國內(nèi)外電力變壓器差動保護原理的技術(shù)特點分析

1、國內(nèi)外電力變壓器國內(nèi)外電力變壓器差動保護原理的技差動保護原理的技術(shù)特點分析術(shù)特點分析 電力變壓器差動保護是電力變壓器的主保護，是按電路原理中的基爾霍夫定律而設(shè)計的。差動原理在線路和發(fā)電機保護中得到非常成功的應(yīng)用，但在變壓器保護的應(yīng)用中卻存在許多困難。目前設(shè)計的差動保護都忽略了變壓器的勵磁電流。在變壓器正常運行時，勵磁磁通不飽和，勵磁電流 很小可忽略不計，如圖a， = ,差動保護基本滿足基爾霍夫定律的要求；v圖a、變壓器的簡化等效電路 v當(dāng)空投電力變壓器或切除故障電壓恢復(fù)時將出現(xiàn)較大的勵磁涌流，勵磁電流 不能忽略，由電力變壓器的等效電路（圖b）可看出 ,若忽略勵磁電流 則不滿足基爾霍夫定律，此時

2、，差動保護存在較大不平衡電流，有可能出現(xiàn)誤動。為避免差動保護誤動，需要變壓器勵磁涌流來閉鎖。v 圖b、變壓器T型等效電路 v如何正確區(qū)分電力系統(tǒng)變壓器內(nèi)部故障電流和勵磁涌流 ?v由于國內(nèi)外、各家公司設(shè)計思想各不相同。我們將對常用的電力變壓器差動保護幾方面的技術(shù)特點進行了分析、比較。1、電流平衡的調(diào)整、電流平衡的調(diào)整v由于電力變壓器(Y/-11)高低壓側(cè)一次繞組接線方式不同，造成兩側(cè)電流相差30，在常規(guī)變壓器差動保護回路中產(chǎn)生較大不平衡電流。因此，要求TA二次接線采用電流相位補償接線方式。目前廣泛使用的微機主變差動保護TA二次可按Y型接線，只需在軟件進行差流計算時進行相位校準和幅值補償即可，簡化

3、了差動保護二次接線。 1.1 微機主變差動保護微機主變差動保護TA二次電流的相位校準二次電流的相位校準 1.1.1 TA二次電流校準有兩種方式： vA、高壓側(cè)(Y型側(cè))的二次電流進行相位校準。校準算法如下：v Y型側(cè)：IAH = ( Iah- Ibh ) /3 v IBH = ( Ibh- Ich ) /3 v ICH = ( Ich - Iah ) /3 型側(cè)： IAL = Ial IBL = Ibl ICL = Icl 采用這種校準方法的有GE公司的SR745、許繼公司的WBH-100、國電南自公司的PST1200系列、四方公司的CST200B系列的CST31A等主變差動保護。vB、對主變

4、低壓側(cè)、對主變低壓側(cè)(型側(cè)型側(cè))的二次電流進行相位校的二次電流進行相位校準。算法準。算法如下：二次電流向量圖Y型側(cè)：型側(cè)： 此算法可表示為Y型側(cè)去掉零序電流 IA= IA I0 Ib= Ib I0 Ic= Ic I0型側(cè)則為型轉(zhuǎn)換為Y型的電流相位補償變換 Ia= (Ia Ic) / 3 Ib= (Ib Ia) / 3 Ic= (Ic Ib) / 3 運用這種算法的變壓器差動保護有西門子公司的SIEMENS 7UT51主變保護和南瑞繼保公司的RCS-978系列主變保護。1.1.2、兩種、兩種TA二次電流校準方式的比較：二次電流校準方式的比較：v 對變壓器Y形側(cè)的二次電流進行Y相位校準，其差流是Y

5、側(cè)兩相電流差，當(dāng)從Y形側(cè)空投變壓器，差電流有可能產(chǎn)生對稱涌流1?；谟苛鞑ㄐ畏治龅闹C波制動和間斷角制動原理的主變差動保護，若采用分相涌流閉鎖方式則可能出現(xiàn)誤動，因此只能采用一相涌流制動三相差動（或邏輯）的差動保護，而或邏輯的制動方式存在著空投故障變壓器時，差動保護動作時間長或拒動的問題。v 對變壓器形側(cè)進行Y相位校準，其差流是單相電流，不存在對稱涌流，差動保護可實現(xiàn)分相涌流閉鎖方式，故障相差動不會被健全相涌流閉鎖，大大縮短了差動保護動作時間，提高了差動保護靈敏性。但在變壓器剩磁大于0.9倍飽和磁通，二次諧波有可能小于15%，若二次諧波制動系數(shù)取經(jīng)驗值0.15時則可能出現(xiàn)誤動。21.2、電流幅值

6、的補償、電流幅值的補償 變壓器差動保護的變壓器各側(cè)TA變比與變壓器變比失配，將在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流。電磁型差動保護在電流回路中加裝中間變流器和差動繼電器中設(shè)置平衡繞組，用以補償各側(cè)電流，減小不平衡電流。而微機差動保護則根據(jù)變壓器變比和TA變比，對各側(cè)TA二次電流的平衡系數(shù)進行計算，達到完全補償。 變壓器差動保護平衡系數(shù)的計算方法有兩種：一是通過變壓器額定電流計算平衡系數(shù)；另一種是通過變壓器額定電壓和TA變比來計算平衡系數(shù)，兩種計算方法異曲同工。值得注意的是當(dāng)變壓器低壓側(cè)按Se/2來設(shè)計時，用于計算平衡系數(shù)的額定電流不可按銘牌標(biāo)稱額定電流計算，而應(yīng)按全容量Se/3Ue來計算，否則會出現(xiàn)較大

7、不平衡電流。1.3變壓器調(diào)壓分接開關(guān)對差動保護不平衡電流的影變壓器調(diào)壓分接開關(guān)對差動保護不平衡電流的影響：響：v 變壓器差動保護按額定值計算出平衡系數(shù)之后，若變壓器重新調(diào)整調(diào)壓分接開關(guān)位置，改變了變壓器的變比，差動回路中會出現(xiàn)不平衡電流。目前絕大多數(shù)廠家的差動保護依靠抬高差動電流門坎，來躲過高壓器調(diào)壓引起的不平衡電流，如南方繼保公司RCS-978變壓器保護為例。差動保護動作電流的整定方法為：v Icd=Kerl(Ker+U+m)Iev 式中：Ie為變壓器基準側(cè)二次額定電流；Kerl為可靠系數(shù)(一般取1.31.5)；Ker為電流互感器的變比誤差；U為變壓器調(diào)壓引起的誤差；m為TA變比未完全匹配產(chǎn)

8、生的誤差，可取0.1。工程計算取Icdqd=(0.250.5)Ie。v v以110kV三圈降壓變壓器為例，110kV側(cè)調(diào)壓范圍11010%kV，38.5kV側(cè)為38.55%。當(dāng)高壓側(cè)為+10%低壓側(cè)為-5%時，U可達14.36%，再考慮TA變比誤差和TA變比失配誤差0.05，最大誤差可達29.36%。若Icd整定0.5Ie，差流越限值Icl=10%25%Ie。當(dāng)變壓器負荷較重時會頻發(fā)差流越限。通過提高差動保護啟動電流值來躲不平衡電流，降低了保護靈敏度，差流較大對躲區(qū)外故障是不利的。 v GE公司的SR745變壓器保護將分接開關(guān)檔位測量接入變壓器保護，保護裝置自動調(diào)整平衡系數(shù)，這樣降低了不平衡電

9、流，為提高差動保護靈敏性提供了條件，這種做法是值得借鑒的。2.比例制差動保護的制動量比較：比例制差動保護的制動量比較：v比例制動差動保護有三種：和差式比例制動的差動保護、復(fù)式比平制動的差動保護和工頻變化量的比率制動差動保護。2.1和差式比率制動的差動保護：和差式比率制動的差動保護：v 差動電流 Id = | Ih + IL | v 制動電流 Ir = | Ih + IL |/2 v 對于單側(cè)電源的變壓器內(nèi)部故障時，制動電流Ir =| Ih + IL |0，因此仍帶有制動量，降低了保護的靈敏度。為提升區(qū)內(nèi)故障時的靈敏度設(shè)一拐點電流IB，當(dāng)制動電流Ir IB 時，才開始產(chǎn)生制動作用。在整定時，拐點

10、電流IB應(yīng)大于差動定值ICD，以防止區(qū)內(nèi)小電流故障時保護拒動。和差式比率制動的差動保護其優(yōu)點是多側(cè)電源變壓器區(qū)外故障時防止誤動有顯著作用。目前多數(shù)差動保護采用和差比率制動原理，如許繼的WBH-100；四方公司的CST231B、CST31A、CST1201A；南瑞繼保公司的LFP-971；GE公司的SR745；西門子公司的7UT51等。2.2復(fù)式比率制動的差動保護復(fù)式比率制動的差動保護 v 差流：Id = | Ii v 制動電流：Ir = | Id - Ii|v 由于計算制動電流時，引入了差動電流，由于經(jīng)Y/轉(zhuǎn)換后各側(cè)電流相位相同。所以在變壓器區(qū)內(nèi)故障時Id與Ii相差很?。ɡ碚撝禐榱悖┲苿与娏骱?/p>

11、小，區(qū)內(nèi)故障時幾乎無制動量，大大提高了靈敏度，區(qū)外故障時，IiId，所以制動電流很大，能可靠地制動，防止保護誤動。目前采用復(fù)式比率制動原理的變壓器差動保護有ISH-1H保護裝置。2.3 工頻變化量制動的差動保護：工頻變化量制動的差動保護：v差流：v制動電流：v 南瑞繼保公司的南瑞繼保公司的RCS-978變壓器保護采用工頻變化量保護，提高變壓器保護采用工頻變化量保護，提高了變壓器的正常運行時內(nèi)部發(fā)生輕微匝間故障的靈敏度；同時，制動了變壓器的正常運行時內(nèi)部發(fā)生輕微匝間故障的靈敏度；同時，制動系數(shù)可取較高值，抗區(qū)外故障時系數(shù)可取較高值，抗區(qū)外故障時TA的暫態(tài)和穩(wěn)太飽和能力較強。的暫態(tài)和穩(wěn)太飽和能力較

12、強。3 Idt -浮動門坎浮動門坎 Idth-固定門坎固定門坎 Iinm-各側(cè)電流工頻變化量各側(cè)電流工頻變化量 Id-差動電流工頻變化量差動電流工頻變化量 Ir-制動電流的工頻制動電流的工頻變化量變化量 3 勵磁涌流判定方法：勵磁涌流判定方法：v 在空投變壓器或切故障電壓恢復(fù)時，變壓器將產(chǎn)生勵磁涌流，在差動保護中形成較大不平衡電流，可引起差動保護誤動，此時必須閉鎖差動保護。如何判別勵磁涌流，不同廠家的產(chǎn)品判定的方法各不相同，常見的有以下兩種： 3.1 二次諧波制動二次諧波制動v 在變壓器勵磁涌流中含有大量的二次諧波分量，一般占基波分量的20%以上，利用二次諧波含量來鑒別變壓器勵磁涌流。當(dāng)二次諧

13、波含量超過整定值（國內(nèi)通常為15%20%）則判定有勵磁涌流進而閉鎖差動保護。由于二次諧波并非勵磁涌流的特有分量，不具備排它性，如變壓器內(nèi)部故障時，長輸電線路和高壓電纜的分布電容或TA飽和都會產(chǎn)生二次諧波，所以二次諧波含量來判別是否出現(xiàn)勵磁涌流存在不足。5另外，在變壓器剩磁大于0.9倍飽和磁通，勵磁涌流二次諧波有可能小于15%，二次諧波制動系數(shù)取經(jīng)驗值0.15時，差動保護有可能出現(xiàn)誤動。2但作為工程應(yīng)用，采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)仍可保證差動保護動作基本正確，因此得到廣泛應(yīng)用。 3.2波型特征識別：波型特征識別：v 勵磁涌流存在較大直流分量、波形畸變，并出現(xiàn)間斷角等，可通過比較勵磁涌流與故障電流之間波形關(guān)系來區(qū)分勵磁涌流與故障電流。常見的有間斷角原理、波形對稱原理等。其中波形對稱原理的差動保護是間斷角原理的發(fā)展，易于實現(xiàn)、具有較高的準確性，因此得到廣泛運用，如國電南自的PST1201、南瑞公司的RCS-978ED、許繼的WBH-100、北京四方公司的CST-33A等。但涌流波形與許多因素有關(guān)，具有不確定性和多樣性，波形比較原理的保護仍不能定量地通過嚴格的理論