繼電保護新原理與新技術新型變壓器保護

繼電保護新原理與新技術新型變壓器保護第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器保護部份變壓器差動保護需要解決的主要問題勵磁涌流識別原理工頻變化量的比率差動保護Y／△-11接線變壓器電流相位補償的新方法第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器差動保護需要解決的主要問題變壓器的勵磁涌流將可能導致差動保護的誤動。所以除差動電流速斷保護外，其它的差動保護都要經勵磁涌流判據閉鎖。而傳統(tǒng)的勵磁涌流閉鎖三相差動保護的方法又將導致空投在故障變壓器上時差動保護不能快速跳閘。第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器差動保護需要解決的主要問題變壓器有70%左右的故障是匝間短路，為了提高小匝間短路時差動保護的靈敏度比率制動特性中的起動電流往往整定得較小，例如整定成(0.3~0.5)倍的額定電流。而且初始部份沒有制動特性。但運行實踐證明這樣的差動保護往往在區(qū)外短路或短路切除的恢復過程中有可能造成差動保護的誤動。第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器差動保護需要解決的主要問題由于①起動電流整定成(0.3~0.5)倍的額定電流。②動作特性的初始部份無制動特性運行實踐證明這樣的差動保護往往在區(qū)外短路或短路切除的恢復過程中由于各側電流互感器暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)特性不一致或者二次回路時間常數的差異或者電流互感器飽和造成保護的誤動。第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四勵磁涌流識別原理諧波制動原理。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保護的判據。當時分相閉鎖差動保護。式中、分別取為0.15和0.2。三次諧波含量高閉鎖差動保護主要是為了在供給鋼廠等非線性負荷較大的用戶的變壓器中防止差動保護誤動。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四勵磁涌流識別原理波形判別原理與門分相開放差動保護。式中

—差電流的全周積分值?！獌蓚€相距半周的差電流瞬時值之和的全周積分值。—大于1的常數?！T檻值。

第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器的工頻變化量的比率差動保護除常規(guī)的穩(wěn)態(tài)量的比率差動保護外增加了工頻變化量的比率差動保護。其動作方程為第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器的工頻變化量的比率差動保護ΣΔI：為各支路工頻變化量電流的向量和Σ|ΔI|：為各支路工頻變化量電流的標量和

:為固定門檻

:為浮動門檻。浮動門檻的設置可防止在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時或頻率有偏移時保護誤動理論上，工頻變化量比率差動制動系數可取較高的數值，這樣有利于防止區(qū)外故障TA飽和等因素所造成的差動保護誤動。第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器工頻變化量比率差動繼電器的動作特性第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四工頻變化量比率差動繼電器的優(yōu)點負荷電流對它沒有影響。對穩(wěn)態(tài)量的比率差動繼電器，負荷電流是一個制動量。會影響內部短路的靈敏度。受過渡電阻影響小。由于上述原因工頻變化量比率差動繼電器比較靈敏。提高了小匝數的匝間短路時的靈敏度。由于制動系數取得較高，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)下也不會誤動作。使得保護的安全性與靈敏度同時得到了兼顧。第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器發(fā)生輕微匝間短路

（C相1.5%匝間短路）工頻變化量差動常規(guī)差動第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四穩(wěn)態(tài)比率差動繼電器穩(wěn)態(tài)比率差動元件由低值比率差動（靈敏）和高值比率差動（不靈敏）兩個元件構成。為了減少在區(qū)外短路和區(qū)外短路切除時由于變壓器各側TA暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性不一致、TA飽和程度不一致而產生的誤動，因此穩(wěn)態(tài)低值比率差動裝置采用初始帶制動的比率制動特性。穩(wěn)態(tài)低值比率差動元件的動作方程如下：

第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四穩(wěn)態(tài)低值比率差動繼電器動作方程：第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四穩(wěn)態(tài)低值比率差動繼電器穩(wěn)態(tài)低值比率差動保護要經過TA飽和判據閉鎖以防止在TA飽和時誤動。第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器差動保護TA飽和判據由于TA的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)飽和與變壓器的勵磁涌流有相類似之處，當短路電流中的暫態(tài)分量中有偏于時間軸一側的直流分量，使得磁通對勵磁電流變化的磁滯回線不與坐標原點對稱，因此勵磁電流的正負半周波形不對稱即有一定分量的偶次諧波分量。而在穩(wěn)態(tài)短路電流中無直流分量，故磁通對勵磁電流變化的磁滯回線與坐標原點對稱，因此勵磁電流的正負半周波形對稱此時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識別TA的暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)飽和。第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器差動保護TA飽和判據另外裝置將浮動門檻技術運用到穩(wěn)態(tài)比率差動的制動電流中。采取上述兩個措施來保證在變壓器發(fā)生區(qū)外故障中出現(xiàn)TA飽和、區(qū)外故障切除再恢復過程中差動各側TA

的暫態(tài)特性出現(xiàn)差異、變壓器出現(xiàn)擾動性負荷（如鋼廠負荷）時差動各側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)低值比率差動保護不會誤動作。

第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四穩(wěn)態(tài)高值比率差動繼電器和差動電流速斷為了保證區(qū)內故障的快速切除，以及區(qū)內短路TA飽和時差動保護也能切除故障。只有低值比率差動元件（靈敏）帶有TA飽和判據，高值比率差動元件（不靈敏）不設TA飽和判據。用較高的制動系數及浮動門檻抗TA飽和。另外針對變壓器區(qū)內的嚴重故障，裝置還設有動作快速的差動速斷元件。

第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四穩(wěn)態(tài)高值比率差動繼電器動作方程動作特性第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器區(qū)外故障并伴隨TA飽和采用了TA飽和判據沒有采用TA飽和判據第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四變壓器區(qū)內故障并伴隨TA飽和RCS-978第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四零序比率差動和分側比率差動繼電器為了提高接地故障的靈敏度，針對自耦變壓器，裝置設有零序差動或分側差動?，F(xiàn)有零差保護存在的問題：零序TA極性不易校驗問題；在變壓器區(qū)外三相短路或勵磁涌流狀態(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，零差保護可能誤動作的問題。第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四零序比率差動繼電器各側零序電流均由裝置自產得到，各側TA二次零序電流由軟件調整平衡，這樣可避免采用零序TA極性不易校驗等問題。裝置在理論分析與實驗的基礎上，采用正序電流制動與TA飽和判據相結合的方法，保證零差保護在變壓器區(qū)外三相短路、或勵磁涌流情況下不誤動。正序電流制動判據：，滿足本判據開放保護。第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四零序比率差動繼電器動作方程：動作特性：第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四自耦變壓器正常運行發(fā)生A相1匝對地短路

（零差保護動作）實例第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四自耦變壓器區(qū)外出口三相短路并伴隨TA飽和

（零差保護不誤動）實例第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四電流相位補償的新方法目前國內外對Y/△-11接線變壓器相位補償方法都是采用Y△的補償方法。其原理是Y/△-11接線變壓器由于△側接線作了一個順相序的兩相電流相減導致兩側電流產生相位差。因此設法把Y側電流也作一個順相序的兩相電流之差，就可實現(xiàn)相位補償。在模擬型保護中是將Y側TA接成△接線實現(xiàn)電流相減的。而在微機保護中是在軟件中實現(xiàn)電流相減。第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四電流相位補償新方法上述這種補償方法實際上在Y和△兩側都做了個兩相電流差的計算。這樣在空投變壓器時如果兩相都有涌流，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。為了避免差動保護的誤動，采用了任一相差電流出現(xiàn)涌流特征時閉鎖三相的方法。但這樣將造成空投在故障變壓器上時差動保護不能快速跳閘的缺陷。為解決上述問題采用由△→Y電流相位補償的新方法。這種方法是國內外首創(chuàng)。第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四電流相位補償新方法由△→Y相位補償新方法：在軟件中將△側電流做一個反相序的兩相電流之差。為求得零序電流的平衡，將Y側電流減去零序電流?！鱾萗側第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四電流相位補償新方法采用△→Y相位補償的新方法后，由于Y側沒有進行兩相電流差的計算，變壓器空載合閘時各相有涌流時其特征都很明顯。有涌流時閉鎖保護更加可靠。另外