變壓器差動保護實驗

1、 實驗內(nèi)容 實驗二 變壓器差動保護實驗 （一）實驗目的 1熟悉變壓器縱差保護的組成原理及整定值的調(diào)整方法。 2了解 Y接線的變壓器，其電流互感器二次接線方式對減少不平衡電流的影響。 3了解差動保護制動特性的特點。 （二）變壓器縱聯(lián)差動保護的基本原理 1變壓器保護的配置 變壓器是十分重要和貴重的電力設備，電力部門中使用相當普遍。變壓器如發(fā)生故障將給供電的可靠性帶來嚴重的后果， 因此在變壓器上應裝設靈敏、快速、可靠和選擇性好的保護裝置。 變壓器上裝設的保護一般有兩類：一種為主保護，如瓦斯保護，差動保護；另一種稱后備保護，如過電流保護、低電壓起動的過流保護等。 本試驗臺的主保護采用二次諧波制動原理的

2、比率制動差動保護。2變壓器縱聯(lián)差動保護基本原理 如圖7-1所示為雙繞組縱聯(lián)差動保護的單相原理說明圖，元件兩側的電流互感器的接線應使在正常和外部故障時流入繼電器的電流為兩側電流之差，其值接近于零，繼電器不動作；內(nèi)部故障時流入繼電器的電流為兩側電流之和，其值為短路電流，繼電器動作。但是，由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，為了保證正常和外部故障時，變壓器兩側的兩個電流相等，從而使流入繼電器的電流為零。即： 式中：KTAY、KTA分別為變壓器 Y 側和側電流互感器變比；KT變壓器變比。 顯然要使正常和外部故障時流入繼電器的電流為零，就必須適當選擇兩側互感器的變比，使其比值等于變壓器變比。但是，實

3、際上正?；蛲獠抗收蠒r流入繼電器的電流不會為零，即有不平衡電流出現(xiàn)。原因是： （1）各側電流互感器的磁化特性不可能一致。 （2）為滿足（7-1）式要求，計算出的電流互感器的變比，與選用的標準化變比不可能相同； （3）當采用帶負荷調(diào)壓的變壓器時，由于運行的需要為維持電壓水平，常常變化變比 KT，從而使（7-1）式不能得到滿足。 （4）由圖 7-1可見，變壓器一側采用接線，一側采用Y接線，因而兩側電流的相位會出現(xiàn) 30°的角度差，就會產(chǎn)生很大的不平衡電流（見圖7-2）。 （5）由于電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流中含有非周期分量，這些分量很難感應到二次側，從而造成兩側電流的誤差； （6） 分析

4、表明，當變壓器空載投入和外部故障切除后，電壓恢復時，有可能出現(xiàn)很大的變壓器激勵電流，通稱為激勵涌流。由于涌流只流過變壓器的一側，其值又可達到額定電流68倍，常導致差動保護的誤動。 為了要實現(xiàn)變壓器的縱聯(lián)差動保護，就要努力使（7-1）式得到滿足，盡量減少不平衡電流，上述六種因素中有些因素因為其數(shù)值很小，有些因素因為是客觀存在不能人為改變的， 故常常在整定計算時將它們考慮在可靠系數(shù)中。本試驗臺上學生可以自己動手接線，將兩側電流互感器副方的電流接入微機保護，若接線正確，則流入微機保護的差電流近似為零，否則差電流較大，如圖7-2所示。Y側與側的一次電流有 30°的誤差，因此可以將 Y 側電流

5、互感器二次電流接成，側的二次電流接成 Y 進行校正。 變壓器差動保護中，雖然采用了種種辦法來減少不平衡電流的影響，但是不平衡電流仍然比較大，而且其值隨著一次穿越變壓器的短路電流的增大而增大，這種關系可近似用圖 73 的直線 1 來描述。若變壓器差動保護的動作電流按躲開外部故障的最大短路電流來整定， 如圖73的直線2，可見保護的動作電流較大，這時對于短路電流較小的內(nèi)部故障，靈敏度往往不能滿足要求。如果能利用變壓器的穿越電流來產(chǎn)生制動作用，使得穿越電流大時，產(chǎn)生的制動作用大，穿越電流小時，產(chǎn)生的制動作用小，并且使保護的動作電流也隨制動作用的大小而改變，即制動作用大時，動作電流大些，制動電流小時，

6、動作電流也小， 那么在任何外部短路電流的情況下，差動保護的動作電流都能大于相應的不平衡電流，從而既提高靈敏度，又不致誤動作，差動保護的制動特性曲線如圖7-3的曲線 3所示，曲線3上方陰影部分的區(qū)域為差動保護的動作區(qū)。曲線 3中 A點對應為差動保護的最小動作電流 Ipu.0，一般?。?.250.5）IN。Ipu.0小時保護較靈敏。B 點對應的制動電流，一般?。?.8-1.2）IN。當 B 點取值小時，保護不易動作。曲線 3 的斜率 tg，視不平衡電流的大小程度確定，一般取tg=0.250.5 之間。當斜率小時，差動保護動作較靈敏。【變壓器低壓出口三相短路電流為容量的150倍除以變壓器短路阻抗百分

7、數(shù)（精確時為144倍）】【最大的短路電流倍數(shù)是短路阻抗的倒數(shù)。如果是4%的阻抗，那么他的最大的短路電流倍數(shù)是100/4=25倍。如果高壓側的額定電流是100A，那么最大的短路電流是：100*25=2500A?！?本試驗臺微機變壓器差動保護制動特性的 A、B 點，在實驗時可以通過整定進行改變，調(diào)節(jié) A點或B可檢查制動特性曲線對保護的影響。 在空載變壓器或外部故障切除后恢復供電的情況下，可能出現(xiàn)的激磁涌流，因為它只流過變壓器的一側，常常導致差動保護誤動作，給差動保護的實現(xiàn)帶來困難。分析表明，在電源電壓 U=0 時，投入空載變壓器，就有可能出現(xiàn)最大激磁涌流，在電源電壓 U=Umax 時投入空載變壓器

8、，則激磁涌流可能很小。 本試驗臺上學生可以通過合閘空載變壓器觀察激磁涌流的情況。 分析表明，空載投入變壓器時，出現(xiàn)的激磁涌流具有三大特點： （1）涌流中有很大的非周期分量； （2）涌流波形經(jīng)削去負波之后出現(xiàn)間斷； （3）涌流中具有大量的高次諧波分量，其中以二次諧波為主。所以變壓器差動保護中，常常利用二次諧波作為制動量以躲開激磁涌流的影響（實用上也可以用其他方法，例如利用判別間斷角原理等）。 本試驗臺的微機差動保護為躲開激流涌流的影響， 是利用二次諧波作為制動量。（I1-6I2）>0 判為內(nèi)部故障；（I1-6I2）<0 判為激磁涌流，式中：I1 為激磁涌流的基波分量；I2 為激磁涌流

9、的二次諧波分量。 微機變壓器差動保護的典型硬件結構圖與圖5-1一樣。 微機變壓器差動保護采用圖7-3所示的制動特性，這部分的軟件基本框圖如圖 7-4所示。（三）實驗內(nèi)容 變壓器差動保護實驗的一次系統(tǒng)圖如圖7-5所示。實驗變壓器高壓側為 Y 形接法，線電壓為 220V，低壓側為形接法，線電壓為 127V。高、低壓側變比為 3：1；線路正常運行方式下低壓側每相負荷電阻為 61。 1）變壓器內(nèi)部故障實驗 （1）根據(jù)圖7-6完成實驗接線，為了測量變壓器副邊電壓的大小，將交流電壓表并接到PT測量插孔。 （2）將調(diào)壓器電壓調(diào)節(jié)調(diào)至0V。 （3）將系統(tǒng)阻抗切換開關SAV3 置于“正?！蔽恢?，將故障轉(zhuǎn)換開關

10、SAV1 置于“線路”位置。 （4）合上三相電源開關，合上微機裝置電源開關，根據(jù)附錄二中介紹方法將有關整定值的大小設置為理論計算值，將保護功能投入。 （5）合上直流電源開關；合上模擬斷路器1KM、2KM。 （6）調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使變壓器副邊電壓從 0V慢慢上升到 50V，模擬系統(tǒng)無故障運行。 從微機裝置上記錄變壓器兩側 CT二次側測量電流幅值的大小。然后將故障轉(zhuǎn)換開關 SAV1 置于“區(qū)內(nèi)”位置。此時從硬件電路上將變壓器副方CT 一次回路短接了，因此這時變壓器副方 CT二次側測量電流幅值基本為 0A。（7）將短路電阻滑動頭調(diào)至50處。 （8）合上短路模擬開關SA、SB。 （9）合上短路操作開關 3

11、KM，模擬系統(tǒng)發(fā)生兩相短路故障，此時負荷燈全熄，模擬斷路器 1KM、2KM 斷開，將有關實驗數(shù)據(jù)記錄在表7-3中。 （10）斷開短路操作開關 3KM，合上 1KM、2KM 恢復無故障運行。 （11）改變步驟（4）中短路電阻的大小，如取值分別為8或10，或步驟（8）中短路模擬開關的組合，重復步驟（9）和（10），將實驗結果記錄于下表中。 （12）實驗完成后，使調(diào)壓器輸出電壓為0V，斷開所有電源開關。變壓器內(nèi)部故障實驗數(shù)據(jù)記錄表正常運行時微機測量的電流值/A1A1B1C2A2B2C0.710.620.670.430.450.53差電流/A短路電阻5810兩相短路AB0.75 2.36 2.600.

12、76 1.90 2.140.74 1.71 1.09AC2.50 0.67 2.562.00 1.92 0.761.75 1.75 0.71BC2.60 0.67 2.562.11 0.62 2.081.93 0.64 1.83三相短路ABC2.91 2.80 2.892.32 2.23 2.462.13 1.99 2.14（4） 思考題 1差動繼電器中為什么要引入二次諧波制動？ 答：保護裝置在變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復時，利用二次諧波分量進行制動；內(nèi)部故障時，利用基波進行保護；外部故障時，利用比例制動回路躲過不平衡電流。2.請說明差動繼電器的穿越制動曲線的作用。 答：利用變壓器的穿越電流來產(chǎn)生制動作用，使得穿越電流大時，產(chǎn)生的制動作用大，穿越電流小時，產(chǎn)生的制動作用小，并且使保護的動作電流也隨制動作用的大小而改變，即制動作用大時，動作電流大些，制動電流小時，動作電流也小， 那么在任何外部短路電流的情況下，差動