變壓器差動保護的基本原理(DOC)

1、變壓器差動保護的基本原理 1 1、變壓器差動保護的工作原理 與線路縱差保護的原理相同，都是比較被保護設備各側電流的相位和數(shù)值的大小。 2 2、變壓器差動保護與線路差動保護的區(qū)別： 由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不相等再加上變壓器各側電流的相位往往不相同。因此，為了保證縱差動保護的正確工作，須適當選擇各側電流互感器的變比，及各側電流相位的補償使得正常運行和區(qū)外短路故障時，兩側二次電流相等。 變壓器縱差動保貨的原理接線圖變壓器縱差動保護的特點 1 1、勵磁涌流的特點及克服勵磁涌流的方法 1 1）勵磁涌流 在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復供電等情況下在空載投入變壓器或外部 故障切除后恢復供電

2、等情況下，變壓器勵磁電流的數(shù)值可達變壓器額定 6 68 8 倍變壓器勵磁 電流通常稱為勵磁涌流。 2 2）產(chǎn)生勵磁涌流的原因 因為在穩(wěn)態(tài)的情況下鐵心中的磁通應滯后于外加電壓 9090,在電壓瞬時值 u=0u=0 瞬 間合閘，鐵芯中的磁通應為-m m）但由于鐵心中的磁通不能突變，因此將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通+m m，如果考慮剩磁r,r,這樣經(jīng)過半過周期后鐵心中的磁通將達到 22m+Drm+Dr, , 其幅值為如圖 8 8- -6 6 所示。此時變壓器鐵芯將嚴重飽和，通過圖 8 8- -7 7 可知此時變壓器的勵磁 電流的數(shù)值將變得很大，達到額定電流的 6 68 8 倍，形成勵磁涌流。 1L44

3、* 變壓器空載投入時的電壓和磁通波形圖 （巾J 04口001M與24 (a)(b) 單相變壓器勵磁電流的圖解法 相)變在器鐵心的磁化曲線 8)勵磁涌流 勵磁涌流的波形 3)3)勵磁涌流的特點： 勵磁電流數(shù)值很大， 并含有明顯的非周期分量， 使勵磁電流波形明顯偏于時間軸的一側。 勵磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。 4)4)克服勵磁涌流對變壓器縱差保護影響的措施： 采用帶有速飽和變流器的差動繼電器構成差動保護； 利用二次諧波制動原理構成的差動保護； 利用間斷角原理構成的變壓器差動保護； 采用模糊識別閉鎖原理構成的變壓器差動保護。 2 2、不平衡電流產(chǎn)生的原因 (1)(1)穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流 變壓器兩側

4、電流相位不同 電力系統(tǒng)中變壓器常采用 Y,d11Y,d11 接線方式，因此，變壓器兩側電流的相位差為 3030。，如下圖所示，Y Y 側電流滯后側電流 3030。，若兩側的電流互感器采用相同的接線方式，則兩側對應相的二次電流也相差 3030左右，從而產(chǎn)生很大的不平衡電流。 勵磁涌流中含有明顯的高次諧波，其中勵磁涌流以 2 2 次諧波為主。 條件 諧波分量占基被分量的百分數(shù) 宣流分量 基波 二次諧波 三次諧技 四次諧波 第一個周期 58 100 62 25 4 勵磁箱流 第二個周明 5B 100 63 28 5 第幾個周期 58 100 65 30 7 內部短路故 電流互感器飽和 38 100

5、4 32 g 障電流 電流互感者不飽和 100 4 4 7 五次帶披 ARCN QCp0 OOO lb） 變壓器Y,d”聯(lián)結相量圖但）繞組接線圖（b）和信圖 電流互感器計算變比與實際變比不同 由于變比的標準化使得其實際變比與計算變比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流。 【實例分析 1 1】由電流互感實際變比與計算變比不等產(chǎn)生的不平衡電流分析 變壓器型號、變比、Y,d11Y,d11 接線。計算由于電流互感器的實際變比與計算不等引起的不平衡電流。計算結果由表可見，由于電流互感器的實際變比與計算變比不等，正常情況將產(chǎn)生 0.21A0.21A 的不平衡電流。 電壓惻（KV） 3S5（404） 額定電流（A）

6、120（H43） 電流互感器接線方式 A 電流互感零計算變比 73x120/5=2079/5 電瓶互感器的笑際變比 300/5=60 差動臂的電流 2。7 購書 46（33） 7 不平衡電流 3.67-346（3.3）=021（037） 變壓器各側電流互感器型號不同 由于變壓器各側電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側的電流互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算至同一側）也就不同，從而在差動回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。 變壓器帶負荷調節(jié)分接頭 變壓器帶負荷調整分接頭， 是電力系統(tǒng)中電壓調整的一種方法， 改變分接頭就是改變變壓器的變比。整定計算中，差動保護只能按照某一變比整定，選擇恰當?shù)?/p>

7、平衡線圈減小或消除不平衡電流的影響。當差動保護投入運行后，在調壓抽頭改變時，一般不可能對差動保護的電流回路重新操作，因此又會出現(xiàn)新的不平衡電流。不平衡電流的大小與調壓范圍有關。 2 2）暫態(tài)情況下的不平衡電流 暫態(tài)過程中不平衡電流的特點： 暫態(tài)不平衡電流含有大量的非周期分量，偏離時間軸的一側。 暫態(tài)不平衡電流最大值出現(xiàn)的時間滯后一次側最大電流的時間 （根據(jù)此特點靠保護的延時來躲過其暫態(tài)不平衡電流必然影響保護的快速性，甚至使變壓器差動保護不能接 受）。 減小不平衡電流的措施 1 1）減小穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流 變壓器差動保護各側用的電流互感器，選用變壓器差動保護專用的 D D 級電流互感 器；當

8、通過外部最大穩(wěn)態(tài)短路電流時，差動保護回路的二次負荷要能滿足 10%110%1 差的要求。 2 2）減小電流互感器的二次負荷 這實際上相當于減小二次側的端電壓，相應地減少電流互感器的勵磁電流。減小二次負荷的常用辦法有：減小控制電纜的電阻（適當增大導線截面，盡量縮短控制電纜長 度）；采用弱電控制用的電流互感器（二次額定電流為 1A1A）等。 3 3）采用帶小氣隙的電流互感器 這種電流互感器鐵芯的剩磁較小，在一次側電流較大的情況下，電流互感器不容易飽和。因而勵磁電流較小，有利于減小不平衡電流。同時也改善了電流互感器的暫態(tài)特性。 4 4）減小變壓器兩側電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流采用相位補償。 Y,

9、d11聯(lián)妗變壓患差動保護接線圖和相域圖 同原理接線圖 采用適當?shù)慕泳€進行相位補償法。 Y,d11Y,d11 接線變壓器差動保護接線圖和相量圖 如變壓器為 Y,d11Y,d11 接線其相位補償?shù)姆椒ㄊ菍⒆儔浩餍切蝹鹊碾娏骰ジ衅鹘映扇切?，將變壓器三角形側的電流互感器接成星形，如圖（a a）所示，以補償 3030。的相位差。圖中為星形 側的一次電流， 為三角形側的一次電流，其相位關系如圖（b b）所示。采用相位補償接線后，變壓器星形側電 流互感器二次回路側差動臂中的電流分別為，它們剛好與三角形側電流互感器二次回路中的電流同相位，如圖（c c）所示。這樣，差回路中兩側的電流的相位相同。 數(shù)值補償 變

10、壓器星形側電流互感器變比 變壓器三角形側電流互感器變比軟件校正（b） 電流年感器 （c）差動回郎電流相量 微機保護中采用軟件進行相位校正 不平衡電流的補侍 TA 5）用白楞變流器 伯）用差動繼電器中平衡線圈 6 6）由變壓器兩側電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流在差動保護的整定計算中加以考慮。 7 7）由變壓器帶負荷調整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流在變壓器差動保護的整定計算中考慮。 8 8）減小暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響 差動保護采用具有速飽和特性的中間變流器。 選用帶制動特性的差動繼電器或間斷角原理的差動繼電器等，利用其它方法來解決暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響問題。 和差式比率制動式差動

11、保護原理1.1.雙繞組變壓器比率制動的差動保護原理。 1 1）和差式比率制動的動作判據(jù) 差動電流：變壓器差動保護原理接線圖 CR變壓器區(qū)外短路 (b)變壓器區(qū)內短路 制動電流： 差動保護動作的第一判據(jù)： 制動比率系數(shù)： 外部故障時，保護可靠地不動作。應滿足如下判據(jù): 差動保護動作的第二判據(jù) 2 2.比率制動特性的整定1 1）最小啟動電流Iact0 0 最大制動系數(shù) 比率制動特性曲線 比率制動特性的線 比率制動系數(shù)的整定值 D D 取 0.30.30.50.5 比率制動特性的斜率 S,S,由上圖可知 當Ibrk0 0Ibrk.maxmax 和Iact0 0Ibrk.max,max,則上式可得即比

12、率制動特性的折線 BCBC 過坐標原 點，在任何制動電流下有相同的制動系數(shù)。 4 4）內部故障靈敏度校驗 在系統(tǒng)最小運行方式下，計算變壓器出口金屬性短路的最小短路電流（周期分量） 同時計算相應的制動電流，由相應的比率制動特性查出對應與的起動電流則靈敏系數(shù)要求Ksen2.02.0 三繞組變壓器比率制動的差動保護原理。 對于三繞組變壓器，其差動保護的原理與雙繞組變壓器的差動保護原理相同，但差動電流和制動電流及最大不平衡電流應做相應的更改。 2)2) 拐點制動電流 Ibrk0 0 可選取 3)3) 最大制動系數(shù) Kbrk.maxmax 和制動特性斜率S 在有的變壓器差動保護直接取三側中最大電流為制動

13、電流。 勵磁涌流閉鎖原理 采用二次諧波制動原理在變壓器勵磁涌流中含有大量的二次諧波分量，一般約占基波分量的 40%40%以上。禾 I I用差電流中二次諧波所占的比率作為制動系數(shù)，可以鑒別變壓器空載合閘時的勵磁涌流，從而防止變壓器空載合閘時保護的誤動。 差動速斷保護 1 1）采用差動速斷保護的原因 一般情況下比率制動原理的差動保護能作為電力變壓器主保護，但是在嚴重內部故障時， 短路電流很大的情況下，TATA 嚴重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴重惡化，TATA 的二次側基波電流為零, 高次諧波分量增大，反應二次諧波的判據(jù)誤將比率制動原理的差動保護閉瑣，無法反映區(qū)內短路故障，只有當暫態(tài)過程經(jīng)一定時間 TATA

14、 退出暫態(tài)飽和比率制動原理的差動保護才動作， 從而影響了比率差動保護的快速動作，所以變壓器比率制動原理的差動保護還應配有差動速斷保護，作為輔助保護以加快保護在內部嚴重故障時的動作速度。差動速斷保護是差動電流過電流瞬時速動保護。 2 2）差動速斷的整定值按躲過最大不平衡電流和勵磁涌流來整定。 變壓器比率差動保護程序邏輯框圖 1 1）變壓器差動保護程序邏輯框圖 1跳閘信 變壓器差動保護邏楫框圖 2 2）變壓器差動保護程序邏輯原理 在程序邏輯框圖中 D1=Iact0D1=Iact0、D2=KrelId/IbrkD2=KrelId/Ibrk 為比率制動系數(shù)整定值，D3D3 為二次 諧波制動系數(shù)整定值?？梢姳嚷什顒颖Ｗo動作的三個判據(jù)是“與”的關系（與門丫 2 2）, ,必須同時滿足才能動作于跳閘。而差動速斷保護是作為比率差動保護的輔助保護。其定值為 D4=Iact.sD4=Iact.s,在比率差動保護不能