高压内置变压器涌流特性及其导致零序电流保护误动的应对策略研究

摘要

随着我国电网容量日益增加，系统阻抗的降低使得短路电流相应增大，已然增大了电网安全运行的风险。高阻抗变压器由于具备可以有效弥补系统阻抗降低限制短路电流的特点，被应用于短路电流较大的地区。实现高阻抗方式之一的高压内置变压器将高压绕组内置，设计成本经济，运行损耗较小，被国内同行普遍采用。然而这类变压器由于其特殊的结构使得涌流问题更加突出：近年来，已发生多起高压内置变压器空投产生涌流导致零序电流保护误动的事件。新问题的出现亟需新的研究思路和应对方案，作者对此开展了全面综合的探索。 本文首先分析了零序涌流的产生机理及特性。由于合闸角、剩磁及铁芯的差异，铁芯进入饱和程度的不同，三相涌流合成所得产生不为零的零序涌流，其不再偏向于时间轴一侧。谐波成分中零序涌流主要以二次、三次谐波为主，且出现了大于基波的情况。在此基础上，着重研究了高压内置变压器的涌流特性，从其特殊的结构入手，利用仿真模拟和解析计算的方法，得到了高压内置变压器涌流具备零序分量含有率高、幅值大、衰减缓慢的结论，并通过在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型研究分析了各因素对零序涌流的影响。上述特点的涌流在零序网络通路中流经时，可能会导致配置的零序电流保护误动，结合具体的保护配置，本文对其进行了简要分析。 为有效解决涌流导致零序电流保护误动的问题，本文针对现有防范措施进行了分析总结，确定了从增强保护自身应对能力的角度出发的解决思路。借鉴差动保护中的二次谐波闭锁，将零序电流的二次谐波引入闭锁判据，对零序电流保护进行相应修改使其不受励磁涌流的影响。本文对这种方案的适应性进行了分析，研究发现其可能受到电流互感器（CT）饱和的影响，无法辨识涌流和不对称接地故障时CT饱和现象，针对这一问题提出了一种将零序电流二次谐波含量及变化率复合的闭锁判据，形成了新的零序电流保护方案。最后通过在PSCAD/EMTDC中搭建模型对新方案的有效性进行了验证。 由于涌流可能导致电网中所配置的零序电流保护误动，本文从预警风险的角度提出建立涵盖系统网络零序电流保护的风险评估系统。以大数据平台为基础，通过收集运行数据、历史数据等，利用计算机仿真系统反演推算零序电流保护误动概率。在保护误动概率的计算中，考虑到影响涌流产生的参量数据不一定完全可得，针对参量的不同完备性专门设计了不同的误动概率求解模型，并给出了相应的风险评估指标。此外，本文还针对影响保护误动的参量进行了数据关联性研究，将移动通信领域使用的Apriori算法引入，挖掘影响误动概率的各参量关联性，并通过具体的算例进行展示。上述研究可为已有或新建变电站投运提供预测性的指导意见。

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