變壓器差動(dòng)保護(hù)原理

1、主變差動(dòng)保護(hù)一、主變差動(dòng)保護(hù)簡(jiǎn)介主變差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，能反映變壓器內(nèi)部相問(wèn)短路故障、高壓側(cè)單相接地短路及匝 問(wèn)層問(wèn)短路故障，差動(dòng)保護(hù)是輸入的兩端 CT電流矢量差,當(dāng)兩端CT電流欠量差達(dá)到設(shè)定的動(dòng)作值 時(shí)啟動(dòng)動(dòng)作元件。差動(dòng)保護(hù)是保護(hù)兩端電流互感器之間的故障（即保護(hù)范圍在輸入的兩端 CT之間的設(shè)備上），正常情況流進(jìn)的電流和流出的電流在保護(hù)內(nèi)大小相等，方向相反，相位相同，兩者剛好抵消，差動(dòng)電流等 丁零；故障時(shí)兩端電流向故障點(diǎn)流，在保護(hù)內(nèi)電流疊加，差動(dòng)電流大丁零。驅(qū)動(dòng)保護(hù)出口繼電器動(dòng)作， 跳開(kāi)兩側(cè)的斷路器，使故障設(shè)備斷開(kāi)電源。二、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理（一）、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的 構(gòu)成縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比

2、較被保護(hù)元件（1號(hào)主變）始端和末端電流的大小和相位的原理而工作的。 為了實(shí)現(xiàn)這種比較，在被保護(hù)元件的兩側(cè)各設(shè)置一組電流互感器 TA1、TA2,其二次側(cè)按環(huán)流法接線， 即若兩端的電流互感器的正極性端子均置丁靠近母線一側(cè)，則將他們二次的同極性端子相連， 再將差動(dòng)繼電器的線圈并入，構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。其中差動(dòng)繼電器線圈回路稱為差動(dòng)回路， 而兩側(cè)的回路稱為差 動(dòng)保護(hù)的兩個(gè)臂。（二）、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的 工作原理 根據(jù)基爾霍夫第一定律，w'=0；式中£ 1表示變壓器各側(cè)電流的向量和，其物理意義是：變 壓器正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，若忽略勵(lì)磁電流損耗及其他損耗，則流入變壓器的電流等丁流出變壓器 的電流

3、。因此，縱差保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，若忽略負(fù)荷電流不計(jì)，則只有流進(jìn)變壓器的電流而沒(méi)有流出變壓器的電流， 其縱差保護(hù)動(dòng)作，切除變壓器。見(jiàn)變壓器縱差保護(hù)原理接線。(耕)正常運(yùn)行科I 外故障時(shí)m區(qū)內(nèi)故障時(shí)圖1.金5縱聯(lián)推動(dòng)保護(hù)單相原理箍陵里(1) 正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，被保護(hù)元件兩端的電流X和L的方向如圖1.5.5 (a)所示，貝U流入繼電器的電流為繼電器不動(dòng)作(2) 區(qū)內(nèi)故障時(shí)，被保護(hù)元件兩端的電流h和L的方向如圖1.5.5 (b)所示，則流入繼電器的電流為此時(shí)為兩側(cè)電源提供的短路電流之和，電流很大，故繼電器動(dòng)作，跳開(kāi)兩側(cè)的斷路器。由上分析可知，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的范圍就是兩側(cè)電流互感器所包圍

4、的全部區(qū)域，即被保護(hù)元件的全部，而在保護(hù)范圍外故障時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作。因此，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不需要與相鄰元件的保護(hù)在動(dòng)作時(shí)間 和動(dòng)作值上進(jìn)行配合，是全線快速保護(hù)，且具有不反應(yīng)過(guò)負(fù)荷與系統(tǒng)震蕩及靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。三、微機(jī)變壓器縱差保護(hù)的主要元件介紹主要元件有：1)比率差動(dòng)保護(hù)元件，2)勵(lì)磁涌流閉鎖元件，3) TA飽和閉鎖元件，4) TA斷線 閉鎖(告警)元件，5)差動(dòng)速斷元件，6)過(guò)勵(lì)磁閉鎖元件 卜面對(duì)各個(gè)元件的功能和原理作個(gè)簡(jiǎn)要的介紹:（1）比率差動(dòng)保護(hù)兀件：變壓器在正常負(fù)荷狀態(tài)下，差動(dòng)回路中的不平衡電流很小，但當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)，由丁電流互感器可能飽和等等因素， 會(huì)使不平衡電流增大，當(dāng)不平衡電流超過(guò)

5、了保護(hù) 動(dòng)作電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)。比率差動(dòng)保護(hù)就是用來(lái)區(qū)分差流是由內(nèi)部故障還是不平衡輸出（特 別是外部故障）引起的，它引入了外部短路電流作為制動(dòng)電流，當(dāng)外部短路電流增大時(shí)，制動(dòng)電流隨 之增大，使得繼電器的動(dòng)作電流也相應(yīng)增大，這樣就可以有效的躲過(guò)不平衡電流，避免誤動(dòng)的出現(xiàn)。比率差動(dòng)元件采用初始帶制動(dòng)的變斜率比率制動(dòng)特性，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。為了保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除，只有低值比率差動(dòng)元件（靈敏）設(shè)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)。三折線比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性如圖 5.1所示。1 cdqd.I0.5I e式中：為變壓器額定

6、電流；11 、分別為變壓器各側(cè)電流；“沖為穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)起動(dòng)電流；堂為 差動(dòng)電流；1,為制動(dòng)電流；K為比率制動(dòng)系數(shù)整定值（°.2、Kbi'0.75）。比率差動(dòng)保護(hù)按相判別，滿足以上條件時(shí)動(dòng)作。但是保護(hù)出口必須還要經(jīng)過(guò)TA的飽和判別，TA斷線判別（可選），勵(lì)磁涌流判別。由圖可以看出，具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)元件的動(dòng)作特性主要由起動(dòng)電流，拐點(diǎn)電流，比率制動(dòng)系數(shù)（即特性曲線的斜率）決定，而動(dòng)作特性乂決定了差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度和躲區(qū)外故障的能力，當(dāng)這三個(gè)量中的兩個(gè)固定以后，比率制動(dòng)系數(shù)越小，或拐點(diǎn)電流越大，或初始動(dòng)作電流越小，差動(dòng)元件的動(dòng)作 靈敏度越高，而此時(shí)躲區(qū)外故障的能力越差。（2）

7、TA飽和閉鎖元件：區(qū)外短路故障時(shí)，若一側(cè)電流互感器出現(xiàn)飽和，則差動(dòng)回路中的不平衡電 流將會(huì)增大，容易導(dǎo)致縱差保護(hù)誤動(dòng)作，為了解決 TA飽和對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響，首先設(shè)置一個(gè)高定值 比率差動(dòng)動(dòng)作區(qū)，它是不需要經(jīng)過(guò) TA的飽和判別的，即圖中的陰影部分，其保護(hù)判據(jù)如下：L >0.6一0.8Ie 】+1.2IeId , Ir , 的定義與上文相同。當(dāng)Id , Ir確定的工作點(diǎn)落入該區(qū)域時(shí)，縱差動(dòng)保護(hù)可以經(jīng)TA斷線判別（可選），勵(lì)磁涌流判別后快速動(dòng)作。如果工作點(diǎn)沒(méi)有在高定值比率差動(dòng)動(dòng)作區(qū)時(shí)，通常利用二次 電流中的二次和三次諧波含量來(lái)判別 TA是否飽和，其判據(jù)如下：I 4 2 ，k * 2 xbI 41

8、I 4 3 k * 3 xbI 41式中：m如y分別為電流中的基波、二次和三次諧波；膈歡出段為比例常數(shù)。當(dāng)與某相差動(dòng)電流有關(guān)的電流滿足上式時(shí)即認(rèn)為此相差流是由TA飽和引起的，此時(shí)閉鎖穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)。（3）TA斷線閉鎖（告警）元件：變壓器帶有一定的負(fù)荷時(shí)，若電流互感器二次回路斷線，則會(huì)造成 縱差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)元件、差動(dòng)元件動(dòng)作，從而導(dǎo)致縱差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，即使變壓器負(fù)荷電流很小甚至 空載情況下，當(dāng)電流互感器二次回路斷線時(shí)，縱差保護(hù)雖然不動(dòng)作，但當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，必然會(huì)造成縱 差保護(hù)的誤動(dòng)作。所以應(yīng)設(shè)置 TA二次斷線閉鎖。TA二次斷線判據(jù)分未引起差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)和引起差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)兩種情況。起動(dòng)元件未動(dòng)作時(shí)，

9、滿足就判為TA二次斷線：任一相差流大丁設(shè)定值且Id AkI,（k=15%20%,判斷線后延時(shí)10秒發(fā)報(bào)警信號(hào)，但不閉鎖縱差保護(hù)。起動(dòng)元件動(dòng)作后，以下條件沒(méi)有一條滿足的也判為 TA二次斷線：1）任一側(cè)負(fù)序相電壓大丁 6V; 2） 起動(dòng)后任一側(cè)任一相電流比起動(dòng)前增加； 3）起動(dòng)后最大相電流大丁 1.1倍額定電流;4）任一側(cè)任一 相問(wèn)工頻變化量電壓元件起動(dòng)。判TA斷線后瞬時(shí)閉鎖保護(hù)（通過(guò)控制字選擇也可不閉鎖保護(hù)僅發(fā)出報(bào)警信號(hào)，也可在額定負(fù)荷下才 閉鎖保護(hù)，或不閉鎖保護(hù)發(fā)出報(bào)警），無(wú)論是異常報(bào)警是否引起差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)，均說(shuō)明差動(dòng)回路存在 問(wèn)題，或定值存在問(wèn)題，應(yīng)該受到同等重視。比如當(dāng)差回路斷線時(shí)，在輕負(fù)

10、荷情況下不會(huì)引起差動(dòng)起 動(dòng)，但會(huì)引起差流報(bào)警，如果此時(shí)及時(shí)處理，就可以避免負(fù)荷增加后或者區(qū)外故障引起的差動(dòng)保護(hù)誤 動(dòng)作。（4）差動(dòng)電流速斷保護(hù)元件比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)能作為變壓器的主保護(hù)，但在嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)，短路電流很大，TA嚴(yán)重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴(yán)重惡化，TA二次側(cè)電流發(fā)生嚴(yán)重畸變，高次諧波分量增大，從而使涌流判別元件誤判為勵(lì)磁涌流，致使差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)或延緩動(dòng)作， 嚴(yán)重?fù)p壞變壓器，所以變壓器比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)還 應(yīng)配有差動(dòng)速斷保護(hù)。其動(dòng)作判據(jù)為：Id >Isd其中：Id為變壓器差動(dòng)電流，Isd為差動(dòng)電流速斷保護(hù)定值，當(dāng)任一相差動(dòng)電流大丁差動(dòng)速斷整定值 時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作跳開(kāi)變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)。（5）過(guò)

11、激磁閉鎖元件： 由丁變壓器過(guò)激磁（過(guò)激磁：鐵磁性材料都有一個(gè)最大磁感強(qiáng)度，超過(guò)這個(gè)最大磁感強(qiáng)度，線圈中的 電流無(wú)論再怎么增大，硅鋼片中的磁感強(qiáng)度都不會(huì)再怎么顯著地增加，所謂過(guò)激磁就是指線圈中的電流超過(guò)了某一個(gè)值，使硅鋼片中的最大磁感強(qiáng)度達(dá)到了極限.）時(shí)，其激增的勵(lì)磁電流會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保 護(hù)誤動(dòng)作，故應(yīng)判斷出這種情況，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。由丁發(fā)生過(guò)激磁時(shí)，勵(lì)磁電流中的五次諧波含量大大增加，故采用差電流中五次諧波的含量作為對(duì)過(guò)激磁的判別，其判據(jù)如下：I5tk5xb * Ilst ,其中Ilst ,I5th分別為每相差動(dòng)電流中的基波和五次諧波， k5xb為五次諧波制動(dòng)系數(shù)。當(dāng)過(guò)激磁倍數(shù)大丁 1.4 時(shí)，不再閉

12、鎖差動(dòng)保護(hù)。朗目山風(fēng)電廠主變差動(dòng)保護(hù)裝置簡(jiǎn)介 朗目山風(fēng)電廠主變差動(dòng)保護(hù)使用： CSC-326GDa字式變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置。1. 裝置型號(hào)說(shuō)明：CSC-326i D莘動(dòng)保護(hù)H肉座后箝阪護(hù)測(cè)擰I l中r低壓倜后籥保護(hù)利擇 HOkVU阿主后分JT的變匡熟悚護(hù) 專床贏保鏟產(chǎn)品代 叫與產(chǎn)品專用代號(hào) 圖1-】CSC-326G護(hù)的型與定義2. 裝置簡(jiǎn)介：CSC-326G以適用丁 110kV及以下電壓等級(jí)的變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置，最大支持四側(cè)差動(dòng)。裝置包括 兩塊硬件完全相同的 CPU主CPU負(fù)責(zé)保護(hù)元件的動(dòng)作出口，啟動(dòng) CPU負(fù)責(zé)開(kāi)放啟動(dòng)繼電器，這種 冗余設(shè)計(jì)的方法完全杜絕了因硬件原因（如A/D轉(zhuǎn)換回路損壞）所引

13、起的保護(hù)誤動(dòng)；主 CPU實(shí)時(shí)與啟動(dòng)CPU之間互檢交流計(jì)算量，一旦發(fā)現(xiàn)某塊 CPU的A/D通道異常，可以給出告警信息，避免保護(hù) 拒動(dòng)。裝置可以配置開(kāi)入開(kāi)出插件（DIO）,完成變壓器分接頭的檔位采集和分接頭控制。3. 保護(hù)程序整體結(jié)構(gòu)保護(hù)CPU程序的總體結(jié)構(gòu)包括主程序、采樣中斷服務(wù)程序和故障處理程序及錄波處理程序。朗目山風(fēng)電廠主變差動(dòng)保護(hù)情況1、差動(dòng)速斷保護(hù)當(dāng)任一相差動(dòng)電流大丁差動(dòng)速斷整定值時(shí)，差動(dòng)速斷保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，跳開(kāi)各側(cè)開(kāi)關(guān)，其動(dòng)作判據(jù)為：I d > I sd(其中：Id 為變壓器差動(dòng)電流，I sd 為差動(dòng)電流速斷保護(hù)定值。)2、比率差動(dòng)保護(hù)2.1比率差動(dòng)保護(hù)特性由丁變壓器各側(cè)TA性能、

14、變比有差異以及各側(cè)繞組連接組別的不同，差動(dòng)回路存在不平衡電流，采 用常規(guī)三段式折線特性，能夠保證區(qū)外故障不平衡電流最大時(shí)不發(fā)生誤動(dòng)， 乂能保證切除區(qū)內(nèi)故障的 靈敏性，動(dòng)作方程如下，特性曲線見(jiàn)圖 4> 0.2匕 + IcdIr < 0.6Ze Ih > 印0應(yīng)+0.12匕 +九 0.6匕 < ；，< 乂。>0也-仇+對(duì)3叫+七+0.12。Ir >4/e其中I e為變壓器額定電流，I 1. m分別為變壓器各側(cè)電流，Icd 為穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)起動(dòng)定值，I d為差動(dòng)電流，I r為制動(dòng)電流，k為比率制動(dòng)系數(shù)整定值(0.2 < k < 0.7 )，推薦整

15、定為k = 0.5 。dn 4 比1 WEittut總程序中按相判別，任一相滿足以上條件時(shí)，比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。比率差動(dòng)保護(hù)經(jīng)過(guò)勵(lì)磁涌流判別、TA斷線判另U (可選擇)后出口。2.2勵(lì)磁涌流閉鎖原理1) 二次諧波閉鎖原理采用三相差動(dòng)電流中二次諧波與基波的比值作為勵(lì)磁涌流閉鎖判據(jù)：Id 4 2 >K xb .2 I d 4(式中，Id 4 2為差動(dòng)電流中的二次諧波分量， K xb.2 為二次諧波制動(dòng)系數(shù)，Id 4為差動(dòng)電流 中的基波分量。)采用或門閉鎖方式，即三相差流中某相判為勵(lì)磁涌流，閉鎖整個(gè)比率差動(dòng)保護(hù)。2) 模糊識(shí)別閉鎖原理設(shè)差流導(dǎo)數(shù)為I (k)，每周的采樣點(diǎn)數(shù)是2n點(diǎn)，對(duì)數(shù)列：X&#

16、174;二M)+J(k+部伽)1+/而底二心1可認(rèn)為X (k)越小，該點(diǎn)所含的故障信息越多，即故障的可信度越大；反之， X (k)越大，該點(diǎn)所包含的涌流的 信息越多，即涌流的可信度越大。取一個(gè)隸度函數(shù)，設(shè)為AX (k)，綜合半周信息，對(duì)k = 0,1,2.n ,求得模糊貼進(jìn)度N-1為：取門檻值為K,當(dāng)N>K時(shí)，認(rèn)為是故障，當(dāng)N<K時(shí)，認(rèn)為是勵(lì)磁涌流。采用“三取二出口”方式， 即三相中有兩相比率差動(dòng)出口時(shí)， 保護(hù)才動(dòng)作出口；如果兩相判為勵(lì)磁涌流，則閉鎖整個(gè)比率差動(dòng)保 護(hù)。3異常檢測(cè)3.1整組復(fù)歸判別 啟動(dòng)元件返回后，連續(xù)5s內(nèi)差流均不越限，則差動(dòng)保護(hù)整組復(fù)歸。3.2 TA斷線檢測(cè)正常情況下判斷TA斷線是通過(guò)檢查所有相別的電流中有一相或兩相無(wú)流且存在差流（差流大丁差流越限值），即判為TA斷線。在有電流突變時(shí)，判據(jù)如下：1）發(fā)生突變后電流減?。ǘ皇窃龃螅?）本側(cè)三相電流中有一相或兩相無(wú)流，且對(duì)側(cè)三相電流無(wú) 變化。（滿足以上條件時(shí)判為TA二次回路斷線。）TA二次斷線后，發(fā)出告警信號(hào)，并可選擇閉鎖或不閉鎖差動(dòng)保護(hù)出口。3.3差流越限告警正常情況下，差動(dòng)