變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

1、第四節(jié)變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)一、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理對(duì)雙繞組變壓器實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的相量差。 縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線如下圖所示。為了保證縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的正確工作， 等，差回路電流為零。在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)， 值，保護(hù)動(dòng)作。應(yīng)使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相流入差回路的電流為短路點(diǎn)的短路電流的二次12 12應(yīng)使X12nTA2 I 1nTA1nTA2或結(jié)論：適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比。 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)有較高的靈敏度。二、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流及減小不平衡電流的 措施在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部短路穩(wěn)態(tài)情況下流入縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)差回路中的電流叫穩(wěn)態(tài)

2、 不平衡電流Ibp。1 .由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流思考：由于變壓器常常采用 Y,dll的接線方式，因此，其兩側(cè)電流的相位差 30a此時(shí)， 如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同， 會(huì)有一個(gè)差電流流入繼電器。如何消除這種不平衡電流的影響？而將變壓器三角形解決辦法：通常都是將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形， 側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形。T.dJl/ajf呂IQiA mIliJ2. 由兩側(cè)電流互感器的誤差引起的不平衡電流思考：變壓器兩側(cè)電流互感器有電流誤差I(lǐng)，在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部故障時(shí)流入差回路中的電流不為零，為什么？為什么在正常運(yùn)行時(shí)，不平衡

3、電流也很小為什么當(dāng)外部故障時(shí)，不平衡電流增大？，原因：電流互感器的電流誤差和其勵(lì)磁1電流的大小、二次負(fù)載的大小及勵(lì)磁阻抗有關(guān)， 而勵(lì)磁阻抗又與鐵芯特性和飽和程度有關(guān)。當(dāng)被保護(hù)變壓器兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同，變比不同，二次負(fù)載阻抗及短路電流倍數(shù)不同時(shí)都會(huì)使電流互感器勵(lì)磁電流的差值增大。減少這種不平衡電流影響的措施：（1） 在選擇互感器時(shí)，應(yīng)選帶有氣隙的D級(jí)鐵芯互感器，使之在短路時(shí)也不飽和。（2）選大變比的電流互感器，可以降低短路電流倍數(shù)。10%誤差曲線為依據(jù)，進(jìn)行導(dǎo)（3）在考慮二次回路的負(fù)載時(shí)，通常都以電流互感器的 線截面校驗(yàn)，不平衡電流會(huì)更小。最大可能值為：Ibp O.Ktxn TA3. 由計(jì)算

4、變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流 思考：兩側(cè)的電流互感器、變壓器是不是一定滿足nT皿nTnTA1 的關(guān)系?n TA 2n TA 1 ；方或原因：很難滿足上述關(guān)系。減少這種不平衡電流影響的措施： 利用平衡線圈Wph來消除此差電流的影響。/ / 假設(shè)在區(qū)外故障時(shí)2 2，如下圖所示，則差動(dòng)線圈中將流過電流(/ / 的磁勢為 Wcd( 2 2)。為了消除這個(gè)差動(dòng)電流的影響，通常都是將平衡線圈 流較小的一側(cè)，應(yīng)使/ / /Wcd( 22)=W ph 24.帶負(fù)荷調(diào)變壓器的分接頭產(chǎn)生的不平衡電流 思考：在電力系統(tǒng)中為什么采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器會(huì)產(chǎn)生不平衡電流？ 原因：改變分接頭的位置不僅改變了變壓器的

5、變比，也破壞了變壓器兩側(cè)電流互感器變比的比等于變壓器變比的條件，故會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。調(diào)整分接頭產(chǎn)生的最大不平衡電流為U 1 d .maxn TA1 bp/2)，由它所產(chǎn)生Wph接入二次電總結(jié)：在穩(wěn)態(tài)情況下需要被消除的不平衡電流有電流互感器誤差， 平衡線圈的計(jì)算匝數(shù)與整定匝數(shù)不一致產(chǎn)生的不平衡電流，即Ibp =(Ktx 10%+ U+ wc%)Id max /nTA 要保證差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部故障時(shí)不誤動(dòng)， 最大不平衡電流進(jìn)行整定。三、暫態(tài)情況下的不平衡電流及減小其影響的措施1.外部短路時(shí)的不平衡電流 思考:在變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍外部發(fā)生故障的暫態(tài)過程中，為什么在差回路中將產(chǎn)生暫 態(tài)不

6、平衡電流？原因：變壓器兩側(cè)電流互感器的鐵芯特性及飽和程度不同。變壓器調(diào)節(jié)分接頭及差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流要躲開在差回路中接入速飽和中間變流器SBH，如下圖所示。速飽和變流器是一個(gè)鐵芯截面較小，易于飽和的中間變流器。 直流分量使速飽和變流器飽和。這時(shí)，交流分量電流難于轉(zhuǎn)換到速飽和變流器的副邊，差動(dòng)繼電器不會(huì)動(dòng)作。計(jì)算變壓器差動(dòng)保護(hù)回路暫態(tài)不平衡電流引入一個(gè)非周期分量的影響系數(shù)Kfz。外部短路時(shí)的暫態(tài)不平衡電流，在接入一級(jí)速飽和變流器時(shí)為IbpJ Kfz 10% Id max/ nTA式中Kfz非周期分量的影響系數(shù)，Kfz取1.52,在接入兩級(jí)速飽和變流器時(shí)，非周期分量的影響系數(shù)取 1。2.由變壓器勵(lì)磁

7、涌流iLy所產(chǎn)生的不平衡電流變壓器的勵(lì)磁電流Il僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，通過電流互感器反應(yīng)到差動(dòng)回路中不能被平衡，在外部故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁電流減小，它的影響就更小。但是當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，則可能出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流）。（又稱為勵(lì)磁涌流(1) 包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè);(2) 包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主；波形之間出現(xiàn)間斷，如圖所示，在一個(gè)周期中間斷角為a。(2) 鑒別短路電流和勵(lì)磁涌流波形的差別；(3) 利用二次諧波制動(dòng)等。四、BCH 2型差動(dòng)繼電器1. 組成：電磁型電流繼電器三柱鐵芯：兩邊柱鐵芯截面較小，是中間柱鐵

8、芯截面的一半，易于飽和。差動(dòng)線圈 Wed：接于變壓器差動(dòng)保護(hù)的差回路，當(dāng)安匝磁勢達(dá)到一定值時(shí)，二次線圈感應(yīng)的某一電勢值使電流繼電器起動(dòng)。兩個(gè)平衡線圈 Wp hl、Wph2短路線圈Wd，工作線圈W2。AEttg廠仇沢f叫T - e,d. r.：Si!aa. J«»中2. BCH 2型差動(dòng)繼電器構(gòu)成的變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算(1) 確定基本側(cè)。將變壓器兩側(cè)電流互感器流入差回路的電流中較大的一側(cè)作為基本 側(cè)，計(jì)算步驟如表所示。變壓器額定電壓(kV)Ve.g (咼壓)Ve.d （低壓）變壓器額定電流(A)ISee.g 73Ve.gISeI e.dLV3V,d變壓器接線方式Y(jié)A電流互

9、感器接線方式AY電流互感器計(jì)算變比 nTA.js75I e.d5電流互感器實(shí)際變比 nTA.sj75I e.d5流入差回路的電流(A)Ie.g 亦 Ig n ta .sjI e.d1I dnTA .sj(2) 確定差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流 躲過變壓器的勵(lì)磁涌流I dz= Kkle.T 躲外部短路時(shí)的最大不平衡電流I dzKkl bp. max =Kk(l bp.Ta+ I bp. A u+ I bp.ph)A f ph1、A f ph2I bp.ph A f phj d1.max+ A f phzI d2.max 平衡線圈的圓整誤差，其值為f phW ph . js W ph. sjWp h.js

10、Wcd.zd躲開電流互感器二次斷線產(chǎn)生的最大不平衡電流I dz Kkl fh.max取以上三條件計(jì)算結(jié)果中的最大值作為變壓器差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流。(3) 計(jì)算變壓器差動(dòng)保護(hù)基本側(cè)差動(dòng)線圈匝數(shù)基本側(cè)繼電器的動(dòng)作電流為I dz.j.jb =氐1 d z.jb /n TA基本側(cè)差動(dòng)線圈的計(jì)算匝數(shù)Wcdjs(AW) dzIdz j jb60安匝I dz j jb差動(dòng)線圈的實(shí)際匝數(shù)Wd.sj繼電器實(shí)際動(dòng)作電流和一次動(dòng)作電流分別為I dz.s.jb =60(安匝)/Wd. sjIdz. jb.sj = I dz. s. jb n TA / K jx(4) 計(jì)算非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)對(duì)雙繞組變壓器I 2e.f

11、j (Wph+VCd.zd )= I 2e.jb Wd.zd平衡線圈的實(shí)際匝數(shù)，采用四舍五入圓整。(5) 平衡線圈圓整誤差的計(jì)算 f ph=( Vph.js - Wph.sj )/ ( W ph.js + WCd.zd )計(jì)算結(jié)果的變化范圍在00.091內(nèi)。若誤差小于0.05，則以上計(jì)算結(jié)果有效；若誤差大于0.05，則重新計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流。(6) 確定短路線圈匝數(shù)應(yīng)選取對(duì)于大容量的變壓器，涌流倍數(shù)小，衰減慢，要求切除內(nèi)部故障的時(shí)間盡量短，較少的短路線圈匝數(shù)。相反，對(duì)于較小容量的變壓器，應(yīng)選用較多匝數(shù)的短路線圈，以便更有效地消除非周期分量電流的影響。(7) 靈敏度校驗(yàn) 保護(hù)范圍內(nèi)部短路最小

12、靈敏度應(yīng)大于Km=l d.min / I dz式中 I d.min 保護(hù)范圍內(nèi)故障，流過基本側(cè)的最小短路電流； I dz差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流。五、帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)1. BCH 1型差動(dòng)繼電器組成：三柱式鐵芯電磁型電流繼電器J差動(dòng)線圈WCd,兩個(gè)平衡線圈 Whi、Wh2制動(dòng)線圈 W 工作線圈wz。各部分作用：差動(dòng)線圈：通以電流產(chǎn)生磁通0 cd,在兩個(gè)二次工作繞組上感應(yīng)，的電勢相串聯(lián)，能使 電流繼電器動(dòng)作。鐵芯：兩邊柱截面小，易于飽和，它的作用相當(dāng)于一級(jí)速飽和變流器。制動(dòng)線圈：通以電流產(chǎn)生的磁通0 zh在兩邊柱形成環(huán)路，在兩個(gè)二次工作繞組上感應(yīng)的 電勢反向串聯(lián)，合成電勢為零，不會(huì)使電流繼電器動(dòng)

13、作。 它的作用是使兩個(gè)邊柱的鐵芯飽和， 加大繼電器的動(dòng)作安匝。安匝制動(dòng)曲線：繼電器的動(dòng)作安匝與制動(dòng)安匝的關(guān)系曲線。當(dāng)制動(dòng)安匝磁勢較小時(shí)，兩邊柱鐵芯沒有飽和，繼電器的動(dòng)作安匝不變，仍為60安匝。當(dāng)制動(dòng)安匝加大，鐵芯開始飽和，動(dòng)作安匝開始加大。 隨著制動(dòng)安匝磁勢的加大，鐵芯飽和程度變大，繼電器動(dòng)作安匝加 大，如圖曲線1或2。o在制動(dòng)線圈中流有短路電流，使鐵芯飽和，增大了繼電器的動(dòng)作安匝。 外部故障時(shí)繼電器不動(dòng)。內(nèi)部故障時(shí)，若 B側(cè)無電源，制動(dòng)線圈中沒有短路電流，不起制動(dòng)作用4K:打制動(dòng)線圈應(yīng)接干負(fù)荷側(cè)， 外部故障有制動(dòng)作用， 內(nèi)部制動(dòng)線圈的安裝位置如下：f _ 對(duì)單側(cè)電源的雙繞組變壓器 故障沒有制

14、動(dòng)作用。(2)負(fù)荷側(cè)。(4)對(duì)于單側(cè)電源的三繞組變壓器,制動(dòng)線圈應(yīng)接于流過變壓器最大穿越性短路電流的對(duì)于雙側(cè)電源的三繞組變壓器，制動(dòng)線圈一般接于無電源側(cè)。對(duì)于雙側(cè)電源的雙繞組變壓器，制動(dòng)線圈應(yīng)接于大電源側(cè)。當(dāng)僅有小電源供電時(shí),能保證保護(hù)裝置的靈敏度。2. BCH一 1型差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算(1) 確定變壓器的基本側(cè)。與用BCH一 2型差動(dòng)繼電器時(shí)相同。(2) 計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流 躲開變壓器空載投入時(shí)的勵(lì)滋涌流：I dz jb =K:I e T 躲開電流互感器二次斷線產(chǎn)生的不平衡電流(240MVA及以上容量變壓器除外):I dz KkI fh.max 躲開未裝制動(dòng)線圈側(cè)外部短路時(shí)的不平衡電流I

15、 bp：I dz jb=KJ bp取以上三條件計(jì)算結(jié)果中的最大值作為變壓器差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流。(3) 計(jì)算差動(dòng)線圈匝數(shù)與用BCH一 2型繼電器時(shí)相同。(4) 計(jì)算平衡線圈匝數(shù)與用BCH一 2型繼電器時(shí)相同。(5) 校驗(yàn)平衡線圈圓整誤差與用BCH一 2型繼電器時(shí)相同。(6) 計(jì)算制動(dòng)線圈匝數(shù) Wh:Kh口 TA昱代!才血沁對(duì)于収繞組變壓器，制功線圈辻瓢數(shù)為ff9(7)靈敏度校驗(yàn)首先求出保護(hù)范圍內(nèi)校驗(yàn)點(diǎn)短路時(shí)流過制動(dòng)線圈的電流及制動(dòng)安匝。依據(jù) 差動(dòng)繼電器最大安匝制動(dòng)曲線2求出繼電器的動(dòng)作安匝，其值可近似為(AW)dz=tg0 2(AW)zh式中tg 0 2最大安匝制動(dòng)曲線2的斜率，可取為1.4。

16、當(dāng)計(jì)算出的動(dòng)作安匝小于60安匝時(shí)，取60安匝。差動(dòng)保護(hù)的靈敏度為1 d j min Wcd zd(AW) dzKmBCH一 1 型例題對(duì)一臺(tái)容量為40.5MVA三相三繞組降壓變壓器進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算。變壓器的接線及各側(cè)的短路電流如下圖所示。電壓：110± 2X 2.5 % kV/ 38.5 ± 2 X 2.5 % kV/ 11kV,接線方式為：Y, d11, d11，變壓器的額定電流：213A/608A/2130A。圖中標(biāo)出的短路電流 均為歸算到110kV側(cè)的三相短路電流值。括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為最小三相短路電流值。dl點(diǎn)單相I接地時(shí)，丨d = 2.2kA。外部短路差回路通以最大

17、不平衡安匝數(shù)時(shí)，以保證繼電器不動(dòng)來確定制動(dòng)線圈的匝數(shù)。解苜先乘用ECTt2蘇或継電器"確走基敘小由下喪可UA看出，：LlOkV電壓級(jí)為棊亦妙屮數(shù)值名稱-額定由壓時(shí)112燹3d12韻宦電流(Ah31加eo8p213皿電流S感器接線亠Yr(213r國卩6CS/52130/5'電流互感器議磁T4ao/5p3000/5流入差回路中的電流a八313E 3130-刈 n<i +頂J53D00 / 5不平衡電流(曲門0卓4.61-4.05=0. 56*4.61-3.55=1.06(2) 差動(dòng)保護(hù)的一次動(dòng)作電流確定如下：1) 躲勵(lì)磁涌流及電流互感器的二次斷線I dz .jb=K<

18、I e-t=1.3 X 213=276(A)2) 躲d3點(diǎn)(外部)短路時(shí)的最大不平衡電流I dz jb = KkI bp. max = Kk(I bp. TA+ I bp. A u+ I bp.ph)=1.3 X (0.1+0.05+0.05+0.05) X 1350=483.75(A)從以上計(jì)算可知，以躲外部短路最大不平衡電流為計(jì)算條件，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流取為Idz jb=438.75(A)(3) 計(jì)算差動(dòng)線圈匝數(shù)及實(shí)際動(dòng)作電流為Igg尸陰經(jīng)空©二9. 54&0fS丄 dsjjt丄曲 jjb 9、差動(dòng)線圈的實(shí)際匝數(shù)應(yīng)向小調(diào)整，取Wd, zd=6(匝)繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流為I

19、 dz.j.jb.sj =60/6=10(A)(4) 靈敏度校驗(yàn).以d2點(diǎn)短路為計(jì)算條件，即K訪Ire/ I滬訊"少=1冷4 <2 (不臺(tái)理下面采用BCH-1型差動(dòng)繼電器,制動(dòng)線圈放在35KV側(cè).1)2)I確定基本側(cè) 同BCH-2型繼電器,以110KV為基本側(cè). 計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)電流.1) 躲勵(lì)磁涌流I dzjb=KkI e t=1.5 X 213=319.5(A)2) 躲d2點(diǎn)(外部)短路時(shí)的最大短路電流產(chǎn)生的不平衡電流dz jb = Kkl bp .max = Kk(l bp .Ta+ I bp. A u+ I bp.ph)=1.3 X (0.1+0.05+0.05) X

20、 965=250(A)(3)計(jì)算差動(dòng)線圈匝數(shù)及實(shí)際動(dòng)作電流為扁詢4=際1|zZg二 4冊(cè)£ "93 (A)0E嘰60安匝 60_你、丄七j.jb.jb丄呵沖岔差動(dòng)線圈的實(shí)際匝數(shù)向小調(diào)整，整定匝數(shù)取為8匝.實(shí)際動(dòng)作電流I dz.j.jb.sj =60/8=7.5(A)(4) (4)計(jì)算非基本側(cè)平衡線圈的匝數(shù).1) 1)35KV側(cè)平衡線圈匝數(shù)的計(jì)算琢浹詰e二 陣g二從"瞰川4 trj按四舍五人取整,35弊側(cè)平衡線圈匝數(shù)為1匝“2) WKV側(cè)平衡線圈匝數(shù)的計(jì)算I叫呵=牢型吧廿笫尹心卸9砂取10KV側(cè)平衡線圈匝數(shù)為 2匝(5) (5)平衡線圈的誤差 f ph.35=( V

21、ph.js - Wph.sj )/ ( W ph.js + WCd.zd) =(1.1-1)/(1.1+8)=0.012<0.05 f ph.10 =(Wph.js - Wph.sj)/ ( W ph.js + WCd.zd )=(2.36-2)/(2.36+8)=0.035<0.05(6) (6)計(jì)算制動(dòng)線圈匝數(shù)十 M曲)W曲卡=Wg才09制動(dòng)線圈的實(shí)際匝數(shù)應(yīng)向上調(diào)整(7) (7)靈敏度校驗(yàn).在校驗(yàn)點(diǎn) 動(dòng)安匝為，取 Wzh.js =3 匝.呼)a = 4.05x3=12.15$ 匝(10KV母線)電路時(shí)，流過制動(dòng)線圈的電流為負(fù)荷電流，制查BCH-1型繼電器最大安匝制動(dòng)曲線2或計(jì)算相應(yīng)的動(dòng)作安匝得(AWdz=tg 0 2(AW)Zh=12.15 X 1.4=17 安匝 <60 安匝繼電囂ffi動(dòng)作妄廳衣60安匝“（A叫7嘰單相接地短路貝融®校驗(yàn)"毗山