心得 | 论文 | 作文 | 风水 | 谜语 | 菜谱 | 组词 | 诗词 | 成语 | 注音 | 考试 | 日记 | 教学 | 课件 | 汉字 | 词语 | 解梦 | 草药 | 单词 | 格言 | 笑话 | 康熙字典

位置:学习心得体会网 >> 论文范文 >> 期刊论文 >> 工程论文

YNvd型三相--两相电力平衡变压器的保护研究

类型:工程论文 时间:2017年11月15日

p id="contentMidPicAD" >第一章 绪论

1.1 课题的背景和意义

二十世纪五十年代,经过技术经济等方面充分的论证,我国开始了电气化铁道建设工作。1958 年开始修建采用单相交流工频牵引供电制式的宝鸡—凤州电气化铁路,至此经过 50 多年的建设与发展,我国的电气化铁路已达到世界先进水平。目前,我国电气化的铁路已达到铁路总量 30%左右,并且担负着我国铁路运输将近一半的运输的任务,形成了在地理上规划合理、在实践中各个环节规范的电气化铁路运行网络[1]。供电系统是电气化铁路运行和建设中最为重要的一部分,通过降压变压器从电网中获取电能,然后通过接触网对电力机车供电,所以又被称为牵引供电系统,从它的功能可知传递功率和换相的牵引变压器和通过滑动摩擦馈电的接触网两个必不可少的构成部分。我国现在普遍使用的牵引供电方式是由牵引变压器的原边接三相系统,经过降压和换相变为两相分别向副边两个供电臂供电,原边三相系统的电压等级一般为 110k V(少数为 220k V),二次牵引系统的电压等级一般为 27.5k V 或(2*27.5k V),这种方式称为三相---两相制式。通过上述牵引变压器将功率传送至沿着铁路架设的接触网上,接触网上有受电弓通过滑动接触将功率传送给电力机车。为了将接触网上不同电压相位的区段分开以免发生相间故障,在接触网上通常装设有分相绝缘装置,并且通常装设在牵引变电所区段上。其与分区亭的区别是,分区亭的作用是将接触网的供电臂分区,分开后的供电臂在故障时能够实现分区跳闸,还可以在故障时实现越区供电,有效得提升了对电力机车馈电的可靠性,所以分区亭应该设置在两个相邻牵引变电站之间。广义上牵引供电系统是由牵引变电所送电、接触网馈电、电力机车获得电能三部分组成的闭合回路,牵引电流就是在这个闭合回路中流通的电流,闭合或断开牵引供电回路会产生很大的电弧[2]。牵引供电系统与一般电力系统差异有,其电压等级是 27.5k V 的特定电压,不能直接从变压器二次侧获得电能而通过受电弓与接触网摩擦滑动接触馈电,为了减小载流的对通信系统的电磁干扰设置了回流通路。我国现行的牵引供电系统中通过将两相邻牵引变电站中间的接触网断开使每一相牵引负荷只能从一端获得电能实现单边供电方式。若接触网断开的位置设置了具有断路器的分区亭,将其闭合就可以使每一相上的牵引负荷从两端的牵引变电所获取电能,这种方式称为双边供电,由于双边供电方式的技术对设备的要求很高并且理论还不完善,现如今在实际中应用较少。

..........

1.2 课题的研究现状

目前,国内外专家学者对牵引供电系统变压器的故障分析和保护方案的研究较少。文献[7]提出了利用平衡变压器内部电磁关系并且在忽略高频分量基础上得出的线性电压平衡方程构成牵引变压器的保护方案。在牵引变压器运行过程中如果满足平衡方程说明变压器正常运行,若不满足平衡方程判定为有区内故障发生,在考虑了测量装置造成的误差和保护装置自身的误差基础上,文献中还给出了相应的整定原则。由电磁感应定律可知,变压器运行时绕组流过的交流电流会产生感应磁势,参数辨识的牵引变压器保护方案[8]就是依据绕组漏感和电阻在不同运行情况下的值来判断励磁涌流、外部故障以及内部故障的。在电力变压器中,等效瞬时电感就是从变压器原边看入的绕组电感的变化量,在不同运行状态下等效电感的基频分量大小不同,基于此可以识别变压器是否发生故障并准确识别内部故障电流[9]。以上牵引变压器保护判据各有优点,但在实际应用中其核心问题与普通电力变压器相同,就是如何区分励磁涌流和内部故障电流、如何能够反应内部轻微匝间短路。据统计,电力系统中大型变压器 50%—60%的故障为匝间短路,由于变压器内部绕组绝缘损坏,导致绕组匝间短路[10]。变压器匝间短路的故障电流在内部流过,故障点的短路电流可能达到变压器电流的数十倍,但是差动保护外部的电流互感器所检测到的电流通常没有明显的反应。一般情况下,传统的比率制动特性电流差动保护为了躲开区外故障的不平衡电流,制动系数整定得较大而不能灵敏得反映变压器的匝间故障。文献[11]通过分析轻微匝间故障的特点,在正常运行条件下,变压器两侧电流幅值之比等于绕组匝数之比(变压器变比)的倒数,当发生匝间短路故障时相当于变压器内部等效绕组匝数发生变化,因此两侧电流幅值之比发生变化,基于此提出了通过变压器两侧电流幅值比反应匝间短路的保护方法。文献[12]从能量守恒的角度分析提出了识别匝间故障的功率算法,变压器是传递功率的电力设备,在变压器正常运行及发生区外故障的状况时,变压器两侧功率是平衡的,而绕组匝间故障会消耗一定的能量,此时变压器两侧功率不再平衡。文献[13]提出了将传统的比率制动性差动保护与模糊集理论相结合的变压器匝间短路保护新算法,模糊理论有近三十年的发展,应用范围十分广泛,将人工智能算法应用到电力系统保护中是一种很有意义的探索。

......

第二章 牵引变电所常用变压器的研究

2.1 平衡接线牵引变压器

平衡变压器具将原边高压侧的三相对称电压转化为副边低压侧两相对称电压的能力,为使平衡变压器符合这一要求,提出 3 个技术条件[20]:(1)一次侧三相系统对称,且副边两输出负荷端口空载时,二次侧两相端口的空载电势对称。(2)若平衡变压器原边的中性点可抽出,例如阻抗匹配平衡变压器和 YNvd接线平衡变压器,则当原边中性点接地运行时,二次侧牵引负荷在任何情况下都不会使一次侧产生零序电流。(3)由于αβ两相负荷端口分别向对应的供电臂馈电,所以α和β两相之间必须相互独立相互解耦。对于条件(1),通过按照特定的变压器接线形式和绕组匝数就可以实现三相对称系统向两相对称系统的转换;为了满足上述条件(2)和条件(3),例如将要介绍的阻抗匹配平衡变压器和 YNvd 接线平衡变压器副边各绕组阻抗要满足一定的匹配关系。Scott 接线平衡牵引变压器(SCT)适应于我国现行的单边供电方式,其接线如图 2-1 所示,是我国目前电气化铁路牵引变电所使用最广泛的三相---两相平衡接线变压器之一。Scott 变压器可看做是由两个单相牵引变压器构成,原边AD 高压绕组的末端联结在 BC 相高压绕组的中点上,即三相绕组联结成倒 T 形接入三相电网;Scott 接线牵引变压器副边α相和β相绕组联结成相位相差 90°的 V型,两相的公共端 cd 接钢轨,两个开口端 a、b 分别作为α相和β相向对应的供电臂供电,以上 T 接和 V 接的两台变压器中 BC 和β绕组简称为梯变(T 变),AD和α绕组简称为主变(M 变)。由于单边供电系统相邻两侧的牵引网电压相位不同,避免环流接触网上必须相互绝缘[21-22]。Scott 接线牵引变压器的优点是:当副边牵引侧两相负载相同时,原边高压侧的三相电流对称不会产生负序电流分量,并且 Scott 牵引变的容量利用率很高,低压侧α相和β相之间相互独立没有电气联系。Scott 接线牵引变压器的缺点为:原边的高压侧不能引出中性点,不适于我国 110k V/220k V 电网的接地运行;副边的低压侧没有三角形绕组,无法确保电压波形的正弦度[23]。

.......

2.2 不平衡接线牵引变压器

三相 V/v 接线牵引变压器是为适应我国铁路运输特点研制的变压器,与其他三相牵引变压器相比有电磁容量(绕组容量)利用率高[29],并且制造简单,运营成本低的特点。三相 V/v 接线牵引变与 Scott 接线牵引变一样,可以看做是由两个单相变压器以开口三角形的形式连接而成。V/v 接线牵引变压器的原边接于ABC 系统的电网上,副边α和β两相的公共端子接于钢轨上,副边的两个端子分别接不同的牵引接触网[30],如图 2-5 所示。图 2-5 中,两台变压器的一次侧中点抽出接到高压三相母线 C 相上,两端分别接于高压三相母线 A 相和 B 相上。副边绕组中点抽出作为公共点与钢轨相连,另两端分别接到低压 27.5k V 母线上。设原边有 w1 匝绕组,副边有 w2 匝绕组,实际中根据一次侧电压来确定所需变比 k=w1/w2。三相 V/v 牵引变原边三相系统与副边两相系统电压和电流的变换关系如式 2-5、2-6 所示。

........

第三章 YNvd 平衡变压器的电气分析........... 14

3.1 YNvd 变压器两侧电气量关系...... 14

3.2 YNvd 两相系统的电压方程.......... 16

3.3 YNvd 变压器原副边序分量间的关系.......... 19

3.4 本章小结........20

第四章 YNvd 变压器的新原理序分量差动保护研究........... 21

4.1 负序差动保护原理........21

4.2 匝间短路及励磁涌流下保护的动作行为分析....22

4.3 外部故障 CT 饱和下保护的动作行为分析.........26

4.4 本章小结........27

第五章 结语......28

第四章 YNvd 变压器的新原理序分量差动保护研究

4.1 负序差动保护原理

当变压器二次侧负载的大小和功率因数均相同时,一次侧的三相电压和电流对称,且二次侧两相电压和电流对称,α相超前β相 90°。变压器二次侧两相负荷不相等时的电流波形如图 4-6 所示,显然三相侧和两相侧的电流失去对称性,图 4-7 是变压器一次侧负序电流折算至二次侧的A2I?? 和变压器二次侧负序电流?I?的比较图,显然,变压器正常运行时两侧负序电流是相等的。(a) ABC 系统三相电流(b) αβ系统两相电流图 4-6 负荷不相等时两侧系统电流波形图 4-10 是 YNvd 接线变压器在 0.3s 空载合闸的仿真结果。图 4-11 可以看出,励磁涌流中的正序分量大于负序分量,且负序差动量小于保护的动作门槛opmin.I ,因此,负序差动保护不会误动。

相关阅读

更多分类