相失败导致工频故障分量距离保护及突变量方向保护的拒动和误动，而采用零序电流相位比较纵联保护原理不受其影响能够正确区分内部和外部故障；超高压交直流系统中直流偏磁导致变压器保护的误动和拒动，据此提出超高压直流输电直流偏磁对变压器保护的影响研究方案。经仿真验证采用相位比较纵联保护方案不受其影响并中性点以串入电阻、电容来可以有效的抑制直流偏磁对保护的影响。此外换相失败对不同保护算法的影响在研究之中。

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