[发明专利]一种缩短66千伏电网短时故障停电时间的方法

摘要

本发明是一种缩短66千伏电网短时故障停电时间的方法，其特点是，包括多台变压器并列运行励磁涌流模型建立、利用保护整定值与时限配合躲过励磁涌流等内容，通过分析变压器励磁涌流的变化特点与距离保护定值之间的关系，在线路发生短时故障时灵活切换线路的保护使用时限，缩短线路短时故障导致电网的停电时间的目的，克服距离保护躲不过变压器励磁涌流的缺点。并通过地区电网调度在实际工作中调整距离保护与过流保护使用时段，使得变压器励磁涌流躲过保护的整定值区内，缩短了地区电网中线路短时故障的停电时间。经计算分析验证了本方法是一种具有较强的鲁棒性，适应性强，实际应用价值高的66千伏电网短时故障停电时间的方法。

主权项

1.一种缩短66千伏电网短时故障停电时间的方法，其特征是，它包括的内容有：1)多台变压器并列运行励磁涌流模型建立首先以单台变压器的空载合闸为例来说明励磁涌流产生的原因，单相变压器空载合闸的等效电路中Rs、Ls为系统的等效电阻和电感，R1、L1为变压器的等效电阻和电感，Lm为励磁电感；变压器的额定磁通是变压器运行电压等于额定电压时刻铁芯中产生的磁通，用标幺值表示时，电压和磁通之间的关系为式中，u为变压器额定电压，Φ为变压器磁通，设变压器在时间t＝0时刻空载合闸时，加在变压器上的电压为u＝Umsin(ωt+α)            (2)其微分方程为Φ＝‑Φmcos(ωt+α)+Φ(0)            (3)其中，Φ为变压器磁通，‑Φmcos(ωt+α)为稳态磁通分量，α为合闸初相角，Φm＝Um/ω，Φm额定磁通幅值，Um为额定电压幅值，ω为角速度，Φ(0)为自由分量，如计及变压器的损耗，Φ(0)应该是衰减的非周期分量，若不考虑损耗，Φ(0)是直流分量，由于变压器铁芯磁通不能突变，求得Φ(0)＝Φmcos(α)+Φr            (4)式中，Φ(0)为自由分量，Φm额定磁通幅值，Φr是变压器铁芯的剩磁，α为合闸初相角，其大小和方向与变压器切除时刻的电压，亦即磁通有关；变压器的饱和磁通为Φsat＝1.15～1.4，而变压器的运行电压<额定电压的10％，相应的剩磁通Φr<饱和磁通Φsat，所以在变压器稳态运行时，铁芯是不会饱和的，但在变压器合闸时产生的暂态过程中，由于自由分量的作用存在着剩磁通大于饱和磁通，造成变压器铁芯的饱和，若剩磁Φr＞0，cosα＞0合闸半个周期磁通达到最大值，即Φ＝2Φmcosα+Φr            (5)Φ为变压器磁通，Φm额定磁通幅值，Φr是变压器铁芯的剩磁，α为合闸初相角，最严重的情况是电压过零时刻t＝0合闸，磁通的最大值为2Φm+Φr，远大于饱和磁通，造成变压器的严重饱和；由于合闸励磁涌流与合闸时的短时磁通密切相关，于是由式(3)得到，合闸角α＝0°时，Φm额定磁通幅值，Φr是变压器铁芯的剩磁，τ为衰减系数，ω为角速度，此种合闸方式会导致变压器中磁通为最大值Φ(t)＝2Φm+Φr，此种情况会导致最大的励磁涌流，磁通里的非周期分量会很大，导致铁芯饱和励磁涌流达到4‑8倍额定电流，另外，变压器是否带负荷的影响可忽略，因为励磁涌流只跟铁芯饱和及磁通大小有关，变压器运行电压都在额定值范围内，由单相变压器等效电路根据基尔霍夫定律得，当合闸角α＝90°时，为Φm额定磁通幅值，Φr是变压器铁芯的剩磁，τ为衰减系数，ω为角速度，此种合闸方式的情况是最有利的方式，如果忽略剩磁那么变压器直接建立稳态磁通，没有励磁涌流的产生；多台并联变压器的励磁涌流随着变压器个数的增加而增加，但多台变压器并联后单个变压器的励磁涌流的变化也是非线性的，其总的励磁涌流是小于多个变压器励磁涌流的代数和；每台变压器自身涌流不仅受到变压器内阻及系统阻抗的作用，同时也受到相邻变压器在系统阻抗上的作用；也就是说变压器群中一次性合闸变压器越多，系统阻抗产生的减弱作用就越强；由此得出随着变压器的增加每个变压器的励磁涌流是逐渐减小的；同一线路上每多并联一台同容量变压器，对单台变压器励磁涌流大小削弱3％，励磁涌流的波形与铁芯的结构型式、铁芯的磁化特性及绕组的连接方式因素有关，对于已经投入运行的变压器，励磁涌流的波形亦已确定；2)利用保护整定值与时限配合躲过励磁涌流66千伏电网中线路主要配置距离和过流保护，其中，距离保护属于欠量保护，当保护测量到的阻抗小于整定阻抗值时，保护将启动，保护安装处测量阻抗为式中，Z_m为保护安装处测量阻抗，为测量电压，为测量电流；当线路上带有多台变压器送电时，保护安装处的测量电流将受到励磁涌流影响，使之变大，由(8)式可知，测量电流变大，在66千伏线路送电时，变电站母线电压的波动较小，距离保护测量电压取的是变电站母线电压，故可视为不变，则导致距离保护安装处的测量阻抗将变小到整定阻抗值以下，使保护误动作；过流保护属于过量保护，当此时，保护将启动。式中，为过流保护安装处的测量电流，为保护整定值；考虑到66千伏网络运行方式变化较大，过流保护分为I、II、III段整定，并带有延时，I、II、III段定值逐段减少，跳闸时限逐段增长，且I段时限为0秒速断，即为过流I段保护整定值，为过流II段保护整定值，为过流III段保护整定值，为过流I段保护跳闸时限整定值，为过流II段保护跳闸时限整定值，为过流III段保护跳闸时限整定值，线路合闸时变压器励磁涌流一般在过流I段与过流II、III段整定值之间，但过流II、III段整定值虽小，但跳闸时限较长。当多台变压器同时送电时，保护测量电流满足保护测量电流，为过流I段保护整定值，为过流II段保护整定值，为过流III段保护整定值；此时，过流保护II、III段启动，由变压器励磁涌流变化特性分析可知，0.1秒左右励磁涌流达到峰值后逐步衰减，在过流I段保护整定值秒时刻之前满足此时，过流II段保护返回，此时励磁涌流仍在逐步降低，过流III段保护整定值秒时刻之前，满足过流III段保护返回，整个线路送电过程中，过流保护的整定值与时限的配合恰好完全躲过励磁涌流的影响。