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快速数字保护用电流互感器的暂态仿真研究

杨蕙  
【摘要】:近十多年来,我国电力工业正处于突飞猛进的发展阶段,大容量、超高压的大型电力变压器不断投产,系统规模不断扩大。由于更多的超高压大型电力变压器投入系统运行,因此对电网安全稳定运行的要求也更高。目前大型电力变压器保护的动作正确率一直偏低,滞后于线路保护和发电机保护,这与当前的电网实际安全要求和发展水平是不符合的。 电流互感器是电力系统和二次设备联接的一个重要设备,通过CT铁芯电磁场饱和非线性模型,考虑铁芯饱和机理,建立含磁链的电流状态方程,可以分析电力系统故障时CT暂态对数字保护设备的性能影响。通过对互感器暂态工作特性的模拟,可以发现一些有价值的特征量作为保护判据,结合相应的保护方案,可以进一步防止互感器暂态饱和引起的保护误动。 电流互感器饱和需要考虑铁芯饱和特性。很难采用传统的线性等效电路分析方法研究电流互感器饱和后的暂态特性。根据电磁场基本理论,从麦克斯韦方程出发可以更完整地分析时变电磁场的特性,包括在瞬间大电流作用下铁芯的饱和、磁滞损耗和铁芯的涡流损耗等非线性问题。但是直接对时变电磁场进行数值计算需要花费大量的计算时间和计算机资源。 论文构建了互感器的有限单元模型,利用ANSYS软件计算了在不同激励电流下的电磁场分布。从电磁场分布中计算得到了互感器铁耗、激磁电抗、漏磁电抗等参数。从计算结果可以看出,当一次绕组的激励电流较小时,互感器等效电路的励磁电阻、励磁电感和漏电感等参数几乎是恒定值。随着激励电流的增大,互感器出现饱和,互感器的铁耗、励磁电阻和励磁电感呈现出非线性。互感器的漏电感也受到铁芯饱和的影响,但是由于漏电感是因为铁芯中的主磁通穿除铁芯进入周围空气中的磁通和一次线圈在空气中所产生的磁通共同作用的结果,因此当铁芯出现饱和时,漏电感的变化规律和励磁电感的变化规律不完全相同。 论文根据经过电磁场数值计算得到的互感器铁耗、激磁电抗、漏磁电抗等非线性参数,通过数值求解互感器的暂态方程,分析了互感器的暂态工作特性。论文研究了在不同饱和程度和不同负载情况下的一次电流波形和励磁电流波形。从励磁电流波形中可以看出铁芯饱和对二次侧电流的影响。 论文通过有限元等方法的引入,进一步精确了CT饱和仿真模型,真实反应了电流互感器的饱和过程。通过数值模拟计算可以看出,论文所提出的将互感器的电磁场计算和等效电路分析相结合的方法,可以较好地分析电流互感器的暂态工作特性。从电流互感器的暂态工作特性得到相应保护依据,从而提出相应的保护方案。


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