热过负荷保护在牵引变压器保护中的应用.doc

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1、热过负荷保护在牵引变压器保护中的应用电气化热过负荷保护在牵引变压器保护中的应用_文/宋金川徐广腾曲培花武玉明赵勤搞一:提出了一种应用于牵引变压器的热过负荷保护,具有真实反映变压器热过负荷情况,计负荷电流的计算得到变压器的温升情况.理论分析及现场运行说明:该保护性能良好,作为变压器的过热保护,以到达延长绝缘寿命,提高变压器运行效益的目的.ApplicationofthermaloverloadRelayinTractionTransformerBySongJin-chuan&XuGuang-teng&QuPei?hua&WuYu-ruing&ZhaoQinAbst

2、ract:Thispaperdevelopsthetechnique0ffhermaIoverloadrelayusedineectriflcationthermaloverloadsituation.calculatethetransformerthermalaccumulation,andaccordingtotheactuaIthermaIaccumulationconditiontodecidethebreakeractionoralarmtime.Thetheoryistoachievethechangingstatusoftransformertemperaturethroughc

3、alculatingfortransformer,itcanextendtheinsulationIifetimeandireprovetherunningefficiency0ftransformer.随着经济的开展,.电气化铁道的的规模不断扩大,逐步向高速,重载电流较大,在300350km/h时可到达600lO00A.这种情况下,牵引变电所中牵引变压器长期处于重载和负荷剧烈变化的状态下,运行条件十分恶劣,造成了牵引变压器发热量比一般变压器要大得多.影响变压器的绝缘寿命的因素主要是温度,湿度和含氧量,其中起决定度通常决定了变压器的热老化和突然施明:热点温度每增JjD7C,老化速率增加一倍.同

4、时变压器的过负荷会对相关设备产生有害影响.套管,分接头,套管CT#I导线会受变压器过负荷引起的温度增高的影响.由此可见,变压器负荷过高所引起的发热带来的问题不容忽荷保护,但变压器的过负荷能力与环境温度,过负荷前所带负荷,冷却介质温的电流判据不能与变压器的过负荷能力相配合,也不能直观的反映变压器的温往不能和牵引变压器实际情况相符合,也无法根据实际的负荷自动调整告警或定值边缘时其累积的热负荷会对变压器造成损害,这时告警或跳闸是必要的但却没有发生;而短时间的过负荷并不危险,不必告警或跳闸,但在常规过流保护下却不可防止.目前,在电缆和电动机保护中具有反时限特性的热过负荷得到了广泛的应用并取得了很好的效

5、果,可以将其应用到变压器尤其是电铁变压器保原理和实现.1根本原理热过负荷保护的原理是采集外界环境温度和被保护对象电流进行计算,将计算结果与被保护对象的固有特性相比较,如果超出定值便动作,从而到达保是电流引起的,所以在实际应用中也可以不采集外界环境温度而根据负荷电流防止被保护对象如变压器,电缆或电动机等由于热积累损坏而设置,独立于过流保护,负序保护等传统保护.变压器的热负荷表现为绕组的温升发热,可以用图l来表示.当绕组的电流由IO上升到I时,绕O0OO图1组的温度按指数规律由0_b升到.当上升到动作值时,保护跳闸.按IEC2558标准,热过负荷保护的跳闸时间特性为:1一(1lkx埘一(Iprel

6、kx埘.(1)t=TXln-二-一,_.【,/k伽)一1式中,t:跳闸时间;.r:时间常电气化数;I:负荷电流;Ipre:预期负荷电流;k:因子,按IEC2558标准整定.当无预期负荷时,式(1)变换X1n(SlkX(2)肭一1热过负荷保护跳闸特性虽然是由式(1)所示对数特性,但实现中由于负荷电流是不断变化的,导致温升情况也在不断变化,由式(1)不能得到温升的动态变化和实际的温升;另外也不利于程序计算.必须对其进行微分处理.装置根据下面的热单体模型热微分方程计算温升:+:I(3)+=.,mchm式中,0:对应最大允许工作电流(KIn),以电流的百分数表示的实际工作温升;:热时间常数;I:以最大

7、允许工作电流(K*In)的百分数表示的实际工作电流.式(3)是一阶线性非齐次微分方程,其通解为:o:_J(fz+):J4)在式(4)中当t=O时令o=o口那么C=O口一I(5)式(5)带入式(4)得:t1OI+(一I)?et,J(6)当op=O时式(6j变为:o:,:(一P由式(6)可得:Jf一)preP_7(8)因为为实际工作温度的百分数即标么值所以当O=l时保护发跳闸命0=w口时保护发报警信号,提示早些降低负载(M整定范围为1).式(8)中令O=1同时两边取对数得保护跳闸时间特性如下:tiflnI2一pI21(9)由此可见式(9)与式(1)相同当令pre0时为被保护设备有预加负载得情况,预

8、加负载可由式(7)求得,当.舢=0为被保护设备无预加负载的情浼针对式(6)作进一步分析可知:当(一I)>O时模拟的是一个散热的过程,保护趋向于返回;当(一I)<0式模拟的是一个热积累的过程,保护趋向于动作;t1当f一>时(一,h一>0.所以l<K*InDI<I时O始终小于l,保护永远不会跳闸,但是有可能会告警(如告警水平整定值<1)当l>=K*In即I>=l时保护会跳闸.2原理实现上面对热过负荷保护进行了原理性分析,其跳闸时间和电流大小的数学式系统中,如果直接使用式(8),其运算置是相当大的,由此而带来的CPU处理时间和存储空间的开销会造成

9、效率的式(8),而应当考虑与之等价的方程.式(8)是由式(6)推导而来,可以看到,时式(6)左边O一1,当告警时式(6)左边:w删.r,式(6)右边+(一12),eLJ的各变量中,I为实测的电流量,0pre为实际的时间.为了便于微机的计算,并且实时跟踪I的变化,可以采用两川甩气化.川种方法:(1)将方程离散化,使用递归法,得到下面的方程:0=L+(0一,)et%J(1O),.,(2)对式(6)作如下变换:.:,+(.一一).8_(!)(11)在规定的lk一1=lk间隔内如果那么Op保持不变,如果lklIkJJpre=Ot的选取在实际应用中,这两种方法均可面的分析都是在式(1O)根底上展开的.但

10、对于式(11)的方法也是适用的.和I为实测值或计算值,而一【j是一个常数.上述两个方法中一【都是被反复的累加或相乘,它的选取对对整个运当,一【J的误差累积效会对运算结果备而言,f是个常数,因此At的选取是相当关键的.在对不同的At选取分析时可以发现,At和的误差的关系不是简单的递增或递减的关系,对于不问时间段,t值,在相同的累积时间下的的计算误差.其中I=1:f=100s.累积时间(t):一t1O1+(一I)-PL的变量t.作者对At进行了反复的模拟运算和分析,采用了具有自适应性的t,所示.其中,1由式(6)计算所得;2由式(10)经递归计算所得,I=1:f一100:Pre=O;放大10000

11、倍,At一0.1S,表2也充分说明了随着时间的推移,变压器的热负荷积累也越来越大这一特点.为准确反映变压器的温升,每相V表1V表2文献说明,谐波分量也影响到变压器的效值进行计算,而不能采用经过傅氏滤值计算直接引用有效值的定义:,=j:12(t)dt在微机中将其离散化:厂,:,/,得到后的电流有效值参与到变压器的温升计算.根据上述原理开发的DK3531电铁变压器后备保护装置在电气化铁路牵引供电综合自动化系统程中得到广泛应用,并取得了良好的效果.(第一作者:电气自动化技术.)参考文献用H.中国电力出版社,1996.化铁道中的应用J_电气化铁道,2003(2).保护J.水利水电快报,第23卷第18期.累积时间(t)01e2误差(%)lil,qBf匐ft199.5O1799.55120.050lOo.os951.626蠲0.047鹫1搬癞,047:.S,鋈0.039.蠲圈?囊簪3934.69,.菇眦蕊i潲黼幽幽隔冈酾_:=墨墨,嚣蕊圈:.!O.呦.,蕊黼酸艘嘲蠢10.o30,嚣4丽飘.磷嘲滔V一一