分类号： 学校代码：10079 密级：华 北 电 力 大 学 硕 士 学 位 论 文题 目： 变压器直流偏磁对微机保护的影响研究英 文 题 目： The study of the impact of transformer DC bias on Micro-computer protection 研 究 生：黄刚 专 业：电力系统及其自动化研 究 方 向：电力系统自动化技术指 导 教 师：刘宗歧 职称：教授论文提交日期：2010年1月华 北 电 力 大 学声 明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文变压器直流偏磁对微机保护的影响研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 华北电力大学硕士学位论文摘 要地磁感应电流(GIC)或高压直流输电接地极入地电流流过变压器，会引起直流偏磁饱和，导致励磁电流畸变，产生谐波，无功变化，影响继电保护的正确动作，威胁电力系统的安全运行。本文基于PSCAD/EMTDC和MATLAB软件研究了变压器直流偏磁的谐波和无功特性，得出了相应的变化规律和特点，并以此为基础分析和评估了直流偏磁对保护装置的影响情况，同时结合微机保护原理和算法，对直流偏磁励磁谐波对数字式保护的影响特点进行评述，最后以2010年西北750KV规划电网为算例，依据GIC水平评估值，对变压器微机式差动保护可能受到的直流偏磁影响情况进行仿真分析。关键词：变压器，直流偏磁，谐波，微机保护ABSTRACTGeomagnetic induced currents (GIC) or a high-voltage DC transmission grounding into the earth current flows through the transformer will cause DC bias magnetic saturation, resulting in excitation current distortion, producing harmonics, reactive changes ，which will affect the correct relay actionand threaten the safe operation of power system. Based on PSCAD / EMTDC and MATLAB software research the transformer DC bias of the harmonic and reactive power characteristics, obtained the corresponding changes in the laws and characteristics, and as a basis for analysis and assessment of the DC bias on the impact of protection devices , combined with microprocessor-based protection principle and algorithm, the DC bias excitation harmonics on the impact of characteristics of digital protection is reviewed and finally with the Northwest 750KV planning power grid in 2010 as an example, simulated and analysed the Possible impacts of microprocessor-based transformers differential protection in DC bias magnetic according to the level of the assessed value of GIC.Huang Gang(Electric Power System and Its Automation)Directed by prof. Liu ZongqiKEY WORDS: Transformer, DC bias, harmonics, microprocessor-based protection目 录中文摘要英文摘要第一章 引 言11.1 课题提出11.2 国内外研究现状11.2.1 国外研究现状11.2.2 国内研究现状21.3 本论文主要工作3第二章 变压器直流偏磁及其对保护的影响42.1 变压器直流偏磁及现象分析42.1.1变压器直流偏磁机理42.1.2变压器直流偏磁时的电流谐波52.1.2变压器直流偏磁时的无功和电压92.2变压器直流偏磁对保护的可能影响102.2.1对传统模拟式继电保护的影响102.2.2对数字式微机保护的影响112.3保护误动导致的典型大停电事故122.4本章小结13第三章 变压器直流偏磁对不同原理保护的影响143.1 对负序保护的影响143.1.1模拟式负序滤过器的影响143.1.2数字式负序滤过器的影响163.1.3 对负序量启动保护装置的影响173.2对零序保护的影响173.2.1 零序分量滤过器183.2.2 零序滤过器的影响193.2.3对零序量启动保护装置的影响213.3对差动保护的影响213.4对瓦斯保护的影响223.5本章小结23第四章 变压器直流偏磁对电网主设备保护的影响244.1对发电机负序保护的影响244.1.1负序过流保护判据244.1.2负序保护整定方法254.1.3对发电机负序保护影响仿真分析274.2对变压器保护装置的影响304.2.1对变压器差动保护的影响304.2.2对变压器瓦斯保护的影响364.3 对无功补偿装置的影响374.4本章小结39第五章 变压器直流偏磁对微机保护算法的影响405.1 对滤波算法的影响405.1.1对简单数字滤波器的影响405.1.2对基于零、极点配置的数字滤波器的影响455.1.3对基于傅里叶算法的数字滤波器的影响475.1.4算例分析495.2 对保护算法的影响505.2.1对电气量算法的影响505.2.2对保护功能算法的影响545.3对微机保护影响算例仿真545.3.1 2010年陕甘青宁750kV电网GIC水平评估545.3.2变压器差动保护仿真实验555.4本章小结60第六章 结论和展望616.1 结论616.2 展望61参考文献63致 谢66附 录67附录1 西北750kV及以上输电系统地理位置接线图68附录2 西北输电网系统MATLAB等效模型68附录3 西北电网主变及线路参数69在学期间发表的学术论文和参加科研情况71III第一章 引 言1.1 课题提出磁暴在电网引发的地磁感应电流（Geomagnetically Induced Current，简称GIC）频率在0.0010.1Hz之间，与电网50Hz的交流电相比，GIC可看作为准直流电流。这种特征的GIC流过变压器会引起变压器的偏磁饱和，导致励磁电流畸变，产生谐波，无功变化，因此可能引起电力系统继电保护装置误动，对电力系统的安全运行造成影响1-7。在1989年3月13日，磁暴导致了加拿大魁北克（Hydro-Qubec）电网大停电事故，造成了巨大经济损失和社会影响8-10。随着我国远距离输电线路的建设，近年在江苏阳淮输电线路系统的上河变电站发现了GIC扰动现象7,11,12，广东岭澳核电站主变中性点监测到了55.8安培的GIC7。因此，研究变压器直流偏磁对电力系统保护影响有重要意义。除了磁暴之外，高压直流输电接地极入地电流同样会导致变压器的直流偏磁饱和11 -17。但是，变压器直流偏磁对不同类型保护的影响机制不同，电磁继电器是通过检测电流有效值实现保护,而数字继电器则以检测电流的幅值为依据，因此,数字继电器对电流波形畸变(或谐波)很敏感。研究表明18,在变压器偏磁饱和谐波的情况下,数字继电器动作的正确性比电磁继电器低20% 30%。保护误动将造成输电线路、变压器或补偿电容器等退出运行,可能导致系统负荷转移或无功缺额增大,进而引发更严重的事故。由于比传统继电保护更具优点19,20，微机保护装置在电网的建设中得到越来越广泛的应用，而在远距离、大容量输电网中直流偏磁的影响也会更加突出7,11,12，但我国的相关研究还不深入，因此本文提出研究变压器直流偏磁对微机保护的影响。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状近年来，特别是在加拿大魁北克大停电事故发生后，美国、加拿大等国开始了直流偏磁对继电保护影响的研究。美国的PSRC（电网继电器委员会）研究认为18，由于GIC造成变压器直流偏磁引起的谐波，会对电容器的运行产生较大影响，会造成中性点零序电压保护，电容器过流保护，电容器过压保护误动；在对变压器的影响中分析了包括三相三柱，三相五柱，单相变压器组等五类变压器受GIC的影响程度，认为GIC会使变压器铁芯发热引起瓦斯保护动作，而且由于励磁激增会造成变压器差动保护误动；在对GIC对发电机的影响中，认为发电机负序过流保护可能会受其影响而误动，而且谐波会引起发电子转子过热，造成跳闸。提出了用串联电容器等方法阻止GIC电流，减少对继电保护的影响。虽然PSRC已经对变压器直流偏磁引起的谐波可能带来的保护误动进行了分析，但分析过于简单，对不同直流偏磁下的波形特征，零序、负序等保护受直流偏磁的影响特点及程度都没有涉及。美国的J. G. Kappenman等人对GIC引起的CT偏磁饱和对继电保护的影响进行了研究21。提出GIC会引起CT偏磁饱和，会对CT的测量精度产生影响，进而影响到继电保护的正确动作。但是由于变比的不同，GIC对CT的计量精度的影响不同，提出CT变比越大，GIC的影响越小。在CT的剩磁影响的分析中认为GIC会对CT的饱和时间有影响。分析认为，由于保护CT变比较大，电磁暂态性能较好，GIC引起的CT偏磁饱和对继电保护的影响