第四講變壓器差動保護(hù)

1、變壓器主保護(hù)（一）變壓器的基本結(jié)構(gòu)及聯(lián)結(jié)組別 1.1： 電力變壓器主要是由鐵芯及繞在鐵芯上的兩個或兩個以上的絕緣繞組構(gòu)成。為增強(qiáng)各繞組之間的絕緣及鐵芯，繞組散熱的需要，將鐵芯置于裝有變壓器油的油箱中。然后，通過絕緣套管將變壓器各繞組引到變壓器殼體之外。大型電力變壓器均為三相三鐵芯柱式變壓器或者由三個單相變壓器組成的三相組式變壓器。1.2：將變壓器同側(cè)的三個繞組按一定的方式連接起來，組成某一聯(lián)結(jié)組別的三相變壓器。雙繞組變壓器的主要聯(lián)結(jié)組別有：YNy,YNd,Dd及Dd-d。分析表明，聯(lián)結(jié)組別為Yy的變壓器，運行時某側(cè)電壓波形要發(fā)生畸變，從而使變壓器的損耗增加，進(jìn)而使變壓器過熱。因此，為避免油箱壁

2、局部過熱，超高壓大容量的變壓器均采用YNd的聯(lián)結(jié)組別。YNd聯(lián)結(jié)組別的變壓器中YN連接的繞組為高壓側(cè)繞組，而呈d連接的繞組為低壓側(cè)繞組，前者接大電流接地系統(tǒng)（中性點直接接地系統(tǒng)），后者接小電流接地系統(tǒng)（中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)）。1.3：在實際運行的變壓器中，最多的即為YNd11聯(lián)結(jié)組別的，以其為例，介紹一下聯(lián)結(jié)組別的含義： Y代表變壓器高壓繞組接成Y形，N代表中性點接地，D代表低壓繞組接成d， 11代表低壓側(cè)的線電壓或線電流分別滯后高壓側(cè)對應(yīng)線電壓或線電流（即三角形側(cè)超前星型側(cè)30度），相當(dāng)于時鐘的11點，故又叫11點接線方式。（二）瓦斯保護(hù)：變壓器的主保護(hù)主要由瓦斯保護(hù)和差動保護(hù)

3、構(gòu)成，簡單介紹一下瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)：瓦斯保護(hù)是變壓器油箱內(nèi)繞組短路故障及異常的主要保護(hù)。其原理是：變壓器內(nèi)部故障時，在故障點產(chǎn)生有電弧的短路電流，造成油箱內(nèi)局部過熱并使變壓器油分解，產(chǎn)生氣體（瓦斯），進(jìn)而造成噴油，沖擊氣體繼電器，瓦斯保護(hù)動作。瓦斯保護(hù)分輕瓦斯和重瓦斯兩種，輕瓦斯保護(hù)作用于信號，重瓦斯保護(hù)作用于跳閘。重瓦斯保護(hù)是油箱內(nèi)部故障的主保護(hù)，它能反映變壓器內(nèi)部的各種故障。當(dāng)變壓器組發(fā)生少數(shù)匝間短路時，雖然故障點的故障電流很大，但在差動保護(hù)中產(chǎn)生的差流可能不大，差動保護(hù)可能拒動，此時，靠重瓦斯保護(hù)切除故障。（三）變壓器縱差保護(hù)的構(gòu)成原理及接線： 根據(jù)基爾霍夫第一定律，；式中表示變壓器各側(cè)

4、電流的向量和，其物理意義是：變壓器正常運行或外部故障時，若忽略勵磁電流損耗及其他損耗，則流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流。因此，縱差保護(hù)不應(yīng)動作。 當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，若忽略負(fù)荷電流不計，則只有流進(jìn)變壓器的電流而沒有流出變壓器的電流，其縱差保護(hù)動作，切除變壓器。見變壓器縱差保護(hù)原理接線。（四）變壓器縱差保護(hù)需考慮的特殊問題及其解決方案： （1）在正常工況下，使差動保護(hù)各側(cè)電流的相位相同：當(dāng)變壓器采用YND接線方式時，流入變壓器電流的相角與流出變壓器的不同，如當(dāng)聯(lián)結(jié)組別為YNd11時，變壓器兩側(cè)的相角差為30度。當(dāng)流入變壓器的電流大小和相位與流出時的不同時，就不可能等于零或很小。解決方案：

5、1，硬件移相：即改變高壓側(cè)差動TA接線方式移相，由于相位差其實就是由高低壓側(cè)的接線組別不同引起的，那么將變壓器Y形側(cè)的TA二次側(cè)接成三角形的，而將三角形側(cè)的TA二次側(cè)接成是Y形的，這樣就可以把TA二次電流的相位校正過來；2，軟件移相：目前這種方法已經(jīng)被廣泛采用于微機(jī)保護(hù)裝置中，如南瑞的RCS978，南自的PST1200，采用軟件校正時，變壓器各側(cè)TA均采用Y形接線，然后計算差動TA二次兩相電流之差，這種移相方式與采用改變TA接線進(jìn)行移相的方式的效果是完全一樣的，這是因為取Y形接線TA二次兩相電流之差與將Y形接線側(cè)TA改成三角形后取一相的輸出電流是等效的。 （2）空投變壓器時縱差保護(hù)能可靠躲過勵

6、磁涌流的影響：空投變壓器時產(chǎn)生的勵磁涌流：空投時產(chǎn)生的勵磁涌流通常為其額定電流的26倍，最大可達(dá)8倍以上。勵磁涌流只由電源側(cè)流入變壓器，這會產(chǎn)生很大的不平衡電流，但是勵磁涌流有一些很明顯的特征，我們通過這些特征可以識別出勵磁涌流，從而閉鎖差動保護(hù)。由圖可以看出，勵磁涌流有其明顯的特征：1）波形偏于時間軸一側(cè)，即涌流中含有很大的直流分量；2）含有明顯的二次諧波和偶次諧波，二次諧波的含量在一般情況下不低于基波的30，而短路電流中幾乎不含有二次諧波；3）短路電流波形連續(xù)，而勵磁涌流的波形出現(xiàn)間斷，且間斷角很大，一般大于120度；4）由于波形的間斷，導(dǎo)致其在一個周波內(nèi)正半波和負(fù)半波不對稱。 利用這些特

7、征，可以得出一些識別勵磁涌流的判據(jù)，比較常用的有二次諧波法和間斷角法，判別式為 （1-1）式中：為差動電流中的二次諧波電流；為二次諧波制動系數(shù)；為差動電流， T是一個工頻周期時間（20ms）。當(dāng)式(1-1)滿足時，判為勵磁涌流，閉鎖縱差動保護(hù)，當(dāng)式(1-1)不滿足時，開放縱差動保護(hù)，間斷角原理的變壓器差動保護(hù)采用如下判據(jù)：間斷角 （1-2）波 寬 （1-3）若間斷角，則判為是勵磁涌流，而非變壓器內(nèi)部故障，此時立即閉鎖比率差動繼電器，以防止其在變壓器空載合閘和外部故障切除電壓恢復(fù)過程中誤動；若波寬，并且間斷角，則短時開放比率差動繼電器，一旦，則立即閉鎖比率差動繼電器。由此可見，間斷角為比率差動繼

8、電器的閉鎖條件，式(1-3)為其短時開放條件，且前提條件是閉鎖條件不滿足，而式(1-2)條件滿足時并不能開放比率差動繼電器。 （3）能可靠躲過穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)不平衡電流的影響：這里的穩(wěn)態(tài)不平衡電流主要有：變壓器的勵磁電流，變壓器有載調(diào)壓所引起的不平衡電流，兩側(cè)差動TA的不同型號和變比誤差所引起的不平衡電流，暫態(tài)不平衡電流主要有：兩側(cè)差動TA暫態(tài)特性不同引起的不平衡電流，有效躲過這些不平衡電流的主要措施是對縱差保護(hù)進(jìn)行合理的整定計算，適當(dāng)提高其動作門坎。（五）差動保護(hù)的作用原理微機(jī)變壓器縱差保護(hù)的主要元件有：1）比率差動保護(hù)元件，2）勵磁涌流閉鎖元件，3）TA飽和閉鎖元件，4）TA斷線閉鎖（告警）元件

9、，5）差動速斷元件，6）過勵磁閉鎖元件 下面對各個元件的功能和原理作個簡要的介紹：(1)比率差動保護(hù)元件：變壓器在正常負(fù)荷狀態(tài)下，差回路中的不平衡電流很小，但當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時，由于電流互感器可能飽和等等因素，會使不平衡電流增大，當(dāng)不平衡電流超過了保護(hù)動作電流時，差動保護(hù)就會誤動。比率差動保護(hù)就是用來區(qū)分差流是由內(nèi)部故障還是不平衡輸出（特別是外部故障）引起的，它引入了外部短路電流作為制動電流，當(dāng)外部短路電流增大時，制動電流隨之增大，使得繼電器的動作電流也相應(yīng)增大，這樣就可以有效的躲過不平衡電流，避免誤動的出現(xiàn)。比率差動元件采用初始帶制動的變斜率比率制動特性，由低值比率差動（靈敏）和高值比率差

10、動（不靈敏）兩個元件構(gòu)成。為了保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除，只有低值比率差動元件（靈敏）設(shè)有TA飽和判據(jù)，高值比率差動元件（不靈敏）不設(shè)TA飽和判據(jù)。三折線比率差動保護(hù)的動作特性如圖5.1所示。 圖5.1比率差動保護(hù)動作特性圖比率差動動作方程： (5-1)式中：為變壓器額定電流；分別為變壓器各側(cè)電流；為穩(wěn)態(tài)比率差動起動電流；為差動電流；為制動電流；為比率制動系數(shù)整定值（）。比率差動保護(hù)按相判別，滿足以上條件時動作。但是保護(hù)出口必須還要經(jīng)過TA的飽和判別，TA斷線判別（可選），勵磁涌流判別。由圖可以看出，具有比率制動特性差動元件的動作特性主要由起動電流，拐點電流，比率制動系數(shù)（即特性曲線的斜率）決定，

11、而動作特性又決定了差動元件的動作靈敏度和躲區(qū)外故障的能力，當(dāng)這三個量中的兩個固定以后，比率制動系數(shù)越小，或拐點電流越大，或初始動作電流越小，差動元件的動作靈敏度越高，而此時躲區(qū)外故障的能力越差。（2） TA飽和閉鎖元件：區(qū)外短路故障時，若一側(cè)電流互感器出現(xiàn)飽和，則差動回路中的不平衡電流將會增大，容易導(dǎo)致縱差保護(hù)誤動作，為了解決TA飽和對差動保護(hù)的影響，首先設(shè)置一個高定值比率差動動作區(qū)，它是不需要經(jīng)過TA的飽和判別的，即圖中的陰影部分，其保護(hù)判據(jù)如下： (5-2)，的定義與上文相同。當(dāng)，確定的工作點落入該區(qū)域時，縱差動保護(hù)可以經(jīng)TA斷線判別（可選），勵磁涌流判別后快速動作。如果工作點沒有在高定值

12、比率差動動作區(qū)時，通常利用二次電流中的二次和三次諧波含量來判別TA是否飽和，其判據(jù)如下： (5-3)式中：分別為電流中的基波、二次和三次諧波；為比例常數(shù)。當(dāng)與某相差動電流有關(guān)的電流滿足上式時即認(rèn)為此相差流是由TA飽和引起的，此時閉鎖穩(wěn)態(tài)比率差動保護(hù)。（3）TA斷線閉鎖（告警）元件：變壓器帶有一定的負(fù)荷時，若電流互感器二次回路斷線，則會造成縱差動保護(hù)的起動元件，差動元件動作，從而導(dǎo)致縱差動保護(hù)誤動作，即使變壓器負(fù)荷電流很小甚至空載情況下，當(dāng)電流互感器二次回路斷線時，縱差保護(hù)雖然不動作，但當(dāng)區(qū)外故障時，必然會造成縱差保護(hù)的誤動作。所以應(yīng)設(shè)置TA二次斷線閉鎖。TA二次斷線判據(jù)分未引起差動保護(hù)起動和引

13、起差動保護(hù)起動兩種情況。起動元件未動作時，滿足就判為TA二次斷線：任一相差流大于設(shè)定值且 （=15%20%）,判斷線后延時10秒發(fā)報警信號，但不閉鎖縱差保護(hù)。起動元件動作后，以下條件沒有一條滿足的也判為TA二次斷線：1）任一側(cè)負(fù)序相電壓大于6V；2）起動后任一側(cè)任一相電流比起動前增加；3）起動后最大相電流大于1.1倍額定電流；4）任一側(cè)任一相間工頻變化量電壓元件起動。判TA斷線后瞬時閉鎖保護(hù)（通過控制字選擇也可不閉鎖保護(hù)僅發(fā)出報警信號，也可在額定負(fù)荷下才閉鎖保護(hù)，或不閉鎖保護(hù)發(fā)出報警），無論是異常報警是否引起差動保護(hù)起動，均說明差動回路存在問題，或定值存在問題，應(yīng)該受到同等重視。比如當(dāng)差回路斷線時，在輕負(fù)荷情況下不會引起差動起動，但會引起差流報警，如果此時及時處理，就可以避免負(fù)荷增加后或者區(qū)外故障引起的差動保護(hù)誤動作。（4）差動電流速斷保護(hù)元件比率制動的差動保護(hù)能作為變壓器的主保護(hù)，但在嚴(yán)重內(nèi)部故障時，短路電流很大，TA嚴(yán)重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴(yán)重惡化，TA二次側(cè)電流發(fā)生嚴(yán)重畸變，高次諧波分量增大，從而使涌流判別元件誤判為勵磁涌流，致使差動保護(hù)拒動或延緩動作，嚴(yán)重?fù)p壞變壓器，所以變壓器比率制動的差動保護(hù)還應(yīng)配有差動速斷保護(hù)。其動作判據(jù)為：Id Isd其中：Id為變壓器差