高阻抗变压器和电流互感器暂态特性及其对保护影响的研究

作     者：郭乾 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹项根

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：高阻抗电力变压器 涌流特性 电流互感器 Lucas模型 仿真建模 零序电流保护 改进对策 

摘      要：随着我国电力技术的快速发展与推进,电力系统的容量随之增大,系统的短路电流水平也越来越高。限制系统的短路电流,尤其是限制变压器出口的短路电流对保障大电网的安全稳定运行具有重要意义。高阻抗电力变压器不仅可以显著地降低系统短路电流,又可以降低网络损耗,且更易实施、更加可靠,相比加装限流器的方法又可节约成本及空间,正在成为限制短路电流的主要方式。目前,500kV及220kV变电站主要采用高压绕组内置结构和低压绕组串抗结构的高阻抗变压器。然而,现场发生了多起高压内置型高阻抗变压器空载合闸导致相邻线路零序电流保护误动的事故。此类事故发生率较高,目前还没有掌握其发生的机理,更没有提出相关的保护应对策略,严重影响着供电可靠性。本文围绕高阻抗变压器涌流特性、电流互感器暂态特性,高阻抗变压器与电流互感器暂态交互作用对保护,尤其是零序保护的影响,及防误动策略开展研究。针对高压内置型高阻抗变压器空投导致零序电流保护误动的事故原因尚不清楚的问题,本文首先开展了高阻抗变压器涌流特性的研究。分析了高压内置型、低压串抗型高阻抗变压器和普通变压器结构以及等值电路的差别,进而分析了其励磁涌流特性的差异,得出了高压内置型高阻抗变压器涌流零模分量较大的原因。针对目前仿真模型不能满足不同类型变压器阻抗分配的问题,基于PSCAD构建了适合不同类型变压器涌流计算的仿真模型,并通过与现场录波对比验证了仿真模型的准确性。最后通过仿真分析不同类型变压器励磁涌流与和应涌流的差异。电流互感器暂态特性的解析分析涉及因素很多,借助于仿真模型分析是最有效的手段。最常用的电流互感器模型是J-A模型和Lucas模型,而目前缺乏基于Lucas模型对工业实用的电流互感器进行建模的方法,且很少有对于两种模型的对比分析。针对以上问题,本文分析了J-A模型和Lucas模型在原理方面及其各自参数的差别,提出了一种基于Lucas模型的不同类型工业实用电流互感器仿真建模方法。并通过不同工况下的动模试验验证模型的正确性。对比了两种模型对于剩磁和局部暂态饱和情况下的处理,分析其差别和优劣,并针对两者的使用提出了选型建议。针对目前没有防范高阻抗变压器空投导致零序保护误动措施的问题,本文通过仿真分析了不同类型变压器暂态特性对电流互感器的影响,进而分析它们暂态交互作用对保护影响的不同。结合仿真和现场误动案例,分析了高压内置型高阻抗变压器和电流互感器暂态特性对零序电流保护的影响,从控制策略、系统运行、保护措施三方面提出了应用高阻抗变压器的应对策略,并通过仿真验证所提策略的有效性和准确性。最后对本文研究内容及成果进行归纳和总结,并指出后续研究工作的重点。