變壓器差動保護(hù)的基本原理

1、變壓器差動保護(hù)的基本原理1、變壓器差動保護(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、變壓器差動保護(hù)與線路差動保護(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。變壓器縱差動保護(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68 倍變

2、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 - m。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 +m，如果考慮剩磁 r ，這樣經(jīng)過半過周期后鐵心中的磁通將達(dá)到2m+ r ，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。3）勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)： 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)。勵(lì)磁涌流中含有明顯的高次諧波，其

3、中勵(lì)磁涌流以2 次諧波為主。勵(lì)磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。4）克服勵(lì)磁涌流對變壓器縱差保護(hù)影響的措施： 采用帶有速飽和變流器的差動繼電器構(gòu)成差動保護(hù)； 利用二次諧波制動原理構(gòu)成的差動保護(hù)； 利用間斷角原理構(gòu)成的變壓器差動保護(hù)； 采用模糊識別閉鎖原理構(gòu)成的變壓器差動保護(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 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

4、大的不平衡電流。 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?！緦?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變壓器型號、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)果由表可見，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。 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(lì)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。變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接

5、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 對差動保護(hù)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(diǎn)： 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)。 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)來躲過其暫態(tài)不平衡電流必然影響保護(hù)的快速性，甚至使變壓器差動保護(hù)不能接 受）。減小

6、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(hù)各側(cè)用的電流互感器，選用變壓器差動保護(hù)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(shí)，差動保護(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 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

7、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。采用適當(dāng)?shù)慕泳€進(jìn)行相位補(bǔ)償法。Y,d11 接線變壓器差動保護(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 (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 (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 (c) 所示。這樣，差回路中兩側(cè)的電流

8、的相位相同。 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 軟件校正微機(jī)保護(hù)中采用軟件進(jìn)行相位校正6）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(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保護(hù)的整定計(jì)算中考慮。8）減小暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響 差動保護(hù)采用具有速飽和特性的中間變流器。 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。和差式比率制動式差動保護(hù)原理 1. 雙繞組變壓器比率制動的差動保護(hù)原理。1）和差式比率制動的動作判據(jù)差動電流：制動電流： 差動

9、保護(hù)動作的第一判據(jù)： 制動比率系數(shù)： 外部故障時(shí)，保護(hù)可靠地不動作。應(yīng)滿足如下判據(jù)： 差動保護(hù)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 Iact 0 2）拐點(diǎn)制動電流 Ibrk 0 可選取3）最大制動系數(shù) Kbrk. max 和制動特性斜率 S最大制動系數(shù)比率制動特性曲線 比率制動系數(shù)的整定值 D取 0.3 0.5 比率制動特性的斜率 S，由上圖可知當(dāng) Ibrk 0 Ibrk. max和 Iact 0 Ibrk. max，則上式可得即比率制動特性的折線BC過坐標(biāo)原點(diǎn)，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(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

10、電流 （周期分量） 同時(shí)計(jì)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>2.0三繞組變壓器比率制動的差動保護(hù)原理。對于三繞組變壓器，其差動保護(hù)的原理與雙繞組變壓器的差動保護(hù)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。在有的變壓器差動保護(hù)直接取三側(cè)中最大電流為制動電流。勵(lì)磁涌流閉鎖原理采用二次諧波制動原理在變壓器勵(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。差動速斷保護(hù)1）采用差動速斷保護(hù)的原因

11、一般情況下比率制動原理的差動保護(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)誤將比率制動原理的差動保護(hù)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(shí)間 TA退出暫態(tài)飽和比率制動原理的差動保護(hù)才動作， 從而影響了比率差動保護(hù)的快速動作，所以變壓器比率制動原理的差動保護(hù)還應(yīng)配有差動 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)的動作速度。差動速斷保護(hù)是差動 電流過電流瞬時(shí)速動保護(hù)。2）差動速斷的整定值按躲過最大不平衡電流和勵(lì)磁涌流來整定。變壓器比率差動保護(hù)程序邏輯框圖1）變壓器差動保護(hù)程序邏輯框圖2）變壓器差動保護(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Ｗo(hù)動作的三個(gè)判據(jù)是“與”的關(guān)系 （與門 Y2） ，必須 同時(shí)滿足才能動作于跳閘。而差動速斷保護(hù)是