牵引变压器保护双重化配置及测试

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1 牵引变压器涌流制动原理

目前，广泛应用于牵引变压器主保护中的制动原理有二次谐波制动原理、波形对称原理、间断角原理、小波变换等原理[1]。在此，本文主要介绍二次谐波制动原理和波形对称原理。

二次谐波制动原理是国内主变保护装置中应用最广、最成熟。变压器合闸时的励磁涌流中含较大二次谐波，相反，变压器发生故障时，电流中二次谐波含量很低，二次谐波制动原理就是根据两者的不同来判别励磁涌流，进而闭锁或开放保护。然而，在实际应用中，特别是牵引变压器的低压侧通常装有电容器组，变压器发生区内故障时，由于电容器反馈电流的存在，易造成差动保护延时动作或拒动。

波形对称原理作为间断角原理的扩展补充，相比于间断角原理其最大的好处就是更容易在工程中实现。其判别依据就是：对牵引变压器的差流进行求导，再对 牵引变电器仿真模型导数的前半波与后半波进行数值比较，根据比较阈值来的大小区分故障电流和励磁涌流。其公式定义如下[2]：

对于故障电流，连续的半个周期内，上式成立；对于励磁涌流，至少有四分之一周期的点上式不成立。

2 仿真模型搭建和闭环测试系统连接

牵引变压器可看成两个单相变压器构成[3]，其具体模型如图1所示。

图1 牵引变压器仿直模型

RTDS由软、硬件系统构成[4-5]。硬件部分主要包括PB5、GTWIF、GTNET、GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTFPI等模块。软件系统包括GUI、操作系统和电力系统元件。

在工作站搭建牵引变压器的数学模型，经RTDS计算并通过GTAO/GTDO卡输出电压电流至保护装置，保护装置根据电气量来判断动作条件是否满足。保护装置的闭环测试的硬件连接示意图如图2所示，实际接线如图3所示。

图2 硬件连接示意图

图3 硬件连接

3 闭环测试

牵引变压器配置两套不同保护原理的主保护，装置一采用二次谐波制动原理、装置二采用波形对称原理。牵引变压器空载合闸时，两套保护装置均能可靠动作。

牵引变压器低压侧带有补偿电容器的运行条件下，α相发生TR型故障时， 两套保护装置的事件报告如图4所示。

图4 α相TR型故障后台报告

由测试结果可知，根据二次谐波制动原理的主保护动作延迟，基于波形对称原理的主保护动作可靠。

在此种情况下，牵引变压器发生故障时，由于低压侧的电容器反馈电流的存在，差流中的二次谐波占比攀升，进而导致了保护的延时动作。主保护的拒动或延时动作可能引发保护的越级动作，扩大事故影响范围。因此，配置基于不同原理的双重化保护能有效地减少保护延时或拒动的发生。