使用PSCAD建模的电力变压器差动保护

lMadhan库马尔¹,R.Murugan²博士,美国Chandramoghan³

M。E学生,电力系统部门,CEG,安娜大学印度钦奈
博士研究学者,电力系统部门,CEG,安娜大学,钦奈,印度
副教授,AU-RU城市能源安娜大学中心,CEG钦奈,印度

文摘

电力变压器的差动保护是一个单位保护方案。电力变压器的保护方案应该只能内部故障,而且必须不敏感区域外的任何故障保护。这意味着任何外部的保护计划不应该操作通过断层和磁化侵入电流由于变压器在空载条件下通电,也由于外部故障切除。变压器涌入电流高震级,harmonic-rich电流时生成驱动变压器铁芯饱和在通电。这些电流产生不良影响,包括变压器潜在的伤害或生命损失,保护继电器错误操作,减少了系统的电能质量。在电力变压器差动保护第二和第五次谐波进行了分析使用快速傅里叶变换(FFT)技术提供双重斜坡操作chartrictics差动继电器。继电器逻辑和算法,利用快速傅里叶变换提取的基本的差动电流和高次谐波组件用于阻止侵入电流。使用PSCAD仿真软件模拟进行。该系统可用于测试新的变压器差动保护算法和实际的差动继电器市场上。

关键字

电力变压器差动保护,磁化侵入电流,快速傅里叶变换,谐波,PSCAD软件

介绍

差动保护的基本工作原理是计算之间的区别目前进出受保护的区域。有一个现象,发生在切除外部故障或由于通电的变压器在空载条件下磁化涌流。差动保护方案应该保持这种磁化侵入电流不敏感。外部的差动继电器不应该操作/通过断层。保护方案应该为内部故障,只能而且必须不敏感区域外的任何故障保护。保护操作时差动电流超过设定偏差阈值。外部故障时,差动电流应该是零,但CT饱和造成的错误和CT定量误差导致非零值。防止误操作的操作提出的阈值增加继电器设置。误操作的电力变压器的差动保护可能发生由于磁化侵入电流,通过故障CT饱和和侵入。在所有这三个; magnetizing inrush results during excitation of Transformer under no load condition. It can also come in to picture during the energization of parallel connected power transformer. For this setting of four relay parameter is very important.

IS1:当前设置的基本微分

K1:较低的百分比偏差设置

IS2:偏置电流阈值设置

K2:偏见设置比例就越高

跳闸条件可以制定为:

案例1

案例2

快速傅里叶变换技术是用于防止误操作。CTs的次级电流信号采样正则区间。这是一个在线快速傅里叶变换(FFT),可以确定输入信号的谐波幅度和相位作为时间的函数。第一输入信号采样之前分解成谐波成分。利用FFT技术阻止第二和第五导的谐波电流,避免错误操作的导继电器由于侵入电流。

建模方案测试变压器差动保护算法

在论文[1]有了建模仿真系统的描述项目包含变压器和差动继电器保护。这些项目,在PSCAD软件,复制电力变压器不同的向量组和额定能力,行(PI-type two-terminal-pair网络),电源和负载highervoltage面。建模系统有手动和自动开关控制的可能性(通过模拟差动继电器)。

此外,根据变压器向量组和其额定功率,有适当的算法用于适当的变压器差动保护的仿真建模项目的操作。差动继电器的信号注入可能从实际或带来理想的电流互感器(根据需求)

图1显示了变压器差动保护系统。系统包含两个公交车bus1连接到源和bus2连接到负载和变压器连接之间的公共汽车。断路器B1和B2连接双方的变压器,在内部故障继电器应该旅行断路器。Ip1、Ip2 Ip3和Is1 Is2, Is3变压器初级和二级线电流。这个电流继电器逻辑块的输入信号的输出继电器逻辑块断路器行程信号,信号用于旅行。

除了元素显示在图1中,仿真项目有块中包含以下元素:

•元素建模的差动继电器,

•图的模拟信号(电流和电压高和低电压的变压器和信号提供的变压器模型)和二进制信号(开关状态),

•元素相关的控制(选择的位置和类型的故障,断路器控制,控制波形的模拟变量保存到COMTRADE-format文件。

在所有变压器可以可视化的建模系统电流和电压的所有课程在高和低电压和故障点。观察到的电压和电流time-courses在传送点,在电流和电压互感器的二次侧,可以保存的COMTRADE格式。

•内部和外部的单一和多阶段故障电流互感器饱和的缺席和各种预加载的变压器(非周期的外观的影响当前组件故障电流),

•金属和电阻内部故障,不同程度的饱和的CTs(在一个或双方的变压器)和各种预装的变压器,在外部故障(是否有任何不必要的拾音器的微分函数),

•外部变压器中性点接地的单相故障(是否有任何不必要的接——微分函数,因此微分函数正确消除当前的零序分量)

•打开(激励)卸载变压器(是否没有不必要的拾音器微分函数在磁化电流的侵入和外观的第2谐波含量高的差动电流),

•变压器over-fluxing(是否没有不必要的拾音器微分函数由于电源电压的大幅上升,出现5谐波含量高的差动电流)。

方案建模的变压器差动保护的

保护建模过程都集中在保护操作逻辑,而不是数字信号处理,以计算第一,第二和第五阶段的谐波电流。特定谐波的计算阶段电流相量,在线频率扫描模块(从PSCAD / EMTDC主库,[3])已被使用。的描述直接计算方法测量信号(电流相量),不使用在线频率扫描模块,可以在[2]中找到。图1显示了差动继电器模型仿真项目的位置。的例子,实现在PSCAD软件建模的继电器。差动继电器建立仿真模型,从PSCAD主图书馆使用现成的模块如:

•逻辑门,计时器,加法/差路口,乘数、分规,

•模块可以确定输入信号的谐波幅度和相位作为时间的函数(在线频率扫描仪),

•从继电器模块(双重斜坡电流差动继电器、过流检测块)。

元素的算法消除零序电流和向量组适应,是使用一种编程语言Fortran写的。建模继电器由(图3):

•低振幅调整- (LV)和高电压(高压)电力变压器的一面。

•系统消除零对称组件电压变压器一侧(接地变压器绕组连接星):数学或使用从变压器中性点电流。

•适应向量组的低电压变压器。

•瞬时电流的变换值(上-和低电压互感器)的相量(振幅和相位分离)谐波1日第二和第五。

•计算差动电流(Idiff)和稳定电流(Ibias)第一阶段的谐波电流,B, C,和检查每个阶段的性能标准,即。,是否计算电流Idiff和Ibias以上操作特征Idiff = f (Ibias)继电器。

•计算差动电流(Idiff)第二和第五阶段的谐波电流,B, C,和检查每个阶段的性能标准,即是否差动电流计算第二和第五谐波对相应的差动电流1日谐波超过设定阈值。

•检查每个相位的谐波电流差动1日是否超过设定的阈值,即检查不稳定差动继电器的性能标准函数。

•检查稳定微分函数的性能标准的至少一个三个阶段(计算导第一谐波电流操作领域的继电器的记忆特点,第二和第五谐波的含量不超过阈值),和验证的性能标准nonstabilized微分三个阶段和至少一个发出一个脉冲打开断路器信号(T)信号在高,低电压变压器。

从图5 brk1 brk2 brk3, a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3表示继电器的输出信号(图。3)和信号值是0和1和门。(图4)检查稳定微分函数的性能标准的至少一个三个阶段(计算微分第1谐波电流操作领域的继电器的稳定特征,第二和第五谐波的含量不超过阈值),和验证的性能标准微分至少有一个不稳定的三个阶段和发送一个脉冲打开断路器。断路器操作考虑0和1。图5shows the value 1 denoted the breaker is ON position and 0 denoted the breaker closed position. When trip signal given from the relay. Instantaneously breaker open position 1 and after the fault clear suddenly breaker closed 0.

例子为建模差动保护功能性能测试的结果

答:短路,A - c金属类型(内部高压变压器一侧)

本节提出了选择扰动仿真建模的测试计划的结果。更详细描述的研究,在[1],都旨在监视和分析发生在选择的信号干扰与变压器和验证建模的变压器差动保护的操作。

在故障状态传递给信号去即时断路器应该打开的断路器电流通过断路器是零。清除故障后,断路器就关闭。(故障发生在1.0秒,故障持续时间0.5秒)。

开关在联合国加载变压器

图11显示了差动电流的波形和频率的稳定电流(每阶段)1(基本)谐波。他们表明,差动电流大于相应的稳定电流。如果微分(稳定)函数没有阻塞的情况下,分析差动继电器的不必要的操作。这方面的证据改变旅行的状态输出信号(brk 1, brk 6和brk 7)来自所有阶段(主要逻辑0逻辑1)切换时的卸载变压器,如图12所示。这也是明显的过渡电流通过的操作特征建模的继电器。

总结

PSCAD / EMTDC软件可以成功地用于建模方案与变压器的干扰和差动继电器保护变压器从这扰动发生的影响。那里可以创建仿真项目的方案与电力变压器,使分析可能发生的各种类型的干扰在这个计划,如内部和外部故障,切换卸载变压器,变压器终端电压峰值,缺点与电流互感器饱和等。很多测试了模拟测试方案。例子的结果测试,本文中所描述的,显示PSCAD / EMTDC的有效性验证操作的正确性对电力变压器差动保护。重要的是计算在这个程序在时域进行。谢谢,电压和电流的瞬时值阶段可能注入模型保护装置。建模在论文[1]测试方案可以用于测试实际保护装置的保护算法(由于储蓄的可能性模拟和二进制信号的波形COMTRADE文件)和设计新的差动保护的解决方案。也建模论文[1]差动继电器、保护电力变压器不同的额定能力和向量组,和其操作示例测试结果证明了PSCAD / EMTDC也可以用于测试新的保护功能算法和验证操作的正确性现有算法(例如教育或培训的目的)。