Study on the Effect of Multi-Type Current Transformers Hybrid Operation on Differential Protection of the Bus Based on Dynamic Simulation

This paper analyzes characteristics of multi type current transformers hybrid operation for each branch of the bus and their effects on differential protection of the bus. By theoretically analyzing transmission characteristics of multi type current transformers and their influence factors, we study the dynamic model testing method of multi type current transformers for the bus, and design 3 kinds of testing schemes by making the equivalent model based on the field of P-level current transformer, TPY-level current transformer and electronic current transformer, and build the hybrid operation testing platform of multi type current transformers. Finally, we compare and analyze the transmission characteristics difference of multi type current transformers on the same branch and the characteristics difference of hybrid operation in two successive external faults, analyze the cause behind the differences, and put forward the corresponding improvement measures.

基于正弦同源-概率空间协同互补的涌流闭锁方案

为了取消正弦相似性原理中的最小二乘法等中间环节,获得直接固定标准正弦波形所需要的能量信息。借鉴时域概率分布的方法论,从优势互补的角度出发,设计了一种基于Wasserstein距离算法的变压器励磁涌流闭锁方案。该方案采用特征离散化的方式,提取目标对象和模板信号并转化为状态向量作为样本标签,以此来判别两者之间的能量分布差异,从而达到正弦场景同源识别的效果。理论分析与仿真结果表明,该方法实现简便,不需要频域计算。相比于现有正弦相似性原理,降低了保护流程的复杂程度,具有更强的实际应用价值和速动性能。通过PSCAD/MATLAB平台对现场合闸的录波数据进行测试分析,验证了所提方案对促进变压器保护性能的积极意义。

通信限制下多DG接入配网的新型电流差动保护

差动保护是解决分布式电源(distributed generation, DG)接入下配电网保护难题的有效手段,然而配网现有通信建设水平很大程度上制约了差动保护的构建。首先,融合电流相位与相量差动保护思想,同时将电流相位信息进行变换,实现通信信息降容。应用递推最小二乘法实现短路电流相位参数的快速估计,提出了短路电流相位修正策略,以应对CT饱和与直流分量对保护的干扰。最后,提出适用于含多DG配网的新型电流差动保护构建原则与保护判据。基于PSACD/EMTDC平台搭建仿真模型,验证了所提出的电流相位参数预测方法的精度与新型差动保护的性能。算例结果表明:所提电流相位参数预测方法速度快、精度高,具有良好的抗CT饱和能力;所提新型差动保护原理具有良好的性能。

基于光纤漏磁场测量的变压器磁平衡保护研究

针对变压器绕组变形、轻微匝间故障等早期故障,传统的保护方案一般难以进行有效的诊断,根据变压器绕组漏磁场变化可以灵敏地检测出绕组的早期故障,但缺乏适用于工程应用的绕组漏磁场分析的解析方法和在线测量方案。针对这些问题,该文计算了简化模型下的变压器绕组漏磁场分布,通过测量绕组上、下表面和中部的漏磁感应强度,提出故障分量磁平衡保护的整定方法和判别逻辑。最后,建立了Ansys的仿真模型和动模实验模型,验证了保护方案具有不受负荷变化及不受励磁涌流的影响,并且区内故障检测灵敏度高的优点。

基于长短时记忆神经网络的励磁涌流与故障电流识别方法

变压器空载合闸时产生励磁涌流导致差动保护误动作的问题至今仍未能被完全解决.针对该问题,提出一种利用长短时记忆(LSTM)神经网络识别励磁涌流与故障电流的方法.首先,在PSCAD软件平台上搭建变压器空载合闸及内部故障仿真模型,通过仿真产生大量三相电流瞬时采样数据作为训练神经网络的样本集;然后,利用Keras平台搭建LSTM神经网络模型并完成训练;最后,利用新的仿真数据和现场故障录波数据对训练好的LSTM神经网络进行测试.结果表明LSTM神经网络可以快速准确地区分各种情况下的励磁涌流和故障电流,从而证实该方法的有效性.

电流差动保护在海上风电低频送出线路中的适应性分析

低频输电技术在中远距离海上风电领域应用潜力巨大。电流差动保护是广泛应用的传统交流保护,面对电力电子型电源时其性能可能受到影响,故有必要研究其在海上风电低频输电系统中的适应性。文中基于故障复合序网推导了直驱风机和模块化多电平矩阵换流器的电源特性对故障电流的影响,理论分析了电流差动保护的适应性。为定量分析保护适应性,提出了基于改进节点方程的故障电气量计算方法,计算给定故障条件下的故障电流和保护判据取值,判断保护动作情况。研究表明,单相接地和两相短路时保护灵敏度降低,甚至可能拒动;两相接地和三相短路时,保护能正常动作。最后,建立PSCAD/EMTDC仿真模型验证了理论分析和计算方法的正确性。

基于单芯移相变压器的差动保护配置研究

移相变压器能够有效调控潮流,为保障电力系统安全可靠运行,为移相变压器配置性能优良的保护不可或缺。以某示范工程的35 kV单芯对称型移相变压器为研究对象,提出相应的本体保护方案。首先,基于基尔霍夫电流定律和电磁感应定律分析其运行特性。然后,结合其拓扑结构,设计了保护用电流互感器的安装位置,构建了电平衡差动保护和磁平衡差动保护方案。此方案可覆盖单芯移相变压器内部各绕组和绕组引线相间故障以及各绕组匝间故障。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建单芯移相变压器模型,通过设置本体内部典型故障,验证了提出的两种差动保护配置方案的有效性。

基于加速卷积神经网络的变压器差动保护算法

针对变压器差动保护存在因励磁涌流而误跳闸的问题,提出一种基于加速卷积神经网络的算法。采用神经网络来区分内部故障电流和浪涌电流,应用压缩全连接层和卷积层并集成修正线性单元激活函数和批量归一化技术。用PSCAD/EMTDC软件建立220 kV变压器差动保护模型并应用算法,验证了算法更快、更可靠。

大容量冲击短路试验发电机组继电保护方案

随着实验室容量不断提高,大容量冲击短路试验发电机组应用日益增加,其继电保护配置对机组与电网安全十分重要。以冲击短路试验发电机组继电保护为研究对象,描述了冲击短路试验发电机的主要故障类型,介绍了故障的继电保护原理,对比了电磁式电流互感器和全光纤电流互感器特点。同时以额定容量100 MVA冲击短路试验发电机为例,设计了适用于冲击短路试验发电机的继电保护方案,并详细分析了发电机差动保护、定子过负荷保护、转子接地保护参数整定方式,可为冲击短路发电机组继电保护配置提供参考。

主变压器长距离保护方案的研究

文章在主变压器、各侧一次设备与二次设备的布置存在长距离的特殊场景下,对主变压器保护进行了探讨。从电流互感器的选择及计算入手,结合线路光纤电流差动保护的二次接线特点等方面,对主变压器长距离保护进行了全面分析。主变压器长距离保护方案的快速保护、后备保护以及保护范围,均可替代典型方案,而且对电流互感器的选择不会提出少见的参数需求。对市面上成熟的保护设备进行灵活组合,调整电流互感器二次绕组和保护装置的二次接线,可有效解决长距离特殊场景下的主变压器保护配置问题。

35 kV不接地系统开关柜内故障TA饱和波形分析

电流互感器饱和引起的区内故障拒动、区外故障误动在电网运行中是存在的,发生此类故障对电网和用户的影响比较严重,特别是66 kV及以下电压等级电流互感器,由于制造、成本等原因,TA饱和现象比110 kV以上电压等级普遍。本案例是一110 kV用户35 kV开关柜故障两组35 kV电流互感器先后饱和造成区内故障拒动,区外故障误动,使工厂停产,直到恢复正常供电。

母线差动保护电流互感器断线处理逻辑

根据电流互感器(CT)断线对于母线差动保护的影响程度,分为支路CT断线和母联CT断线。首先,介绍了当前母线差动保护对于CT断线的处理逻辑,指出了当前逻辑存在的准确性不高、快速性不足的问题。然后,分析了母线接地故障与CT断线特征的差异,提出了包含故障识别逻辑、CT断线支路选线逻辑和故障后跳闸逻辑3个部分的支路CT断线改进处理逻辑,并引入母联双CT电流构建母联死区差动元件,提出了综合利用大差差动电流、小差差动电流和母联死区差动电流的母联CT断线的改进处理逻辑。最后,基于实时数字仿真系统试验结果,证明了改进后的逻辑能够快速准确地选择断线CT,避免差动保护在重负荷支路CT断线时误动和母线区内高阻接地故障时拒动,在发生母联CT断线时最大限度地维持了差动保护的速动性。

基于故障负序分量的低频变压器快速差动保护

低频变压器是低频输电系统的核心器件之一。实验表明低频系统的故障暂态过程多变,低频变压器的短路电气量特征与常规变压器有较大差异。由于励磁涌流判据开放速度缓慢,低频变压器发生区内故障时常规纵差保护的速动性受到影响。文中提出了基于故障负序分量方向原理的低频变压器快速差动保护。首先,分析了模块化多电平矩阵变换器(M3C)低频输电系统的变压器区内故障特性以及M3C换频器响应情况;其次,分析了负序计算的数值方法对负序差动影响,并通过分析低频系统故障初期的窗口时间内的负序特征,提出了故障负序分量方向的判别方法;进一步,讨论了该方法在变压器非正常工况下对励磁涌流如何区分判别。最后,以实际工程为例建立仿真模型,针对典型区内故障对所提方法进行了仿真验证。

Impact of Sensor Technology for Line Protection Performance

The paper has presented the impact on the line protection performance with the introduction of MUs （merging units） in the process bus level. The paper begins with the introduction on modem digital substation structure and process bus. Then, the paper describes the performances of different sensors such as CTs （current transformers）, CVTs （capacitive voltage transformers）, FOCS （fiber optical current transducers） and FOVS （fiber optical voltage transducers）. With the use of above transducers together with MUs, the performance of distance protection function and line differential protection function have been investigated and presented. Finally, conclusions based on the study are presented in the paper.

基于去趋势分析的大规模双馈风电场送出变压器差动保护

由于双馈风电场输出的故障电流具有频偏特性且含有较大的谐波分量,当双馈风电场送出变压器发生内部故障时,变压器差动电流中二次谐波与基波的比值增大,使得变压器差动保护面临延时动作的风险;且系统发生故障时,双馈风电场输出的故障电流中存在大量非周期分量,会使得送出变压器中的电流互感器更易发生饱和现象,致使传统变压器差动保护的可靠性降低。提出了基于去趋势分析的大规模风电场送出变压器的差动保护方案。首先,将采样电流通过滑动数据窗进行去趋势分析得到去趋势残差函数,然后,结合电流波形斜率特征完成对变压器励磁涌流及故障差流(包含电流互感器饱和状态下)的有效区分。最后,在PSCAD中搭建了双馈风电场送出系统,在不同工况下验证且分析了所提保护方案的适用性。

基于波形分区重构的变压器励磁涌流与故障电流识别方法

励磁涌流是影响差动保护正确动作率的重要因素,在电力变压器中时常发生,而大故障电流导致的电流互感器饱和也会对差动保护造成影响。为了提高差动保护的可靠性,该文提出一种基于波形分区重构的变压器励磁涌流与故障电流识别方法。首先分析了变压器励磁涌流和电流互感器饱和的波形特性,提出了将差动电流分区和重构的思想。基于此,采用小波系数能量与二阶导数能量作为联合判据,将差动电流划分为线性区和饱和区并重构。然后根据波形趋势构造了幅值的绝对值之比,利用该比值决定判断变压器是否发生了故障。最后,通过大量的仿真测试、各场景下的波形分析以及与传统方法的对比,证明了所提方法的有效性、优越性。

基于Simulink平台的变压器纵联差动保护的仿真研究

电力系统实验综合性强、复杂且抽象难懂,实验仿真相较传统实验在电力系统实验教学中具有一定优势。采用Simulink仿真平台设计电力变压器纵联差动保护实验仿真。从已知案例出发做了相关计算,设计变压器、电流互感器等关键元件的参数,构建主电路仿真模型,分析变压器正常或区外故障时电流互感器在计算变比和选择变比情况对差动回路电流的影响、变压器内部短路故障时的差动保护等。通过参数计算、建模及实验仿真分析等过程,使得抽象问题具体化,展现了实验仿真灵活性、优越性、创新性等特点。

基于选相投旁通对的LCC-HVDC系统逆变侧换流变故障性涌流主动抑制策略

当高压直流输电系统换流变阀侧发生单相接地故障,由于换流阀的单向导通性,阀侧故障电流中含有较大的直流分量,流入换流变可能导致换流变饱和并产生“故障性涌流”。与传统三大涌流不同,故障性涌流由阀侧单相接地故障诱发并受直流控制与保护系统的影响。计及直流控保系统的影响,分析了逆变侧换流变发生阀侧单相接地故障时,换流变故障性涌流的产生机理及其对换流变差动保护的影响。针对换流变保护区内阀侧单相接地故障场景下,故障性涌流可能导致差动保护误闭锁的问题,提出了一种基于选相投旁通对的故障性涌流主动抑制策略,可以从根本上避免差动保护误闭锁问题。基于PSCAD/EMTDC的仿真实验验证了所提方案的有效性。

基于二次谐波分量衰减特性的变压器励磁涌流识别方法

变压器空载合闸时将产生大的励磁涌流,受剩磁、合闸角、变压器参数等因素影响,涌流特性复杂,辨识困难。这一现象在包含变压器匝间短路场景下,体现尤为明显。目前尚缺少考虑匝间短路因素下励磁涌流特性的数学表征和辨识判据。本文笔者提出了一种基于二次谐波分量衰减特性的励磁涌流表征方法,采用基于变压器二次谐波分量与基波分量幅值比的涌流判定依据,可实现包含匝间短路等多场景下励磁涌流的快速辨识。

基于Tanimoto相似度的变压器零序差动保护约束方案

作为变压器重要保护之一的零序差动保护灵敏度高,抗干扰能力强,其保护判据的比较对象是三相进线侧相电流和得到的自产零序电流与中性线零序电流。三相进线电流互感器(current transformer,CT)和中性线电流互感器(neutral current transformer,NCT)饱和特性的差异会对零序电流的传变造成误差,传变后的零序电流波形会产生不同程度的畸变,从而导致虚假差流的产生,进而引起零序差动保护的误动作。针对该问题,在分析各种工况下经CT传变后两侧零序电流大小、相位特征的基础上,提出了一种基于Tanimoto相似度的变压器零序差动保护约束方案,并仿真验证了所提约束方案的有效性。