CSC326變壓器保護-保護配置及原理PPT課件

屠黎明2008-12-17,CSC-326系列數字式變壓器保護裝置保護配置及原理,適用于1000kV及以下各種電壓等級的變壓器適用于各種接線方式的變壓器適用于普通變、自耦變等各種類型變壓器可用于最大六側制動的變壓器保護適用于變電站綜合自動化系統(tǒng)，也可用于常規(guī)變電站。,適用范圍,裝置型號,裝置型號,比率差動保護分相差動/零差保護相間阻抗和接地阻抗保護復壓閉鎖（方向）過電流保護零序電壓閉鎖零序（方向）過電流保護零序過電壓保護和間隙零序過電流保護過激磁保護失靈聯(lián)跳變壓器保護非全相保護失靈啟動充電保護過負荷保護TA斷線和TV斷線檢測,保護功能配置,CT接線方式為計算差動電流及后備保護方向元件指向的基準：1、變壓器各側相電流互感器均應采用星性接線，二次電流直接接入裝置。2、各側相電流互感器均以母線側為極性端，減極性指向變壓器（中性點零序TA的極性端在變壓器側)。3、裝置內部電流回路裝有小TA（電流變換器），裝置端子圖上標“”的為接裝置內部TA非極性端的端子。,CT接線說明,適用范圍a、10MVA容量及以上的單獨運行的變壓器b、6.3MVA容量及以上的并聯(lián)運行的變壓器c、重要變壓器，當電流速斷保護靈敏度不符合要求時保護范圍變壓器內部繞組的相間短路故障變壓器內部繞組的匝間短路故障基本要求a、應能躲過勵磁涌流和外部短路產生的不平衡電流；b、在變壓器過勵磁時不應誤動作；c、在電流回路斷線時應發(fā)出斷線信號，并有條件的閉鎖差動保護；d、在正常情況下，縱聯(lián)差動保護的保護范圍應包括變壓器套管和引出線，如不能包括引出線時，應采取快速切除故障的輔助措施。,差動保護配置原則,為防止區(qū)外故障時，變壓器內部損耗以及CT飽和等原因造成保護的誤動引入制動電流與差動電流的相互配合的一種差動保護方式。,比率差動保護,CSC326比率差動保護主要組成部分：保護起動差流速斷比率制動勵磁涌流制動TA斷線檢測差流越限告警,1、差動保護啟動元件,2）差流啟動元件,以相電流突變量為主要的啟動元件，差流啟動元件作為輔助啟動元件1）突變量啟動元件,比率差動保護,2、差動保護的動作曲線,比率差動保護,3、差動保護的動作方程如下,比率差動保護,額定電流中壓側的平衡系數低壓側的平衡系數,比率差動保護,4、平衡系數以及額定電流的計算,變壓器各側TA二次電流相位由軟件自校正，采用在Y側進行校正相位。例如對于Y0/-11的接線，其校正方法如下：差動電流與制動電流的相關計算，都是在電流相位校正和平衡補償后的基礎上進行。,變壓器接線型式，根據定值，相位差自動校正,比率差動保護,5、主變各側電流的相位補償,比率差動保護,6、差動保護的相關定值,變壓器在空載合閘或外部故障切除后電壓恢復過程中，將產生勵磁涌流，該勵磁涌流流入差動保護的差動回路，若差動保護不能夠躲過這一電流，就會誤動作。因此，當前變壓器差動保護的核心問題是如何正確地識別勵磁涌流和內部故障電流。,關于勵磁涌流,1、主變差動保護為何要設置勵磁涌流閉鎖,勵磁涌流是由于變壓器鐵芯磁通飽和所引起的沖擊電流，其大小與變壓器的等值阻抗、合閘初相角、剩磁大小、繞組接線方式、鐵芯結構及材質等因素有關。在變壓器的鐵芯磁通未飽和時，勵磁繞組電感很大，勵磁電流很小甚至可忽略不計；而當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，由于磁鏈不能突變，會產生自由直流分量，導致變壓器鐵芯磁通飽和，變壓器勵磁繞組電感降低，將出現數值很大的勵磁電流，也就是我們所說的勵磁涌流。,關于勵磁涌流,2、勵磁涌流的產生,1、勵磁涌流幅值很大且衰減，含有非周期分量，當合閘初相角改變時，對各相別的勵磁涌流影響不同。對于中小變壓器：勵磁涌流可以達到額定電流的10倍以上，且衰減很快。對于大型變壓器：勵磁涌流一般不超過額定電流的4-5倍，衰減慢，有時可達到1分鐘。2、波形呈間斷特性：短路電流波形對稱并且連續(xù)，勵磁涌流不連續(xù)。,關于勵磁涌流,3、勵磁涌流的特點,激磁涌流的特點,對稱涌流：波形不連續(xù)，出現間斷，波形上下對稱。嚴重情況下w.max=120j.max=50.8非對稱涌流：波形偏于時間軸一側，波形上出現間斷，嚴重情況下w.max=155.4j.max=80,w、d分別為差動電流的波寬與間斷角。,關于勵磁涌流,4、勵磁涌流的波形特征,分析和實踐表明Y/-11,Y0/-11接線的勵磁涌流中，差動回路中有一相對稱涌流，另外兩相呈非對稱性涌流，且這兩相非對稱性涌流其中一相為正極性，另一相呈負極性,關于勵磁涌流,5、勵磁涌流的波形特征,二次諧波原理采用三相差動電流中二次諧波與基波的比值作為勵磁涌流閉鎖判據；或門閉鎖方式，即三相差流中某相判為勵磁涌流，閉鎖比率差動保護,比率差動保護,1、諧波閉鎖的比率差動,五次諧波原理針對激磁涌流持續(xù)時間較長的大型電力變壓器，可以選擇投入五次諧波閉鎖的比率差動保護。采用三相差動電流中五次諧波與基波的比值作為激磁涌流閉鎖判據；或門閉鎖方式，即三相差流中某相判為激磁涌流，閉鎖比率差動保護,為五次諧波制動系數（固定取0.35）,比率差動保護,對主變的差流求導之后所得到的波形進行波形對稱性分析。從而區(qū)分是否為故障狀態(tài)的一種方法?；舅悸肥牵涸谝恢懿右稽c的數據窗內，首先用向前微分法求得差流的導數波形，目的是去除直流分量，之后將差流導數波形的前半波和后半波做比較k=1，2，3.n一周采樣點為2n,比率差動保護,2、模糊控制原理,可認為X(k)越小，該點所含的故障信息越多，即故障的可信度越大；反之，X(k)越大，該點所包含的涌流的信息越多，即涌流的可信度越大。取一個隸屬函數，設為求得模糊貼進度N為：取門檻值為K，當NK時，認為是故障，當NK時，認為是勵磁涌流。采用按相閉鎖方式，即三相差流中某相判為勵磁涌流，僅閉鎖該相的比率差動保護。,比率差動保護,2、模糊控制原理,比率差動保護,1、CT斷線的檢測,當定值中投入CT斷線檢測功能后，可選擇是否投入TA斷線閉鎖比率差動保護功能。投入TA斷線閉鎖比率差動保護時：利用ICT開放比率差動保護投入TA斷線閉鎖比率差動保護時：1、當差動電流小于斷線開放差動定值時閉鎖比率差動保護2、當差動電流大于斷線開放差動定值時開放比率差動保護,比率差動保護,2、CT斷線檢測的相關邏輯,正常情況下，監(jiān)視各相差流異常，延時5s發(fā)異常告警信號，判據如下：,為裝置內部固定的系數（固定取0.3）,比率差動保護,差流越限告警,中壓側的平衡系數公共繞組的平衡系數,分相差動保護的動作方程,分相差動保護的差動電流、制動電流取自自藕變壓器高壓側、自藕變壓器中壓側、公共繞組的電流CT。,分相差動保護,1、分相差動保護的原理,分相差動保護,2、分相差動保護的原理,平衡系數的計算中壓側的平衡系數公共繞組的平衡系數,分相差動保護,3、分相差動保護的動作方程,對于變壓器高、中壓側電流互感器：采用星形接線，不可采用常規(guī)接線，二次電流直接接入本裝置，均以母線側為極性端，以母線指向變壓器為正方向指向。對于公共繞組電流互感器：采用星形接線，不可采用常規(guī)接線，二次電流直接接入本裝置，其極性端遠離變壓器，以大地指向變壓器為正方向指向。,分相差動保護,3、自藕變壓器CT的接線要求,1）差動速斷電流定值ISD按躲過變壓器空投時出現的最大涌流電流整定，一般整定為（312）Ie。2)差動保護電流定值ICD差動保護最小動作電流值，應按躲過正常額定負載時的最大不平衡電流整定。根據近年來變壓器微機保護的實際運行情況來看，在工程實用整定計算中，建議選取ICD（0.51.0）Ie。,差動保護的整定,主變差動保護的相關定值,3）比率制動系數KID差動保護的動作電流應大于外部短路時流過差動回路的不平衡電流。在工程實用整定計算中，建議選取KID0.40.5。4）TA斷線開放差動定值當差動電流大于此定值時，自動解除TA斷線對差動保護的閉鎖功能。一般整定為1.2Ie（Ie為變壓器高壓側的二次額定電流）。,差動保護的整定,主變差動保護的相關定值,5）二次諧波制動系數可通過定值選擇差動保護的涌流判據為二次諧波制動或模糊識別制動當差動保護的涌流判據采用二次諧波原理時，此整定值有效。工程中一般整定為0.150.20，推薦取0.15。,差動保護的整定,主變差動保護的相關定值,6)零分差電流I0D根據近年來變壓器微機保護的實際運行情況來看，在工程實用整定計算中，建議選取I0D（0.51.0）Ie7）比率制動系數K0D在工程實用整定計算中，建議選取K0D0.40.5。,差動保護的整定,主變差動保護的相關定值,330kV500kV變壓器，當電壓電流不能滿足靈敏度要求時，變壓器的相間故障可選擇阻抗保護通常配置為全阻抗、偏移圓特性阻抗。偏移阻抗一般裝設在主變的高壓側，反向偏移比為正向動作阻抗的5%-10%。保護范圍變壓器引線、母線、相鄰線路的相間故障的后備保護,相間阻抗保護,CSC-326阻抗保護，由保護起動，阻抗測量元件、延時、電壓回路斷線閉鎖元件等部分組成。保護起動元件有突變量啟動和負序電流啟動，其中突變量啟動同差動保護，負序電流啟動元件如下：,相間阻抗保護,相間阻抗保護采用0接線，電壓選最小線電壓，電流取對應的線電流，計算阻抗。1、相間阻抗保護的動作特性，可根據需要整定成為全阻抗特性或偏移阻抗特性。2、阻抗的正方向可以指向變壓器，也可以指向系統(tǒng)，由控制字來選擇。本裝置可提供兩段阻抗整定值，其中第一段帶三個時限，第二段帶兩個時限。,相間阻抗保護,相間阻抗保護的動作特性,阻抗保護的動作特性（TV斷線瞬時閉鎖阻抗保護）,相間阻抗保護,相間阻抗保護的動作特性,接地阻抗保護,接地阻抗保護的動作特性（標準版為選配功能）,接地阻抗保護采用0接線，電壓選相電壓，電流取對應相的電流，計算阻抗。計算公式如下1、接地阻抗保護的動作特性，可根據需要整定成為全阻抗特性或偏移阻抗特性。2、阻抗的正方向可以指向變壓器，也可以指向系統(tǒng)，由控制字來選擇。本裝置可提供一段阻抗整定值，帶三個時限,根據各序等效網絡，在保護安裝地點，母線電壓各序分量與短路點電壓各序分量之間應有如下關系：因此，保護安裝地點母線上的A相電壓為當采用的接線方式時，則繼電器的測量阻抗為,關于零序補償系數的相關說明,接地阻抗保護,此阻抗之值與之比值有關，而這個比值受中性點接地數目與分布的影響，并不等于某一固定常數，故繼電器將不能準確地測量從短路點到保護安裝地點之間的阻抗，因此不能采用。為了使繼電器的測量阻抗在單相接地時不受的影響，根據以上分析，應該對阻抗繼電器的輸入電壓、電流修正，即取,關于零序補償系數的相關說明,接地阻抗保護,四方公司采用零序電阻補償系數和零序電抗補償系數分開設置的方式,關于零序補償系數的相關說明,接地阻抗保護,關于過渡電阻的影響：,Z1.L1,Z1.L2,RG,I1,I2,IG,關于過渡電阻的相關說明,接地阻抗保護,保護安裝處為送電端時,保護安裝處為受電端時,關于過渡電阻的相關說明,接地阻抗保護,35kV66kV及以下中小容量的降壓變壓器，宜采用過電流保護110kV330kV變壓器，過電流保護不能滿足靈敏性要求時，宜采用復合電壓起動的過電流保護或復合電流保護。保護范圍變壓器引線、母線、相鄰線路的相間故障的后備保護基本要求a、單側電源變壓器，相間短路后備保護宜裝于電源側。b、多側電源變壓器，相間短路后備保護宜裝于變壓器各側c、具有PT斷線檢測功能，當斷線時可有選擇的閉鎖或開放相關的保護d、為保證方向元件的可靠性，方向電壓采用90度接線，并且可選擇相應側e、每側保護按段配置，每段按要求可配置多個時限。,復壓閉鎖方向過流保護,保護范圍以及基本要求,CSC326主變復壓閉鎖方向過流保護配置三段電流保護，其中1、2段各設三個時限，3段設兩個時限且固定不帶方向。復合電壓元件1、復合電壓由低電壓和負序電壓“或”門構成。2、變壓器各側的電壓均可作為閉鎖電壓。由控制字選擇，任一側滿足均可開放復壓元件3、關于TV斷線：那一側TV斷線退那一側復壓元件。4、復壓所取側都斷線的情況下，根據控制字可有如下選擇1-TV斷線后方向和復壓不滿足，0-TV斷線后方向和復壓滿足5、低電壓取三相線電壓，負序電壓取負序相電壓。,復壓閉鎖方向過流保護,CSC326復壓閉鎖方向過流保護的相關說明,復合電壓元件的整定原則1、低電壓元件的整定原則a、當低電壓元件取自主變低壓側電壓時，應躲過正常運行時可能出現的最低電壓（例如電動機起動時的影響）一般按下式整定：可靠系數一般取1.2：低電壓繼電器的返回系數，可取1.05b、當低電壓元件取自主變高壓側電壓時，一般整定為Uset=0.7Unc、對發(fā)電廠的升壓變壓器當低電壓元件取自主變低壓側電壓時還應躲過發(fā)電機失磁運行時出現的低電壓，一般整定為Uset=（0.5-0.6）Un2、負序電壓元件的整定原則，按躲過正常運行時出現的最大的不平衡電壓來整定，一般整定為Uset=（0.6-0.8）Un,復壓閉鎖方向過流保護,CSC326復壓閉鎖方向過流保護的相關說明,方向元件1、方向元件采用90度接線2、最大靈敏角有-30度和-45度兩種3、動作范圍為170度4、方向元件的方向可以由控制字選擇為指向母線或指向變壓器5、為了消除保護安裝處附近三相短路的電壓死區(qū)，方向元件帶記憶,復壓閉鎖方向過流保護,CSC326復壓閉鎖方向過流保護的相關說明,a)方向指向變壓器b)方向指向系統(tǒng),復壓閉鎖方向過流保護,CSC326復壓閉鎖方向過流保護的相關說明,電壓壓板對保護的影響裝置設有“電壓壓板”，當TV檢修時可退出該壓板，此時退出該側的復合電壓元件和方向元件（復壓仍可取其它側）。另如果各側的電壓壓板都退出或者通過控制字不選取任何一側的復壓，則復壓條件自動滿足，復合電壓閉鎖（方向）過流保護變成了過流保護,復壓閉鎖方向過流保護,CSC326復壓閉鎖方向過流保護的相關說明,復壓閉鎖方向過流保護,CSC326復壓閉鎖方向過流保護的相關定值,適用范圍對于中性點直接接地電網中的變壓器，裝設零序（接地）保護保護范圍變壓器中性點直接接地時，用零序電流保護構成變壓器的接地保護，也用作變壓器外部接地故障和中性點直接接地側繞組以及引出線接地故障的后備保護。,零壓閉鎖方向零流保護,CSC326零壓閉鎖方向零流保護的相關說明,該保護反應大電流接地系統(tǒng)的接地故障,作為變壓器和相鄰元件的后備保護。共設三段零序過流保護，其中：1、I、II段可帶方向，均有三個時限（CSC326EB為四個時限），可根據控制字選擇外接零序電流或自產零序電流；2、III段不帶方向，有兩個時限，且系統(tǒng)控制字選擇“普通變壓器”時固定采用外接零序電流，選擇“自耦變壓器”時固定采用自產零序電流,零序過流保護增加了2次諧波的閉鎖（定值中可以分別選擇I段和II段是否需要閉鎖），系數固定取值15。諧波閉鎖判別固定取自產零序電流中的諧波分量。,零壓閉鎖方向零流保護,CSC326零壓閉鎖方向零流保護的配置說明,零序方向元件1、零序方向元件中的零序電壓和零序電流均采用自產零序2、最大靈敏角為1003、動作范圍為160度4、方向元件的方向可以由控制字選擇為指向母線或指向變壓器,零壓閉鎖方向零流保護,CSC326零壓閉鎖方向零流保護的方向元件,a)方向指向變壓器b)方向指向系統(tǒng),零壓閉鎖方向零流保護,CSC326零壓閉鎖方向零流保護的方向元件,當選擇“TV斷線取消零壓閉鎖和方向元件”時：表示此時方向條件自動滿足，零壓閉鎖條件自動滿足，所以零壓閉鎖方向過流或零壓閉鎖過流變成了純過流保護。當選擇“TV斷線退零壓閉鎖零流保護”時：表示這時方向條件不滿足，零壓閉鎖條件不滿足，所以零壓閉鎖方向過流或零壓閉鎖過流自動退出。,零壓閉鎖方向零流保護,CSC326零壓閉鎖方向零流保護TV斷線對保護的影響,在TV斷線時，如果零壓閉鎖零壓元件取外接，零壓閉鎖元件不受上述控制字的影響。裝置設有“電壓壓板”，當TV檢修等電壓處于不正常狀態(tài)時，退出該壓板。此時零壓元件和方向元件退出，本保護變?yōu)榧兞阈蜻^流保護,零壓閉鎖方向零流保護,CSC326零壓閉鎖方向零流保護TV斷線對保護的影響,分級絕緣變壓器的保護,間隙零序保護包含間隙零壓元件和間隙零流元件，間隙零壓元件使用外接3U0，間隙零流元件使用變壓器經間隙接地的間隙零序電流。間隙零壓元件和間隙零流元件各設一段兩時限，也可以通過整定選擇為間隙保護并聯(lián)輸出，或門啟動間隙零序保護的時間元件（采用間隙電壓保護的兩時限）。,間隙零序保護,CSC326間隙零序保護的相關說明,間隙零序保護,CSC326間隙零序保護的相關說明,采用負序電流或零序電流和斷路器三相位置不一致輔助觸點作為判據。另外當三相有流，并且有非全相開入時，過10s發(fā)非全相開入告警。非全相保護跳閘固定，第一時限跳本側開關，第二時限跳變壓器各側開關。,非全相保護,CSC326非全相保護的相關說明,非全相保護,CSC326非全相保護的相關說明,母充保護由外部的母充開入壓板來控制，在母線充電時暫時投入。若母充開入持續(xù)4小時投入，則裝置會報相應開入告警信息。,母線充電保護,CSC326母線充電保護的相關說明,母線充電保護,CSC326母線充電保護的相關說明,過激磁的產生變壓器過激磁是設計、制造與運行中常遇到的現象。產生過激磁的原因很多，主要為：1、鐵心結構上原因現代大型電力變壓器，額定運行時的磁場強度一般在1.7-1.8T，而飽和時的磁場強度一般在1.9-2.0T，兩者已經很接近，目前都采用冷軋硅鋼片作為鐵心導磁材料，磁化特性曲線很硬，所以當電壓頻率比增加時，使得磁感應強度B增加，導致勵磁電流增大，從而產生過激磁。2、恒磁通調壓的變壓器帶有負載時，為保持不同負載下的輸出電壓為恒定值就必須補償阻抗壓降，必須通過分接位置的變換或增加外施電壓。當外施電壓大于分接電壓時或增加外施電壓時會產生過激磁。,過激磁保護,CSC326過激磁保護的相關說明,3、自耦變壓器采用中點調壓方式時，在鐵心中有過激磁現象。自耦變壓器的電壓比越接近，過激磁越嚴重。一般是電壓比大于等于2時的自耦變壓器才能采用中點調壓方式。4、空載變壓器在合閘瞬間的過渡過程有過激磁。當鐵心中有剩磁通時，且在外施電壓過零時的瞬間合閘，過激磁最大，是最不利的空載合閘狀態(tài)。這是變壓器固有特性所引起的瞬時過激磁現象。當fn=50Hz時，在0.01s內磁通達最大值。現正發(fā)展電子型電壓達峰值時合閘的斷路器以減少合閘瞬間過激磁。5、三相三柱式鐵心，Yyn0接法變壓器，由于負載不平衡引起中點電壓浮動，此時鐵心中也會過激磁。,過激磁保護,CSC326過激磁保護的相關說明,6、發(fā)電機甩負載時會在變壓器與發(fā)電機聯(lián)接端子上出現過電壓，并引起過激磁。當fn=50Hz時，磁通可在0.02s內達最大值。7、在中點接地系統(tǒng)中，在單相接地故障的異常工況下，健全相的相電壓會增加，110kV及以上系統(tǒng)，此電壓會增加1.3倍。故障期間，鐵心會過激磁。8、當電網頻率低于額定頻率時，當感性電壓不變時，頻率的降低會引起鐵心中磁通的增加，會有過激磁。,過激磁保護,CSC326過激磁保護的相關說明,E=4.44FBSWB工作磁感應強度E交流輸入電壓W匝數;F交流輸入電壓頻率S磁芯有效截面積.,=BS=,過激磁保護,CSC326過激磁保護的相關說明,變壓器的過勵磁可能產生什么后果？如何避免？當變壓器電壓超過額定電壓的10%時,將使變壓器鐵芯飽和,鐵損增大。漏磁使箱殼等金屬構件渦流損耗增加,造成變壓器過熱,絕緣老化,影響變壓器壽命甚至燒毀變壓器。避免方法:1、防止電壓過高運行。一般電壓越高,過勵情況越嚴重,允許運行時間越短。2、加裝過勵磁保護:根據變壓器特性曲線和不同的允許過勵磁倍數發(fā)出告警信號或切除變壓器。,過激磁保護,CSC326過激磁保護的相關說明,定時限變壓器過激磁保護：定時限過激磁保護通常分為二段，第一段為信號段，第二段為跳閘段。信號段動作值N一般可取為變壓器額定勵磁的1.151.2倍跳閘段動作值N一般可取為變壓器額定勵磁的N=1.251.35倍,過激磁保護可配置：定時限過激磁保護，反時限過激磁保護,過激磁保護,CSC326過激磁保護的相關說明,反時限變壓器過激磁保護：反時限跳閘：分成7段，從1.1至1.4，級數為0.05，每段都有一個跳閘時限，落在相鄰段之間跳閘時限采用線性插值計算。,過激磁保護,CSC326過激磁保護的相關說明,過激磁保護,CSC326過激磁保護的相關說明,中壓側失靈保護用于中壓開關失靈時，變壓器保護裝置跳開變壓器各側開關。另還設有當失靈信號開入不一致時固定延時10秒裝置告警。,失靈聯(lián)跳保護,CSC326失靈聯(lián)跳保護的相關說明,失靈聯(lián)跳保護,CSC326失靈聯(lián)跳保護的相關說明,當主變中性點未裝設間隙，變電站系統(tǒng)內一臺主變接地運行，另一臺主變不接地運行情況下，系統(tǒng)發(fā)生接地故障，如果需要先跳開不接地變壓器，后跳開接地變壓器，則采用零序選跳。此保護僅在CSC-326F/FA/FD裝置的高、中后備保護配有。此保護方案在國標DL/T684-1999，即大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導