變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

1、第四節(jié) 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)一、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的相量差。對(duì)雙繞組變壓器實(shí)現(xiàn)縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線如下圖所示。為了保證縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的正確工作，應(yīng)使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等，差回路電流為零。在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，流入差回路的電流為短路點(diǎn)的短路電流的二次值，保護(hù)動(dòng)作。 應(yīng)使 或 結(jié)論：適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)有較高的靈敏度。二、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流及減小不平衡電流的措施在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部短路穩(wěn)態(tài)情況下流入縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)差回路中的電流叫穩(wěn)態(tài)不平衡電流Ibp。1由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生

2、的不平衡電流思考：由于變壓器常常采用Y,dll的接線方式, 因此, 其兩側(cè)電流的相位差30。此時(shí)，如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，會(huì)有一個(gè)差電流流入繼電器。如何消除這種不平衡電流的影響？解決辦法：通常都是將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形。2由兩側(cè)電流互感器的誤差引起的不平衡電流 思考：變壓器兩側(cè)電流互感器有電流誤差I(lǐng)，在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部故障時(shí)流入差回路中的電流不為零，為什么？為什么在正常運(yùn)行時(shí)，不平衡電流也很小 ？為什么當(dāng)外部故障時(shí)，不平衡電流增大？原因：電流互感器的電流誤差和其勵(lì)磁電流的大小、二次負(fù)載

3、的大小及勵(lì)磁阻抗有關(guān)，而勵(lì)磁阻抗又與鐵芯特性和飽和程度有關(guān)。 當(dāng)被保護(hù)變壓器兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同，變比不同，二次負(fù)載阻抗及短路電流倍數(shù)不同時(shí)都會(huì)使電流互感器勵(lì)磁電流的差值增大。 減少這種不平衡電流影響的措施：（1）在選擇互感器時(shí)，應(yīng)選帶有氣隙的D級(jí)鐵芯互感器，使之在短路時(shí)也不飽和。（2）選大變比的電流互感器，可以降低短路電流倍數(shù)。（3）在考慮二次回路的負(fù)載時(shí)，通常都以電流互感器的10誤差曲線為依據(jù)，進(jìn)行導(dǎo)線截面校驗(yàn)，不平衡電流會(huì)更小。最大可能值為： 3由計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流 思考：兩側(cè)的電流互感器、變壓器是不是一定滿足 或 的關(guān)系？原因：很難滿足上述關(guān)系。減少這種不平衡電

4、流影響的措施：利用平衡線圈Wph來消除此差電流的影響。假設(shè)在區(qū)外故障時(shí)，如下圖所示，則差動(dòng)線圈中將流過電流（），由它所產(chǎn)生的磁勢(shì)為Wcd()。為了消除這個(gè)差動(dòng)電流的影響，通常都是將平衡線圈Wph接入二次電流較小的一側(cè)， 應(yīng)使Wcd()=Wph4帶負(fù)荷調(diào)變壓器的分接頭產(chǎn)生的不平衡電流思考：在電力系統(tǒng)中為什么采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器會(huì)產(chǎn)生不平衡電流？原因：改變分接頭的位置不僅改變了變壓器的變比，也破壞了變壓器兩側(cè)電流互感器變比的比等于變壓器變比的條件，故會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。調(diào)整分接頭產(chǎn)生的最大不平衡電流為總結(jié)：在穩(wěn)態(tài)情況下需要被消除的不平衡電流有電流互感器誤差，變壓器調(diào)節(jié)分接頭及平衡線圈的計(jì)算匝數(shù)與整

5、定匝數(shù)不一致產(chǎn)生的不平衡電流，即 Ibp =(Ktx10%+U+fwc%)Idmax /nTA 要保證差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部故障時(shí)不誤動(dòng)，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流要躲開最大不平衡電流進(jìn)行整定。三、暫態(tài)情況下的不平衡電流及減小其影響的措施 1外部短路時(shí)的不平衡電流 思考:在變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍外部發(fā)生故障的暫態(tài)過程中，為什么在差回路中將產(chǎn)生暫態(tài)不平衡電流？ 原因：變壓器兩側(cè)電流互感器的鐵芯特性及飽和程度不同。減少這種不平衡電流影響的措施：在差回路中接入速飽和中間變流器SBH，如下圖所示。速飽和變流器是一個(gè)鐵芯截面較小，易于飽和的中間變流器。直流分量使速飽和變流器飽和。這時(shí)，交流分量電流難于轉(zhuǎn)換

6、到速飽和變流器的副邊，差動(dòng)繼電器不會(huì)動(dòng)作。 計(jì)算變壓器差動(dòng)保護(hù)回路暫態(tài)不平衡電流 引入一個(gè)非周期分量的影響系數(shù)Kfz。外部短路時(shí)的暫態(tài)不平衡電流，在接入一級(jí)速飽和變流器時(shí)為 Ibp/Kfz 10%Idmax/nTA式中Kfz非周期分量的影響系數(shù)，Kfz取1.52，在接入兩級(jí)速飽和變流器時(shí)，非周期分量的影響系數(shù)取1。 2由變壓器勵(lì)磁涌流ILy所產(chǎn)生的不平衡電流變壓器的勵(lì)磁電流IL僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，通過電流互感器反應(yīng)到差動(dòng)回路中不能被平衡，在外部故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁電流減小，它的影響就更小。但是當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，則可能出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流(又稱為勵(lì)磁涌流

7、)。 變壓器的勵(lì)磁涌流ILy，其數(shù)值最大可達(dá)額定電流的68倍，同時(shí)包含有大量的非周期分量和高次諧波分量。 勵(lì)磁涌流具有以下特點(diǎn)：(1)包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè)；(2)包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主；(3)波形之間出現(xiàn)間斷，如圖所示，在一個(gè)周期中間斷角為。 在變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中防止勵(lì)磁涌流影響的方法有： (1)采用具有速飽和鐵心的差動(dòng)繼電器； (2)鑒別短路電流和勵(lì)磁涌流波形的差別； (3)利用二次諧波制動(dòng)等 。四、BCH2型差動(dòng)繼電器1. 組成：電磁型電流繼電器三柱鐵芯：兩邊柱鐵芯截面較小，是中間柱鐵芯截面的一半，易于飽和。差動(dòng)線圈Wcd：接于變壓器差動(dòng)保

8、護(hù)的差回路，當(dāng)安匝磁勢(shì)達(dá)到一定值時(shí)，二次線圈感應(yīng)的某一電勢(shì)值使電流繼電器起動(dòng)。兩個(gè)平衡線圈Wph1、Wph2短路線圈Wd工作線圈W2。2BCH一2型差動(dòng)繼電器構(gòu)成的變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算(1)確定基本側(cè) 。將變壓器兩側(cè)電流互感器流入差回路的電流中較大的一側(cè)作為基本側(cè)，計(jì)算步驟如表所示。變壓器額定電壓(kV)Ve.g (高壓)Ve.d (低壓)變壓器額定電流(A)變壓器接線方式Y(jié)電流互感器接線方式Y(jié)電流互感器計(jì)算變比nTA.js電流互感器實(shí)際變比nTA.sj流入差回路的電流 (A)(2)確定差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流躲過變壓器的勵(lì)磁涌流 IdzKkIe.T躲外部短路時(shí)的最大不平衡電流 IdzKkIbp

9、. maxKk(Ibp.TA+ Ibp.u+ Ibp.ph)Ibp.phfph1Id1.max+fph2Id2.maxfph1、fph2平衡線圈的圓整誤差，其值為 躲開電流互感器二次斷線產(chǎn)生的最大不平衡電流 IdzKkIfh.max取以上三條件計(jì)算結(jié)果中的最大值作為變壓器差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流。 (3)計(jì)算變壓器差動(dòng)保護(hù)基本側(cè)差動(dòng)線圈匝數(shù) 基本側(cè)繼電器的動(dòng)作電流為 Idz.j.jb=KjxId z.jb/nTA 基本側(cè)差動(dòng)線圈的計(jì)算匝數(shù)差動(dòng)線圈的實(shí)際匝數(shù)Wcd.sj 。繼電器實(shí)際動(dòng)作電流和一次動(dòng)作電流分別為 Idz.s. jb=60(安匝)/Wcd. sj Idz. jb.sj= Idz. s.

10、 jb nTA / Kjx(4)計(jì)算非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù) 對(duì)雙繞組變壓器 I2e.fj(Wph+Wcd.zd)= I2e.jbWcd.zd平衡線圈的實(shí)際匝數(shù)，采用四舍五入圓整。(5)平衡線圈圓整誤差的計(jì)算 fph=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd) 計(jì)算結(jié)果的變化范圍在00.091內(nèi)。若誤差小于0.05，則以上計(jì)算結(jié)果有效；若誤差大于0.05，則重新計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流。 (6)確定短路線圈匝數(shù) 對(duì)于大容量的變壓器，涌流倍數(shù)小，衰減慢，要求切除內(nèi)部故障的時(shí)間盡量短，應(yīng)選取較少的短路線圈匝數(shù)。 相反，對(duì)于較小容量的變壓器，應(yīng)選用較多匝數(shù)的短路線圈，以便更有

11、效地消除非周期分量電流的影響。(7)靈敏度校驗(yàn) 保護(hù)范圍內(nèi)部短路最小靈敏度應(yīng)大于2。 Klm=Id.min/ Idz 式中 Id.min保護(hù)范圍內(nèi)故障，流過基本側(cè)的最小短路電流； Idz差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流。五、帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù) 1BCH一1型差動(dòng)繼電器 組成： 三柱式鐵芯電磁型電流繼電器差動(dòng)線圈Wcd，兩個(gè)平衡線圈Wph1、Wph2制動(dòng)線圈Wzh工作線圈Wgz。各部分作用：差動(dòng)線圈：通以電流產(chǎn)生磁通cd，在兩個(gè)二次工作繞組上感應(yīng)，的電勢(shì)相串聯(lián)，能使電流繼電器動(dòng)作。鐵芯：兩邊柱截面小，易于飽和，它的作用相當(dāng)于一級(jí)速飽和變流器。制動(dòng)線圈：通以電流產(chǎn)生的磁通zh在兩邊柱形成環(huán)路，在兩個(gè)二次工作

12、繞組上感應(yīng)的電勢(shì)反向串聯(lián)，合成電勢(shì)為零，不會(huì)使電流繼電器動(dòng)作。它的作用是使兩個(gè)邊柱的鐵芯飽和，加大繼電器的動(dòng)作安匝。安匝制動(dòng)曲線：繼電器的動(dòng)作安匝與制動(dòng)安匝的關(guān)系曲線。當(dāng)制動(dòng)安匝磁勢(shì)較小時(shí)，兩邊柱鐵芯沒有飽和，繼電器的動(dòng)作安匝不變，仍為60安匝。當(dāng)制動(dòng)安匝加大，鐵芯開始飽和，動(dòng)作安匝開始加大。隨著制動(dòng)安匝磁勢(shì)的加大，鐵芯飽和程度變大，繼電器動(dòng)作安匝加大，如圖曲線1或2。 帶有制動(dòng)線圈的變壓器差動(dòng)保護(hù)原理接線如圖所示。以變壓器的電源側(cè)為基本側(cè)，負(fù)荷側(cè)為非基本側(cè)。非基本側(cè)接有平衡線圈。制動(dòng)線圈接在負(fù)荷側(cè)。當(dāng)保護(hù)范圍外部故障時(shí)，在制動(dòng)線圈中流有短路電流，使鐵芯飽和，增大了繼電器的動(dòng)作安匝。外部故障時(shí)

13、繼電器不動(dòng)。內(nèi)部故障時(shí)，若B側(cè)無電源，制動(dòng)線圈中沒有短路電流，不起制動(dòng)作用 。 制動(dòng)線圈的安裝位置如下：(1) 對(duì)單側(cè)電源的雙繞組變壓器，制動(dòng)線圈應(yīng)接于負(fù)荷側(cè)，外部故障有制動(dòng)作用，內(nèi)部故障沒有制動(dòng)作用。(2) 對(duì)于單側(cè)電源的三繞組變壓器，制動(dòng)線圈應(yīng)接于流過變壓器最大穿越性短路電流的負(fù)荷側(cè)。 (3) 對(duì)于雙側(cè)電源的三繞組變壓器，制動(dòng)線圈一般接于無電源側(cè)。 (4) 對(duì)于雙側(cè)電源的雙繞組變壓器，制動(dòng)線圈應(yīng)接于大電源側(cè)。當(dāng)僅有小電源供電時(shí)，能保證保護(hù)裝置的靈敏度。 2BCH一1型差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算 (1)確定變壓器的基本側(cè)。與用BCH一2型差動(dòng)繼電器時(shí)相同。 (2)計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流 躲開變壓器空

14、載投入時(shí)的勵(lì)滋涌流： Idzjb=KkIeT躲開電流互感器二次斷線產(chǎn)生的不平衡電流(240MVA及以上容量變壓器除外)： IdzKkIfh.max躲開未裝制動(dòng)線圈側(cè)外部短路時(shí)的不平衡電流Ibp： Idzjb=KkIbp取以上三條件計(jì)算結(jié)果中的最大值作為變壓器差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流。 (3)計(jì)算差動(dòng)線圈匝數(shù)與用BCH一2型繼電器時(shí)相同。 (4)計(jì)算平衡線圈匝數(shù)與用BCH一2型繼電器時(shí)相同。 (5)校驗(yàn)平衡線圈圓整誤差與用BCH一2型繼電器時(shí)相同。 (6)計(jì)算制動(dòng)線圈匝數(shù)Wzh： 外部短路差回路通以最大不平衡安匝數(shù)時(shí)，以保證繼電器不動(dòng)來確定制動(dòng)線圈的匝數(shù)。（7）靈敏度校驗(yàn) 首先求出保護(hù)范圍內(nèi)校驗(yàn)點(diǎn)短

15、路時(shí)流過制動(dòng)線圈的電流及制動(dòng)安匝。依據(jù)BCH一1型差動(dòng)繼電器最大安匝制動(dòng)曲線2求出繼電器的動(dòng)作安匝，其值可近似為 (AW)dz=tg2(AW)zh式中 tg2最大安匝制動(dòng)曲線2的斜率，可取為1.4。當(dāng)計(jì)算出的動(dòng)作安匝小于60安匝時(shí)，取60安匝。差動(dòng)保護(hù)的靈敏度為例題 對(duì)一臺(tái)容量為40.5MVA三相三繞組降壓變壓器進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算。變壓器的接線及各側(cè)的短路電流如下圖所示。電壓：11022.5kV38.522.5kV11kV，接線方式為：Y，d11，d11，變壓器的額定電流：213A608A2130A。圖中標(biāo)出的短路電流均為歸算到110kV側(cè)的三相短路電流值。括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為最小三相短路電流值。

16、dl點(diǎn)單相接地時(shí), 22kA。 (2)差動(dòng)保護(hù)的一次動(dòng)作電流確定如下:1)躲勵(lì)磁涌流及電流互感器的二次斷線Idzjb=KkIeT=1.3213=276(A)2)躲d3點(diǎn)(外部)短路時(shí)的最大不平衡電流IdzjbKkIbp. maxKk(Ibp.TA+ Ibp.u+ Ibp.ph)=1.3(0.1+0.05+0.05+0.05)1350=483.75(A)從以上計(jì)算可知,以躲外部短路最大不平衡電流為計(jì)算條件,差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流取為 Idzjb=438.75(A)(3)計(jì)算差動(dòng)線圈匝數(shù)及實(shí)際動(dòng)作電流為差動(dòng)線圈的實(shí)際匝數(shù)應(yīng)向小調(diào)整,取Wcd，zd=6(匝)繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流為Idz.j.jb.sj=

17、60/6=10(A)(4)靈敏度校驗(yàn).以d2點(diǎn)短路為計(jì)算條件,即下面采用BCH-1型差動(dòng)繼電器,制動(dòng)線圈放在35KV側(cè).(1) (1) 確定基本側(cè) 同BCH-2型繼電器,以110KV為基本側(cè).(2) (2) 計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)電流.1) 1) 躲勵(lì)磁涌流 Idzjb=KkIeT =1.5213=319.5(A)2) 2) 躲d2點(diǎn)(外部)短路時(shí)的最大短路電流產(chǎn)生的不平衡電流IdzjbKkIbp. maxKk(Ibp.TA+ Ibp.u+ Ibp.ph)=1.3(0.1+0.05+0.05)965=250(A)(3) (3) 計(jì)算差動(dòng)線圈匝數(shù)及實(shí)際動(dòng)作電流為差動(dòng)線圈的實(shí)際匝數(shù)向小調(diào)整,整定匝數(shù)取

18、為8匝.實(shí)際動(dòng)作電流Idz.j.jb.sj=60/8=7.5(A)(4) (4) 計(jì)算非基本側(cè)平衡線圈的匝數(shù).1) 1) 35KV側(cè)平衡線圈匝數(shù)的計(jì)算取10KV側(cè)平衡線圈匝數(shù)為2匝(5) (5) 平衡線圈的誤差 fph.35=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd) =(1.1-1)/(1.1+8)=0.0120.05fph.10=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd) =(2.36-2)/(2.36+8)=0.0350.05(6) (6) 計(jì)算制動(dòng)線圈匝數(shù)制動(dòng)線圈的實(shí)際匝數(shù)應(yīng)向上調(diào)整,取Wzh.js =3匝.(7) (7) 靈敏度校驗(yàn).在校驗(yàn)點(diǎn)(10KV母線)電路時(shí),流過制動(dòng)線圈的電流為負(fù)荷電流,制動(dòng)安匝為 查BCH-1型繼電器最大安匝制動(dòng)曲線2或計(jì)算相應(yīng)的動(dòng)作安匝得(AW)dz=tg2(AW)zh=12.151.4=17安匝60安匝六、二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù) 變壓器的勵(lì)磁涌流中含有占基波3070的二次諧波分量，利用二次諧波制動(dòng)躲過勵(lì)磁涌流。利用制動(dòng)線圈躲開外部故障時(shí)最大不平衡電流。具有二次諧波制動(dòng)的變壓器差動(dòng)保護(hù)原