變壓器縱差動保護

關(guān)于變壓器縱差動保護第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月設變壓器高、低壓側(cè)的變比為，則上式可進一步表示為：令（該式為變壓器縱差動保護中電流互感器變比選擇的依據(jù)）則，正常運行或外部故障時，差動繼電器中電流為不平衡電流，理想情況下為0或正常運行及外部故障時，令第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月實際電力系統(tǒng)都是三相變壓器，并且通常采用Y,d11接線方式，如下圖所示。這樣的接線方式造成了變壓器高、低壓側(cè)電流的不對應，以A相為例，正常運行時：所以超前30°，若直接將高、低壓側(cè)電流引入差動保護，將會在繼電器中產(chǎn)生很大的差動電流?？朔胧簩⒁氩顒永^電器的Y側(cè)的電流也采用兩相電流差。雙繞組三相變壓器縱差動保護原理接線圖（a）接線圖（b）對稱工況下的相量關(guān)系第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月d側(cè)——采用Y，Y12接線方式，將各相電流直接接入差動繼電器內(nèi)；Y側(cè)——采用Y，d11接線方式，將兩相電流差接入差動繼電器內(nèi)。由于Y側(cè)采用了兩相電流差，該側(cè)流入差動繼電器的電流增加了倍。為了保證正常運行及外部故障情況下差動回路沒有電流，兩側(cè)電流互感器的變比應滿足：第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)中常常采用三繞組變壓器。左圖所示的是Y，d11接線方式三繞組變壓器縱差動保護單相示意圖，接入縱差動繼電器的差流為：三相變壓器各側(cè)電流互感器的接線方式和變比的選擇：d側(cè)互感器用Y接線方式；兩個Y側(cè)互感器則采用d接線方式。設變壓器的1—3側(cè)和2—3側(cè)的變比為和，考慮到正常運行和區(qū)外故障時變壓器各側(cè)電流，電流互感器變比的選擇應該滿足：第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月6.6.2變壓器差動保護的不平衡電流及克服方法1計算變比與實際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流變壓器兩側(cè)的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取的標準變比，其規(guī)格種類是有限的。變壓器的變比也是有標準的，三者的關(guān)系很難完全滿足式（6-4），令變比差系數(shù)為：根據(jù)式（6-3）可得：穿越電流——如果將變壓器兩側(cè)的電流都折算到電流互感器的二次側(cè)，并忽略不為零的影響，則區(qū)外故障時變壓器兩側(cè)電流大小相等，即，但方向相反，Ⅰ為區(qū)外故障時變壓器的穿越電流。由式（6-11）知，電流互感器和變壓器變比不一致產(chǎn)生的最大不平衡電流為：（6-11）第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2由變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流

改變分接頭的位置，實際上就是改變變壓器的變比。電流互感器的變比選定后不可能根據(jù)運行方式進行調(diào)整，只能根據(jù)變壓器分接頭未調(diào)整時的變比進行選擇。因此，由于改變分接頭的位置產(chǎn)生的最大不平衡電流為：——變壓器分接頭改變引起的相對誤差，考慮到電壓可以正負兩個方向調(diào)整，一般可取調(diào)整范圍的一半。第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月3電流互感器傳變誤差產(chǎn)生的不平衡電流——勵磁回路等效電感；——二次負載的等效阻抗；——勵磁電流，也就是電流互感器的傳變誤差；——包括了電流互感器的漏抗和二次負載阻抗，一般電阻分量占優(yōu)，在定性分析時可以當作純電阻處理。電流互感器的二次電流為：勵磁電流為：區(qū)外故障時變壓器兩側(cè)的一次電流為（折算到變壓器二次側(cè)），故由電流互感器傳變誤差引起的不平衡電流為：討論，兩者相抵消第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月采用同型系數(shù)表示互感器型號對不平衡電流的影響：當兩個電流互感器型號同相時，??；否則取1。曲線1——鐵芯的基本磁化曲線；曲線2——勵磁電流隨時間的變化曲線；曲線3——勵磁電流按照曲線2變化時的磁滯回線；S點——飽和點。由于線圈電壓u與鐵芯磁通之間關(guān)系為（W是線圈匝數(shù)，定性分析時可假設W=1），故磁化曲線的斜率（嚴格講是各點切線的斜率）就是勵磁回路的電感鐵芯未飽和時——很大且接近常數(shù)電流互感器鐵芯磁滯回線勵磁電流大小討論取決于TA鐵芯是否飽和以及飽和的程度鐵芯飽和后——

大為減小勵磁電流很小勵磁電流很大第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖（b）所示，由于非周期分量引起偏離時間軸的一側(cè)，磁通也偏離磁化曲線并按照曲線3’的局部磁滯回環(huán)變化。非周期分量的存在將會顯著地減小。剩磁——電流互感器一次側(cè)電流消失后，勵磁電流也相應地變?yōu)榱?。由于磁滯回線的“磁滯”現(xiàn)象，鐵芯中長期存在殘留磁通，稱為剩磁。10%誤差曲線——電流互感器誤差達到10%時一次電流與二次負載之間的關(guān)系曲線。通常根據(jù)電流互感器的10%誤差曲線來選擇電流互感器的型號：測得區(qū)外故障最大短路電流在10%誤差曲線中找出相應的二次負載電阻的數(shù)值二次電流誤差一定小于10%選擇容量更大的電流互感器電流互感器最大誤差為10%實際負載小于此數(shù)值實際負載大于此數(shù)值勵磁電流很大第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月引入非周期分量系數(shù)：電流互感器的暫態(tài)誤差——非周期分量的存在大大增加了電流互感器的飽和程度，由此產(chǎn)生的誤差稱為電流互感器的暫態(tài)誤差。差動保護是瞬時動作的，必須考慮非周期分量引起的暫態(tài)不平衡電流。只是穩(wěn)態(tài)不平衡電流，在變壓器外部故障時，一次電流中除穩(wěn)態(tài)分量外還有非周期分量等暫態(tài)分量。導致不平衡電流的瞬時值較穩(wěn)態(tài)量大，非周期分量系數(shù)就是考慮這個因素而引入的。第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月故障初始：電流互感器不飽和，不平衡電流不大；幾個周波后：電流互感器開始飽和，不平衡電流逐漸達到最大值；隨著一次電流非周期分量的衰減：不平衡電流又逐漸下降并趨于穩(wěn)態(tài)不平衡電流。結(jié)論：暫態(tài)不平衡電流含有很大的非周期分量，其特征完全偏于時間軸一側(cè)?？v差動保護的暫態(tài)不平衡電流（a）外部短路電流（b）縱差動保護不平衡電流下圖為變壓器外部故障時的暫態(tài)電流和縱差動保護暫態(tài)不平衡電流的錄波圖第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月將變壓器參數(shù)折算到二次側(cè)后，單相變壓器等效電路如左圖所示。顯然，勵磁回路相當于變壓器內(nèi)部故障的故障支路。勵磁電流全部流入差動繼電器中，形成不平衡電流，即正常運行和外部故障時：變壓器不會飽和，勵磁電流一般不會超過額定電流的2%~5%，對縱差動保護的影響常常略去不計；變壓器空載投入或外部故障切除電壓恢復時：變壓器電壓從零或很小的數(shù)值突然上升到運行電壓。在這個電壓上升的暫態(tài)過程中，變壓器可能會嚴重飽和，產(chǎn)生很大的暫態(tài)勵磁電流。這個暫態(tài)勵磁電流稱為勵磁涌流。4變壓器勵磁電流產(chǎn)生的不平衡電流第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月5減小不平衡電流的主要措施1計算變比與實際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流的補償令由式（6-3）知，由計算變比與實際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流為?？梢杂脤⑦@個不平衡電流補償?shù)?。此時引入差動繼電器的電流為：在正常運行和外部故障時，只要滿足，即則中間變流器內(nèi)總磁通等于零，在二次線圈上就沒有感應電勢，從而沒有電流流入繼電器。TS——中間變流器；Wd——主繞組，接入差動電流；Wb——平衡繞組；W2——二次繞組。第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2減小因電流互感器性能不同引起的穩(wěn)態(tài)不平衡電流（1）應盡可能使用型號、性能完全相同的D級電流互感器，使得兩側(cè)電流互感器的磁化曲線相同，以減小不平衡電流。（2）減小電流互感器的二次負載并使各側(cè)二次負載相同，能夠減小鐵芯的飽和程度，相應地減小了不平衡電流。

減小二次負載的方法，除了減小二次電纜的電阻外，可以增大電流互感器的變比。二次阻抗折算到一次側(cè)的等效阻抗為。若采用二次側(cè)額定電流為1安的電流互感器，等效阻抗只有額定電流為5安時的1/25.第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月3減小電流互感器的暫態(tài)不平衡電流措施：在差動回路中接入具有速飽和特性的中間變流器。速飽和中間變流器采用很容易飽和的鐵芯，當差動電流中含有較大的非周期分量并完全偏離時間軸一側(cè)時，鐵芯迅速飽和，一個周波內(nèi)的變化量很小，非周期分量不易傳變到變流器的二次側(cè)。當差動電流中流過周期分量時，變化量為很大的，很容易傳變到二次側(cè)。第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3縱差動保護整定計算原則1縱差動保護動作電流的整定原則原則一躲過外部故障時的最大不平衡電流原則二躲過變壓器最大勵磁涌流原則三躲過電流互感器二次回路斷線不平衡電流按這三個原則計算縱差動保護的動作電流，并選取最大者。第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月整定式為：——可靠系數(shù)，取1.3——外部短路故障時的最大不平衡電流。包括電流互感器和變壓器變比不完全匹配產(chǎn)生的最大不平衡電流和互感器傳變誤差引起的最大不平衡電流。根據(jù)式（6-12）、（6-13）、（6-20），得BACK第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月整定式為：——可靠系數(shù)，取1.3~1.5；——變壓器的額定電流；——勵磁涌流的最大倍數(shù)，取4~8；其它減少勵磁涌流影響的措施：一、通過鑒別勵磁涌流和故障電流，在勵磁涌流時將差動保護閉鎖，這時在整定值中不必考慮勵磁涌流的影響，即取值為0；二、采用速飽和變流器減少勵磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流，采用加強型速飽和變流器的差動保護（BCH2型）時，取值為1.BACK第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器某側(cè)電流互感器二次回路斷線時，另一側(cè)電流互感器的二次電流全部流入差動繼電器，要引起保護的誤動。有的差動保護采用斷線識別的輔助措施，在互感器二次回路斷線時將差動保護閉鎖。若沒有斷線識別的措施，則差動保護的動作電流必須大于正常運行情況下變壓器的最大負荷電流，即——可靠系數(shù)，取1.3；——變壓器的最大負荷電流。在最大負荷電流不能確定時，可取變壓器額定電流。第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2縱差動保護靈敏系數(shù)的校驗縱差動保護的靈敏系數(shù)可按下式校驗：——各種運行方式下變壓器區(qū)內(nèi)端部故障時，流經(jīng)差動繼電器的最小差動電流；——靈敏系數(shù)，一般不應低于2；當按前述整定原則整定的動作電流不能滿足靈敏度要求時，需要采用具有制動特性的差動繼電器。第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.4具有制動特性的差動繼電器1差動繼電器的制動特性具有制動特性的差動繼電器——在差動繼電器中引入一個能夠反應變壓器穿越電流大小的制動電流，繼電器的動作電流不再是按躲過最大不平衡電流整定，而是根據(jù)制動電流自動調(diào)整。對于雙繞組變壓器，外部故障時由于（折算到二次側(cè)），制動電流可取；變壓器外部故障時的不平衡電流可以表示為則具有制動特性差動繼電器的動作方程為：——該曲線稱為差動繼電器的制動特性。只有當差動電流處于曲線上方時差動繼電器才能并且肯定動作。處于制動特性上方的區(qū)域稱為動作區(qū)，另一個區(qū)域稱為制動區(qū)。第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月是一個關(guān)于的單調(diào)上升函數(shù)。較小時——電流互感器不飽和，線性上升；——TA未飽和時的不平衡電流較大時——電流互感器飽和后，不再是線性的。的線性部分可以表示為：——電流互感器未飽和時存在的線性誤差，由互感器型號決定，一般小于2%。——意義與式（6—26）中的相同。第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月由于電流互感器的飽和與許多因素有關(guān)，制動特性中非線性部分的具體數(shù)值是不易確定的。實用的制動特性要進行簡化，在數(shù)字式縱差動保護中，常常采用一段與坐標橫軸平行的直線和一段斜線（圖中以表示）構(gòu)成的所謂‘兩折線’特性。制動特性的數(shù)學表達式為：式中K為制動特性的斜率，由圖6—10知：第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月設變壓器穿越電流等于最大外部故障電流時，差動繼電器動作電流和制動電流分別為和