在高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电系统中,受铁心饱和及交直流场各种滤波器影响,相比常规变压器,换流变压器空载合闸时差动保护更容易误动,由于换流变压器工作环境的特殊性,在发生不对称故障时,可能在差动电流中存在较大的2次谐波,从而导致差动保护误制动。对换流变空载合闸和区内故障进行仿真分析,验证了2次谐波制动在HVDC系统变压器差动保护中确实有较大的局限性,同时具有误动和拒动的可能。经分析,由于变压器的铁心进入饱和需要一定时间,励磁涌流引起的虚假差动电流突变量出现时刻要比相电压突变量的出现时刻滞后一个时间差。据此,提出基于相电压突变量和差动电流突变量出现时差的变压器差动保护判据,运用该判据对各种换流变压器区内故障和励磁涌流进行判别。通过EMTDC进行了大量的仿真试验,结果验证了该判据的可行性和有效性。
为了在特高压环境下正确应用变压器差动保护,需要对特高压变压器进行合理建模,并进行相应的电磁暂态仿真。根据三绕组自耦变压器星型等值电路的原理,用电磁暂态仿真软件EMTDC中的统一电磁等效电路(unified magnetic equivalent circuit,UMEC)普通三绕组变压器模型来模拟1000MVA/1050kV三绕组自耦变压器,将特高压变压器参数折算成UMEC模型参数,形成特高压变压器模型。在特高压环境下,分别进行励磁涌流和故障电流仿真,并用于考察应用得最为广泛的2次谐波闭锁的变压器差动保护的动作可靠性。分析表明:当合闸角和剩磁满足一定条件时,特高压变压器三相励磁涌流的2次谐波含量都会在10%以下,即使采用一相制动三相的2次谐波闭锁策略,如果2次谐波门槛值维持在15%～20%,也不能避免差动保护误动;另外,在某些轻微故障的情况下,故障初期故障电流的2次谐波含量成分较高,会使保护动作短暂延迟。
