變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問題論述課件

桂林清華電機(jī)系大機(jī)組保護(hù)研究所主設(shè)備（發(fā)電機(jī)/變壓器）故障分析與保護(hù)桂林清華電機(jī)系大機(jī)組保護(hù)研究所主設(shè)備（發(fā)電機(jī)/變壓器）故障分1個(gè)人簡介：1974年出生，本、碩就讀于合肥工業(yè)大學(xué)，1999年考入清華大學(xué)攻讀博士學(xué)位（師從王維儉和王祥珩教授），2004年博士畢業(yè)后留電機(jī)系工作至今，現(xiàn)為電機(jī)系副教授。

研究方向?yàn)榇髾C(jī)組保護(hù)及故障分析，先后對(duì)三峽、拉西瓦、向家壩、溪洛渡、錦屏一級(jí)/二級(jí)、糯扎渡等36座水電站的170多臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了內(nèi)部故障的分析和主保護(hù)的設(shè)計(jì)，并完成了三峽右岸（12×700MW）、托克托（8×600MW）等12個(gè)電廠60多臺(tái)發(fā)變組保護(hù)定值的整定和審查工作。個(gè)人簡介：1974年出生，本、碩就讀于合肥工業(yè)大學(xué)，2課程內(nèi)容簡介：1、發(fā)電機(jī)主保護(hù)的設(shè)計(jì)與整定（2/5)

縱聯(lián)和橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理與整定大型水輪發(fā)電機(jī)主保護(hù)的定量化及優(yōu)化設(shè)計(jì)（以三峽右岸HEC和向家壩ALSTOM發(fā)電機(jī)主保護(hù)設(shè)計(jì)為例）“加強(qiáng)主保護(hù)、簡化后備保護(hù)”及相關(guān)注意事項(xiàng)2、發(fā)電機(jī)異常工況保護(hù)的基本原理與整定（2/5）定子接地保護(hù)低勵(lì)失磁保護(hù)失步保護(hù)、定/轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)、轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)、過電壓和過勵(lì)磁保護(hù)、誤上電保護(hù)、斷路器閃絡(luò)保護(hù)、頻率異常、逆功率保護(hù)等3、變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問題（1/5）課程內(nèi)容簡介：1、發(fā)電機(jī)主保護(hù)的設(shè)計(jì)與整定（2/5)33變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問題3.1變壓器縱差保護(hù)與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的不同之處3.2單相變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理3.3變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算及注意事項(xiàng)3.4與勵(lì)磁涌流無關(guān)的變壓器主保護(hù)3.5主變后備過流保護(hù)、低壓側(cè)接地保護(hù)的整定計(jì)算及勵(lì)磁變/高廠變保護(hù)的配置3變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問題3.1變壓器縱差保護(hù)與發(fā)電機(jī)縱43.1變壓器縱差保護(hù)的不同之處變壓器縱差與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)一樣，也都是采用比率制動(dòng)方式達(dá)到外部短路不誤動(dòng)和內(nèi)部短路靈敏動(dòng)作的目的，但它在以下幾方面存在顯著不同：變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流各不相等，因此各側(cè)TA的型號(hào)一定不同，而且各側(cè)三相接線方式不盡相同，所以各側(cè)相電流的相位也可能不一致，這將使外部短路時(shí)不平衡電流增大，所以變壓器差動(dòng)保護(hù)的最大制動(dòng)系數(shù)比發(fā)電機(jī)大，靈敏度相對(duì)較低。變壓器高壓繞組常用調(diào)壓分接頭，有的還要求帶負(fù)荷調(diào)節(jié)，使變壓器縱差保護(hù)已調(diào)整平衡的二次電流又被破壞，不平衡電流增大，這將使變壓器縱差保護(hù)的最小動(dòng)作電流和制動(dòng)系數(shù)都要相應(yīng)增大。3.1變壓器縱差保護(hù)的不同之處變壓器縱差與發(fā)電機(jī)縱5變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）對(duì)于定子繞組的匝間短路，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)完全沒有作用。變壓器各側(cè)繞組的匝間短路，通過變壓器鐵心磁路的耦合，改變了各側(cè)電流的大小和相位，使變壓器縱差保護(hù)對(duì)匝間短路有作用（匝間短路可視為變壓器的一個(gè)新繞組發(fā)生端口短路）。無論變壓器繞組還是發(fā)電機(jī)定子繞組的開焊故障，它們的縱差保護(hù)均不能動(dòng)作，變壓器依靠瓦斯或壓力保護(hù)。變壓器縱差保護(hù)范圍除了包括各側(cè)繞組外，還包含變壓器的鐵心，即縱差保護(hù)區(qū)內(nèi)不僅有電路還有磁路，這就違反了縱差保護(hù)的理論基礎(chǔ)——基爾霍夫電流定律。變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）對(duì)于定子繞組的匝間短路，發(fā)6

對(duì)于僅包含電路的縱差保護(hù)對(duì)象（如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、母線、電抗器等）本身沒有故障時(shí)，不管外部發(fā)生什么擾動(dòng)，恒有諸端子電流的相量和為零。因此發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)在正常運(yùn)行或區(qū)外短路時(shí)，差動(dòng)回路不平衡電流理論上為零；當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)將有（流向短路點(diǎn)的全部短路電流），將作為縱差保護(hù)的動(dòng)作量，使保護(hù)靈敏動(dòng)作。變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）對(duì)于僅包含電路的縱差保護(hù)對(duì)象（如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、母線、電抗7但是若被保護(hù)對(duì)象是變壓器，它有n個(gè)繞組和一個(gè)公共鐵心，即n條電路和一條公共磁路，則。（Ie為變壓器勵(lì)磁電流）變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）但是若被保護(hù)對(duì)象是變壓器，它有n個(gè)繞組和一個(gè)公共鐵心，即n8如前所述，勵(lì)磁電流Ie就是變壓器縱差保護(hù)的不平衡電流，當(dāng)變壓器及其所在系統(tǒng)正常工作時(shí)，對(duì)于大型變壓器，Ie<1%Itn（Itn為變壓器額定電流），不會(huì)影響變壓器縱差保護(hù)的工作性能；當(dāng)外部系統(tǒng)短路時(shí)，電壓嚴(yán)重下降，Ie更微不足道。

在變壓器過勵(lì)磁狀態(tài)下，鐵心嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流Ie劇增，對(duì)于最小動(dòng)作電流為0.2～0.4Itn的變壓器縱差保護(hù)，勢(shì)必造成誤動(dòng)作。更為嚴(yán)重的是變壓器空載合閘時(shí)的暫態(tài)過勵(lì)磁電流，其值可為Itn的數(shù)倍到10倍以上，這樣大的暫態(tài)勵(lì)磁電流通常稱為“勵(lì)磁涌流”（inrushcurrent），它流入縱差的差動(dòng)回路卻要求縱差保護(hù)不誤動(dòng)，實(shí)屬困難！變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）如前所述，勵(lì)磁電流Ie就是變壓器縱差保護(hù)的不平衡電流，當(dāng)變93.2單相變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理

勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的根本原因是鐵心的嚴(yán)重飽和，由可能出現(xiàn)的最大磁通和鐵心磁化曲線來決定勵(lì)磁涌流的最大值，是一個(gè)非線性問題。假定電壓過零時(shí)（）合閘，此時(shí)鐵心中的磁通由三部分構(gòu)成：穩(wěn)態(tài)磁通（應(yīng)是衰減的）暫態(tài)磁通鐵心剩磁3.2單相變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的根10影響三相變壓器勵(lì)磁涌流波形特征的因素大致有：電源電壓大小和合閘初相角，系統(tǒng)等值阻抗大小和相角變壓器三相繞組的接線方式和中性點(diǎn)接地方式，三相鐵心結(jié)構(gòu)型式（三相三柱或五柱，三相變壓器組）

鐵心矽鋼片組裝工藝水平（拼接殘余氣隙大?。?，鐵心材質(zhì)（磁化特性、磁滯特性、局部磁滯回環(huán)），合閘前鐵心剩磁的大小和方向涌流經(jīng)TA的非線性傳變，即TA的飽和特性值得注意的是：空載合閘勵(lì)磁涌流峰值雖大（可與短路電流比擬），但它含有二次諧波成分，且在一個(gè)周期內(nèi)存在間斷角，而短路電流只有基波和非周期分量、且在一個(gè)周期內(nèi)沒有間斷角，這就引申而來我國現(xiàn)在通用的防止空載合閘時(shí)變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的閉鎖判據(jù)——二次諧波制動(dòng)方式和間斷角原理制動(dòng)方式。影響三相變壓器勵(lì)磁涌流波形特征的因素大致有：電源電壓大小和113.3變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算及注意事項(xiàng)縱差保護(hù)用TA的選型1、330kV及以上系統(tǒng)保護(hù)、高壓側(cè)為330kV及以上的變壓器和300MW及以上的發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)用電流互感器宜采用TPY級(jí)電流互感器，這是解決變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作問題的根本出路。2、堅(jiān)決反對(duì)“TPY+5P”的組合，因?yàn)镻級(jí)TA與TPY級(jí)TA的主要差別在于：穩(wěn)態(tài)誤差和暫態(tài)誤差、氣隙以及鐵心截面的大小。3、保護(hù)裝置具有判CT飽和的能力（“異步法”）：只是作為冗余。3.3變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算及注意事項(xiàng)縱差保護(hù)用TA的12變斜率比率制動(dòng)特性的整定變斜率比率制動(dòng)特性的整定13托克托電廠升壓變的基本參數(shù)：2、低斜率S1：考慮外部短路小電流時(shí)也有非周期分量電流和CT鐵心剩磁，引起不平衡電流增大，為防誤動(dòng)，設(shè)置低斜率S1的制動(dòng)作用，由于不大(0.3)，其對(duì)內(nèi)部短路的保護(hù)靈敏度影響很小。3、高斜率S2：鑒于500kV母線為3/2接線，變壓器外部短路電流很大，此時(shí)應(yīng)有很強(qiáng)的制動(dòng)特性，即當(dāng)時(shí)，斜率增大到0.8，這樣即使一側(cè)TA極度飽和(二次無輸出)，另一側(cè)TA不飽和，也不會(huì)使縱差保護(hù)誤動(dòng)。4、兩種斜率不同直線之間的區(qū)域采用三次樣條函數(shù)實(shí)現(xiàn)“平滑過渡”，有利于改善差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作性能。1、托克托電廠升壓變的基本參數(shù)：2、低斜率S1：考慮外部短路小電14廣蓄A(yù)廠主變差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算：廣蓄A(yù)廠主變差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算：15為了加速切除變壓器嚴(yán)重的內(nèi)部故障，常常增設(shè)差動(dòng)速斷保護(hù)（利用縱差保護(hù)中的差動(dòng)電流，不用二次和五次諧波制動(dòng)，也不用比率制動(dòng)），其動(dòng)作電流Iop的整定如下：1）高壓側(cè)空載合閘，出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，保護(hù)不動(dòng)作，。2）外部最大三相短路時(shí)不誤動(dòng)，3）差動(dòng)速斷保護(hù)定值的最終確定應(yīng)維持主保護(hù)的比率制動(dòng)特性?？v差速斷保護(hù)定值的整定為了加速切除變壓器嚴(yán)重的內(nèi)部故障，常常增設(shè)差動(dòng)速斷保16

空載合閘和變壓器匝間短路同時(shí)出現(xiàn)的處理措施1、“一相閉鎖三相”：即一相出現(xiàn)涌流特征，三相縱差保護(hù)全部閉鎖，目的是防止勵(lì)磁涌流造成變壓器縱差保護(hù)誤動(dòng)。2、“按相涌流閉鎖”：防止變壓器空投于匝間短路時(shí)縱差保護(hù)延時(shí)動(dòng)作，從而對(duì)變壓器造成危害。3、“3取2的出口方式”：三相電流中有兩相滿足涌流特征，即閉鎖三相差動(dòng)保護(hù)。空載合閘和變壓器匝間短路同時(shí)出現(xiàn)的處理措施1、“一相閉鎖三173.4與勵(lì)磁涌流無關(guān)的變壓器主保護(hù)分側(cè)差動(dòng)保護(hù)

將變壓器的各側(cè)繞組分別作為被保護(hù)對(duì)象，在各繞組的兩端裝設(shè)TA（變比相同并按星形接線），以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)；如同發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)一樣，無需考慮繞組的勵(lì)磁電流、過勵(lì)磁、調(diào)壓等的影響；對(duì)相間和單相短路靈敏度高，但不反應(yīng)匝間短路。零序差動(dòng)保護(hù)

零序差動(dòng)保護(hù)就是為保護(hù)變壓器單相接地故障而設(shè)置的；因?yàn)閷?duì)于220～500kV的變壓器，單相接地短路是其主要故障型式之一，特別是三相變壓器組，變壓器油箱內(nèi)部相間短路不可能發(fā)生；而在傳統(tǒng)的變壓器縱差保護(hù)三相互感器二次接線方式下，縱差保護(hù)根本不反應(yīng)零序電流，使其對(duì)內(nèi)部單相短路的靈敏度較低甚至拒動(dòng)。3.4與勵(lì)磁涌流無關(guān)的變壓器主保護(hù)分側(cè)差動(dòng)保護(hù)將183.5主變后備過流保護(hù)、低壓側(cè)接地保護(hù)的整定計(jì)算及勵(lì)磁變/高廠變保護(hù)的配置3.5.1主變后備過流保護(hù)主變復(fù)壓過流保護(hù)（對(duì)應(yīng)的二次值為60V，取18kV側(cè)PT線電壓）（對(duì)應(yīng)的二次值為4.62V，相電壓）當(dāng)18kV相間短路時(shí)，500kV側(cè)殘壓為：所以殘壓很高，低壓元件若取500kV側(cè)電壓，其靈敏度很低，為此必須取18kV側(cè)PT電壓，相間短路時(shí)有很高靈敏度。3.5主變后備過流保護(hù)、低壓側(cè)接地保護(hù)的整定計(jì)算及勵(lì)磁變/19主變方向過流保護(hù)主變復(fù)壓過流保護(hù)應(yīng)與系統(tǒng)保護(hù)和高廠變保護(hù)配合，延時(shí)動(dòng)作于發(fā)變組全停；而主變方向過流保護(hù)在GCB斷開時(shí)投入使用，作為主變倒送電時(shí)的相間故障后備保護(hù)，延時(shí)只需躲過系統(tǒng)振蕩，不必與廠用系統(tǒng)配合。主變方向過流保護(hù)主變復(fù)壓過流保護(hù)應(yīng)與系統(tǒng)保護(hù)和高廠203.5.2主變低壓側(cè)接地保護(hù)該保護(hù)用于發(fā)電機(jī)機(jī)端斷路器開斷，主變單獨(dú)與500kV系統(tǒng)相聯(lián)。當(dāng)500kV系統(tǒng)接地故障時(shí)，計(jì)算零序傳遞電壓時(shí)發(fā)電機(jī)定子繞組每相對(duì)地電容不起作用：傳遞電壓計(jì)算用近似簡化電路此時(shí)基波零序電壓保護(hù)“應(yīng)該”動(dòng)作，難以通過定值來躲過，只能依靠延時(shí)配合，故選取，延時(shí)3.0s動(dòng)作于跳閘（長延時(shí)，應(yīng)大于500kV高壓系統(tǒng)和6.3kV廠用系統(tǒng)接地故障的最大切除時(shí)間）。3.5.2主變低壓側(cè)接地保護(hù)該保護(hù)用于發(fā)電機(jī)機(jī)端斷213.5.3勵(lì)磁變/高廠變保護(hù)的配置鑒于以下原因，不采用差動(dòng)保護(hù)，而采用最簡單的電流速斷＋過流保護(hù)：《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T14285-2006）——電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上的變壓器，采用縱差保護(hù)，而廣州蓄能水電廠A廠勵(lì)磁變的容量只有2.01MVA（高廠變的容量也只有4.2MVA）。勵(lì)磁變電流中諧波成分大，諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)特性惡化；差動(dòng)保護(hù)要求兩側(cè)CT暫態(tài)特性一致，但通常只用5P型，且兩側(cè)CT參數(shù)不同；勵(lì)磁變/高廠變?nèi)萘啃。杩勾?，采用電流速斷＋過流保護(hù)的靈敏度和可靠性都很高。3.5.3勵(lì)磁變/高廠變保護(hù)的配置鑒于以下原因，不22電流速斷保護(hù)按勵(lì)磁變/高廠變低壓側(cè)最大三相短路不誤動(dòng)整定：電流速斷保護(hù)按勵(lì)磁變/高廠變低壓側(cè)最大三相短路不誤動(dòng)整定：23過流保護(hù)（1）勵(lì)磁變過流保護(hù)定值應(yīng)按發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)時(shí)（強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)及時(shí)間為2.0倍/10s）過流保護(hù)不誤動(dòng)整定，延時(shí)不必與強(qiáng)勵(lì)時(shí)間（10s）配合，取0.5s（需考慮與下一級(jí)快熔元件的配合關(guān)系）。（2）高廠變過流保護(hù)的定值按高廠變低壓側(cè)最小區(qū)內(nèi)兩相短路（由系統(tǒng)倒送廠用電）時(shí)有靈敏度整定，延時(shí)與下級(jí)保護(hù)（6kV進(jìn)線開關(guān)過流保護(hù)最大延時(shí)）相配合。過流保護(hù)（1）勵(lì)磁變過流保護(hù)定值應(yīng)按發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)時(shí)（強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)24謝謝大家！謝謝大家！25聯(lián)系方式：桂林：北京市清華大學(xué)電機(jī)系（100084）電話機(jī)：136-51238096Email：guilin99@聯(lián)系方式：桂林：北京市清華大學(xué)電機(jī)系（100084）26傳統(tǒng)的變壓器縱差保護(hù)三相互感器的二次接線方式：傳統(tǒng)的變壓器縱差保護(hù)三相互感器的二次接線方式：27差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性（單斜率）的整定：0.5差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性（單斜率）的整定：0.528當(dāng)、相量方向如左圖所示，則必有、（或）同相。變壓器正常運(yùn)行和區(qū)外短路時(shí)的等效電路：當(dāng)、相量方向如左圖所示，則必有、29變壓器過激磁導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的事例：西北某電廠有一次變壓器在后半夜運(yùn)行中，由于超高壓長線充電電流大、電壓過高，電廠值班人員調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)操作錯(cuò)誤，減勵(lì)磁反為增勵(lì)磁，造成一次嚴(yán)重過勵(lì)磁故障，勵(lì)磁電流急劇增大，導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。變壓器過激磁導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的事例：西北某電廠30變壓器空載合閘時(shí)的等效電路：由于鐵心嚴(yán)重保護(hù)，呈急劇變化（3.0～0.003，標(biāo)么值）。變壓器空載合閘時(shí)的等效電路：由于鐵心嚴(yán)重保護(hù)，呈急劇變化31合閘瞬間，t=0：上式表示合閘瞬間變壓器鐵心磁通沒有突變，保持合閘前的剩磁，物理概念正確！穩(wěn)態(tài)磁通的幅值：合閘瞬間，t=0：上式表示合閘瞬間變壓器鐵心磁通沒有突變，保32

發(fā)電機(jī)同期操作和高壓馬達(dá)自起動(dòng)過程中，縱差保護(hù)曾多次誤動(dòng)，原因是兩側(cè)二次暫態(tài)電流不同，引起不平衡電流過大。一臺(tái)220kV升壓變壓器空載合閘，其縱差保護(hù)未誤動(dòng)，與之并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)變組中發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)誤動(dòng)作原因的分析：發(fā)電機(jī)同期操作和高壓馬達(dá)自起動(dòng)過程中，縱差保護(hù)曾多次誤動(dòng)，33一臺(tái)6kV/5600kW異步電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)過程實(shí)測二次電流：電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)過程中，定子繞組每相兩側(cè)一次電流不管多大總是完全相同的，兩側(cè)CT也是同型的，為什么兩側(cè)二次電流不那么相同而產(chǎn)生了暫態(tài)不平衡電流？問題只能是由兩側(cè)互感器的暫態(tài)傳變特性不一致所造成的。一臺(tái)6kV/5600kW異步電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)過程實(shí)測二次電流：34穿越性和應(yīng)涌流：

穿越性和應(yīng)涌流：35保護(hù)裝置具有判CT飽和的能力（“異步法”）：保護(hù)裝置具有判CT飽和的能力（“異步法”）：36廣蓄A(yù)廠#1發(fā)變組保護(hù)整定用等值電路圖：主變差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)最小短路電流；主變差動(dòng)保護(hù)區(qū)外最大短路電流。廣蓄A(yù)廠#1發(fā)變組保護(hù)整定用等值電路圖：主變差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)最37AREVA與南瑞繼保比率制動(dòng)特性的簡單對(duì)比：AREVA與南瑞繼保比率制動(dòng)特性的簡單對(duì)比：38視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小，K推薦值如下：

6.3MVA及以下：7～12；

6.3～31.5MVA：4.5～7.0；

40～120MVA：3.0～6.0；

120MVA及以上：2.0～5.0；容量越大，系統(tǒng)電抗越大，K取值越小。視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小，K推薦值如下：6.3MVA及以39作為輔助保護(hù)的差動(dòng)速斷應(yīng)維持主保護(hù)的比率制動(dòng)特性：作為輔助保護(hù)的差動(dòng)速斷應(yīng)維持主保護(hù)的比率制動(dòng)特性：40變壓器空投于匝間故障時(shí)的處理措施：作為匝間短路的故障相電流，它具有內(nèi)部短路電流的特征，縱差保護(hù)理應(yīng)動(dòng)作，但另兩個(gè)健全相的電流卻是空載合閘勵(lì)磁涌流性質(zhì)；若采用“一相閉鎖三相”的措施，則健全相的勵(lì)磁涌流特征將使縱差保護(hù)三相全被制動(dòng)，一直到涌流衰減至不滿足縱差保護(hù)閉鎖條件，故障相縱差保護(hù)才能動(dòng)作；眾所周知，大型變壓器勵(lì)磁涌流的衰減是很慢的，上述措施對(duì)變壓器空投于匝間故障時(shí)（雖有發(fā)生但為數(shù)不多）是不利的；而“按相涌流閉鎖”對(duì)防止涌流誤動(dòng)又不是十分可靠，故“3取2的出口方式”是工程上的一種折衷處理措施。變壓器空投于匝間故障時(shí)的處理措施：作為匝間短路的故障相電流41拉西瓦水電站750kV升壓變壓器主保護(hù)用CT的配置：拉西瓦水電站750kV升壓變壓器主保護(hù)用CT的配置：42主變低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)，在機(jī)組停運(yùn)時(shí)，主變低壓側(cè)接地故障依靠低壓側(cè)零序過壓保護(hù)切除，但當(dāng)PT一次保險(xiǎn)熔斷、一次回路連接部位接觸不良、二次回路短路（一組PT二次同時(shí)并聯(lián)5個(gè)負(fù)荷）等故障出現(xiàn)時(shí)，多次造成該保護(hù)誤動(dòng)，因此調(diào)度保護(hù)處建議將零序過壓保護(hù)跳500kV開關(guān)改為發(fā)報(bào)警信號(hào)至監(jiān)控系統(tǒng)，并稱許多常規(guī)水電廠都是這樣做的。而廣蓄、天荒坪都采用了零序過壓跳閘出口功能。主變低壓側(cè)接地保護(hù)出口方式的討論：主變低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)，在機(jī)組停運(yùn)時(shí)，主變低壓側(cè)接地故障依43主變低壓側(cè)接地保護(hù)出口方式的討論（續(xù)前）：現(xiàn)場實(shí)例反饋——2011年7月13日，某大型發(fā)電機(jī)GCB上端靠近主變低壓側(cè)發(fā)生單相（C相）接地故障，發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作（延時(shí)3.5s），跳GCB并滅磁停機(jī)，但系統(tǒng)繼續(xù)提供短路電流，繼而經(jīng)6s后發(fā)展為B、C兩相金屬性接地短路，該電站主變低壓側(cè)接地保護(hù)投報(bào)警。主變低壓側(cè)接地保護(hù)出口方式的討論（續(xù)前）：現(xiàn)場實(shí)例反饋——44桂林清華電機(jī)系大機(jī)組保護(hù)研究所主設(shè)備（發(fā)電機(jī)/變壓器）故障分析與保護(hù)桂林清華電機(jī)系大機(jī)組保護(hù)研究所主設(shè)備（發(fā)電機(jī)/變壓器）故障分45個(gè)人簡介：1974年出生，本、碩就讀于合肥工業(yè)大學(xué)，1999年考入清華大學(xué)攻讀博士學(xué)位（師從王維儉和王祥珩教授），2004年博士畢業(yè)后留電機(jī)系工作至今，現(xiàn)為電機(jī)系副教授。

研究方向?yàn)榇髾C(jī)組保護(hù)及故障分析，先后對(duì)三峽、拉西瓦、向家壩、溪洛渡、錦屏一級(jí)/二級(jí)、糯扎渡等36座水電站的170多臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了內(nèi)部故障的分析和主保護(hù)的設(shè)計(jì)，并完成了三峽右岸（12×700MW）、托克托（8×600MW）等12個(gè)電廠60多臺(tái)發(fā)變組保護(hù)定值的整定和審查工作。個(gè)人簡介：1974年出生，本、碩就讀于合肥工業(yè)大學(xué)，46課程內(nèi)容簡介：1、發(fā)電機(jī)主保護(hù)的設(shè)計(jì)與整定（2/5)

縱聯(lián)和橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理與整定大型水輪發(fā)電機(jī)主保護(hù)的定量化及優(yōu)化設(shè)計(jì)（以三峽右岸HEC和向家壩ALSTOM發(fā)電機(jī)主保護(hù)設(shè)計(jì)為例）“加強(qiáng)主保護(hù)、簡化后備保護(hù)”及相關(guān)注意事項(xiàng)2、發(fā)電機(jī)異常工況保護(hù)的基本原理與整定（2/5）定子接地保護(hù)低勵(lì)失磁保護(hù)失步保護(hù)、定/轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)、轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)、過電壓和過勵(lì)磁保護(hù)、誤上電保護(hù)、斷路器閃絡(luò)保護(hù)、頻率異常、逆功率保護(hù)等3、變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問題（1/5）課程內(nèi)容簡介：1、發(fā)電機(jī)主保護(hù)的設(shè)計(jì)與整定（2/5)473變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問題3.1變壓器縱差保護(hù)與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的不同之處3.2單相變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理3.3變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算及注意事項(xiàng)3.4與勵(lì)磁涌流無關(guān)的變壓器主保護(hù)3.5主變后備過流保護(hù)、低壓側(cè)接地保護(hù)的整定計(jì)算及勵(lì)磁變/高廠變保護(hù)的配置3變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問題3.1變壓器縱差保護(hù)與發(fā)電機(jī)縱483.1變壓器縱差保護(hù)的不同之處變壓器縱差與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)一樣，也都是采用比率制動(dòng)方式達(dá)到外部短路不誤動(dòng)和內(nèi)部短路靈敏動(dòng)作的目的，但它在以下幾方面存在顯著不同：變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流各不相等，因此各側(cè)TA的型號(hào)一定不同，而且各側(cè)三相接線方式不盡相同，所以各側(cè)相電流的相位也可能不一致，這將使外部短路時(shí)不平衡電流增大，所以變壓器差動(dòng)保護(hù)的最大制動(dòng)系數(shù)比發(fā)電機(jī)大，靈敏度相對(duì)較低。變壓器高壓繞組常用調(diào)壓分接頭，有的還要求帶負(fù)荷調(diào)節(jié)，使變壓器縱差保護(hù)已調(diào)整平衡的二次電流又被破壞，不平衡電流增大，這將使變壓器縱差保護(hù)的最小動(dòng)作電流和制動(dòng)系數(shù)都要相應(yīng)增大。3.1變壓器縱差保護(hù)的不同之處變壓器縱差與發(fā)電機(jī)縱49變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）對(duì)于定子繞組的匝間短路，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)完全沒有作用。變壓器各側(cè)繞組的匝間短路，通過變壓器鐵心磁路的耦合，改變了各側(cè)電流的大小和相位，使變壓器縱差保護(hù)對(duì)匝間短路有作用（匝間短路可視為變壓器的一個(gè)新繞組發(fā)生端口短路）。無論變壓器繞組還是發(fā)電機(jī)定子繞組的開焊故障，它們的縱差保護(hù)均不能動(dòng)作，變壓器依靠瓦斯或壓力保護(hù)。變壓器縱差保護(hù)范圍除了包括各側(cè)繞組外，還包含變壓器的鐵心，即縱差保護(hù)區(qū)內(nèi)不僅有電路還有磁路，這就違反了縱差保護(hù)的理論基礎(chǔ)——基爾霍夫電流定律。變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）對(duì)于定子繞組的匝間短路，發(fā)50

對(duì)于僅包含電路的縱差保護(hù)對(duì)象（如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、母線、電抗器等）本身沒有故障時(shí)，不管外部發(fā)生什么擾動(dòng)，恒有諸端子電流的相量和為零。因此發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)在正常運(yùn)行或區(qū)外短路時(shí)，差動(dòng)回路不平衡電流理論上為零；當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)將有（流向短路點(diǎn)的全部短路電流），將作為縱差保護(hù)的動(dòng)作量，使保護(hù)靈敏動(dòng)作。變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）對(duì)于僅包含電路的縱差保護(hù)對(duì)象（如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、母線、電抗51但是若被保護(hù)對(duì)象是變壓器，它有n個(gè)繞組和一個(gè)公共鐵心，即n條電路和一條公共磁路，則。（Ie為變壓器勵(lì)磁電流）變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）但是若被保護(hù)對(duì)象是變壓器，它有n個(gè)繞組和一個(gè)公共鐵心，即n52如前所述，勵(lì)磁電流Ie就是變壓器縱差保護(hù)的不平衡電流，當(dāng)變壓器及其所在系統(tǒng)正常工作時(shí)，對(duì)于大型變壓器，Ie<1%Itn（Itn為變壓器額定電流），不會(huì)影響變壓器縱差保護(hù)的工作性能；當(dāng)外部系統(tǒng)短路時(shí)，電壓嚴(yán)重下降，Ie更微不足道。

在變壓器過勵(lì)磁狀態(tài)下，鐵心嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流Ie劇增，對(duì)于最小動(dòng)作電流為0.2～0.4Itn的變壓器縱差保護(hù)，勢(shì)必造成誤動(dòng)作。更為嚴(yán)重的是變壓器空載合閘時(shí)的暫態(tài)過勵(lì)磁電流，其值可為Itn的數(shù)倍到10倍以上，這樣大的暫態(tài)勵(lì)磁電流通常稱為“勵(lì)磁涌流”（inrushcurrent），它流入縱差的差動(dòng)回路卻要求縱差保護(hù)不誤動(dòng)，實(shí)屬困難！變壓器縱差保護(hù)的不同之處（續(xù)前）如前所述，勵(lì)磁電流Ie就是變壓器縱差保護(hù)的不平衡電流，當(dāng)變533.2單相變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理

勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的根本原因是鐵心的嚴(yán)重飽和，由可能出現(xiàn)的最大磁通和鐵心磁化曲線來決定勵(lì)磁涌流的最大值，是一個(gè)非線性問題。假定電壓過零時(shí)（）合閘，此時(shí)鐵心中的磁通由三部分構(gòu)成：穩(wěn)態(tài)磁通（應(yīng)是衰減的）暫態(tài)磁通鐵心剩磁3.2單相變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的根54影響三相變壓器勵(lì)磁涌流波形特征的因素大致有：電源電壓大小和合閘初相角，系統(tǒng)等值阻抗大小和相角變壓器三相繞組的接線方式和中性點(diǎn)接地方式，三相鐵心結(jié)構(gòu)型式（三相三柱或五柱，三相變壓器組）

鐵心矽鋼片組裝工藝水平（拼接殘余氣隙大小），鐵心材質(zhì)（磁化特性、磁滯特性、局部磁滯回環(huán)），合閘前鐵心剩磁的大小和方向涌流經(jīng)TA的非線性傳變，即TA的飽和特性值得注意的是：空載合閘勵(lì)磁涌流峰值雖大（可與短路電流比擬），但它含有二次諧波成分，且在一個(gè)周期內(nèi)存在間斷角，而短路電流只有基波和非周期分量、且在一個(gè)周期內(nèi)沒有間斷角，這就引申而來我國現(xiàn)在通用的防止空載合閘時(shí)變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的閉鎖判據(jù)——二次諧波制動(dòng)方式和間斷角原理制動(dòng)方式。影響三相變壓器勵(lì)磁涌流波形特征的因素大致有：電源電壓大小和553.3變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算及注意事項(xiàng)縱差保護(hù)用TA的選型1、330kV及以上系統(tǒng)保護(hù)、高壓側(cè)為330kV及以上的變壓器和300MW及以上的發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)用電流互感器宜采用TPY級(jí)電流互感器，這是解決變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作問題的根本出路。2、堅(jiān)決反對(duì)“TPY+5P”的組合，因?yàn)镻級(jí)TA與TPY級(jí)TA的主要差別在于：穩(wěn)態(tài)誤差和暫態(tài)誤差、氣隙以及鐵心截面的大小。3、保護(hù)裝置具有判CT飽和的能力（“異步法”）：只是作為冗余。3.3變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算及注意事項(xiàng)縱差保護(hù)用TA的56變斜率比率制動(dòng)特性的整定變斜率比率制動(dòng)特性的整定57托克托電廠升壓變的基本參數(shù)：2、低斜率S1：考慮外部短路小電流時(shí)也有非周期分量電流和CT鐵心剩磁，引起不平衡電流增大，為防誤動(dòng)，設(shè)置低斜率S1的制動(dòng)作用，由于不大(0.3)，其對(duì)內(nèi)部短路的保護(hù)靈敏度影響很小。3、高斜率S2：鑒于500kV母線為3/2接線，變壓器外部短路電流很大，此時(shí)應(yīng)有很強(qiáng)的制動(dòng)特性，即當(dāng)時(shí)，斜率增大到0.8，這樣即使一側(cè)TA極度飽和(二次無輸出)，另一側(cè)TA不飽和，也不會(huì)使縱差保護(hù)誤動(dòng)。4、兩種斜率不同直線之間的區(qū)域采用三次樣條函數(shù)實(shí)現(xiàn)“平滑過渡”，有利于改善差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作性能。1、托克托電廠升壓變的基本參數(shù)：2、低斜率S1：考慮外部短路小電58廣蓄A(yù)廠主變差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算：廣蓄A(yù)廠主變差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算：59為了加速切除變壓器嚴(yán)重的內(nèi)部故障，常常增設(shè)差動(dòng)速斷保護(hù)（利用縱差保護(hù)中的差動(dòng)電流，不用二次和五次諧波制動(dòng)，也不用比率制動(dòng)），其動(dòng)作電流Iop的整定如下：1）高壓側(cè)空載合閘，出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，保護(hù)不動(dòng)作，。2）外部最大三相短路時(shí)不誤動(dòng)，3）差動(dòng)速斷保護(hù)定值的最終確定應(yīng)維持主保護(hù)的比率制動(dòng)特性。縱差速斷保護(hù)定值的整定為了加速切除變壓器嚴(yán)重的內(nèi)部故障，常常增設(shè)差動(dòng)速斷保60

空載合閘和變壓器匝間短路同時(shí)出現(xiàn)的處理措施1、“一相閉鎖三相”：即一相出現(xiàn)涌流特征，三相縱差保護(hù)全部閉鎖，目的是防止勵(lì)磁涌流造成變壓器縱差保護(hù)誤動(dòng)。2、“按相涌流閉鎖”：防止變壓器空投于匝間短路時(shí)縱差保護(hù)延時(shí)動(dòng)作，從而對(duì)變壓器造成危害。3、“3取2的出口方式”：三相電流中有兩相滿足涌流特征，即閉鎖三相差動(dòng)保護(hù)?？蛰d合閘和變壓器匝間短路同時(shí)出現(xiàn)的處理措施1、“一相閉鎖三613.4與勵(lì)磁涌流無關(guān)的變壓器主保護(hù)分側(cè)差動(dòng)保護(hù)

將變壓器的各側(cè)繞組分別作為被保護(hù)對(duì)象，在各繞組的兩端裝設(shè)TA（變比相同并按星形接線），以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)；如同發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)一樣，無需考慮繞組的勵(lì)磁電流、過勵(lì)磁、調(diào)壓等的影響；對(duì)相間和單相短路靈敏度高，但不反應(yīng)匝間短路。零序差動(dòng)保護(hù)

零序差動(dòng)保護(hù)就是為保護(hù)變壓器單相接地故障而設(shè)置的；因?yàn)閷?duì)于220～500kV的變壓器，單相接地短路是其主要故障型式之一，特別是三相變壓器組，變壓器油箱內(nèi)部相間短路不可能發(fā)生；而在傳統(tǒng)的變壓器縱差保護(hù)三相互感器二次接線方式下，縱差保護(hù)根本不反應(yīng)零序電流，使其對(duì)內(nèi)部單相短路的靈敏度較低甚至拒動(dòng)。3.4與勵(lì)磁涌流無關(guān)的變壓器主保護(hù)分側(cè)差動(dòng)保護(hù)將623.5主變后備過流保護(hù)、低壓側(cè)接地保護(hù)的整定計(jì)算及勵(lì)磁變/高廠變保護(hù)的配置3.5.1主變后備過流保護(hù)主變復(fù)壓過流保護(hù)（對(duì)應(yīng)的二次值為60V，取18kV側(cè)PT線電壓）（對(duì)應(yīng)的二次值為4.62V，相電壓）當(dāng)18kV相間短路時(shí)，500kV側(cè)殘壓為：所以殘壓很高，低壓元件若取500kV側(cè)電壓，其靈敏度很低，為此必須取18kV側(cè)PT電壓，相間短路時(shí)有很高靈敏度。3.5主變后備過流保護(hù)、低壓側(cè)接地保護(hù)的整定計(jì)算及勵(lì)磁變/63主變方向過流保護(hù)主變復(fù)壓過流保護(hù)應(yīng)與系統(tǒng)保護(hù)和高廠變保護(hù)配合，延時(shí)動(dòng)作于發(fā)變組全停；而主變方向過流保護(hù)在GCB斷開時(shí)投入使用，作為主變倒送電時(shí)的相間故障后備保護(hù)，延時(shí)只需躲過系統(tǒng)振蕩，不必與廠用系統(tǒng)配合。主變方向過流保護(hù)主變復(fù)壓過流保護(hù)應(yīng)與系統(tǒng)保護(hù)和高廠643.5.2主變低壓側(cè)接地保護(hù)該保護(hù)用于發(fā)電機(jī)機(jī)端斷路器開斷，主變單獨(dú)與500kV系統(tǒng)相聯(lián)。當(dāng)500kV系統(tǒng)接地故障時(shí)，計(jì)算零序傳遞電壓時(shí)發(fā)電機(jī)定子繞組每相對(duì)地電容不起作用：傳遞電壓計(jì)算用近似簡化電路此時(shí)基波零序電壓保護(hù)“應(yīng)該”動(dòng)作，難以通過定值來躲過，只能依靠延時(shí)配合，故選取，延時(shí)3.0s動(dòng)作于跳閘（長延時(shí)，應(yīng)大于500kV高壓系統(tǒng)和6.3kV廠用系統(tǒng)接地故障的最大切除時(shí)間）。3.5.2主變低壓側(cè)接地保護(hù)該保護(hù)用于發(fā)電機(jī)機(jī)端斷653.5.3勵(lì)磁變/高廠變保護(hù)的配置鑒于以下原因，不采用差動(dòng)保護(hù)，而采用最簡單的電流速斷＋過流保護(hù)：《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T14285-2006）——電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上的變壓器，采用縱差保護(hù)，而廣州蓄能水電廠A廠勵(lì)磁變的容量只有2.01MVA（高廠變的容量也只有4.2MVA）。勵(lì)磁變電流中諧波成分大，諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)特性惡化；差動(dòng)保護(hù)要求兩側(cè)CT暫態(tài)特性一致，但通常只用5P型，且兩側(cè)CT參數(shù)不同；勵(lì)磁變/高廠變?nèi)萘啃?，阻抗大，采用電流速斷＋過流保護(hù)的靈敏度和可靠性都很高。3.5.3勵(lì)磁變/高廠變保護(hù)的配置鑒于以下原因，不66電流速斷保護(hù)按勵(lì)磁變/高廠變低壓側(cè)最大三相短路不誤動(dòng)整定：電流速斷保護(hù)按勵(lì)磁變/高廠變低壓側(cè)最大三相短路不誤動(dòng)整定：67過流保護(hù)（1）勵(lì)磁變過流保護(hù)定值應(yīng)按發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)時(shí)（強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)及時(shí)間為2.0倍/10s）過流保護(hù)不誤動(dòng)整定，延時(shí)不必與強(qiáng)勵(lì)時(shí)間（10s）配合，取0.5s（需考慮與下一級(jí)快熔元件的配合關(guān)系）。（2）高廠變過流保護(hù)的定值按高廠變低壓側(cè)最小區(qū)內(nèi)兩相短路（由系統(tǒng)倒送廠用電）時(shí)有靈敏度整定，延時(shí)與下級(jí)保護(hù)（6kV進(jìn)線開關(guān)過流保護(hù)最大延時(shí)）相配合。過流保護(hù)（1）勵(lì)磁變過流保護(hù)定值應(yīng)按發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)時(shí)（強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)68謝謝大家！謝謝大家！69聯(lián)系方式：桂林：北京市清華大學(xué)電機(jī)系（100084）電話機(jī)：136-51238096Email：guilin99@聯(lián)系方式：桂林：北京市清華大學(xué)電機(jī)系（100084）70傳統(tǒng)的變壓器縱差保護(hù)三相互感器的二次接線方式：傳統(tǒng)的變壓器縱差保護(hù)三相互感器的二次接線方式：71差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性（單斜率）的整定：0.5差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性（單斜率）的整定：0.572當(dāng)、相量方向如左圖所示，則必有、（或）同相。變壓器正常運(yùn)行和區(qū)外短路時(shí)的等效電路：當(dāng)、相量方向如左圖所示，則必有、73變壓器過激磁導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的事例：西北某電廠有一次變壓器在后半夜運(yùn)行中，由于超高壓長線充電電流大、電壓過高，電廠值班人員調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)操作錯(cuò)誤，減勵(lì)磁反為增勵(lì)磁，造成一次嚴(yán)重過勵(lì)磁故障，勵(lì)磁電流急劇增大，導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。變壓器過激磁導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的事例：西北某電廠74變壓器空載合閘時(shí)的等效電路：由于鐵心嚴(yán)重保護(hù)，呈急劇變化（3.0～0.003，標(biāo)么值）。變壓器空載合閘時(shí)的等效電路：由于鐵心嚴(yán)重保護(hù)，呈急劇變化75合閘瞬間，t=0：上式表示合閘瞬間變壓器鐵心磁通沒有突變，保持合閘前的剩磁，物理概念正確！穩(wěn)態(tài)磁通的幅值：合閘瞬間，t=0：上式表示合閘瞬間變壓器鐵心磁通沒有突變，保76

發(fā)電機(jī)同期操作和高壓馬達(dá)自起動(dòng)過程中，縱差保護(hù)曾多次誤動(dòng)，原因是兩側(cè)二次暫態(tài)電流不同，引