基于EMTDC的三相变压器阻抗保护性能仿真_贺元康

图 15 为单相变压器二次侧发生 ! . 匝匝间短 路的等效电路图。", 、 "- 、 " . 为三个绕组的等效 电抗，# 6 为故障点的弧光电阻， # . 为 ! . 绕组的 等效电阻，# 6/ 、# ./ 可表示为 # 6/ , %8 , %8 7 # 6 - - 9 9 # ./ 7 # . - - （ ,4 ） $ &8 $ &8
抗） 为半径作小圆，即动作圆，图 " 中的轨迹分 别表示变压器高、低压侧 & 相发生不同匝数匝间 短路 时，高 压 侧 阻 抗 继 电 器 的 测 量 阻 抗 ( F&< 、 ( F<% 、( F%& 在图 " 中分别用小黑点、十字星和矩 形小方块表示。 由图 " 可看出，变压器匝间短路时，阻抗继 电器的测量阻抗均在动作圆外，甚至有部分测量
［ :］ 变压器 9 负荷模型 ，如图 $ 所示。
电流、电压保护不能满足灵敏度的要求 时，变压器的相间后备保护可采用阻抗
［ $］ 保护 。
普遍认为阻抗保护比电流保护的灵
关键词! "#$%&’() !"#$% ・ 阻抗保护・ 匝间短路・ 匝地短路・
敏度高，这一认识是由线路距离保护类 推而来的。它将变压器绕组与三相输电 线路混为一谈，将变压器绕组内部不同 位置的短路看作是线路不同地 点 的 短 路，忽视了变压器绕组和铁心的紧密耦 合以及结构的特殊性，对绕组内部故障 的电磁特征缺乏正确的认识，从而对阻
图 0, 低压侧母线 &% 相短路，高压侧测量阻抗 图 ), 数据处理流程图
)- . 侧短路时另一 . 侧阻抗元件的测量阻抗 在 3B,**’IB2F* +2.78 模块中设置使变压器中 压侧引出线或母线发生三相短路或 56 两相短路。 高压侧 CK 接线的阻抗继电器根据电压电流测量信 号计算出阻抗值，并绘出测量阻抗如图 9 所示。
图 (’ 变压器内部故障仿真接线图
!% 变压器匝间短路仿真分析 在仿真模型中模拟变压器高、低压侧 & 相绕 组发生匝间短路，安装于高压侧的阻抗继电器的 电流和电压测量数据经过图 / 所示数据处理模块 的计算，在 ?@ #ABCD 模块中绘出阻抗特性圆和测 量阻抗轨迹如图 " 所示。
式中，% 8 为变压器的额定容量； & 8 为匝间短路 侧变压器的额定电压； ! 为匝间短路侧变压器绕 组原有匝数；$ 为 ! . ’ !。
贺元康 ! 助理工程师
高阻抗变压器在低压侧无电源的情况下， 配置于高、中压侧的阻抗元件能正确测量 出彼此母线或引出线的相间短路故障；但 在低压侧发生两相短路时，高、中压侧的 阻抗元件均不能正确测量。 ,3 变压器外部故障的仿真建模 在 &’()* ! +,-*( 中建立仿真系统， 对变压器外部发生故障时，阻抗继电器的 动作行为进行仿真分析，系统采用电源 9
继电保护
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基于 ./012 的三相变压器阻抗 保护性能仿真
& & 变压器复压过流保护灵敏度不足时，一般都改用单相 式阻抗保护，认为阻抗保护作为变压器内部故障及其他侧 母线短 路 的 后 备 保 护 灵 敏 度 会 高 一 些。 利 用 ’(%)$ * !"#$% 仿真软件构建模型，对变压器内部故障和各侧绕 组引出端的相间短路进行了仿真分析。结果表明：阻抗保 护对变压器匝间短路和匝地短路灵敏度很低，+ 侧的阻抗 元件也不能正确测量 ! 侧绕组引出端两相短路的阻抗。 因而阻抗保护不能作为变压器内部和低压侧外部短路的后 备保护。
据此理论，在 #$%&’ 中建立了三相变压器匝
［ :， ,, ］ 间短路和匝地短路的仿真模型 ，其系统接线
图如图 ; 所示。 在图 ; 中 <=>, 和 <=>- 模块中设置弧光电 阻和 ! . 匝短路绕组电阻。通过 <=>, 和 <=>- 的 时间逻辑控制元件来调整 <=>, 和 <=>- 的通断，
图 /, 中压侧短路，高压侧阻抗继电器测量阻抗
抗，因而阻抗继电器都不会动作。 变压器外部故障时的仿真结果与理论分析结 论是完全一致的。
图 9 是以高、中压侧绕组短路阻抗（ 折算到 高压侧） 的 $" 9 倍（ 整 定 阻 抗） 为 半 径 所 作 的 圆，即动作圆。图中小黑点表示中压侧三相短路
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继电保护
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பைடு நூலகம்
分别模拟变压器低压侧绕组的匝地短路和匝间短
阻抗元件作为变压器内部短路的后备保护
变压器内部发生故障时，由于其绕组和铁心 的紧密耦合以及结构的特殊性，其绕组引出端保 护安装处的测量阻抗与线路是不同的，至今尚没 有一种实用的理论方法能较准确地计算出变压器 内部各种故障时电压电流的分布情况，只能用物
［ 2， 3］ 理论分析表明 ：4567.8$$ 接线的
# # 随着电网容量的增大，短路电流水 平越来越高。巨大的短路电流不仅给断 路器等主要电气开关设备的选型带来了 困难，同时也增加了系统安全运行的风 险。为此，一般选用高阻抗变压器或在 主变压器低压侧加装电抗器来限制短路 电流水平。但短路电流的减小，使得变 压器的后备保护、尤其是复压过电流保 护的灵敏度难以满足要求。大型发电机 变压器继电保护整定计算导则指出：当
［ %］ 抗保护的功能作出了不正确的评估 。
图 ,4 变压器仿真模型
变压器采用 4567.8$$ 接线的三绕组 高 阻 抗 变 压 器， 额 定 电 压 为 %%. ! $$. ! $. /0；负 荷 模 型 选 用 ;<=>8 ?@A8 模 块， 故障模型选用 -BC>> &BAD> ;AEFG 模块。 设阻抗继电器装于变压器高压侧，采 用 .1 接线方式，接入阻抗继电器的是三相
压侧的阻抗元件作为中（ 高） 压侧母线的后备保 护，其灵敏度只有在低压侧无电源时才能保证。 配置于高、中压侧的阻抗元件主要作为本侧母线 和出线的后备保护。因此不做具体分析，只要主 电源侧复压过流作为其他侧后备保护灵敏度不够 时，就采用阻抗元件的方法是不正确的。 参考文献
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贺元康 ! 西北电网有限公司调度通信中心# 王# 杰 ! 湖北省电力勘测设计院
真模型，分析阻抗保护在变压器内部发生 匝间、匝地短路，外部各侧绕组引出线或 母线发生相间短路时的动作性能。
阻抗元件作为变压器外部短路后备 的仿真
目前，各厂家生产的 %%. /0 以上电 压等级的变压器保护装置均在高、中压侧 配置相间阻抗保护，且一般都采用 .1 接线 的阻抗圆特性。