差動(dòng)保護(hù)的工作原理

可編輯版/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、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。例如圖8-5所示的雙繞組變壓器,應(yīng)使變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)1、勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)及克服勵(lì)磁涌流的方法

〔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6～8倍變壓器勵(lì)磁電流通常稱為勵(lì)磁涌流。

〔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90°,在電壓瞬時(shí)值u=0瞬間合閘,鐵芯中的磁通應(yīng)為-Φm。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+Φm,如果考慮剩磁Φr,這樣經(jīng)過(guò)半過(guò)周期后鐵心中的磁通將達(dá)到2Φm+Φr,其幅值為如圖8-6所示。此時(shí)變壓器鐵芯將嚴(yán)重飽和,通過(guò)圖8-7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6～8倍,形成勵(lì)磁涌流?！?勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)：

①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)。

②勵(lì)磁涌流中含有明顯的高次諧波,其中勵(lì)磁涌流以2次諧波為主。

③勵(lì)磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。表8-1勵(lì)磁涌流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舉例條件諧波分量占基波分量的百分?jǐn)?shù)〔%直流分量基波二次諧波三次諧波四次諧波五次諧波勵(lì)磁涌流第一個(gè)周期

第二個(gè)周期

第八個(gè)周期58

58

58100

100

10062

63

6525

28

304

5

72

3

3內(nèi)部短路故障電流電流互感器飽和

電流互感器不飽和38

0100

1004

932

49

72

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)；

②利用二次諧波制動(dòng)原理構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)；

③利用間斷角原理構(gòu)成的變壓器差動(dòng)保護(hù)；

④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、不平衡電流產(chǎn)生的原因

〔1穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流

①變壓器兩側(cè)電流相位不同

電力系統(tǒng)中變壓器常采用Y,d11接線方式,因此,變壓器兩側(cè)電流的相位差為30°,如下圖所示,Y側(cè)電流滯后△側(cè)電流30°,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30°左右,從而產(chǎn)生很大的不平衡電流。②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]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

在表8-2中,變壓器型號(hào)、變比、Y,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)果如表8-2。由表8-2可見(jiàn),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0.21A的不平衡電流。表8-2計(jì)算變壓器額定運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)臂中的不平衡電流電壓側(cè)〔KV38.5〔40.46.3額定電流〔A120〔114.3733電流互感器接線方式ΔY電流互感器計(jì)算變比733/5電流互感器的實(shí)際變比300/5=601000/5=200差動(dòng)臂的電流207.8/60=3.46〔3.3733/200=3.67不平衡電流3.67-3.46〔3.3=0.21〔0.37③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。

④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)钠胶饩€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暫態(tài)情況下的不平衡電流

暫態(tài)過(guò)程中不平衡電流的特點(diǎn)：

①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)。

②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(lái)躲過(guò)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。

8.3.3減小不平衡電流的措施

〔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級(jí)電流互感器；當(dāng)通過(guò)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%誤差的要求。

〔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lA>等。

〔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

①采用適當(dāng)?shù)慕泳€進(jìn)行相位補(bǔ)償法。圖8-10Y,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,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8-10<a>所示,以補(bǔ)償30°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8-10<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8-10<c>所示。這樣,差回路中兩側(cè)的電流的相位相同。

②數(shù)值補(bǔ)償

變壓器星形側(cè)電流互感器變比變壓器三角形側(cè)電流互感器變比③軟件校正

微機(jī)保護(hù)中采用軟件進(jìn)行相位校正

〔5減小電流互感器由于計(jì)算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同而引起的不平衡電流采用數(shù)值補(bǔ)償

①采用自耦變流器。

②利用BCH型差動(dòng)繼電器中的平衡線圈。

③在變壓器微機(jī)保護(hù)的軟件中采用補(bǔ)償系數(shù)使差動(dòng)回路的不平衡電流為最小。〔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。

在穩(wěn)態(tài)情況下,變壓器的差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流可由下式?jīng)Q定〔8減小暫態(tài)過(guò)程中非周期分量電流的影響

①差動(dòng)保護(hù)采用具有速飽和特性的中間變流器,

②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(lái)解決暫態(tài)過(guò)程中非周期分量電流的影響問(wèn)題。8.3.4和差式比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)原理1.雙繞組變壓器比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)原理。

〔1和差式比率制動(dòng)的動(dòng)作判據(jù)

①差動(dòng)電流：②制動(dòng)電流：③差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的第一判據(jù)：④制動(dòng)比率系數(shù)：⑤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)：⑥差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的第二判據(jù)2.比率制動(dòng)特性的整定

〔1最小啟動(dòng)電流Iact0〔2拐點(diǎn)制動(dòng)電流Ibrk0可選取〔3最大制動(dòng)系數(shù)Kbrk.max和制動(dòng)特性斜率S①最大制動(dòng)系數(shù)②比率制動(dòng)特性曲線如下圖③比率制動(dòng)系數(shù)的整定值D取0.3～0.5

④比率制動(dòng)特性的斜率S,由上圖可知

當(dāng)Ibrk0《Ibrk.max和Iact0《Ibrk.max,則上式可得

即比率制動(dòng)特性的折線BC過(guò)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Ksen>2.03.三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。差動(dòng)電流和制動(dòng)電流分別為

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)電流,即

最大不平衡電流的計(jì)算公式如下：

在微機(jī)保護(hù)中,考慮采用數(shù)值補(bǔ)償系數(shù)后誤差非常小Δm≈0,則上式為4.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％以上。利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)。

在差動(dòng)保護(hù)中差電流的二次諧波幅值用表示,差電流中二次諧波所占的比率可表示為如下式：

如選二次諧波制動(dòng)系數(shù)為定值D3,那么只要大于定值D3,就可以認(rèn)為是勵(lì)磁涌流出現(xiàn),保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。在值小于D3,同時(shí)滿足比率差動(dòng)其他判據(jù)時(shí)才允許保護(hù)動(dòng)作。

∴比率差動(dòng)保護(hù)的第三判據(jù)應(yīng)滿足下式

二次諧波制動(dòng)系數(shù)D3,有0.15、0.2、0.25三種系數(shù)可選。

5.差動(dòng)速斷保護(hù)

〔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,TA嚴(yán)重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴(yán)重惡化,TA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(wú)法反映區(qū)內(nèi)短路故障,只有當(dāng)暫態(tài)過(guò)程經(jīng)一定時(shí)間TA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(guò)電流瞬時(shí)速動(dòng)保護(hù)。

〔2差動(dòng)速斷的整定值按躲過(guò)最大不平衡電流和勵(lì)磁涌流來(lái)整定

6.變壓器比率差動(dòng)保護(hù)程序邏輯框圖

〔1變壓器差動(dòng)保護(hù)程序邏輯框圖〔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=Iact0、D2=KrelId/Ibrk為比率制動(dòng)系數(shù)整定值,D3為二次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值?？梢?jiàn)比率差動(dòng)保