牽引變壓器保護(hù)雙重化配置及測(cè)試

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1 牽引變壓器涌流制動(dòng)原理

目前，廣泛應(yīng)用于牽引變壓器主保護(hù)中的制動(dòng)原理有二次諧波制動(dòng)原理、波形對(duì)稱原理、間斷角原理、小波變換等原理[1]。在此，本文主要介紹二次諧波制動(dòng)原理和波形對(duì)稱原理。

二次諧波制動(dòng)原理是國(guó)內(nèi)主變保護(hù)裝置中應(yīng)用最廣、最成熟。變壓器合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流中含較大二次諧波，相反，變壓器發(fā)生故障時(shí)，電流中二次諧波含量很低，二次諧波制動(dòng)原理就是根據(jù)兩者的不同來(lái)判別勵(lì)磁涌流，進(jìn)而閉鎖或開(kāi)放保護(hù)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，特別是牽引變壓器的低壓側(cè)通常裝有電容器組，變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，由于電容器反饋電流的存在，易造成差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作或拒動(dòng)。

波形對(duì)稱原理作為間斷角原理的擴(kuò)展補(bǔ)充，相比于間斷角原理其最大的好處就是更容易在工程中實(shí)現(xiàn)。其判別依據(jù)就是：對(duì)牽引變壓器的差流進(jìn)行求導(dǎo)，再對(duì) 牽引變電器仿真模型導(dǎo)數(shù)的前半波與后半波進(jìn)行數(shù)值比較，根據(jù)比較閾值來(lái)的大小區(qū)分故障電流和勵(lì)磁涌流。其公式定義如下[2]：

對(duì)于故障電流，連續(xù)的半個(gè)周期內(nèi)，上式成立；對(duì)于勵(lì)磁涌流，至少有四分之一周期的點(diǎn)上式不成立。

2 仿真模型搭建和閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)連接

牽引變壓器可看成兩個(gè)單相變壓器構(gòu)成[3]，其具體模型如圖1所示。

圖1 牽引變壓器仿直模型

RTDS由軟、硬件系統(tǒng)構(gòu)成[4-5]。硬件部分主要包括PB5、GTWIF、GTNET、GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTFPI等模塊。軟件系統(tǒng)包括GUI、操作系統(tǒng)和電力系統(tǒng)元件。

在工作站搭建牽引變壓器的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)RTDS計(jì)算并通過(guò)GTAO/GTDO卡輸出電壓電流至保護(hù)裝置，保護(hù)裝置根據(jù)電氣量來(lái)判斷動(dòng)作條件是否滿足。保護(hù)裝置的閉環(huán)測(cè)試的硬件連接示意圖如圖2所示，實(shí)際接線如圖3所示。

圖2 硬件連接示意圖

圖3 硬件連接

3 閉環(huán)測(cè)試

牽引變壓器配置兩套不同保護(hù)原理的主保護(hù)，裝置一采用二次諧波制動(dòng)原理、裝置二采用波形對(duì)稱原理。牽引變壓器空載合閘時(shí)，兩套保護(hù)裝置均能可靠動(dòng)作。

牽引變壓器低壓側(cè)帶有補(bǔ)償電容器的運(yùn)行條件下，α相發(fā)生TR型故障時(shí)， 兩套保護(hù)裝置的事件報(bào)告如圖4所示。

圖4 α相TR型故障后臺(tái)報(bào)告

由測(cè)試結(jié)果可知，根據(jù)二次諧波制動(dòng)原理的主保護(hù)動(dòng)作延遲，基于波形對(duì)稱原理的主保護(hù)動(dòng)作可靠。

在此種情況下，牽引變壓器發(fā)生故障時(shí)，由于低壓側(cè)的電容器反饋電流的存在，差流中的二次諧波占比攀升，進(jìn)而導(dǎo)致了保護(hù)的延時(shí)動(dòng)作。主保護(hù)的拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作可能引發(fā)保護(hù)的越級(jí)動(dòng)作，擴(kuò)大事故影響范圍。因此，配置基于不同原理的雙重化保護(hù)能有效地減少保護(hù)延時(shí)或拒動(dòng)的發(fā)生。