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        基于RTDS仿真試驗的變壓器缺相故障判斷方法研究

        2022-12-18 22:23:47南京國電南自軌道交通工程有限公司沈珂婷
        電力設(shè)備管理 2022年21期
        關(guān)鍵詞:缺相線電壓定值

        南京國電南自軌道交通工程有限公司 沈珂婷

        目前國內(nèi)電氣化鐵路領(lǐng)域?qū)τ跔恳儔浩魇罕Wo一般僅僅判斷變壓器三相均失壓的情況,卻很少考慮進線單相失壓的故障情況[1-2],使得變壓器缺相時常規(guī)失壓保護不動作,繼而無法完成備自投動作。實際上變壓器缺相運行可能會導致對應(yīng)相的供電臂失電,造成接觸網(wǎng)無壓而停車等危害?,F(xiàn)有對變壓器缺相故障分析大多集中于10kV和35kV的配電系統(tǒng)中[3],針對110kV以上牽引變壓器研究很少,再加上牽引變壓器類型較多,不同類型的變壓器缺相時的表現(xiàn)特征也不相同,通常只能針對某些結(jié)構(gòu)特殊的變壓器使用特定方法分析[4-5]。

        1 實時數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)(RTDS)

        實時數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)是為了實時仿真電力系統(tǒng)暫態(tài)過程而專門設(shè)計的并行計算機系統(tǒng),克服了以往非實時仿真系統(tǒng)不能與外部物理設(shè)備實時交互試驗的問題,以及常規(guī)模擬仿真系統(tǒng)搭建費時且價格昂貴的問題,是目前電力系統(tǒng)領(lǐng)域用來研究復雜電力系統(tǒng)現(xiàn)象的先進方法。

        為了研究變壓器缺相運行狀況,利用實時數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)分別模擬了牽引變電站直供模式供電和AT模式供電,并按照變壓器不同接線方式分別進行建模。為了盡可能全面綜合地試驗,選取了常見的七種變壓器類型,分別為Vv、Vx、Ii、Iii、YNd11、YNv和SCOTT類型,仿真測試了不同類型變壓器在高壓側(cè)A、B、C三相電壓分別發(fā)生缺相時,變壓器高、低壓側(cè)的線電壓和相電壓發(fā)生的變化,結(jié)合變壓器原理和試驗數(shù)據(jù),綜合推導出各類變壓器缺相故障的判斷條件。

        2 RTDS仿真試驗數(shù)據(jù)

        以下RTDS仿真試驗數(shù)據(jù)中記錄的電壓值均為二次值,并且建模時設(shè)定高壓側(cè)線電壓額定值為100V,低壓側(cè)相電壓額定值為100V。

        Vv變壓器缺相數(shù)據(jù)。A相缺相時:高壓側(cè)UAB線電壓降為0V,低壓側(cè)Ua相電壓降為0V;B相缺相時:高壓側(cè)UAB、UBC線電壓下降一半,低壓側(cè)Ua、Ub相電壓下降一半;C相缺相時:高壓側(cè)UBC線電壓降為0V,低壓側(cè)Ub相電壓降為0V。

        Vx變壓器缺相數(shù)據(jù)。A相缺相時:高壓側(cè)UAB線電壓降為0V,低壓側(cè)UT1、UF1相電壓降為0V;B相缺相時:高壓側(cè)UAB、UBC線電壓下降一半,低壓側(cè)UT1、UF1、UT2、UF2相電壓下降一半;C相缺相時:高壓側(cè)UBC線電壓降為0V,低壓側(cè)UT2、UF2相電壓降為0V。

        Ii變壓器缺相數(shù)據(jù)。A相缺相時:高壓側(cè)UAB線電壓降為0V,低壓側(cè)Ua相電壓降為0V;B相缺相時:高壓側(cè)UAB線電壓下降一半,低壓側(cè)Ua相電壓下降一半。

        Iii變壓器缺相數(shù)據(jù)。A相缺相時:高壓側(cè)UAB線電壓降為0V,低壓側(cè)UT1、UF1相電壓降為0V;B相缺相時:高壓側(cè)UAB線電壓下降一半,低壓側(cè)UT1、UF1相電壓下降一半。

        YNd11變壓器缺相數(shù)據(jù)。A相缺相時:高壓側(cè)UAB、UCA線電壓下降一半,低壓側(cè)Ua相電壓降為0V,低壓側(cè)Ub相電壓下降至倍額定電壓;B相缺相時:高壓側(cè)UAB、UBC線電壓下降一半,低壓側(cè)Ua、Ub相電壓下降至倍額定電壓;C相缺相時:高壓側(cè)UBC、UCA線電壓下降一半,低壓側(cè)Ua相電壓下降至倍額定電壓,低壓側(cè)Ub相電壓降為0V。

        YNv變壓器缺相數(shù)據(jù)。A相缺相時:高壓側(cè)UAB、UCA線電壓下降一半,低壓側(cè)Ua相電壓降為0V,低壓側(cè)Ub相電壓下降至倍額定電壓;B相缺相時:高壓側(cè)UAB、UBC線電壓下降一半,低壓側(cè)Ua、Ub相電壓下降至倍額定電壓;C相缺相時:高壓側(cè)UBC、UCA線電壓下降一半,低壓側(cè)Ua相電壓下降至倍額定電壓,低壓側(cè)Ub相電壓降為0V。

        SCOTT變壓器缺相數(shù)據(jù)。A相缺相時:高壓側(cè)UAB、UCA線電壓下降一半,低壓側(cè)UT1、UF1相電壓下降一半,低壓側(cè)UT2、UF2相電壓下降至倍額定電壓;B相缺相時:高壓側(cè)UAB、UBC線電壓下降一半,低壓側(cè)UT2、UF2相電壓降為0V;C相缺相時:高壓側(cè)UBC、UCA線電壓下降一半,低壓側(cè)UT1、UF1相電壓下降一半,低壓側(cè)UT2、UF2相電壓下降至倍額定電壓。

        3 缺相故障判斷條件

        3.1 Vv變壓器缺相判據(jù)

        max{UAB、Ua}UYY;min{UAB、UBC、Ua、Ub}>U1,并且max{UAB、UBC、Ua、Ub}UYY;max{UBC、Ub}UYY。其中,UAB、UBC、UCA為高壓側(cè)線電壓,UQX指缺相電壓定值,UYY指線路有壓定值,U1、U2分別指低于1/2倍額定電壓和高于1/2倍額定電壓的電壓定值,構(gòu)成一個浮動區(qū)間(下同)。以上三個判據(jù)分別對應(yīng)變壓器A相、B相、C相電壓缺相,任意滿足一個即可判定Vv變壓器缺相故障。

        3.2 Vx變壓器缺相判據(jù)

        max{UAB、UT1、UF1}UYY;min{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}>U1,且 max{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}UYY;max{UBC、UT2、UF2}UYY。以上三個判據(jù)分別對應(yīng)變壓器A相、B相、C相電壓缺相,任意滿足一個即可判定Vx變壓器缺相故障。

        3.3 Ii變壓器缺相判據(jù)

        max{UAB、Ua}U1,且max{UAB、Ua}

        3.4 Iii變壓器缺相判據(jù)

        max{UAB、UT1、UF1}U1,且 max{UAB、UT1、UF1}

        3.5 YNd11變壓器缺相判據(jù)

        min{UAB、UCA}>U1,且max{UAB、UCA}UYY,且UaU3,且UbU1,且max{UAB、UBC}UYY,且min{Ua、Ub}>U3,且max{Ua、Ub}U1,且max{UBC、UCA}UYY,且UbU3,且Ua

        3.6 YNv變壓器缺相判據(jù)

        min{UAB、UCA}>U1,且max{UAB、UCA}UYY,且UaU3,且UbU1,且max{UAB、UBC}UYY,且min{Ua、Ub}>U3,且max{Ua、Ub}U1,且max{UBC、UCA}UYY,且UbU3,且Ua

        3.7 SCOTT變壓器缺相判據(jù)

        min{UAB、UCA、UT1、UF1}>U1,且max{UAB、UCA、UT1、UF1}UYY,且min{UT2、UF2}>U3,且max{UT2、UF2}U1,且max{UAB、UBC}UYY,且max{UT2、UF2}U1,且max{UBC、UCA、UT1、UF1}UYY,且min{UT2、UF2}>U3,且max{UT2、UF2}

        綜上,文提出了一種基于RTDS仿真試驗的牽引變壓器缺相故障判斷方法,結(jié)合變壓器原理及RTDS仿真試驗數(shù)據(jù),分別對Vv、Vx、Ii、Iii、YNd11、YNv、SCOTT七種常見變壓器進行缺相故障的判據(jù)分析。該判據(jù)包含了對變壓器高、低壓側(cè)電壓的判斷,適用于變壓器保護,可更加準確地判斷變壓器缺相故障。應(yīng)用于進線自投裝置,且只采集了高壓側(cè)電壓的情況,可根據(jù)RTDS仿真數(shù)據(jù),得到包含正序、負序、零序電壓的缺相故障判據(jù),可較為準確地判斷變壓器是否發(fā)生了缺相故障,正確完成后續(xù)的自投動作。本方法在實際應(yīng)用過程中需要注意的是,參數(shù)的設(shè)定要規(guī)避PT斷線的影響。本方法解決了常規(guī)失壓保護無法檢測缺相故障的缺陷,避免變壓器帶故障運行對整個供電線路產(chǎn)生的不良影響,提高了牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性。

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