特殊工况下换流变零序差动保护误动机理分析及对策研究

针对高压直流输电工程中换流变压器零序差动保护误动的案例,分析了特高压换流变中性线上电流互感器在长时间单极-大地运行伴随交流系统高阻故障工况下饱和机理。采用基于工程实际参数的特高压直流输电模型进行仿真分析,揭示换流变零序差动保护误动原因。并根据区内、外故障时保护两侧自产零序电流和中性线零序电流极性差异,提出一种基于S变换相位差的换流变零序差动保护闭锁新判据,以解决特殊工况下换流变零序差动保护误动的问题。通过仿真验证该判据的有效性。     

涌流引起换流变压器零序过电流保护误动的机理分析及对策

针对高压直流输电工程中换流变压器空载合闸及外部故障切除引起零序过电流保护误动的案例,分析了换流变压器空投和外部故障切除时励磁涌流及恢复性涌流的变化特点及其对零序电流的影响机理。采用基于工程实际参数的高压直流输电的仿真模型,对高压换流站换流变压器空投及外部故障切除导致中性线零序电流幅值较大且衰减缓慢的现象进行了仿真分析,揭示了换流变压器零序过电流保护误动的原因。利用相空间重构技术提出了基于零序电流相空间分布重心幅值变化特征的换流变压器零序过电流保护闭锁新判据,并通过仿真验证了该方案的有效性。     

基于波形相关性分析的换流变压器零序差动保护方案

通过对换流变压器外部故障切除产生恢复性涌流的分析,得出换流变铁芯可能在涌流的作用下发生饱和,导致灵敏度较高的中性线TA发生偏置现象,使其测量失真导致零序差动保护误动。为此,提出一种基于波形相关性的换流变零序差动保护新方案。通过分析换流变压器区内故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的波形相关性进行识别。通过合理选择电流互感器的极性,使得区外故障时,零差保护两侧的零序电流呈现"穿越性"特征,其波形相似度较高,相关系数为正值。区内故障时,两侧零序电流波形相似度较小,相关系数落入负值区。通过PSCAD/EMTDC大量仿真验证,该判据可准确识别区内与区外故障,不受恢复性涌流的影响,且具有一定的抗TA饱和的能力。     

后续换相失败引发的换流变零序差动保护误动场景分析及策略

发生后续换相失败后直流接地极入地电流经地网耦合与大直流共同入侵换流变压器中性线,分析了该工况下换流变压器中性线零序电流的特征及其对换流变中性线零序电流互感器传变特性的影响,并探讨了该工况下换流变零序差动保护的误动风险.利用细化的快速傅里叶变换对零序差动电流的幅频特征进行细分,将零序差动电流在低频频带与工频频带的幅值之比作为辅助判据,识别所讨论的工况,闭锁零序差动保护.仿真结果表明,所提策略能有效防止所讨论的工况引发的换流变零序差动保护误动作.     

采用S变换相位差及能量相对熵的换流变零序差动保护新判据

针对换流变压器零序差动保护误动现象,提出一种采用S变换相位差及能量相对熵算法的换流变零序差动保护新判据。通过分析换流变压器区内各类故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的相位和能量概率分布差异进行识别。当发生区外故障时,零序差动保护两侧零序电流的波形极为相似,其相位差和能量相对熵值都基本为0。当发生区内故障时,零序差动保护两侧零序电流相位相反且波形相似度小,其相位差接近180°且能量相对熵值增大。仿真验证表明,该判据可准确迅速识别区内与区外故障,其性能不受故障类型和过渡电阻的影响,且具有一定的抗电流互感器饱和的能力。     

特高压换流变故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

从磁链变化角度分析特高压换流变压器(简称换流变)阀侧发生单相接地故障时由换流阀单向导通性引起的励磁涌流(定义为故障性涌流)的产生机理和变化特点。以特高压直流输电系统中某一换流变为例,分析故障性涌流对换流变差动保护动作特性的影响。研究结果表明,故障性涌流容易导致换流变区外故障转区内时差动保护误闭锁。针对该问题,进一步分析发现,由于换流阀的单向导通性使得转换性故障发生后差动电流的直流分量存在由负极性到正极性反转的特征,进而利用该特征提出换流变差动保护闭锁逻辑改进判据。仿真结果证明了所提判据的可靠性。     

基于相序差动电流特征差异的换流变压器匝间保护优化研究EI北大核心CSCD

针对实际特高压换流变压器匝间短路故障时的二次谐波制动判据持续闭锁导致差动保护动作速度较慢的问题,该文详细分析特高压换流变匝间短路故障时的保护动作行为,通过理论分析换流变压器三相的相序差动电流变化量,发现匝间短路故障时具有故障相的相序差动电流变化量幅值为非故障相的两倍且相位差为180°的特定关系,在此基础上,提出相序差动电流开放判据。此外,为防止特殊涌流工况时开放判据误闭锁,增设基于涌流间断偏移特征的识别开放判据,并进一步构造整套基于相序差动电流特征差异的换流变压器匝间保护优化方案。通过现场录波及实时数字仿真(real time digital simulation system,RTDS)仿真验证,提出的保护方法在匝间短路故障且二次谐波制动判据误闭锁时具有高快速性,对于暴露问题的实际故障,保护动作时间由56ms缩短为20ms。同时,保护在各类涌流工况时可靠不误动。该保护算法具有计算量小,对数据采样率要求不高的特点。     

基于选相投旁通对的LCC-HVDC系统逆变侧换流变故障性涌流主动抑制策略

当高压直流输电系统换流变阀侧发生单相接地故障,由于换流阀的单向导通性,阀侧故障电流中含有较大的直流分量,流入换流变可能导致换流变饱和并产生“故障性涌流”。与传统三大涌流不同,故障性涌流由阀侧单相接地故障诱发并受直流控制与保护系统的影响。计及直流控保系统的影响,分析了逆变侧换流变发生阀侧单相接地故障时,换流变故障性涌流的产生机理及其对换流变差动保护的影响。针对换流变保护区内阀侧单相接地故障场景下,故障性涌流可能导致差动保护误闭锁的问题,提出了一种基于选相投旁通对的故障性涌流主动抑制策略,可以从根本上避免差动保护误闭锁问题。基于PSCAD/EMTDC的仿真实验验证了所提方案的有效性。     

不同故障下特高压换流变压器差动保护动作特性分析

换流变压器作为高压直流输电系统中重要的电气设备,其继电保护对保障系统安全运行有着非常重要的作用。目前,变压器大多采用基于二次谐波制动的差动保护闭锁方案。特高压直流输电系统中换流器的非线性导致换流变压器和普通电力变压器差动保护存在差异。通过构建相应的短路电流流通路径,研究了换流变压器差动电流在区内单相接地短路故障、区内相间短路故障以及整流侧阀短路故障情况下的特点。研究结果表明,换流变发生区外故障时差动保护不会误动,但换流变发生区内故障时差动保护可能拒动。     

逆变侧换流变压器故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

针对特高压直流系统逆变侧阀侧接地故障可能引发换流变压器故障性涌流的问题,讨论故障位于不同电压等级换流桥以及不同时刻下阀桥通断情况的差异,分析换相失败后阀侧故障电流特征,阐述逆变侧故障性涌流产生机理及其特征。在此基础上,分析计及故障性涌流影响的换流变差动保护动作特性。研究结果表明,故障性涌流可能导致换流变区外转区内故障时差动保护误闭锁,针对该问题,根据故障时阀侧电流直流分量发生极性反转的特点,提出一种新的防止差动保护误闭锁的解决方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了理论分析的正确性。     

和应涌流导致差动保护误动原因分析

和应涌流可能引起运行变压器或发电机的差动保护误动,影响变压器与发电机的正常运行.目前,还没有防止和应涌流引起相关差动保护误动的有效措施,现场主要是靠二次谐波励磁涌流判据或三次谐波电流互感器饱和判据起到一定的闭锁作用.首先结合和应涌流的特点分析了与其相关的差动保护误动的原因主要在于电流互感器发生饱和,进一步通过多起现场误动实例与仿真,着重分析了不同类型的和应涌流发生时,电流互感器饱和检测判据所起到的闭锁作用.结果证明,虽然电流互感器饱和判据在变压器级联形式下能起到一定的闭锁作用,但在变压器并联或与多电源相连时很难起到较好的闭锁作用.     

特高压换流变压器对称性涌流的生成及其对大差保护的影响

借鉴和应涌流分析方法,分析特高压一组换流变压器空投时对称性涌流的产生机理和变化特点。基于工程实际参数建立详尽的特高压直流输电的仿真模型,对特高压换流站内一组换流变压器空投产生对称性涌流现象进行了仿真分析。阐明二次谐波制动判据失去闭锁能力造成特高压换流变压器大差保护误动的机理,为提升特高压换流站大差保护的动作可靠性提供分析手段。     

一起特高压变压器的差动保护误动分析及防范措施

通过建立MATLAB仿真模型,分析了在特高压交流试验示范工程投运调试过程中出现的一起由于中压侧空投主变压器产生励磁涌流而导致调压变压器差动保护误动作的案例。针对特高压变压器结构上的特殊性,分析了合闸角、剩磁等因素对励磁涌流的影响,仿真复现了现场故障录波波形。针对调压变压器差动电流中二次谐波含量较低可能引起的误动,从2个方面提出了相应的解决方案：指出二次谐波涌流闭锁判据宜采用三取二闭锁方式,但在某些特殊情况下,依然可能失效,进而提出了利用二次谐波变化趋势来识别励磁涌流和故障电流的辅助判据,并对综合判据进行了仿真验证;分析了调压变压器容量对励磁涌流的影响,提出在条件允许的情况下,适当增加调压变压器容量来避免励磁涌流可能引起的误动,为提高调压变压器差动保护可靠性提供了新思路。     

浅析空载投入换流变压器对直流输电系统的影响

根据直流输电系统的运行特点,结合PSCAD/EMTDC仿真结果和天广直流输电系统运行中的实际案例,分析了空载投入换流变压器时产生的励磁涌流、和应涌流对直流输电系统的正常运行可能造成的各种不良影响,简介了天广和贵广直流输电系统对此所采取的针对性措施,对未来直流输电工程的实施及安全稳定运行有一定的参考价值.     

基于波形互相关系数的变压器励磁涌流识别方法

励磁涌流是导致变压器差动保护误动的主要因素。提出一种利用波形互相关系数特征的励磁涌流识别方法。利用空载合闸或内部故障后的短数据窗构造一标准正弦参考波,对采样波形与构造的标准正弦波两信号的相关性进行分析,计算归一化互相关系数进行内部故障和涌流识别。内部故障时波形互相关系数为接近1的稳定值,而励磁涌流时互相关系数偏离1且其值波动显著。最后PSCAD仿真计算分析结果表明:该方法能在一个周波内准确识别出励磁涌流与内部故障,为提高变压器差动保护性能和优化变压器保护配置提供了有益的理论依据。     

内桥接线主变压器差动保护误动原因分析

内桥接线变电站的主变压器并列运行时,其中一台变压器支路空载合闸或故障时,内桥开关将通过很大的励磁涌流或短路电流。在此情况下,正常运行的变压器差动保护可能发生由于电流互感器暂态传变特性差异以及产生和应涌流现象而导致保护误动。文中结合一起变压器差动保护连续误动的事故,对内桥接线方式下,电流互感器传变特性差异、和应涌流的产生进行了理论分析和仿真验证,并对励磁涌流的二次谐波闭锁能力进行了分析计算。最后提出了内桥接线方式下改进的变压器差动保护接线方式等解决措施,以防止差动保护误动。     

换流站桥差保护误动机理及基于互近似熵的闭锁新方案

针对高压直流输电工程在运行过程中多次发生换流站桥差保护误动的情况,对换流站桥差保护误动机理开展研究。利用PSCAD/EMTDC搭建特高压直流输电仿真模型,对空载合闸和外部故障切除情况下桥差保护误动行为进行仿真分析,揭示其误动原因,并提出一种基于互近似熵算法的桥差保护防误动闭锁新方案,以防止因电流互感器(TA)传变异常引起的桥差保护误动作。仿真结果表明所提闭锁方案在励磁涌流和恢复性涌流情况下能够有效防止桥差保护误动作。