变压器纵差保护仿真

变压器纵差保护仿真

本保护仿真以变压器中压侧发生保护区内外故障时为例，仿真对象在模型左侧110kV出口处的三绕组变压器T31，该变压器各电压等级侧均有自己的断路器（QF1、QF3、QF4），且各侧电流均只采用A相差动电流和制动电流，故障的仿真时间均定为0.6s，仿真时两台三绕组主变（T31与T32）并列运行。

在已建立的变电站系统模型上将短路模块接入该变压器35kV中压侧保护区内和区外，增设内外故障模拟模块，即Fault（IN）和Fault（OUT），用于模拟差动保护区内外的各类故障情况。建立模型如图6.6所示：

图1 110kV变电站变压器中压侧差动保护Simulink模型

为仿真三绕组变压器比率制动式纵差保护区内外故障时的电流，在原先模型上增加运算及示波器模块如图

图2 变压器中压侧保护区内、外故障仿真时增加的运算及示波器模块考虑到110/35/10的变压器变比，对中压侧和低压侧A相电流进行适当增益，使得各侧A相电流幅值大小相仿。

另外该变压器中存在Y/△联接方式，故Y侧电流滞后△侧电流30º,所以对低压侧A相电流采用适当的时间延时,使得正常运行时的各侧A相电流相位一致,

因为工频为50Hz，一个电流周期为0.02s，为使△侧电流延迟30°，可延时0.02 30/360=0.00167s即可。延时设置界面如图

图3 △侧A相电流延时模块参数设置

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差动电流理论表达式为变压器两侧二次侧电流之和的绝对值，制动电流理论上取变压器两侧二次电流之差的绝对值的一半，而仿真测量模块V-I工作原理实际为监控电流一次侧值。当内部故障发生时，因两个测量模块所测一次侧短路电流均流向内部故障点，实际短路电流方向相反，因而差动电流为 Id=Iah+Ial-Iam ，使保护能够灵敏动作，其中Iah是高压侧A相短路电流,Ial是低压侧A相短路电流,Iam是中压侧A相短路电流。外部故障时，测量模块所测一次侧短路电流均流向外部故障点，方向相同，因而制动电流取为Ires=(Iah+Iam+Ial)/2，此时，差动电流Id为较小的不平衡电流，制动电流Ires有较强的制动作用。

当两台变压器T31、T32并列运行，设置断路器QF1、QF2、QF3、QF4切换时间为0s。如上面接线图所示，故障模块Fault（IN）接在所测三绕组变压器T31的中压侧保护区内部，为内部故障模块，故障模块Fault（OUT）接在T31的保护区外部，为外部故障模块。设置保护区其内部故障模块Fault（IN）在0.2～0.4s时间段内发生单相接地短路故障，并且区外部故障模块Fault（OUT）不动作。其中Fault（IN）故障模块设置如图

图3内部故障FaultIN发生单相接地短路时的参数设置界面运行仿真，由示波器scope1得到下图波形：

图4 中压侧内部发生单相接地短路故障电流波形图

由上图可见：三绕组变压器T31中压侧保护区内部发生单相接地短路故障时，差动电流Id明显大于制动电流Ires，则保护可以可靠启动。

当中压绕组外部故障Fault（OUT）设置为在0.2～0.4s内发生单相接地短路，并且内部故障Fault（IN）切换时间大于仿真时间，Fault（OUT）设置如Fault（IN）一致，运行仿真得到如图波形：

图5 中压侧保护区外侧发生单相接地短路时的电流波形图

显然制动电流Ires大于差动电流Id，即保护不会动作。

将中压绕组区内故障Fault（IN）设置为在0.2～0.4s内发生三相短路，并且外部故障Fault（OUT）不动作时，Fault（IN）设置如图6.12：

图6 内部故障Fault（IN）发生三相短路时的参数设置界面运行仿真，由示波器scope1得到图波形：

图7 中压侧内部发生三相短路故障电流波形图

显然：差动电流Id明显大于制动电流Ires，则保护可以可靠启动。

当设置中压绕组外部故障Fault（OUT）为在0.2～0.4s内发生三相短路，并且内部故障Fault（IN）不动作时，Fault（OUT）设置如Fault（IN）一致，运行仿真得到如图3.14所示波形：

图8 中压侧外部发生三相短路故障电