繼電保護(hù)新原理與新技術(shù)新型變壓器保護(hù)

1、繼電保護(hù)新原理與新技術(shù)新型變壓器保護(hù)第1頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器保護(hù)部份變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要問(wèn)題勵(lì)磁涌流識(shí)別原理工頻變化量的比率差動(dòng)保護(hù)Y-11接線變壓器電流相位補(bǔ)償?shù)男路椒ǖ?頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要問(wèn)題變壓器的勵(lì)磁涌流將可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。所以除差動(dòng)電流速斷保護(hù)外，其它的差動(dòng)保護(hù)都要經(jīng)勵(lì)磁涌流判據(jù)閉鎖。而傳統(tǒng)的勵(lì)磁涌流閉鎖三相差動(dòng)保護(hù)的方法又將導(dǎo)致空投在故障變壓器上時(shí)差動(dòng)保護(hù)不能快速跳閘。第3頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要

2、問(wèn)題變壓器有70%左右的故障是匝間短路，為了提高小匝間短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度比率制動(dòng)特性中的起動(dòng)電流往往整定得較小，例如整定成(0.30.5)倍的額定電流。而且初始部份沒(méi)有制動(dòng)特性。但運(yùn)行實(shí)踐證明這樣的差動(dòng)保護(hù)往往在區(qū)外短路或短路切除的恢復(fù)過(guò)程中有可能造成差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。第4頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要問(wèn)題 由于起動(dòng)電流 整定成(0.30.5)倍的額定電流。動(dòng)作特性的初始部份無(wú)制動(dòng)特性 運(yùn)行實(shí)踐證明這樣的差動(dòng)保護(hù)往往在區(qū)外短路或短路切除的恢復(fù)過(guò)程中由于各側(cè)電流互感器暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)特性不一致或者二次回路時(shí)間常數(shù)的差異或者電流互感器飽和造成保護(hù)

3、的誤動(dòng)。 第5頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二勵(lì)磁涌流識(shí)別原理諧波制動(dòng)原理。利用差電流中的二次和三次諧波分量與基波分量的比值作為閉鎖差動(dòng)保護(hù)的判據(jù)。 當(dāng) 時(shí)分相閉鎖差動(dòng)保護(hù)。式中 、 分別取為0.15和0.2。三次諧波含量高閉鎖差動(dòng)保護(hù)主要是為了在供給鋼廠等非線性負(fù)荷較大的用戶的變壓器中防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。 第6頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二勵(lì)磁涌流識(shí)別原理波形判別原理 與門分相開(kāi)放差動(dòng)保護(hù)。 式中 差電流的全周積分值。 兩個(gè)相距半周的差電流瞬時(shí)值 之和的全周積分值。 大于1的常數(shù)。 門檻值。 第7頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)

4、54分，星期二變壓器的工頻變化量的比率差動(dòng)保護(hù)除常規(guī)的穩(wěn)態(tài)量的比率差動(dòng)保護(hù)外增加了 工頻變化量的比率差動(dòng)保護(hù)。其動(dòng)作方程為第8頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器的工頻變化量的比率差動(dòng)保護(hù) I：為各支路工頻變化量電流的向量和|I|：為各支路工頻變化量電流的標(biāo)量和 :為固定門檻 :為浮動(dòng)門檻。浮動(dòng)門檻的設(shè)置可防止在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)或頻率有偏移時(shí)保護(hù)誤動(dòng) 理論上，工頻變化量比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)可取較高的數(shù)值，這樣有利于防止區(qū)外故障TA飽和等因素所造成的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。 第9頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器工頻變化量比率差動(dòng)繼電器的動(dòng)作特性第10頁(yè)

5、，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二工頻變化量比率差動(dòng)繼電器的優(yōu)點(diǎn)負(fù)荷電流對(duì)它沒(méi)有影響。對(duì)穩(wěn)態(tài)量的比率差動(dòng)繼電器，負(fù)荷電流是一個(gè)制動(dòng)量。會(huì)影響內(nèi)部短路的靈敏度。受過(guò)渡電阻影響小。由于上述原因工頻變化量比率差動(dòng)繼電器比較靈敏。提高了小匝數(shù)的匝間短路時(shí)的靈敏度。由于制動(dòng)系數(shù)取得較高，在發(fā)生區(qū)外各種故障、功率倒方向、區(qū)外故障中出現(xiàn)TA飽和與TA暫態(tài)特性不一致等狀態(tài)下也不會(huì)誤動(dòng)作。使得保護(hù)的安全性與靈敏度同時(shí)得到了兼顧。 第11頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器發(fā)生輕微匝間短路（C相1.5%匝間短路）工頻變化量差動(dòng)常規(guī)差動(dòng)第12頁(yè)，共32頁(yè)，2022年

6、，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)繼電器 穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)元件由低值比率差動(dòng)（靈敏）和高值 比率差動(dòng)（不靈敏）兩個(gè)元件構(gòu)成。為了減少在區(qū) 外短路和區(qū)外短路切除時(shí)由于變壓器各側(cè)TA暫態(tài) 和穩(wěn)態(tài)特性不一致、TA飽和程度不一致而產(chǎn)生的 誤動(dòng)，因此穩(wěn)態(tài)低值比率差動(dòng)裝置采用初始帶制動(dòng) 的比率制動(dòng)特性。 穩(wěn)態(tài)低值比率差動(dòng)元件的動(dòng)作方程如下： 第13頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二穩(wěn)態(tài)低值比率差動(dòng)繼電器動(dòng)作方程：第14頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二穩(wěn)態(tài)低值比率差動(dòng)繼電器穩(wěn)態(tài)低值比率差動(dòng)保護(hù)要經(jīng)過(guò)TA飽和判據(jù)閉鎖以防止在TA飽和時(shí)誤動(dòng)。第15頁(yè)，共

7、32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器差動(dòng)保護(hù)TA飽和判據(jù)由于TA的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)飽和與變壓器的勵(lì)磁涌流有相類似 之處，當(dāng)短路電流中的暫態(tài)分量中有偏于時(shí)間軸一側(cè)的直 流分量，使得磁通對(duì)勵(lì)磁電流變化的磁滯回線不與坐標(biāo)原 點(diǎn)對(duì)稱，因此勵(lì)磁電流的正負(fù)半周波形不對(duì)稱即有一定分 量的偶次諧波分量。而在穩(wěn)態(tài)短路電流中無(wú)直流分量，故 磁通對(duì)勵(lì)磁電流變化的磁滯回線與坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)稱，因此勵(lì) 磁電流的正負(fù)半周波形對(duì)稱此時(shí)偶次諧波分量較小但有一 定的奇次諧波分量。因此，可以利用二次電流中的諧波含 量來(lái)識(shí)別TA的暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)飽和。第16頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器差動(dòng)保

8、護(hù)TA飽和判據(jù)另外裝置將浮動(dòng)門檻技術(shù)運(yùn)用到穩(wěn)態(tài)比率 差動(dòng)的制動(dòng)電流中。采取上述兩個(gè)措施來(lái) 保證在變壓器發(fā)生區(qū)外故障中出現(xiàn)TA飽和 、 區(qū)外故障切除再恢復(fù)過(guò)程中差動(dòng)各側(cè)TA 的暫態(tài)特性出現(xiàn)差異、變壓器出現(xiàn)擾動(dòng)性 負(fù)荷（如鋼廠負(fù)荷）時(shí)差動(dòng)各側(cè)TA的暫態(tài) 與穩(wěn)態(tài)特性出現(xiàn)差異等情況下，穩(wěn)態(tài)低值 比率差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作。 第17頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二穩(wěn)態(tài)高值比率差動(dòng)繼電器和差動(dòng)電流速斷為了保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除，以及 區(qū)內(nèi)短路TA飽和時(shí)差動(dòng)保護(hù)也能切除 故障。只有低值比率差動(dòng)元件（靈敏 ）帶有TA飽和判據(jù)，高值比率差動(dòng)元 件（不靈敏）不設(shè)TA飽和判據(jù)。用較 高的制動(dòng)系

9、數(shù)及浮動(dòng)門檻抗TA飽和。 另外針對(duì)變壓器區(qū)內(nèi)的嚴(yán)重故障，裝 置還設(shè)有動(dòng)作快速的差動(dòng)速斷元件。 第18頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二穩(wěn)態(tài)高值比率差動(dòng)繼電器動(dòng)作方程動(dòng)作特性第19頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器區(qū)外故障并伴隨TA飽和采用了TA飽和判據(jù)沒(méi)有采用TA飽和判據(jù)第20頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二變壓器區(qū)內(nèi)故障并伴隨TA飽和RCS-978第21頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二零序比率差動(dòng)和分側(cè)比率差動(dòng)繼電器為了提高接地故障的靈敏度，針對(duì)自耦變壓器， 裝置設(shè)有零序差動(dòng)或分側(cè)差動(dòng)。

10、現(xiàn)有零差保護(hù)存在的問(wèn)題：零序TA極性不易校驗(yàn) 問(wèn)題；在變壓器區(qū)外三相短路或勵(lì)磁涌流狀態(tài)下 ，由于三相TA特性不一致和TA飽和程度不一致等 因素的影響，零差保護(hù)可能誤動(dòng)作的問(wèn)題。第22頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二零序比率差動(dòng)繼電器各側(cè)零序電流均由裝置自產(chǎn)得到，各側(cè)TA二次零序電 流由軟件調(diào)整平衡，這樣可避免采用零序TA極性不易 校驗(yàn)等問(wèn)題。裝置在理論分析與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正序電流制動(dòng) 與TA飽和判據(jù)相結(jié)合的方法，保證零差保護(hù)在變壓器 區(qū)外三相短路、或勵(lì)磁涌流情況下不誤動(dòng)。正序電流制動(dòng)判據(jù)： ，滿足本判據(jù)開(kāi)放保護(hù)。第23頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)5

11、4分，星期二零序比率差動(dòng)繼電器動(dòng)作方程：動(dòng)作特性：第24頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二自耦變壓器正常運(yùn)行發(fā)生A相1匝對(duì)地短路（零差保護(hù)動(dòng)作）實(shí)例第25頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二自耦變壓器區(qū)外出口三相短路并伴隨TA飽和 （零差保護(hù)不誤動(dòng)）實(shí)例第26頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二電流相位補(bǔ)償?shù)男路椒壳皣?guó)內(nèi)外對(duì)Y/-11接線變壓器相位補(bǔ)償方法都是采用Y 的補(bǔ)償方法。其原理是Y/-11接線變壓器由于側(cè)接線作了一個(gè)順相序的兩相電流相減導(dǎo)致兩側(cè)電流產(chǎn)生相位差。因此設(shè)法把Y側(cè)電流也作一個(gè)順相序的兩相電流之差，就可實(shí)現(xiàn)相

12、位補(bǔ)償。在模擬型保護(hù)中是將Y側(cè)TA接成接線實(shí)現(xiàn)電流相減的。而在微機(jī)保護(hù)中是在軟件中實(shí)現(xiàn)電流相減。第27頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二電流相位補(bǔ)償新方法上述這種補(bǔ)償方法實(shí)際上在Y和兩側(cè)都做了個(gè)兩相電流差的計(jì)算。這樣在空投變壓器時(shí)如果兩相都有涌流，兩相電流相減后可能成為涌流特征（例如二次諧波或間斷角）不很明顯但幅值很大的電流。為了避免差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，采用了任一相差電流出現(xiàn)涌流特征時(shí)閉鎖三相的方法。但這樣將造成空投在故障變壓器上時(shí)差動(dòng)保護(hù)不能快速跳閘的缺陷。為解決上述問(wèn)題采用由Y電流相位補(bǔ)償?shù)男路椒ā＿@種方法是國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。第28頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二電流相位補(bǔ)償新方法由Y相位補(bǔ)償新方法：在軟件中將側(cè)電流做一個(gè)反相序的兩相電流之差。為求得零序電流的平衡，將Y側(cè)電流減去零序電流。 側(cè) Y側(cè)第29頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)54分，星期二電流相位補(bǔ)償新方法采用Y相位補(bǔ)償?shù)男路椒ê螅捎赮側(cè)沒(méi)有進(jìn)行兩相電流差的計(jì)算，變壓器空載合閘時(shí)各相有涌流時(shí)其特征都很明顯。有涌流時(shí)閉鎖保護(hù)更加可靠。另外當(dāng)判別出涌流特征后可實(shí)行分相閉鎖。當(dāng)空投