國內(nèi)外電力變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的技術(shù)特點(diǎn)分析

1、國內(nèi)外電力變壓器國內(nèi)外電力變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的技差動(dòng)保護(hù)原理的技術(shù)特點(diǎn)分析術(shù)特點(diǎn)分析 電力變壓器差動(dòng)保護(hù)是電力變壓器的主保護(hù)，是按電路原理中的基爾霍夫定律而設(shè)計(jì)的。差動(dòng)原理在線路和發(fā)電機(jī)保護(hù)中得到非常成功的應(yīng)用，但在變壓器保護(hù)的應(yīng)用中卻存在許多困難。目前設(shè)計(jì)的差動(dòng)保護(hù)都忽略了變壓器的勵(lì)磁電流。在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁磁通不飽和，勵(lì)磁電流 很小可忽略不計(jì)，如圖a， = ,差動(dòng)保護(hù)基本滿足基爾霍夫定律的要求；v圖a、變壓器的簡化等效電路 v當(dāng)空投電力變壓器或切除故障電壓恢復(fù)時(shí)將出現(xiàn)較大的勵(lì)磁涌流，勵(lì)磁電流 不能忽略，由電力變壓器的等效電路（圖b）可看出 ,若忽略勵(lì)磁電流 則不滿足基爾霍夫定律，此時(shí)

2、，差動(dòng)保護(hù)存在較大不平衡電流，有可能出現(xiàn)誤動(dòng)。為避免差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，需要變壓器勵(lì)磁涌流來閉鎖。v 圖b、變壓器T型等效電路 v如何正確區(qū)分電力系統(tǒng)變壓器內(nèi)部故障電流和勵(lì)磁涌流 ?v由于國內(nèi)外、各家公司設(shè)計(jì)思想各不相同。我們將對(duì)常用的電力變壓器差動(dòng)保護(hù)幾方面的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析、比較。1、電流平衡的調(diào)整、電流平衡的調(diào)整v由于電力變壓器(Y/-11)高低壓側(cè)一次繞組接線方式不同，造成兩側(cè)電流相差30，在常規(guī)變壓器差動(dòng)保護(hù)回路中產(chǎn)生較大不平衡電流。因此，要求TA二次接線采用電流相位補(bǔ)償接線方式。目前廣泛使用的微機(jī)主變差動(dòng)保護(hù)TA二次可按Y型接線，只需在軟件進(jìn)行差流計(jì)算時(shí)進(jìn)行相位校準(zhǔn)和幅值補(bǔ)償即可，簡化

3、了差動(dòng)保護(hù)二次接線。 1.1 微機(jī)主變差動(dòng)保護(hù)微機(jī)主變差動(dòng)保護(hù)TA二次電流的相位校準(zhǔn)二次電流的相位校準(zhǔn) 1.1.1 TA二次電流校準(zhǔn)有兩種方式： vA、高壓側(cè)(Y型側(cè))的二次電流進(jìn)行相位校準(zhǔn)。校準(zhǔn)算法如下：v Y型側(cè)：IAH = ( Iah- Ibh ) /3 v IBH = ( Ibh- Ich ) /3 v ICH = ( Ich - Iah ) /3 型側(cè)： IAL = Ial IBL = Ibl ICL = Icl 采用這種校準(zhǔn)方法的有GE公司的SR745、許繼公司的WBH-100、國電南自公司的PST1200系列、四方公司的CST200B系列的CST31A等主變差動(dòng)保護(hù)。vB、對(duì)主變

4、低壓側(cè)、對(duì)主變低壓側(cè)(型側(cè)型側(cè))的二次電流進(jìn)行相位校的二次電流進(jìn)行相位校準(zhǔn)。算法準(zhǔn)。算法如下：二次電流向量圖Y型側(cè)：型側(cè)： 此算法可表示為Y型側(cè)去掉零序電流 IA= IA I0 Ib= Ib I0 Ic= Ic I0型側(cè)則為型轉(zhuǎn)換為Y型的電流相位補(bǔ)償變換 Ia= (Ia Ic) / 3 Ib= (Ib Ia) / 3 Ic= (Ic Ib) / 3 運(yùn)用這種算法的變壓器差動(dòng)保護(hù)有西門子公司的SIEMENS 7UT51主變保護(hù)和南瑞繼保公司的RCS-978系列主變保護(hù)。1.1.2、兩種、兩種TA二次電流校準(zhǔn)方式的比較：二次電流校準(zhǔn)方式的比較：v 對(duì)變壓器Y形側(cè)的二次電流進(jìn)行Y相位校準(zhǔn)，其差流是Y

5、側(cè)兩相電流差，當(dāng)從Y形側(cè)空投變壓器，差電流有可能產(chǎn)生對(duì)稱涌流1。基于涌流波形分析的諧波制動(dòng)和間斷角制動(dòng)原理的主變差動(dòng)保護(hù)，若采用分相涌流閉鎖方式則可能出現(xiàn)誤動(dòng)，因此只能采用一相涌流制動(dòng)三相差動(dòng)（或邏輯）的差動(dòng)保護(hù)，而或邏輯的制動(dòng)方式存在著空投故障變壓器時(shí)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間長或拒動(dòng)的問題。v 對(duì)變壓器形側(cè)進(jìn)行Y相位校準(zhǔn)，其差流是單相電流，不存在對(duì)稱涌流，差動(dòng)保護(hù)可實(shí)現(xiàn)分相涌流閉鎖方式，故障相差動(dòng)不會(huì)被健全相涌流閉鎖，大大縮短了差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，提高了差動(dòng)保護(hù)靈敏性。但在變壓器剩磁大于0.9倍飽和磁通，二次諧波有可能小于15%，若二次諧波制動(dòng)系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值0.15時(shí)則可能出現(xiàn)誤動(dòng)。21.2、電流幅值

6、的補(bǔ)償、電流幅值的補(bǔ)償 變壓器差動(dòng)保護(hù)的變壓器各側(cè)TA變比與變壓器變比失配，將在差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流。電磁型差動(dòng)保護(hù)在電流回路中加裝中間變流器和差動(dòng)繼電器中設(shè)置平衡繞組，用以補(bǔ)償各側(cè)電流，減小不平衡電流。而微機(jī)差動(dòng)保護(hù)則根據(jù)變壓器變比和TA變比，對(duì)各側(cè)TA二次電流的平衡系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到完全補(bǔ)償。 變壓器差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)的計(jì)算方法有兩種：一是通過變壓器額定電流計(jì)算平衡系數(shù)；另一種是通過變壓器額定電壓和TA變比來計(jì)算平衡系數(shù)，兩種計(jì)算方法異曲同工。值得注意的是當(dāng)變壓器低壓側(cè)按Se/2來設(shè)計(jì)時(shí)，用于計(jì)算平衡系數(shù)的額定電流不可按銘牌標(biāo)稱額定電流計(jì)算，而應(yīng)按全容量Se/3Ue來計(jì)算，否則會(huì)出現(xiàn)較大

7、不平衡電流。1.3變壓器調(diào)壓分接開關(guān)對(duì)差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的影變壓器調(diào)壓分接開關(guān)對(duì)差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的影響：響：v 變壓器差動(dòng)保護(hù)按額定值計(jì)算出平衡系數(shù)之后，若變壓器重新調(diào)整調(diào)壓分接開關(guān)位置，改變了變壓器的變比，差動(dòng)回路中會(huì)出現(xiàn)不平衡電流。目前絕大多數(shù)廠家的差動(dòng)保護(hù)依靠抬高差動(dòng)電流門坎，來躲過高壓器調(diào)壓引起的不平衡電流，如南方繼保公司RCS-978變壓器保護(hù)為例。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的整定方法為：v Icd=Kerl(Ker+U+m)Iev 式中：Ie為變壓器基準(zhǔn)側(cè)二次額定電流；Kerl為可靠系數(shù)(一般取1.31.5)；Ker為電流互感器的變比誤差；U為變壓器調(diào)壓引起的誤差；m為TA變比未完全匹配產(chǎn)

8、生的誤差，可取0.1。工程計(jì)算取Icdqd=(0.250.5)Ie。v v以110kV三圈降壓變壓器為例，110kV側(cè)調(diào)壓范圍11010%kV，38.5kV側(cè)為38.55%。當(dāng)高壓側(cè)為+10%低壓側(cè)為-5%時(shí)，U可達(dá)14.36%，再考慮TA變比誤差和TA變比失配誤差0.05，最大誤差可達(dá)29.36%。若Icd整定0.5Ie，差流越限值Icl=10%25%Ie。當(dāng)變壓器負(fù)荷較重時(shí)會(huì)頻發(fā)差流越限。通過提高差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)電流值來躲不平衡電流，降低了保護(hù)靈敏度，差流較大對(duì)躲區(qū)外故障是不利的。 v GE公司的SR745變壓器保護(hù)將分接開關(guān)檔位測量接入變壓器保護(hù)，保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)整平衡系數(shù)，這樣降低了不平衡電

9、流，為提高差動(dòng)保護(hù)靈敏性提供了條件，這種做法是值得借鑒的。2.比例制差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)量比較：比例制差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)量比較：v比例制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)有三種：和差式比例制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)、復(fù)式比平制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)和工頻變化量的比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)。2.1和差式比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)：和差式比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)：v 差動(dòng)電流 Id = | Ih + IL | v 制動(dòng)電流 Ir = | Ih + IL |/2 v 對(duì)于單側(cè)電源的變壓器內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)電流Ir =| Ih + IL |0，因此仍帶有制動(dòng)量，降低了保護(hù)的靈敏度。為提升區(qū)內(nèi)故障時(shí)的靈敏度設(shè)一拐點(diǎn)電流IB，當(dāng)制動(dòng)電流Ir IB 時(shí)，才開始產(chǎn)生制動(dòng)作用。在整定時(shí)，拐點(diǎn)

10、電流IB應(yīng)大于差動(dòng)定值ICD，以防止區(qū)內(nèi)小電流故障時(shí)保護(hù)拒動(dòng)。和差式比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)其優(yōu)點(diǎn)是多側(cè)電源變壓器區(qū)外故障時(shí)防止誤動(dòng)有顯著作用。目前多數(shù)差動(dòng)保護(hù)采用和差比率制動(dòng)原理，如許繼的WBH-100；四方公司的CST231B、CST31A、CST1201A；南瑞繼保公司的LFP-971；GE公司的SR745；西門子公司的7UT51等。2.2復(fù)式比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)復(fù)式比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù) v 差流：Id = | Ii v 制動(dòng)電流：Ir = | Id - Ii|v 由于計(jì)算制動(dòng)電流時(shí)，引入了差動(dòng)電流，由于經(jīng)Y/轉(zhuǎn)換后各側(cè)電流相位相同。所以在變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)Id與Ii相差很小（理論值為零）制動(dòng)電流很

11、小，區(qū)內(nèi)故障時(shí)幾乎無制動(dòng)量，大大提高了靈敏度，區(qū)外故障時(shí)，IiId，所以制動(dòng)電流很大，能可靠地制動(dòng)，防止保護(hù)誤動(dòng)。目前采用復(fù)式比率制動(dòng)原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)有ISH-1H保護(hù)裝置。2.3 工頻變化量制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)：工頻變化量制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)：v差流：v制動(dòng)電流：v 南瑞繼保公司的南瑞繼保公司的RCS-978變壓器保護(hù)采用工頻變化量保護(hù)，提高變壓器保護(hù)采用工頻變化量保護(hù)，提高了變壓器的正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)部發(fā)生輕微匝間故障的靈敏度；同時(shí)，制動(dòng)了變壓器的正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)部發(fā)生輕微匝間故障的靈敏度；同時(shí)，制動(dòng)系數(shù)可取較高值，抗區(qū)外故障時(shí)系數(shù)可取較高值，抗區(qū)外故障時(shí)TA的暫態(tài)和穩(wěn)太飽和能力較強(qiáng)。的暫態(tài)和穩(wěn)太飽和能力較

12、強(qiáng)。3 Idt -浮動(dòng)門坎浮動(dòng)門坎 Idth-固定門坎固定門坎 Iinm-各側(cè)電流工頻變化量各側(cè)電流工頻變化量 Id-差動(dòng)電流工頻變化量差動(dòng)電流工頻變化量 Ir-制動(dòng)電流的工頻制動(dòng)電流的工頻變化量變化量 3 勵(lì)磁涌流判定方法：勵(lì)磁涌流判定方法：v 在空投變壓器或切故障電壓恢復(fù)時(shí)，變壓器將產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，在差動(dòng)保護(hù)中形成較大不平衡電流，可引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，此時(shí)必須閉鎖差動(dòng)保護(hù)。如何判別勵(lì)磁涌流，不同廠家的產(chǎn)品判定的方法各不相同，常見的有以下兩種： 3.1 二次諧波制動(dòng)二次諧波制動(dòng)v 在變壓器勵(lì)磁涌流中含有大量的二次諧波分量，一般占基波分量的20%以上，利用二次諧波含量來鑒別變壓器勵(lì)磁涌流。當(dāng)二次諧

13、波含量超過整定值（國內(nèi)通常為15%20%）則判定有勵(lì)磁涌流進(jìn)而閉鎖差動(dòng)保護(hù)。由于二次諧波并非勵(lì)磁涌流的特有分量，不具備排它性，如變壓器內(nèi)部故障時(shí)，長輸電線路和高壓電纜的分布電容或TA飽和都會(huì)產(chǎn)生二次諧波，所以二次諧波含量來判別是否出現(xiàn)勵(lì)磁涌流存在不足。5另外，在變壓器剩磁大于0.9倍飽和磁通，勵(lì)磁涌流二次諧波有可能小于15%，二次諧波制動(dòng)系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值0.15時(shí)，差動(dòng)保護(hù)有可能出現(xiàn)誤動(dòng)。2但作為工程應(yīng)用，采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)仍可保證差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作基本正確，因此得到廣泛應(yīng)用。 3.2波型特征識(shí)別：波型特征識(shí)別：v 勵(lì)磁涌流存在較大直流分量、波形畸變，并出現(xiàn)間斷角等，可通過比較勵(lì)磁涌流與故障電流之間波形關(guān)系來區(qū)分勵(lì)磁涌流與故障電流。常見的有間斷角原理、波形對(duì)稱原理等。其中波形對(duì)稱原理的差動(dòng)保護(hù)是間斷角原理的發(fā)展，易于實(shí)現(xiàn)、具有較高的準(zhǔn)確性，因此得到廣泛運(yùn)用，如國電南自的PST1201、南瑞公司的RCS-978ED、許繼的WBH-100、北京四方公司的CST-33A等。但涌流波形與許多因素有關(guān)，具有不確定性和多樣性，波形比較原理的保護(hù)仍不能定量地通過嚴(yán)格的理論