變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理(DOC)

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

2、等情況下，變壓器勵(lì)磁電流的數(shù)值可達(dá)變壓器額定 6 68 8 倍變壓器勵(lì)磁 電流通常稱為勵(lì)磁涌流。 2 2）產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因 因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)的情況下鐵心中的磁通應(yīng)滯后于外加電壓 9090,在電壓瞬時(shí)值 u=0u=0 瞬 間合閘，鐵芯中的磁通應(yīng)為-m m）但由于鐵心中的磁通不能突變，因此將出現(xiàn)一個(gè)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(dá)到 22m+Drm+Dr, , 其幅值為如圖 8 8- -6 6 所示。此時(shí)變壓器鐵芯將嚴(yán)重飽和，通過圖 8 8- -7 7 可知此時(shí)變壓器的勵(lì)磁 電流的數(shù)值將變得很大，達(dá)到額定電流的 6 68 8 倍，形成勵(lì)磁涌流。 1L44

3、* 變壓器空載投入時(shí)的電壓和磁通波形圖 （巾J 04口001M與24 (a)(b) 單相變壓器勵(lì)磁電流的圖解法 相)變?cè)谄麒F心的磁化曲線 8)勵(lì)磁涌流 勵(lì)磁涌流的波形 3)3)勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)： 勵(lì)磁電流數(shù)值很大， 并含有明顯的非周期分量， 使勵(lì)磁電流波形明顯偏于時(shí)間軸的一側(cè)。 勵(lì)磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。 4)4)克服勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器縱差保護(hù)影響的措施： 采用帶有速飽和變流器的差動(dòng)繼電器構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)； 利用二次諧波制動(dòng)原理構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)； 利用間斷角原理構(gòu)成的變壓器差動(dòng)保護(hù)； 采用模糊識(shí)別閉鎖原理構(gòu)成的變壓器差動(dòng)保護(hù)。 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(cè)

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(cè)電流的相位差為 3030。，如下圖所示，Y Y 側(cè)電流滯后側(cè)電流 3030。，若兩側(cè)的電流互感器采用相同的接線方式，則兩側(cè)對(duì)應(yīng)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(lì)磁涌流中含有明顯的高次諧波，其中勵(lì)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?jǐn)?shù) 宣流分量 基波 二次諧波 三次諧技 四次諧波 第一個(gè)周期 58 100 62 25 4 勵(lì)磁箱流 第二個(gè)周明 5B 100 63 28 5 第幾個(gè)周期 58 100 65 30 7 內(nèi)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(jié)相量圖但）繞組接線圖（b）和信圖 電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同 由于變比的標(biāo)準(zhǔn)化使得其實(shí)際變比與計(jì)算變比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流。 【實(shí)例分析 1 1】由電流互感實(shí)際變比與計(jì)算變比不等產(chǎn)生的不平衡電流分析 變壓器型號(hào)、變比、Y,d11Y,d11 接線。計(jì)算由于電流互感器的實(shí)際變比與計(jì)算不等引起的不平衡電流。計(jì)算結(jié)果由表可見，由于電流互感器的實(shí)際變比與計(jì)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(jì)算變比 73x120/5=2079/5 電瓶互感器的笑際變比 300/5=60 差動(dòng)臂的電流 2。7 購(gòu)書 46（33） 7 不平衡電流 3.67-346（3.3）=021（037） 變壓器各側(cè)電流互感器型號(hào)不同 由于變壓器各側(cè)電壓等級(jí)和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號(hào)不同，它們的飽和特性、勵(lì)磁電流（歸算至同一側(cè)）也就不同，從而在差動(dòng)回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。 變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭 變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭， 是電力系統(tǒng)中電壓調(diào)整的一種方法， 改變分接頭就是改變變壓器的變比。整定計(jì)算中，差動(dòng)保護(hù)只能按照某一變比整定，選擇恰當(dāng)?shù)?/p>

7、平衡線圈減小或消除不平衡電流的影響。當(dāng)差動(dòng)保護(hù)投入運(yùn)行后，在調(diào)壓抽頭改變時(shí)，一般不可能對(duì)差動(dòng)保護(hù)的電流回路重新操作，因此又會(huì)出現(xiàn)新的不平衡電流。不平衡電流的大小與調(diào)壓范圍有關(guān)。 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(diǎn)： 暫態(tài)不平衡電流含有大量的非周期分量，偏離時(shí)間軸的一側(cè)。 暫態(tài)不平衡電流最大值出現(xiàn)的時(shí)間滯后一次側(cè)最大電流的時(shí)間 （根據(jù)此特點(diǎn)靠保護(hù)的延時(shí)來躲過其暫態(tài)不平衡電流必然影響保護(hù)的快速性，甚至使變壓器差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)各側(cè)用的電流互感器，選用變壓器差動(dòng)保護(hù)專用的 D D 級(jí)電流互感 器；當(dāng)

8、通過外部最大穩(wěn)態(tài)短路電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)回路的二次負(fù)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(fù)荷 這實(shí)際上相當(dāng)于減小二次側(cè)的端電壓，相應(yīng)地減少電流互感器的勵(lì)磁電流。減小二次負(fù)荷的常用辦法有：減小控制電纜的電阻（適當(dāng)增大導(dǎo)線截面，盡量縮短控制電纜長(zhǎng) 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(cè)電流較大的情況下，電流互感器不容易飽和。因而勵(lì)磁電流較小，有利于減小不平衡電流。同時(shí)也改善了電流互感器的暫態(tài)特性。 4 4）減小變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流采用相位補(bǔ)償。 Y,

9、d11聯(lián)妗變壓患差動(dòng)保護(hù)接線圖和相域圖 同原理接線圖 采用適當(dāng)?shù)慕泳€進(jìn)行相位補(bǔ)償法。 Y,d11Y,d11 接線變壓器差動(dòng)保護(hù)接線圖和相量圖 如變壓器為 Y,d11Y,d11 接線其相位補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ菍⒆儔浩餍切蝹?cè)的電流互感器接成三角形，將變壓器三角形側(cè)的電流互感器接成星形，如圖（a a）所示，以補(bǔ)償 3030。的相位差。圖中為星形 側(cè)的一次電流， 為三角形側(cè)的一次電流，其相位關(guān)系如圖（b b）所示。采用相位補(bǔ)償接線后，變壓器星形側(cè)電 流互感器二次回路側(cè)差動(dòng)臂中的電流分別為，它們剛好與三角形側(cè)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(cè)的電流的相位相同。 數(shù)值補(bǔ)償 變

10、壓器星形側(cè)電流互感器變比 變壓器三角形側(cè)電流互感器變比軟件校正（b） 電流年感器 （c）差動(dòng)回郎電流相量 微機(jī)保護(hù)中采用軟件進(jìn)行相位校正 不平衡電流的補(bǔ)侍 TA 5）用白楞變流器 伯）用差動(dòng)繼電器中平衡線圈 6 6）由變壓器兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同而產(chǎn)生的不平衡電流在差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算中加以考慮。 7 7）由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流在變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)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(dòng)保護(hù)采用具有速飽和特性的中間變流器。 選用帶制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器或間斷角原理的差動(dòng)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(dòng)式差動(dòng)

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

12、率制動(dòng)特性的折線 BCBC 過坐標(biāo)原 點(diǎn)，在任何制動(dòng)電流下有相同的制動(dòng)系數(shù)。 4 4）內(nèi)部故障靈敏度校驗(yàn) 在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，計(jì)算變壓器出口金屬性短路的最小短路電流（周期分量） 同時(shí)計(jì)算相應(yīng)的制動(dòng)電流，由相應(yīng)的比率制動(dòng)特性查出對(duì)應(yīng)與的起動(dòng)電流則靈敏系數(shù)要求Ksen2.02.0 三繞組變壓器比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)原理。 對(duì)于三繞組變壓器，其差動(dòng)保護(hù)的原理與雙繞組變壓器的差動(dòng)保護(hù)原理相同，但差動(dòng)電流和制動(dòng)電流及最大不平衡電流應(yīng)做相應(yīng)的更改。 2)2) 拐點(diǎn)制動(dòng)電流 Ibrk0 0 可選取 3)3) 最大制動(dòng)系數(shù) Kbrk.maxmax 和制動(dòng)特性斜率S 在有的變壓器差動(dòng)保護(hù)直接取三側(cè)中最大電流為制動(dòng)

13、電流。 勵(lì)磁涌流閉鎖原理 采用二次諧波制動(dòng)原理在變壓器勵(lì)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(dòng)系數(shù)，可以鑒別變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流，從而防止變壓器空載合閘時(shí)保護(hù)的誤動(dòng)。 差動(dòng)速斷保護(hù) 1 1）采用差動(dòng)速斷保護(hù)的原因 一般情況下比率制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)能作為電力變壓器主保護(hù)，但是在嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)， 短路電流很大的情況下，TATA 嚴(yán)重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴(yán)重惡化，TATA 的二次側(cè)基波電流為零, 高次諧波分量增大，反應(yīng)二次諧波的判據(jù)誤將比率制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)閉瑣，無法反映區(qū)內(nèi)短路故障，只有當(dāng)暫態(tài)過程經(jīng)一定時(shí)間 TATA

14、 退出暫態(tài)飽和比率制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)才動(dòng)作， 從而影響了比率差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作，所以變壓器比率制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)還應(yīng)配有差動(dòng)速斷保護(hù)，作為輔助保護(hù)以加快保護(hù)在內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)的動(dòng)作速度。差動(dòng)速斷保護(hù)是差動(dòng)電流過電流瞬時(shí)速動(dòng)保護(hù)。 2 2）差動(dòng)速斷的整定值按躲過最大不平衡電流和勵(lì)磁涌流來整定。 變壓器比率差動(dòng)保護(hù)程序邏輯框圖 1 1）變壓器差動(dòng)保護(hù)程序邏輯框圖 1跳閘信 變壓器差動(dòng)保護(hù)邏楫框圖 2 2）變壓器差動(dòng)保護(hù)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(dòng)系數(shù)整定值，D3D3 為二次 諧波制動(dòng)系數(shù)整定值?？梢姳嚷什顒?dòng)保護(hù)動(dòng)作的三個(gè)判據(jù)是“與”的關(guān)系（與門丫 2 2）, ,必須同時(shí)滿足才能動(dòng)作于跳閘。而差動(dòng)速斷保護(hù)是作為比率差動(dòng)保護(hù)的輔助保護(hù)。其定值為 D4=Iact.sD4=Iact.s,在比率差動(dòng)保護(hù)不能