差動(dòng)保護(hù)的工作原理

1、1、變壓器差動(dòng)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(dòng)保護(hù)與線路差動(dòng)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(dòng)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。例如圖8-5所示的雙繞組 變壓器，應(yīng)使變壓器縱差動(dòng)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

2、額定68倍變壓器勵(lì)磁電流通常稱(chēng)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，因此將岀現(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(guò)半過(guò)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(guò)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68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，其中 勵(lì)磁涌流以2次諧波

3、為主。 勵(lì)磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。表8-1勵(lì)磁涌流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舉例條件諧波分量占基波分量的百分?jǐn)?shù)(c%直流分量基波二次諧波三次諧波四次諧波五次諧波第一個(gè)周期58100622542勵(lì)磁涌流第二個(gè)周期58100632853第八個(gè)周期58100653073電流互感器飽內(nèi)部短路和3810043292故障電流電流互感器不01009474飽和(4) 克服勵(lì)磁涌流對(duì)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(dòng)繼電器構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)； 利用二次諧波制動(dòng)原理構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)； 利用間斷角原理構(gòu)成的變壓器差動(dòng)保護(hù)； 采用模糊識(shí)別閉鎖原理構(gòu)成的變壓器差動(dòng)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

4、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(duì)應(yīng)相的二次電流也相差30。左右，從而產(chǎn)生很大的不平衡電流。 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在表8-2中，變壓器 型號(hào)、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)果如表 8-2。由表8-2可見(jiàn)，由于電流互感器的實(shí)際變比與計(jì)算變比不等，正

5、常情 況將產(chǎn)生的不平衡電流。表8-2計(jì)算變壓器額定運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)臂中的不平衡電流電壓側(cè)（KV）()額定電流（A）120 ()1733電流互感器接線方式Y(jié)電流互感器計(jì)算變比733/5電流互感器的實(shí)際變比300/5=601000/5=200差動(dòng)臂的電流60=()733/200=不平衡電流()=() 變壓器各側(cè)電流互感器型號(hào)不同由于變壓器各側(cè)電壓等級(jí)和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號(hào)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(dòng)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

6、定計(jì)算中，差動(dòng)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(dòng)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(duì)差動(dòng)保護(hù)的電流回路重新操作，因此又會(huì)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(guò)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)不平衡電流最大值岀現(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(lái)躲過(guò)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(dòng)保護(hù)不能接受）。減小不平衡電流的措施（1）減小穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流變壓器差動(dòng)保護(hù) 各側(cè)用的電流互感器， 選用變壓器差動(dòng)保

7、護(hù) 專(zhuān)用的D級(jí)電流互感器；當(dāng)通過(guò)外部最 大穩(wěn)態(tài)短路電流時(shí)， 差動(dòng)保護(hù)回路的二次負(fù)荷要能滿(mǎn)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(zhǎng)度）；采用弱電控制用的電流互感器 （二 次額定電流為IA）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

8、適當(dāng)?shù)慕泳€進(jìn)行相位補(bǔ)償法。圖8-10 Y,d11接線變壓器差動(dòng)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?變壓器星形側(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8-10（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8-10(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(dòng)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8-10(c)所示。這樣，差回路中兩側(cè)的電流的相位相同。 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

9、軟件進(jìn)行相位校正(5) 減小電流互感器由于計(jì)算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同而引起的不平衡電流采用數(shù)值補(bǔ)償 采用自耦變流器。 利用BCH型差動(dòng)繼電器中的平衡線圈。 在變壓器微機(jī)保護(hù)的軟件中采用補(bǔ)償系數(shù)使差動(dòng)回路的不平衡電流為最小。(6) 由變壓器兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同而產(chǎn)生的不平衡電流 在差動(dòng)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(dòng)保護(hù) 的整定計(jì)算中考慮。在穩(wěn)態(tài)情況下，變壓器的差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流可由下式?jīng)Q定(8) 減小暫態(tài)過(guò)程中非周期分量電流的影響 差動(dòng)保護(hù)采用具有速飽和特性的中間變流器，利用其它方法來(lái)解決暫態(tài)過(guò)程中非周 選用帶制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器或間斷角

10、原理的差動(dòng)繼電器等, 期分量電流的影響問(wèn)題。和差式比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)原理1. 雙繞組變壓器比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)原理。(1)和差式比率制動(dòng)的動(dòng)作判據(jù)差動(dòng)電流：制動(dòng)電流: 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的第一判據(jù): 制動(dòng)比率系數(shù): 外部故障時(shí)，保護(hù)可靠地不動(dòng)作。應(yīng)滿(mǎn)足如下判據(jù): 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的第二判據(jù)2. 比率制動(dòng)特性的整定(1) 最小啟動(dòng)電流lacto(2) 拐點(diǎn)制動(dòng)電流IbrkO可選取(3) 最大制動(dòng)系數(shù)和制動(dòng)特性斜率S 最大制動(dòng)系數(shù) 比率制動(dòng)特性曲線如下圖 比率制動(dòng)系數(shù)的整定值D取 比率制動(dòng)特性的斜率S,由上圖可知當(dāng)| brk0和| act0， 則上式可得即比率制動(dòng)特性的折線 BC過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，在任何制動(dòng)電流下有

11、相同的制動(dòng)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)算變壓器岀口金屬性短路的最小短路電流(周期分量)，同時(shí)計(jì)算相應(yīng)的制動(dòng)電流，由相應(yīng)的比率制動(dòng)特性查岀對(duì)應(yīng)與的起動(dòng)電流則靈敏系數(shù)要求en3. 三繞組變壓器比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)原理。對(duì)于三繞組 變壓器，其差動(dòng)保護(hù)的原理與雙繞組 變壓器的差動(dòng)保護(hù)原理相同，但差動(dòng)電流和制動(dòng)電流及最大不平衡電流應(yīng)做相應(yīng)的更改。差動(dòng)電流和制動(dòng)電流分別為在有的變壓器差動(dòng)保護(hù) 直接取三側(cè)中最大電流為制動(dòng)電流，即最大不平衡電流的計(jì)算公式如下：在微機(jī)保護(hù)中，考慮采用數(shù)值補(bǔ)償系數(shù)后誤差非常小 mO,則上式為4. 勵(lì)磁涌流閉鎖原理采用二次諧波制動(dòng)原理在變壓器勵(lì)磁涌流 中含

12、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(dòng)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(dòng)。在差動(dòng)保護(hù)中差電流的二次諧波幅值用表示，差電流中二次諧波所占的比率可表示為如下式：如選二次諧波制動(dòng)系數(shù)為定值 D3,那么只要大于定值 D3,就可以認(rèn)為是勵(lì)磁涌流出現(xiàn)，保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。在值小于D3,同時(shí)滿(mǎn)足比率差動(dòng)其他判據(jù)時(shí)才允許保護(hù)動(dòng)作。比率差動(dòng)保護(hù)的第三判據(jù)應(yīng)滿(mǎn)足下式二次諧波制動(dòng)系數(shù) D3,有、三種系數(shù)可選 。5. 差動(dòng)速斷保護(hù)(1)采用差動(dòng)速斷保護(hù)的原因一般情況下比率制動(dòng)原理的 差動(dòng)保護(hù)能作為電力 變壓器主保護(hù)，但是在嚴(yán)重內(nèi)部

13、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(dòng)原理的 差動(dòng)保護(hù)閉瑣，無(wú)法反映區(qū)內(nèi)短路故障，只有當(dāng)暫態(tài)過(guò)程經(jīng)一定時(shí)間 TA退 岀暫態(tài)飽和比率制動(dòng)原理的 差動(dòng)保護(hù)才動(dòng)作，從而影響了比率 差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作，所以變壓器比率制動(dòng) 原理的差動(dòng)保護(hù)還應(yīng)配有差動(dòng)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(dòng)作速度。差動(dòng)速斷保護(hù)是差動(dòng)電流過(guò)電流瞬時(shí)速動(dòng)保護(hù)（2）差動(dòng)速斷的整定值按躲過(guò)最大不平衡電流和勵(lì)磁涌流來(lái)整定6. 變壓器比率差動(dòng)保護(hù)程序邏輯框圖（1）變壓器差動(dòng)保護(hù)程序邏輯框圖（2）變壓器差動(dòng)保護(hù)程序邏輯原理在程序邏輯框圖中D=Iact0、D2=Krel I d/I brk為比率制動(dòng)系數(shù) 整定值，D為二次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值?？梢?jiàn)比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的三個(gè)判據(jù)是“與”的關(guān)系 （