06多铁磁元件交互作用及其对保护的影响与对策

2016年智能电网学术研讨会多非线性铁磁元件和应交互作用及其对保护的影响与对策TheImpactofMultipleFerromagneticElementEffect(MFEE)ontheProtectiveRelayanditsCountermeasure华中科技大学电气与:xgyin@hust.edu.cn2016年5月SEEE2014内容提要1研究背景2电网复杂和流研究3电流互感器物理实验与建模4电流互感器暂态性能分析评估平台5MFEE对保护影响机理分析与对策SEEE20141内容提要1研究背景2电网复杂和流研究3电流互感器物理实验与建模4电流互感器暂态性能分析评估平台5MFEE对保护影响机理分析与对策SEEE201421.研究背景•我国正在逐步形成交直流混联复杂电网，在发生扰动和故障期间，受各类非线性铁磁元件（如变压器、电流互感器等）的影响，产生复杂暂态过程并对二次测量量产生严重影响。•在此暂态过程中，多铁磁元件，如变压器和变压器之间、变压器和互感器之间，将产生和应交互作用，进一步增加了暂态过程和测量的复杂性。•因此，这类多非线性铁磁元件和应交互作用（MFEE）增加了故障的难度，使得继电保护难以正确动作，亟须应对策略。SEEE201431.研究背景近些年来，电网发生了多起由于相邻变压器空投导致变压器（换流变压器）、发电机和输电线路以及相关换流保护误动的事故，严重威胁电能可靠供应和电网运行。SEEE201441.研究背景励磁涌流、和流等变压器的复杂电磁过程与交互作用与电流互感器的饱和问题相交织运行变u1r1sL1sT1r2s~0.4L2s0.3u0.2T22~空投变0.102-0.11.5-0.21励磁涌流-0.30.50-0.4-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5-0.5和流00.511.522.533.544.55t/s互感器饱和在大规模直流多点接入的大型混联电网中，为了应对日趋严重的安全问题， 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 交直流保护更加可靠、快速（甚至超快速）、灵敏动作；并要重视防止直保护误动。因此，需要进一步深化认识和掌握这类多非线性铁磁元件和应交互作用的机理，揭示引起保护误动作的根本，并提出对策。SEEE201451.研究背景研究内容从原理分析、数字以及动模试验等多个层面变压励磁涌流、和流以及互感器暂态饱和开展系统研究，揭示了多非线性铁磁元件和应交互作用机理及其差动保护的影响，进而提出相应的差动保护应对措施。一次系统•电网复杂和流分析与实验研究•电流互感器建模与物理试验互感器•电流互感器暂态性能分析评估平台多非线性铁磁元件和应交互作用（MFEE）继电保护•对保护影响机理分析与对策SEEE20146内容提要1研究背景2电网复杂和流研究3电流互感器物理实验与建模4电流互感器暂态性能分析评估平台5MFEE对保护影响机理分析与对策SEEE201472.复杂电网和流研究产生机理分析数字研究动模试验验证SEEE201482.复杂电网和流——产生机理和流的基本模式AT1T1A发电机~~T1T2系统侧A线路KT2~电源~KT2K•并联和流•串联和流•多电源连接和流变压器T2空载合闸时，变压器T2空载合闸时，串联形式+并联形式运行变压器T1可能产生运行变压器T1可能产生和流。和流。和生机理的分析主要分为两大类：2磁链变化法——通过定性分析1.5励磁涌流法——通过求解等效电路10.50和流-0.500.511.522.533.544.55t/sSEEE201492.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载情况下的复杂和流分析现有的和流分析：•磁链变化法•法上述机理分析均假设运行变空载，分析模型相对简单，有利于较简洁的阐述和流的产生机理。但是未充分考虑运行变负荷对和应涌流的影响，不能反映发变组或变电站中运行变压器真实情况。上述研究的不足之处，推导了当一台变压器空投，另一台变压器非空载运行时，变压器磁链以及电流的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ，运行变负荷电流对和流的影响展开深入分析研究，并且利用PSCAD/EMTDC软件建立暂态模型，结果验证了结论的有效性。SEEE2014102.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载情况下的复杂和流分析i1si2系统电源S1S1r11r21T2L1sT1LL11S221运行变压器T1rLr2sr1212i22L22r2s1s空投变压器r1mT2r2mL2su1i1~L1muL运行变压器负载等值系统S22~2m近似直线法假设变压器励磁电感为常数回路电压和节点电流方程12dd12rL11ssLLLdtLdtdid1m2m1m2mriL1sri1Usin(t)1s1s1s1m11111ddtdtr1mU1sin(t1)L1mdtdd12ddr1mmi1r2i2rr1122dtdt12mmL12mmdtLdtd2di2s22ddi2sririLUsin(t)r2mr2si2sL2sU2sin(t2)2m22s2s2s22Ldtdtdtdt2m12i1ssi1++i2i2ii12ss+LL12mmSEEE2014112.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载情况下的复杂和流分析i1si2S1r11r21T2经过拉式变换求解上述方程再经L1sT1LL11rS221r12L122sr22Li2s22过反拉式变换可以得到两台变压器磁r1sr1mr2m链以及系统S1和S2电流的时域表达形L2su1i1~L1muL式：2~2mtt//12t/3运行变铁芯磁链1tC1sint1C2eC3eC4e一个工频强制分量tt//12t/3空投变铁芯磁链25tCtCsineCeCe2678+t/itCsintCett//12CeCe3系统S1的电流1s93101112三个不同衰减时间常数tt12的直流分量系统S2的电流i21sstitLL12mmSEEE2014122.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载情况下的复杂和流分析按现场实际情况，设并联涌流的两台变压器参数相同（多数情况），进一步推导可以发现在该情况下：CC62,CC73,CC84。t/tCtCeCsineCett//123111234三个时间常数分别为tt//12t/32tC5sint2C6eC7eC8e311Lrmm/进一步化简为仅与变压器参数有关t/2tCtCsineCeCett//123,bbaca4/211123412与变压器、系统S1和S2参数都有关tt//12t/32tC5sint2C2eC3eC4eSEEE2014132.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载情况下的复杂和流分析与运行变空载情况下的变压器磁链时域表进行对比复杂和流运行变空载情况下和流t/tt//tt//123121tC1sint1C2eC3eC4e11tCtCeCsine123t/tt//tt//123122tC5sint2C2eC3eC4e25tCtCeCsine223由于运行变非空载，磁通表中不仅多了一项非周期分量，而且其流分量的幅值和相位以及直流分量的大小和衰减时间常数都发生了较大变化，因此有必要重新对运行变非空载情况下的和流进行分析。SEEE2014142.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载情况下的复杂和流分析SEEE2014152.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载情况下的复杂和流分析-运行变带无源负载运行变空载0.40.83.5te0.4580.485tt/0.461e/3.3330.20.61,0ztt/0.461/3.33300.432,0zt0.458e0.485e1111011101010010010010100010-1-1101010Lspu10rspuLspu-1-1Lspu-1-110101010rspu1010rspu123运行变带1.2倍额定功率、功率因素为0.8的无源负载0.20.5-0.3t/0.0028t/0.466t/3.3331zte0.0010.4250.449ee0.1-0.4t/0.0028t/0.466t/3.3332zte0.0010.4250.449ee0-0.501111011011010010010t/t/t/30101001012010-1-11010Lspu-1-1LspurspuCeCeCe4-1-1101010rspu101023Lspu1010rspuC2C3C4结论：随着负载视在功率增大、功率因素减小，和流有幅值变小、出现时间延后的趋势。运行变带负载时，励磁涌流与和流都有变小的趋势。SEEE2014162.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载的复杂和流分析-运行变带有源负载运行变空载0.40.83.5tt/0.461/3.3331,0zte0.4580.485e0.20.6tt/0.461/3.3332,0zt0.458e0.485e00.4311110111010100100100max()0.308pu101000101,0z-1-1101010Lspu10rspuLspu-1-1Lspu-1-110101010rspu1010rspu123运行变有源负载内阻抗为RpuLpu0.01,0.00030.20.5-0.4622ss0.1-0.48t/0.0148t/0.781t/3.3331zte0.0070.4920.499ee0-0.50111101t/0.0148t/0.781t/3.3331010te0.0070.4920.499ee10100102z0100101001010Lspu-1-1101010Lspu-1-11010rspuLspu-1-1rspu1010rspu1010t/1t/2t/3C2C3C4Ce2Ce3Ce4max()1z0.247pu结论：当电源的内阻抗变小流有幅值变小、出现时间延后的趋势。SEEE2014172.复杂电网和流——产生机理运行变压器带载下的复杂和流分析-运行变与发电机相连取典型的发电机参数R2s=0.00416pu,L2s=1.387pu.运行变空载0.40.83.5tt/0.461/3.3331,0zt0.458e0.485e0.20.6tt/0.461/3.3332,0zte0.4580.485e00.4311110111010100100100max()0.308pu101000101,0z-1-1101010Lspu10rspuLspu-1-1Lspu-1-110101010rspu1010rspu123运行变与发电机相连0.20.5-0.46t/0.028t/2.078t/3.3331zte0.1660.2940.486ee0.1-0.48te0.1660.2940.486t/0.028et/2.078et/3.3330-0.52z011110110101010010001010t/01010-1-110t/1t/2310-1-110Lspu1010rspu-1-110Lspu10rspuCeCeCe4Lspu1010rspu1023C2C3C4max(1z)0.198pu结论：和流相对空载情况变小。发电机电流的直流分量衰减缓慢，这并非由于运行变发生和流，而是因为发电机提供的空投变励磁涌流衰减缓慢。SEEE2014182.复杂电网和流——数字借助电磁暂态PSCAD/EMDTC对其进行数字。系统以及变压器的相关参数与分析的相同，采折线模拟变压器励磁支路，各转折点坐标标值为[0,0]、[0.0023,1.19]和[1,1.53]。运行变带功率因数为0.9，视在功率大小分别为0.5pu、1.0pu和1.5pu的无源负载与空载情况下的和流及其直流分量。0.4空载/0.201,0i-0.2tpuit1,0z00.511.522.533.544.550.06it1z,0.50.4/0.200.04-0.2/1,0.5it0pu0.511.522.533.544.55it1z,1.00.020.4z1/itpu0.20it1z,1.51,1.0-0.20it0pu0.511.522.533.544.550.4012345/0.2t/st/s0负载增大1,1.5-0.2it0pu0.511.522.533.544.55t/st/s随着运行变无源负载视在功率增大，和流有幅值变小、出现时间延后的趋势。与推导的结论一致。SEEE2014192.复杂电网和流——数字运行变带额定视在功率，功率因数分别为0.8、0.9和1.0无源负荷与空载情况下的和流及其直流分量。0.4/功率因数大0.201,0itpuit-0.21,0z00.511.522.533.544.550.06it1z,cos1.0/it0.41,0it1z,cos0.90.20.04/01,cos-0.21.0itpu00.511.522.533.544.55z0.021itpuit1z,cos0.8/0.40.200-0.21,cos0.900.511.522.533.544.55itpu0123450.4t/st/s/0.20功率因数小-0.200.511.522.533.544.551,cos0.8itput/s随着运行变无源负载功率因数变小，和流有幅值变小、出现时间延后的趋势。与推导的结论一致。SEEE2014202.复杂电网和流——数字运行变与电源相连，系统S2的电压为额定电压，等值阻抗分别为1Ω、0.03H，10Ω、0.3H以及100Ω、3H时（阻抗角84°），运行变和应涌流及其直流分量。电源内阻大/0.4H0.200.061,100-0.2,3ititpu1zH,100,300.511.522.533.544.55it1zH,10,0.3/0.040.40.2H/00.02-0.2z1,10,0.3iti0t0.5pu11.522.533.544.551zH,1,0.031itpu0/0.40.2012345H0t/st/s-0.200.511.522.533.544.55电源内阻小1,1,0.03itput/s运行变与有源负载相连，随着电源内阻抗变小，和流有幅值变小、出现时间延后的趋势。与推导的结论一致。SEEE2014212.复杂电网和流——数字运行变与发电机相连2/0s1it-2pu01234567891020.8/00.6s2it-2puit2z0123456789100.40//it2sz-0.20.2z1itpu-0.4itpu01234567891002it1sz/1it1z-0.20123452it0pu012345678910t/st/s和流与空载情况相比幅值变小、出现时间延后。发电机提供电流的非周期分量（红线）与运行变和流（绿线）的符号相反，而与空投变励磁涌流（黑线）的符号相同，且相对于系统S1的直流电流（蓝线）衰减较缓慢。与推导的结论一致。SEEE2014222.复杂电网和流——动模试验在华中科技大学动模开展和模试验，分析研究和流的影响因素， 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 提炼出发生和流时电气变化特征。试验内容并联和流、串联和流和复杂和流，分析和流的影响因素主要：合闸角剩磁中性点连接方式电源（等值阻抗和电压）变压器类型变压器串并联方式变压器负载（与发电机相连）…SEEE2014232.复杂电网和流——动模试验并联和流空投变压器合闸角空投变在电压过零处合闸时，励磁涌流及和流最大；随着合闸角接近电压峰值处，励磁涌流及和流有变小的趋势。200合闸角0°-20-40-200.10.20.30.40.50.60.700.10.20.30.40.50.620流一次值/A0合闸角60°-20-40-200.10.20.30.40.50.60.700.10.20.30.40.50.620运行变和空投变励磁涌流一次值/A0合闸角90°-20-40-200.10.20.30.40.50.60.700.10.20.30.40.50.6t/st/s运行变和流运行变励磁涌流SEEE2014242.复杂电网和流——动模试验并联和流空投变压器剩磁空投变磁通的直流分量由合闸角产生的直流分量与剩磁相叠加构成，当剩磁与合闸角产生的直流分量的方向相同幅值最大时，励磁涌流及和流最大。反之，当方向相反时，将产生励磁涌流与和流。200方向相反-20-40-200.10.20.30.40.50.600.10.20.30.40.50.620流一次值/A0无剩磁-20-40-200.10.20.30.40.50.600.10.20.30.40.50.62运行变和0空投变励磁涌流一次值/A0方向相同-20-40-200.10.20.30.40.50.600.10.20.30.40.50.6t/st/s运行变和流空投变励磁涌流SEEE2014252.复杂电网和流——动模试验复杂和流运行变压与发电机相连运行变压器差动电流在空投初期被测量误差所淹没，到后期和流的特征才逐渐显现。相对于运行变空载情况，和流明显变小。发电机的电流为负荷电流与部分空投励磁涌流的叠加，含有缓慢衰减的非周期分量。2相运行变励0-2磁电流-4(A)励磁电流A号变压器2-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.40.453020发电机电流10(A)电流0发电机机端-10-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.40.45100500(A)励磁涌流涌流空投变励磁-50-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.40.45t(sec)复杂和模试验结果SEEE2014262.复杂电网和流——动模试验动模试验总结合闸角与剩磁空投变的直流分量由合闸产生的直流分量与剩磁相叠加，当合闸产生的直流分量与剩磁的方向相同时，空投涌流以及和流幅值较大，反之空投涌流及和流幅值会较小。中性点连接方式无论运行变与空投变中性点是否接地和流都会产生，中性点接要影响的是零模电流流通路径。电源和流主要与系统电源的等值电阻相关。因此在一定范围内增加系统阻抗流会增大。但是阻抗增加较大，会使得变压器的运行电压降低，励磁电感不容易饱和，和流反而会变小。增大系统电压可以增大变压器的饱和程度，相应的和流会增大。SEEE2014272.复杂电网和流——动模试验动模试验总结串联和流发生串联和流时，运行变高压侧流过的电流穿越性的空投涌流与运行变的和流。若增加串联变压器之间线路的长度，则和应涌流幅值变小。变压器连接发电机相对于运行变空载的情况，运行变与发电机相连流较小。发电机和系统共同提供的空投涌流，且系统的等值阻抗越大，发电机提供的空投涌流比重就越大。*对于和流的研究，分析、数字、动模试验三者的结论能够互相印证，验证了前述原理分析、分析的正确性。SEEE201428内容提要1研究背景2电网复杂和流研究3电流互感器物理实验与建模4电流互感器暂态性能分析评估平台5MFEE对保护影响机理分析与对策SEEE2014293.电流互感器物理实验与建模研究——1.工业实用互感器物理实验目前电流互感器的暂态特性的研究主要依赖数字，而缺乏必要的基于真实互感器的物理试验验证，难以满足工程应用的要求。本次研究采用多种类型工业实用的电流互感器开展物理试验，分析其暂态饱和特性，并为暂态数学建模提供的试验数据支撑。500kV、220kV，TPY型互感器500kV、220kV，P、PR型互感器SEEE2014303.电流互感器物理实验与建模研究——2.基于实验数据的暂态建模电流互感器的暂态建模关键在于模拟铁心的动态磁化过程。广泛应用的两种数字模型：基于非线性等效电路的Lucas模型；基于Jiles-Atherton铁磁 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的现象学理论的J-A模型。在于模型参数的确定。•基于非线性等效电路，将励磁电流分解为磁化电Lucas模型流、磁滞电流和涡流电流三个部分。•一种源于磁滞物理的模型，该模型更贴近铁磁材J-A模型料的实际情况，能更准确的模拟CT的暂态饱和特性，但是模拟所需的参数众多，难以获取。本次研究采用J-A模型建立电流互感器暂态模型，根据实际互感器的物理试验结果拟合确定互感器模型的参数。SEEE2014313.电流互感器物理实验与建模磁滞回线测试在数字平台中基于J-A理论建立互感器模型，可以模拟互感器铁芯材料的磁滞回线。为了给模型提供实际互感器准确的铁磁材料参数，通过电压积分法测量互感器铁芯磁滞回线。一次二次220v～RCH1CH2记忆示波器SEEE2014323.电流互感器物理实验与建模磁滞回线测试测试结果0.40.30.20.1Wb/0磁链-0.1-0.2-0.3-0.4-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5P型互感器励磁电流/A剩磁大，不饱和电感较大，约为0.7H。SEEE2014333.电流互感器物理实验与建模磁滞回线测试1.5测试结果10.5Wb/0磁链-0.5-1-1.5-15-10-5051015TPY型互感器开气隙的影响励磁电流/A剩磁系数几乎为零，不饱和电感较小约为0.1H，饱和点较高，实验条件有限无法测量得到拐点。SEEE2014343.电流互感器物理实验与建模磁滞回线测试PR型互感器开气隙的影响剩磁系数几乎为零SEEE2014353.电流互感器物理实验与建模磁滞回线测试采用工频电压积分法（蓝线）和低频变频法（红线）测量磁滞回线，低频法采用改造的CT测试仪。两种测试结果对比如下。0.41.50.310.20.50.1WbWb//00-0.1磁链-0.5磁链-0.2-1-0.3-0.4-1.5-3-2-10123-20-15-10-505101520励磁电流/A励磁电流/AP级互感器TPY级互感器采用CT测试仪利用低频变频法测量得到的磁滞回线比较窄，与低频情况下铁芯损耗较小有关。SEEE2014363.电流互感器物理实验与建模基于遗传模拟退火算法的JA磁滞模型参数辨识基于工业实用的互感器物理实验测试结果、利用遗传模拟退火算法辨识互感器铁芯的励磁特性参数，：可逆磁化强度、不可逆磁化强度、系数、域间耦合系数、饱和磁通、励磁特性曲线参数（a1、a2、a3、b）等等。22磁滞回线1.51.5磁滞回线实测磁滞回线实测磁滞回线110.50.500BB/TB/TB-0.5-0.5-1-1-1.5-1.5-2-2-800-600-400-2000200400600800-5000-2500025005000H/A/mH/A/m型互感器实测和拟合磁滞回线对比型互感器实测和拟合磁滞回线对比PPRSEEE2014373.电流互感器物理实验与建模动模验证试验在华中科技大学动模开展电流互感器饱和动模试验，模拟一次系统复杂短路以及励磁涌流等况。利用暂态性能优良的光电流互感器测量电流作为平台电流互感器的一次输入电流，通过分析对比实验得到的电流互感器二次电流与模型的二次输出电流，验证互感器暂态模型的有效性和正确性。SEEE2014383.电流互感器物理实验与建模动模验证试验稳态饱和（P级）Main:GraphsG20.015.010.05.00.0y-5.0-10.0-15.0-20.0-25.0PP_s20.015.010.05.0y0.0-5.0-10.0-15.00.0000.0200.0400.0600.0800.1000.120.........蓝线为实测二次电流绿线为互感器模型输出二次电流SEEE2014393.电流互感器物理实验与建模动模验证试验54QF暂态饱和（TPY级）70XL67XL23WMain:GraphsI_TPYIs_TPY15.010.05.00.0y-5.0-10.0-15.0-20.00.0000.0200.0400.0600.0800.1000.120.........蓝线为实测二次电流绿线为互感器模型输出二次电流SEEE2014403.电流互感器物理实验与建模动模验证试验53QF54QF暂态饱和（级）PR75XL67XL23WMain:GraphsI_PRIs_PR10.08.06.04.02.0y0.0-2.0-4.0-6.0-8.00.0000.0200.0400.0600.0800.1000.120.........蓝线为实测二次电流绿线为互感器模型输出二次电流SEEE2014413.电流互感器物理实验与建模动模验证试验53QF54QF重合闸于区外故障（级）P75XL67XLMain:GraphsI_P1Is_P16.04.02.00.053QF侧电流y-2.0-4.0-6.0-8.0I_P2Is_P26.04.02.00.054QF侧电流y-2.0-4.0-6.0-8.0Ic_PIsc_P1.00.0-1.0-2.0-3.0y-4.0-5.0差动电流-6.0-7.00.100.200.300.400.500.60.........蓝线为实测二次电流绿线为互感器模型输出二次电流SEEE2014423.电流互感器建模与物理实验动模验证试验53QF54QF区内转区外故障（P级）75XL22W75XL67XL23WMain:GraphsI_P1Is_P120.015.010.05.00.054QF侧电流y-5.0-10.0-15.0-20.0I_P2Is_P215.010.05.00.0y-5.053QF侧电流-10.0-15.0Ic_PIsc_P25.0y差动电流-25.00.1000.1500.2000.2500.3000.3500.4000.4500.500.........蓝线为实测二次电流绿线为互感器模型输出二次电流SEEE2014433.电流互感器物理实验与建模动模验证试验53QF54QF区外转区内故障（P级）75XL22W75XL67XL23WMain:GraphsI_P1Is_P16.054QF侧电流y-10.0I_P2Is_P225.0y53QF侧电流-20.0Ic_PIsc_P3020100y-10-20-30差动电流0.100.200.300.400.500.600.70.........蓝线为实测二次电流绿线为互感器模型输出二次电流SEEE2014443.电流互感器物理实验与建模54QF动模验证试验53QF70XL22W75XL67XL23W穿越性励磁涌流对电流互ΔY感器（P级）饱和的影响6#变空投Main:GraphsI_P1Is_P1I_G6.05.04.03.02.0侧电流y53QF1.00.0-1.0-2.0I_P2Is_P26.05.04.03.02.0y1.054QF侧电流0.0-1.0-2.0I_cIs_c0.1000.050...0.000...-0.050...-0.100Mi...-0.150y-0.200M...差动电流-0.250-0.300-0.350-0.4000.0000.0500.1000.1500.2000.2500.300.........蓝线为实测二次电流绿线为互感器模型输出二次电流SEEE201445内容提要1研究背景2电网复杂和流研究3电流互感器物理实验与建模4电流互感器暂态性能分析评估平台5MFEE对保护影响机理分析与对策SEEE2014464.电流互感器暂态性能分析评估平台跟据电流互感器的相关参数，对电流互感器在特定应用场景下的暂态饱和特性及其适应性进行分析和评估，为互感器的选型提供依据。实际情况传统电流互感器的铁芯具有强假设电流互感器的铁芯为线非线性性电感根据运行经验给定一次短路电影响饱和的因素众多流的参数ttTTpsTKteesinpTstfTTpsttTTpsTKepeTs1tdTTps传统保护用电流互感器暂态特性的计算SEEE2014474.电流互感器暂态性能分析评估平台电流互感器暂态饱和特性分析评估平台•可根据实际分析需要，灵活组态构建一次系统运行场景，模拟不同形式的电力系统复杂暂态过程；•通过选配所开发的不同类型电流互感器的数字模型，能够准确的模拟电流互感器的暂态饱和过程，实现电流互感器暂态特性的分析评估，从而为电流互感器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 选型、运行维护与事故分析提供指导。电流互感器暂态饱和特性分析评估平台界面SEEE2014484.电流互感器暂态性能分析评估平台典型一次系统接线图互阻抗S1-S3互阻抗S1-S2互阻抗S2-S3系统S1系统S2系统S3负荷L1负荷L2负荷L3#1#2空投变Tt1CT1#3故障点F1故障点F2CT2CT4CT5CT6CT7线路Line1线路CT3Line2CT8空投变Tt2#1#2CT12#3CT9CT10运行变Ty1#1#2#3CT11CT13能模拟不同形式的短路故障、运行变Ty2#1#2#3故障点F3自动重合闸及变压器励磁涌流、和流等电网复杂暂态过程SEEE2014494.电流互感器暂态性能分析评估平台采用JA模型模拟铁芯的磁滞特性，构建互感器的精确暂态模型参数P级PR级TPY级c0.10.10k10×10-520×10-50β0.960.961α1.325×10-55×10-51.15×10-5Ms1.70×1061.575×1061.62×106a11.63×1041.03×1076.88×1014a21.87×1049.84×1076.88×1014a32.60×1054.66×1091.73×1018b1.85573.77195.61223磁滞回线1.51.5磁滞回线实测磁滞回线实测磁滞回线2磁滞回线11实测磁滞回线10.50.5000B/TBBB/TB/TB-0.5-0.5-1-1-1-2-1.5-1.5-2-2-3-800-600-400-2000200400600800-5000-2500025005000-1-0.500.51H/A/m4H/A/mH/A/mx10SEEE2014504.电流互感器暂态性能分析评估平台应用实例——220kV线路差动保护误动事故分析220kV220kVA母线B母线#1主变220kV线路#2主变合上#1主变的高压侧开关后，引起220kV线路零序差动保护动作出口。SEEE2014514.电流互感器暂态性能分析评估平台应用实例——220kV线路差动保护误动事故分析2000/A0相电流A-2000-0.1-0.0500.050.10.150.20.250.35000/A0相电流B-5000-0.1-0.0500.050.10.150.20.250.35000/A0相电流C-5000-0.1-0.0500.050.10.150.20.250.32000/A0零序电流-2000-0.1-0.0500.050.10.150.20.250.3时间/s这是误动线路两侧保护的录波数据，由于保护装置容量有限，在0.1s~0.2s期间保护的录播数据缺失，误动分析带来。SEEE2014524.电流互感器暂态性能分析评估平台应用实例——220kV线路差动保护误动事故分析•建模一次系统元件参数设置线路差动保护误动实例建模电流互感器参数设置SEEE2014534.电流互感器暂态性能分析评估平台应用实例——220kV线路差动保护误动事故分析结果结果I母线电流录波数据II母线电流录波数据1100-1-1相电流/kAA相电流A/kA-2-2-0.0500.050.10.150.2-0.0500.050.10.150.20.250.32200-2-2相电流B/kA相电流/kA-4B-4-0.0500.050.10.150.2-0.0500.050.10.150.20.250.3442200-2-2相电流C/kA-0.0500.050.10.150.20.250.3相电流/kAC-0.0500.050.10.150.20.250.3t/st/s241误动分析参见第5章案例2。2饱和00SEEE201454-1-0.0500.050.10.150.20.250.3-2-0.0500.050.10.150.20.250.3内容提要1研究背景2电网复杂和流研究3电流互感器物理实验与建模4电流互感器暂态性能分析评估平台5MFEE对保护影响机理分析与对策SEEE2014555.MFEE对保护影响机理分析与对策案例1：600MW发电机差动保护误动事故500kVBusI某电厂1#发电机处于500kVBusII检修状态，出口断路器iT2iT1断开。对1#主变进行充iD,T2T2T1变压器T1合闸电时，2#发电机B相电流iG2差动保护误动作。G2G1发电机G2误动作SEEE2014565.MFEE对保护影响机理分析与对策案例1：600MW发电机差动保护误动事故发电机保护的录波数据500kVBusI4020/,0-20G2NG2TikAi-40-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.40.4586iG2N,dc/,4dcdc2i，，G2T,dc500kVBusII0G2NG2TikAi-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.40.45i20T2iT110/0,G2iT2T1D-10D,T2ikA-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.40.4510iG2/5变压器T1合闸,G2D0I-0.05kA00.050.10.150.20.250.30.350.40.45G2G1t/s一次电流中的直流分量→CT饱和发电机G2差动保护误动作在1#变空投后，穿越性的涌流流过2#发电机，发电机电流的非周期分量迅。开始阶段两侧测量电流几乎相同，差流较小。约20个周波以后，一侧CT发生饱和，差流增大，差动电流保护出口。SEEE2014575.MFEE对保护影响机理分析与对策案例1：600MW发电机差动保护误动事故变压器T1和T2的故障录波数据500kVBusI642/0T1i-2kA00.050.10.150.20.250.30.350.42/0T2-2ikA500kVBusII00.050.10.150.20.250.30.350.42i/0T2iT12G-2ikA00.050.10.150.20.250.30.350.4iT2T1D,T20.1t/s0i直流分量G2-0.12.5变压器T1合闸00.050.10.150.20.250.30.350.42iT1,dcG2G11.5A1ikG2,dc/c0.5iT2,dcdi发电机G2差动保护误动作0-0.5iD,T2,dc-100.050.10.150.20.250.30.350.4t/sSEEE2014586420-25.MFEE对保护影响机理分析与对策00.050.10.150.20.250.30.350.42案例1：600MW发电机差动保护误动事故0-2500kVBusI00.050.10.150.20.250.30.350.420变压器T2的B相差动电流（反映励磁电流）-200.050.10.150.20.250.30.350.40.1500kVBusII/0,T2DiikAT2iT1-0.100.050.10.150.20.250.30.350.4iD,T2T2T1t/siG2变压器T1合闸和流幅值较小且出现时间较晚，G2G1并非导致保护误动的主要。发电机G2差动保护误动作SEEE2014595.MFEE对保护影响机理分析与对策案例2：220kV线路差动保护误动事故（参见第4章评估平台）220kV220kVA母线B母线#1主变220kV线路#2主变合上#1主变的高压侧开关后，220kV线路零序差动保护出口。SEEE2014605.MFEE对保护影响机理分析与对策案例2：220kV线路差动保护误动事故结果结果I母线电流录波数据II母线电流录波数据1100-1-1相电流/kAA相电流A/kA-2-2-0.0500.050.10.150.2-0.0500.050.10.150.20.250.32200-2-2相电流B/kA相电流/kA-4B-4-0.0500.050.10.150.2-0.0500.050.10.150.20.250.3442200-2-2相电流C/kA-0.0500.050.10.150.20.250.3相电流/kAC-0.0500.050.10.150.20.250.3t/st/s2412饱和00SEEE201461-1-0.0500.050.10.150.20.250.3-2-0.0500.050.10.150.20.250.35.MFEE对保护影响机理分析与对策案例2：220kV线路差动保护误动事故3结果2录波数据•励磁涌流导致线路两侧互1感器暂态饱和特性不一致0零序差动电流/kA-1是保护动作的根本-0.0500.050.10.150.20.250.342•现场已经根据结果提/kA0出了相应的建议-2零序制动电流-4-0.0500.050.10.150.20.250.3t/s零序差动/制动电流SEEE2014625.MFEE对保护影响机理分析与对策案例2：220kV线路差动保护误动事故T1BusN运行变压器的励磁电流合闸Load220kVBusMtransmissionline0.2T2ii/0.1MN0误动-0.1LoadmAi-0.05tkA00.050.10.150.20.250.2iD,T2/0-0.2mBi-0.05tkA00.050.10.150.20.250.10/-0.1-0.2mCi-0.05tkA00.050.10.150.20.25t/s两变压器间产生了和流！但和流并非线路保护误动的主要，应关注TA特性。SEEE2014635.MFEE对保护影响机理分析与对策案例3：变压器差动保护误动案例运行变压器T2的结果S154~3/21T1i0kA-0.100.10.20.30.40.5iT2ii4误动T2T120/,T2-2T2G2ikAT1iiG2-4iiDm,T2,T2,-0.100.10.20.30.40.51.51合闸/i,G20.5idcdcGdc2,iT2,dcT2,G2,0ikAG2iG-0.100.10.20.30.40.5空投变压器T1产生励磁涌流0-1/-2,T2D空投涌流中的非周期分量流i-0.1kA00.10.20.30.40.5经运行变T2，导致CT饱和0-0.1/-0.2和流,T2m-0.100.10.20.30.40.5差动电流增加ikAt/sSEEE2014645.MFEE对保护影响机理分析与对策案例3：变压器差动保护误动案例互感器饱和10.40.80.30.6二次谐波三次谐波0.20.4互感器尚未饱和0.1Φ(Wb)0.20二次差流谐波含量-0.100.10.20.30.40.50t(sec)-0.2012345差动电流（互感器传变误差电流）谐波含量ie(A)互感器局部暂态饱和由于一次电流工频量的幅值接近于额定值，互感器发生局部暂态饱和，此时变压器的差动电流（约等于饱和互感器的传变误差电流）为畸变较小的基频电流与非周期电流叠加，其谐波含量较低。因此，变压器差动保护的谐波制动判据在该情况下难以防止保护误动作。SEEE2014655.MFEE对保护影响机理分析与对策多非线性铁磁元件和应交互作用期间差动保护误动现场发生过多起相邻变压器空投时，变压器、发电机差动保护误动的事故其是运行变压器或发电机一次电流流过衰减缓慢的非周期分量电流，使得电流互感器发生不同类型的暂态饱和，导致差动电流增大有观点认为该非周期分量是运行变和生，其实不然。该非周期分量的主要是由与运行变相连的发电机提供的；同时运行的发变组分担的工频交流分量可能并不大，而使得相关互感器工作在局部暂态饱和区（差流二次谐波较小）。另外，该非周期分量有可能单独引起互感器饱和而导致发电机差动保护误动（差流二次谐波较大）。SEEE2014665.MFEE对保护影响机理分析与对策案例4：直流换流器桥差保护误动案例近年来，现场多次发生多起交发生短路故障以及换流变空投期间桥差保护误动的，导致直流闭锁停运等严重后果，威胁交直流混联输电系统的可靠运行。直流换流器直流保护E2014675.MFEE对保护影响机理分析与对策案例4：直流换流器桥差保护误动案例由于现场空间有限，换流变阀侧电流互感器为安装流变内部的套管互感器。阀侧互感器的一次电流了三角形绕组的零序环流。因此，需要对三角形绕组的测量电流进行相-线变换，即将三相绕组电流两两作差得到线电流，以桥差保护判据所需的换流变阀侧线电流。极IZeqCT1CT3交极IICT2SEEE2014685.MFEE对保护影响机理分析与对策案例4：直流换流器桥差保护误动案例在交发生故障或者换流变空投期间，YD换流变的三角形绕组将会流过含有非周期分量的零序环流，易导致安装于绕组处的套管互感器发生饱和，进而导致桥差保护误动作，使得正常运行的换流极闭锁停运。6105一次电流5二次电流44533220Iset=0.21kA11换流变三角形绕组一、二次电流(kA)(kA)桥差保护动作电流0-50000.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.700.10.20.30.40.50.60.7t(sec)t(sec)三角形绕组套管互感器的1.5次电流0.5桥差保护的动作电流0.41SEEE2014690.30.50.2X:0.24350Y:0.20340.1-0.5000.10.20.30.40.50.60.700.10.20.30.40.50.60.75.MFEE对保护影响机理分析与对策差动保护应对MFEE•发电机和线路差动保护增加谐波制动根据前述分析，发电机差动保护和线路差动保护误动案例中，差动电流的二次谐波含量分别大于35%和40%，若采用谐波制动，可以有效避免差动保护误动。0.610.50.8k20.4k20.60.30.40.2二次谐波含量二次谐波含量0.10.20000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5-0.0500.050.10.150.20.250.3t/st/s发电机差动电流二次谐波含量输电线路零序差动电流二次谐波含量SEEE2014705.MFEE对保护影响机理分析与对策差动保护抗互感器饱和•改进保护算法利用采样值差动、短数据窗小矢量算法等保护算法，提高差动保护的抗互感器饱和能力。考虑到互感器发生在暂态饱和时，在每个工频周期内有一段线性传变区，改进保护算法以充分利用线性传变区内的数据可提高差动保护在互感器饱和期间的可靠性。•采样值差动保护对每一个时刻的采样值进行差动判别，在连续R次判别中S次满足判据，则输出动作信号。只要合理选择S、R值，就可保证在MFEE期间动作判据不满足，而同时对内部故障有灵敏度。•短数据窗的小矢量算法，利用互感器线性传变的数据计算出电流相量，则可以有效的增加电流差动保护的抗饱和能力。SEEE2014715.MFEE对保护影响机理分析与对策差动保护抗互感器饱和•利用二次电流非周期分量1阶段二：局部暂/0.5态饱和tWb对于MEFF期间互感器发生局部暂态饱阶段一：未饱和和的情况，差动电流为谐波含量较低的周期001234iA/电流与非周期分量的叠加。谐波制动和前述互感器磁滞回线的改进保护算法难以应对此种暂态过程。阶段一阶段二互感器饱和主要经历了两个阶段：0.5局部暂态饱和阶段一：在变压器空投初期，一次电流开始00/-1-0.5未饱和出现非周期分量，各侧互感器铁芯均未饱和，-2Di-1tkA一次电流中的非周期分量均可以传变至-0.100.10.20.30.40.5-1.51.5t/s-0.100.10.20.30.40.5二次侧。然后互感器铁芯开始出现偏磁。1差动电流0.50.20阶段二：随着铁芯中的偏磁增大，其中一侧-0.100.10.20.3局部暂态饱和0.40.5/0.1未饱和互感器率先发生局部暂态饱和，出现差动电0sz流。此时，由于饱和互感器的励磁电感较小，i-0.1tkA-0.100.10.20.30.40.5一次电流中的非周期分量迅速进入励磁回路，t/s互感器二次电流非周期分量相应的二次电流中的非周期分量迅速减少。SEEE2014725.MFEE对保护影响机理分析与对策差动保护抗互感器饱和•利用二次电流非周期分量可见由于某侧互感器饱和（局部暂态饱和）而导致差动电流增加的重要特征为：在差动电流增大的时刻，饱和互感器二次电流中的非周期分量相对于其它侧有明显而迅速的减少。正常判据一：(|I|>kI)&(|I|>kI)&(ISth)&(S2Iop.old||Y互感器饱和Id>kr(Ir-Ir.0)+Iop.old)&(S2