差動保護的工作原理

可編輯版/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(shè)備各側(cè)電流的相位和數(shù)值的大小。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(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,為了保證縱差動保護的正確工作,須適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器的變比,及各側(cè)電流相位的補償使得正常運行和區(qū)外短路故障時,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)使變壓器縱差動保護的特點1、勵磁涌流的特點及克服勵磁涌流的方法

〔1勵磁涌流：

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,變壓器勵磁電流的數(shù)值可達(dá)變壓器額定6～8倍變壓器勵磁電流通常稱為勵磁涌流。

〔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(yīng)滯后于外加電壓90°,在電壓瞬時值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)一個非周期分量的磁通+Φm,如果考慮剩磁Φr,這樣經(jīng)過半過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。此時變壓器鐵芯將嚴(yán)重飽和,通過圖8-7可知此時變壓器的勵磁電流的數(shù)值將變得很大,達(dá)到額定電流的6～8倍,形成勵磁涌流。〔3勵磁涌流的特點：

①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(cè)。

②勵磁涌流中含有明顯的高次諧波,其中勵磁涌流以2次諧波為主。

③勵磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。表8-1勵磁涌流實驗數(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磁涌流第一個周期

第二個周期

第八個周期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(gòu)成差動保護；

②利用二次諧波制動原理構(gòu)成的差動保護；

③利用間斷角原理構(gòu)成的變壓器差動保護；

④采用模糊識別閉鎖原理構(gòu)成的變壓器差動保護。

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電流互感器計算變比與實際變比不同

由于變比的標(biāo)準(zhǔn)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]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

在表8-2中,變壓器型號、變比、Y,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(jié)果如表8-2。由表8-2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0.21A的不平衡電流。表8-2計算變壓器額定運行時差動保護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電流互感器計算變比733/5電流互感器的實際變比300/5=601000/5=200差動臂的電流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)電流互感器型號不同

由于變壓器各側(cè)電壓等級和額定電流不同,所以變壓器各側(cè)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(cè)也就不同,從而在差動回路中產(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。整定計算中,差動保護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)差動保護投入運行后,在調(diào)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(diào)壓范圍有關(guān)。

〔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：

①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(cè)。

②暫態(tài)不平衡電流最大值出現(xiàn)的時間滯后一次側(cè)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。

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

變壓器差動保護各側(cè)用的電流互感器,選用變壓器差動保護專用的D級電流互感器；當(dāng)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(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償

①采用適當(dāng)?shù)慕泳€進(jìn)行相位補償法。圖8-10Y,d11接線變壓器差動保護接線圖和相量圖

如變壓器為Y,d11接線其相位補償?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。采用相位補償接線后,變壓器星形側(cè)電流互感器二次回路側(cè)差動臂中的電流分別為,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

微機保護中采用軟件進(jìn)行相位校正

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

①采用自耦變流器。

②利用BCH型差動繼電器中的平衡線圈。

③在變壓器微機保護的軟件中采用補償系數(shù)使差動回路的不平衡電流為最小?！?由變壓器兩側(cè)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

在變壓器差動保護的整定計算中考慮。

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

①差動保護采用具有速飽和特性的中間變流器,

②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。8.3.4和差式比率制動式差動保護原理1.雙繞組變壓器比率制動的差動保護原理。

〔1和差式比率制動的動作判據(jù)

①差動電流：②制動電流：③差動保護動作的第一判據(jù)：④制動比率系數(shù)：⑤外部故障時,保護可靠地不動作。應(yīng)滿足如下判據(jù)：⑥差動保護動作的第二判據(jù)2.比率制動特性的整定

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

④比率制動特性的斜率S,由上圖可知

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

即比率制動特性的折線BC過坐標(biāo)原點,在任何制動電流下有相同的制動系數(shù)。

〔4內(nèi)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(yīng)的制動電流,由相應(yīng)的比率制動特性查出對應(yīng)與的起動電流則靈敏系數(shù)

要求Ksen>2.03.三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(yīng)做相應(yīng)的更改。差動電流和制動電流分別為

在有的變壓器差動保護直接取三側(cè)中最大電流為制動電流,即

最大不平衡電流的計算公式如下：

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

在差動保護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：

如選二次諧波制動系數(shù)為定值D3,那么只要大于定值D3,就可以認(rèn)為是勵磁涌流出現(xiàn),保護不應(yīng)動作。在值小于D3,同時滿足比率差動其他判據(jù)時才允許保護動作。

∴比率差動保護的第三判據(jù)應(yīng)滿足下式

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

5.差動速斷保護

〔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(yán)重內(nèi)部故障時,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)誤將比率制動原理的差動保護閉瑣,無法反映區(qū)內(nèi)短路故障,只有當(dāng)暫態(tài)過程經(jīng)一定時間TA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(yīng)配有差動速斷保護,作為輔助保護以加快保護在內(nèi)部嚴(yán)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

6.變壓器比率差動保護程序邏輯框圖

〔1變壓器差動保護程序邏輯框圖〔2變壓器差動保護程序邏輯原理

在程序邏輯框圖中D1=Iact0、D2=KrelId/Ibrk為比率制動系數(shù)整定值,D3為二次諧波制動系數(shù)整定值?？梢姳嚷什顒颖?/p>