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《西南交通大学》 2006年 博士论文
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变压器仿真计算模型与保护原理研究

韩正庆  
【摘要】:变压器是完成不同电压等级电能转换的枢纽,是电力系统最重要的电气主设备之一,其运行状态直接影响着电力系统的安全稳定运行。变压器也是十分贵重的电气主设备,造价昂贵,应根据需要设置相应的保护。近年来,变压器保护动作正确率一直较低,远远低于线路保护和发电机保护,且有原因不明的误动,现有的变压器保护已不能满足电力系统的需要。本文围绕着变压器保护中的一些问题,结合现场实际,主要完成了以下工作: (1) 建立了变压器内部故障模型。将变压器故障绕组分为两个或三个绕组,以模拟变压器匝地短路故障或匝间短路故障,再根据变压器的磁路及磁等值回路,按照UMEC建模理论,建立了变压器内部故障模型。建立的模型无需铁芯长度、铁芯横截面积、绕组匝数等实际的变压器物理参数,易于实现。不计铁芯饱和时,建立的模型可用于变压器故障分析和短路电流值的计算。利用JA理论模拟铁芯的磁滞特性,建立的模型可以仿真带内部故障空载合闸等工况。 (2) 提出了励磁涌流识别判据。励磁涌流具有间断角特征和尖顶波特征,而内部故障电流接近正弦波。对比两者的全波傅氏算法与半波傅氏算法的计算结果可以发现,半波傅氏算法计算结果可以反映励磁涌流的波形特征。以半波傅氏算法为基础,根据励磁涌流的间断角特征、尖顶波特征以及综合不对称度,提出了4个励磁涌流识别判据。这些判据计算简单,对采样频率无特殊要求,且能够做到分相闭锁。动模试验数据的验证结果证明了判据的正确性。 (3) 改进了基于变压器模型的保护判据。基于变压器模型的保护原理只与变压器的原始正常模型有关,完全摆脱了励磁涌流和内部故障电流的影响。但是,该原理运用于工程实践会受到差分误差、绕组漏阻抗误差、互感器测量误差等因素的影响。本文分析了各种误差因素的影响,并提出了减少误差的改进判据。动模试验数据和数字仿真数据的验证结果表明了改进判据能可靠识别变压器内部故障,且比原判据灵敏度高。 (4) 提出了一种适用于牵引供电系统的电压互感器断线判据。牵引供电系统为单相系统,电力系统中利用序电压判别电压互感器断线的判据不再适用。文中分析了电压互感器断线故障及其对相关保护的影响,利用两个不同时刻的电压和电流值构成了电压互感器断线的新判据。多种工况下的仿真结果表明了新判据可以准确快速地检测出电压互感器断线故障。 (5) 分析了穿越性涌流的发展过程及其对差动保护的影响。结合秦沈


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