變壓器差動保護的特殊問題論述課件

桂林清華電機系大機組保護研究所主設備（發(fā)電機/變壓器）故障分析與保護桂林清華電機系大機組保護研究所主設備（發(fā)電機/變壓器）故障分1個人簡介：1974年出生，本、碩就讀于合肥工業(yè)大學，1999年考入清華大學攻讀博士學位（師從王維儉和王祥珩教授），2004年博士畢業(yè)后留電機系工作至今，現(xiàn)為電機系副教授。

研究方向為大機組保護及故障分析，先后對三峽、拉西瓦、向家壩、溪洛渡、錦屏一級/二級、糯扎渡等36座水電站的170多臺發(fā)電機進行了內(nèi)部故障的分析和主保護的設計，并完成了三峽右岸（12×700MW）、托克托（8×600MW）等12個電廠60多臺發(fā)變組保護定值的整定和審查工作。個人簡介：1974年出生，本、碩就讀于合肥工業(yè)大學，2課程內(nèi)容簡介：1、發(fā)電機主保護的設計與整定（2/5)

縱聯(lián)和橫聯(lián)差動保護的基本原理與整定大型水輪發(fā)電機主保護的定量化及優(yōu)化設計（以三峽右岸HEC和向家壩ALSTOM發(fā)電機主保護設計為例）“加強主保護、簡化后備保護”及相關(guān)注意事項2、發(fā)電機異常工況保護的基本原理與整定（2/5）定子接地保護低勵失磁保護失步保護、定/轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護、轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護、過電壓和過勵磁保護、誤上電保護、斷路器閃絡保護、頻率異常、逆功率保護等3、變壓器差動保護的特殊問題（1/5）課程內(nèi)容簡介：1、發(fā)電機主保護的設計與整定（2/5)33變壓器差動保護的特殊問題3.1變壓器縱差保護與發(fā)電機縱差保護的不同之處3.2單相變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機理3.3變壓器縱差保護的整定計算及注意事項3.4與勵磁涌流無關(guān)的變壓器主保護3.5主變后備過流保護、低壓側(cè)接地保護的整定計算及勵磁變/高廠變保護的配置3變壓器差動保護的特殊問題3.1變壓器縱差保護與發(fā)電機縱43.1變壓器縱差保護的不同之處變壓器縱差與發(fā)電機縱差保護一樣，也都是采用比率制動方式達到外部短路不誤動和內(nèi)部短路靈敏動作的目的，但它在以下幾方面存在顯著不同：變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流各不相等，因此各側(cè)TA的型號一定不同，而且各側(cè)三相接線方式不盡相同，所以各側(cè)相電流的相位也可能不一致，這將使外部短路時不平衡電流增大，所以變壓器差動保護的最大制動系數(shù)比發(fā)電機大，靈敏度相對較低。變壓器高壓繞組常用調(diào)壓分接頭，有的還要求帶負荷調(diào)節(jié)，使變壓器縱差保護已調(diào)整平衡的二次電流又被破壞，不平衡電流增大，這將使變壓器縱差保護的最小動作電流和制動系數(shù)都要相應增大。3.1變壓器縱差保護的不同之處變壓器縱差與發(fā)電機縱5變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）對于定子繞組的匝間短路，發(fā)電機縱差保護完全沒有作用。變壓器各側(cè)繞組的匝間短路，通過變壓器鐵心磁路的耦合，改變了各側(cè)電流的大小和相位，使變壓器縱差保護對匝間短路有作用（匝間短路可視為變壓器的一個新繞組發(fā)生端口短路）。無論變壓器繞組還是發(fā)電機定子繞組的開焊故障，它們的縱差保護均不能動作，變壓器依靠瓦斯或壓力保護。變壓器縱差保護范圍除了包括各側(cè)繞組外，還包含變壓器的鐵心，即縱差保護區(qū)內(nèi)不僅有電路還有磁路，這就違反了縱差保護的理論基礎——基爾霍夫電流定律。變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）對于定子繞組的匝間短路，發(fā)6

對于僅包含電路的縱差保護對象（如發(fā)電機、電動機、母線、電抗器等）本身沒有故障時，不管外部發(fā)生什么擾動，恒有諸端子電流的相量和為零。因此發(fā)電機縱差保護在正常運行或區(qū)外短路時，差動回路不平衡電流理論上為零；當發(fā)電機內(nèi)部故障時將有（流向短路點的全部短路電流），將作為縱差保護的動作量，使保護靈敏動作。變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）對于僅包含電路的縱差保護對象（如發(fā)電機、電動機、母線、電抗7但是若被保護對象是變壓器，它有n個繞組和一個公共鐵心，即n條電路和一條公共磁路，則。（Ie為變壓器勵磁電流）變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）但是若被保護對象是變壓器，它有n個繞組和一個公共鐵心，即n8如前所述，勵磁電流Ie就是變壓器縱差保護的不平衡電流，當變壓器及其所在系統(tǒng)正常工作時，對于大型變壓器，Ie<1%Itn（Itn為變壓器額定電流），不會影響變壓器縱差保護的工作性能；當外部系統(tǒng)短路時，電壓嚴重下降，Ie更微不足道。

在變壓器過勵磁狀態(tài)下，鐵心嚴重飽和，勵磁電流Ie劇增，對于最小動作電流為0.2～0.4Itn的變壓器縱差保護，勢必造成誤動作。更為嚴重的是變壓器空載合閘時的暫態(tài)過勵磁電流，其值可為Itn的數(shù)倍到10倍以上，這樣大的暫態(tài)勵磁電流通常稱為“勵磁涌流”（inrushcurrent），它流入縱差的差動回路卻要求縱差保護不誤動，實屬困難！變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）如前所述，勵磁電流Ie就是變壓器縱差保護的不平衡電流，當變93.2單相變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機理

勵磁涌流產(chǎn)生的根本原因是鐵心的嚴重飽和，由可能出現(xiàn)的最大磁通和鐵心磁化曲線來決定勵磁涌流的最大值，是一個非線性問題。假定電壓過零時（）合閘，此時鐵心中的磁通由三部分構(gòu)成：穩(wěn)態(tài)磁通（應是衰減的）暫態(tài)磁通鐵心剩磁3.2單相變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機理勵磁涌流產(chǎn)生的根10影響三相變壓器勵磁涌流波形特征的因素大致有：電源電壓大小和合閘初相角，系統(tǒng)等值阻抗大小和相角變壓器三相繞組的接線方式和中性點接地方式，三相鐵心結(jié)構(gòu)型式（三相三柱或五柱，三相變壓器組）

鐵心矽鋼片組裝工藝水平（拼接殘余氣隙大小），鐵心材質(zhì)（磁化特性、磁滯特性、局部磁滯回環(huán)），合閘前鐵心剩磁的大小和方向涌流經(jīng)TA的非線性傳變，即TA的飽和特性值得注意的是：空載合閘勵磁涌流峰值雖大（可與短路電流比擬），但它含有二次諧波成分，且在一個周期內(nèi)存在間斷角，而短路電流只有基波和非周期分量、且在一個周期內(nèi)沒有間斷角，這就引申而來我國現(xiàn)在通用的防止空載合閘時變壓器差動保護誤動的閉鎖判據(jù)——二次諧波制動方式和間斷角原理制動方式。影響三相變壓器勵磁涌流波形特征的因素大致有：電源電壓大小和113.3變壓器縱差保護的整定計算及注意事項縱差保護用TA的選型1、330kV及以上系統(tǒng)保護、高壓側(cè)為330kV及以上的變壓器和300MW及以上的發(fā)電機變壓器組差動保護用電流互感器宜采用TPY級電流互感器，這是解決變壓器差動保護誤動作問題的根本出路。2、堅決反對“TPY+5P”的組合，因為P級TA與TPY級TA的主要差別在于：穩(wěn)態(tài)誤差和暫態(tài)誤差、氣隙以及鐵心截面的大小。3、保護裝置具有判CT飽和的能力（“異步法”）：只是作為冗余。3.3變壓器縱差保護的整定計算及注意事項縱差保護用TA的12變斜率比率制動特性的整定變斜率比率制動特性的整定13托克托電廠升壓變的基本參數(shù)：2、低斜率S1：考慮外部短路小電流時也有非周期分量電流和CT鐵心剩磁，引起不平衡電流增大，為防誤動，設置低斜率S1的制動作用，由于不大(0.3)，其對內(nèi)部短路的保護靈敏度影響很小。3、高斜率S2：鑒于500kV母線為3/2接線，變壓器外部短路電流很大，此時應有很強的制動特性，即當時，斜率增大到0.8，這樣即使一側(cè)TA極度飽和(二次無輸出)，另一側(cè)TA不飽和，也不會使縱差保護誤動。4、兩種斜率不同直線之間的區(qū)域采用三次樣條函數(shù)實現(xiàn)“平滑過渡”，有利于改善差動保護的動作性能。1、托克托電廠升壓變的基本參數(shù)：2、低斜率S1：考慮外部短路小電14廣蓄A廠主變差動保護的整定計算：廣蓄A廠主變差動保護的整定計算：15為了加速切除變壓器嚴重的內(nèi)部故障，常常增設差動速斷保護（利用縱差保護中的差動電流，不用二次和五次諧波制動，也不用比率制動），其動作電流Iop的整定如下：1）高壓側(cè)空載合閘，出現(xiàn)勵磁涌流，保護不動作，。2）外部最大三相短路時不誤動，3）差動速斷保護定值的最終確定應維持主保護的比率制動特性。縱差速斷保護定值的整定為了加速切除變壓器嚴重的內(nèi)部故障，常常增設差動速斷保16

空載合閘和變壓器匝間短路同時出現(xiàn)的處理措施1、“一相閉鎖三相”：即一相出現(xiàn)涌流特征，三相縱差保護全部閉鎖，目的是防止勵磁涌流造成變壓器縱差保護誤動。2、“按相涌流閉鎖”：防止變壓器空投于匝間短路時縱差保護延時動作，從而對變壓器造成危害。3、“3取2的出口方式”：三相電流中有兩相滿足涌流特征，即閉鎖三相差動保護。空載合閘和變壓器匝間短路同時出現(xiàn)的處理措施1、“一相閉鎖三173.4與勵磁涌流無關(guān)的變壓器主保護分側(cè)差動保護

將變壓器的各側(cè)繞組分別作為被保護對象，在各繞組的兩端裝設TA（變比相同并按星形接線），以實現(xiàn)差動保護；如同發(fā)電機縱差保護一樣，無需考慮繞組的勵磁電流、過勵磁、調(diào)壓等的影響；對相間和單相短路靈敏度高，但不反應匝間短路。零序差動保護

零序差動保護就是為保護變壓器單相接地故障而設置的；因為對于220～500kV的變壓器，單相接地短路是其主要故障型式之一，特別是三相變壓器組，變壓器油箱內(nèi)部相間短路不可能發(fā)生；而在傳統(tǒng)的變壓器縱差保護三相互感器二次接線方式下，縱差保護根本不反應零序電流，使其對內(nèi)部單相短路的靈敏度較低甚至拒動。3.4與勵磁涌流無關(guān)的變壓器主保護分側(cè)差動保護將183.5主變后備過流保護、低壓側(cè)接地保護的整定計算及勵磁變/高廠變保護的配置3.5.1主變后備過流保護主變復壓過流保護（對應的二次值為60V，取18kV側(cè)PT線電壓）（對應的二次值為4.62V，相電壓）當18kV相間短路時，500kV側(cè)殘壓為：所以殘壓很高，低壓元件若取500kV側(cè)電壓，其靈敏度很低，為此必須取18kV側(cè)PT電壓，相間短路時有很高靈敏度。3.5主變后備過流保護、低壓側(cè)接地保護的整定計算及勵磁變/19主變方向過流保護主變復壓過流保護應與系統(tǒng)保護和高廠變保護配合，延時動作于發(fā)變組全停；而主變方向過流保護在GCB斷開時投入使用，作為主變倒送電時的相間故障后備保護，延時只需躲過系統(tǒng)振蕩，不必與廠用系統(tǒng)配合。主變方向過流保護主變復壓過流保護應與系統(tǒng)保護和高廠203.5.2主變低壓側(cè)接地保護該保護用于發(fā)電機機端斷路器開斷，主變單獨與500kV系統(tǒng)相聯(lián)。當500kV系統(tǒng)接地故障時，計算零序傳遞電壓時發(fā)電機定子繞組每相對地電容不起作用：傳遞電壓計算用近似簡化電路此時基波零序電壓保護“應該”動作，難以通過定值來躲過，只能依靠延時配合，故選取，延時3.0s動作于跳閘（長延時，應大于500kV高壓系統(tǒng)和6.3kV廠用系統(tǒng)接地故障的最大切除時間）。3.5.2主變低壓側(cè)接地保護該保護用于發(fā)電機機端斷213.5.3勵磁變/高廠變保護的配置鑒于以下原因，不采用差動保護，而采用最簡單的電流速斷＋過流保護：《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T14285-2006）——電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上的變壓器，采用縱差保護，而廣州蓄能水電廠A廠勵磁變的容量只有2.01MVA（高廠變的容量也只有4.2MVA）。勵磁變電流中諧波成分大，諧波制動式差動保護特性惡化；差動保護要求兩側(cè)CT暫態(tài)特性一致，但通常只用5P型，且兩側(cè)CT參數(shù)不同；勵磁變/高廠變?nèi)萘啃?，阻抗大，采用電流速斷＋過流保護的靈敏度和可靠性都很高。3.5.3勵磁變/高廠變保護的配置鑒于以下原因，不22電流速斷保護按勵磁變/高廠變低壓側(cè)最大三相短路不誤動整定：電流速斷保護按勵磁變/高廠變低壓側(cè)最大三相短路不誤動整定：23過流保護（1）勵磁變過流保護定值應按發(fā)電機強勵時（強勵倍數(shù)及時間為2.0倍/10s）過流保護不誤動整定，延時不必與強勵時間（10s）配合，取0.5s（需考慮與下一級快熔元件的配合關(guān)系）。（2）高廠變過流保護的定值按高廠變低壓側(cè)最小區(qū)內(nèi)兩相短路（由系統(tǒng)倒送廠用電）時有靈敏度整定，延時與下級保護（6kV進線開關(guān)過流保護最大延時）相配合。過流保護（1）勵磁變過流保護定值應按發(fā)電機強勵時（強勵倍數(shù)24謝謝大家！謝謝大家！25聯(lián)系方式：桂林：北京市清華大學電機系（100084）電話機：136-51238096Email：guilin99@聯(lián)系方式：桂林：北京市清華大學電機系（100084）26傳統(tǒng)的變壓器縱差保護三相互感器的二次接線方式：傳統(tǒng)的變壓器縱差保護三相互感器的二次接線方式：27差動保護比率制動特性（單斜率）的整定：0.5差動保護比率制動特性（單斜率）的整定：0.528當、相量方向如左圖所示，則必有、（或）同相。變壓器正常運行和區(qū)外短路時的等效電路：當、相量方向如左圖所示，則必有、29變壓器過激磁導致差動保護誤動作的事例：西北某電廠有一次變壓器在后半夜運行中，由于超高壓長線充電電流大、電壓過高，電廠值班人員調(diào)節(jié)勵磁時操作錯誤，減勵磁反為增勵磁，造成一次嚴重過勵磁故障，勵磁電流急劇增大，導致變壓器差動保護誤動作。變壓器過激磁導致差動保護誤動作的事例：西北某電廠30變壓器空載合閘時的等效電路：由于鐵心嚴重保護，呈急劇變化（3.0～0.003，標么值）。變壓器空載合閘時的等效電路：由于鐵心嚴重保護，呈急劇變化31合閘瞬間，t=0：上式表示合閘瞬間變壓器鐵心磁通沒有突變，保持合閘前的剩磁，物理概念正確！穩(wěn)態(tài)磁通的幅值：合閘瞬間，t=0：上式表示合閘瞬間變壓器鐵心磁通沒有突變，保32

發(fā)電機同期操作和高壓馬達自起動過程中，縱差保護曾多次誤動，原因是兩側(cè)二次暫態(tài)電流不同，引起不平衡電流過大。一臺220kV升壓變壓器空載合閘，其縱差保護未誤動，與之并聯(lián)運行的發(fā)變組中發(fā)電機縱差保護發(fā)生誤動。發(fā)電機縱差保護誤動作原因的分析：發(fā)電機同期操作和高壓馬達自起動過程中，縱差保護曾多次誤動，33一臺6kV/5600kW異步電動機自起動過程實測二次電流：電動機自起動過程中，定子繞組每相兩側(cè)一次電流不管多大總是完全相同的，兩側(cè)CT也是同型的，為什么兩側(cè)二次電流不那么相同而產(chǎn)生了暫態(tài)不平衡電流？問題只能是由兩側(cè)互感器的暫態(tài)傳變特性不一致所造成的。一臺6kV/5600kW異步電動機自起動過程實測二次電流：34穿越性和應涌流：

穿越性和應涌流：35保護裝置具有判CT飽和的能力（“異步法”）：保護裝置具有判CT飽和的能力（“異步法”）：36廣蓄A廠#1發(fā)變組保護整定用等值電路圖：主變差動保護區(qū)內(nèi)最小短路電流；主變差動保護區(qū)外最大短路電流。廣蓄A廠#1發(fā)變組保護整定用等值電路圖：主變差動保護區(qū)內(nèi)最37AREVA與南瑞繼保比率制動特性的簡單對比：AREVA與南瑞繼保比率制動特性的簡單對比：38視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小，K推薦值如下：

6.3MVA及以下：7～12；

6.3～31.5MVA：4.5～7.0；

40～120MVA：3.0～6.0；

120MVA及以上：2.0～5.0；容量越大，系統(tǒng)電抗越大，K取值越小。視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小，K推薦值如下：6.3MVA及以39作為輔助保護的差動速斷應維持主保護的比率制動特性：作為輔助保護的差動速斷應維持主保護的比率制動特性：40變壓器空投于匝間故障時的處理措施：作為匝間短路的故障相電流，它具有內(nèi)部短路電流的特征，縱差保護理應動作，但另兩個健全相的電流卻是空載合閘勵磁涌流性質(zhì)；若采用“一相閉鎖三相”的措施，則健全相的勵磁涌流特征將使縱差保護三相全被制動，一直到涌流衰減至不滿足縱差保護閉鎖條件，故障相縱差保護才能動作；眾所周知，大型變壓器勵磁涌流的衰減是很慢的，上述措施對變壓器空投于匝間故障時（雖有發(fā)生但為數(shù)不多）是不利的；而“按相涌流閉鎖”對防止涌流誤動又不是十分可靠，故“3取2的出口方式”是工程上的一種折衷處理措施。變壓器空投于匝間故障時的處理措施：作為匝間短路的故障相電流41拉西瓦水電站750kV升壓變壓器主保護用CT的配置：拉西瓦水電站750kV升壓變壓器主保護用CT的配置：42主變低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)，在機組停運時，主變低壓側(cè)接地故障依靠低壓側(cè)零序過壓保護切除，但當PT一次保險熔斷、一次回路連接部位接觸不良、二次回路短路（一組PT二次同時并聯(lián)5個負荷）等故障出現(xiàn)時，多次造成該保護誤動，因此調(diào)度保護處建議將零序過壓保護跳500kV開關(guān)改為發(fā)報警信號至監(jiān)控系統(tǒng)，并稱許多常規(guī)水電廠都是這樣做的。而廣蓄、天荒坪都采用了零序過壓跳閘出口功能。主變低壓側(cè)接地保護出口方式的討論：主變低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)，在機組停運時，主變低壓側(cè)接地故障依43主變低壓側(cè)接地保護出口方式的討論（續(xù)前）：現(xiàn)場實例反饋——2011年7月13日，某大型發(fā)電機GCB上端靠近主變低壓側(cè)發(fā)生單相（C相）接地故障，發(fā)電機定子接地保護動作（延時3.5s），跳GCB并滅磁停機，但系統(tǒng)繼續(xù)提供短路電流，繼而經(jīng)6s后發(fā)展為B、C兩相金屬性接地短路，該電站主變低壓側(cè)接地保護投報警。主變低壓側(cè)接地保護出口方式的討論（續(xù)前）：現(xiàn)場實例反饋——44桂林清華電機系大機組保護研究所主設備（發(fā)電機/變壓器）故障分析與保護桂林清華電機系大機組保護研究所主設備（發(fā)電機/變壓器）故障分45個人簡介：1974年出生，本、碩就讀于合肥工業(yè)大學，1999年考入清華大學攻讀博士學位（師從王維儉和王祥珩教授），2004年博士畢業(yè)后留電機系工作至今，現(xiàn)為電機系副教授。

研究方向為大機組保護及故障分析，先后對三峽、拉西瓦、向家壩、溪洛渡、錦屏一級/二級、糯扎渡等36座水電站的170多臺發(fā)電機進行了內(nèi)部故障的分析和主保護的設計，并完成了三峽右岸（12×700MW）、托克托（8×600MW）等12個電廠60多臺發(fā)變組保護定值的整定和審查工作。個人簡介：1974年出生，本、碩就讀于合肥工業(yè)大學，46課程內(nèi)容簡介：1、發(fā)電機主保護的設計與整定（2/5)

縱聯(lián)和橫聯(lián)差動保護的基本原理與整定大型水輪發(fā)電機主保護的定量化及優(yōu)化設計（以三峽右岸HEC和向家壩ALSTOM發(fā)電機主保護設計為例）“加強主保護、簡化后備保護”及相關(guān)注意事項2、發(fā)電機異常工況保護的基本原理與整定（2/5）定子接地保護低勵失磁保護失步保護、定/轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護、轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護、過電壓和過勵磁保護、誤上電保護、斷路器閃絡保護、頻率異常、逆功率保護等3、變壓器差動保護的特殊問題（1/5）課程內(nèi)容簡介：1、發(fā)電機主保護的設計與整定（2/5)473變壓器差動保護的特殊問題3.1變壓器縱差保護與發(fā)電機縱差保護的不同之處3.2單相變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機理3.3變壓器縱差保護的整定計算及注意事項3.4與勵磁涌流無關(guān)的變壓器主保護3.5主變后備過流保護、低壓側(cè)接地保護的整定計算及勵磁變/高廠變保護的配置3變壓器差動保護的特殊問題3.1變壓器縱差保護與發(fā)電機縱483.1變壓器縱差保護的不同之處變壓器縱差與發(fā)電機縱差保護一樣，也都是采用比率制動方式達到外部短路不誤動和內(nèi)部短路靈敏動作的目的，但它在以下幾方面存在顯著不同：變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流各不相等，因此各側(cè)TA的型號一定不同，而且各側(cè)三相接線方式不盡相同，所以各側(cè)相電流的相位也可能不一致，這將使外部短路時不平衡電流增大，所以變壓器差動保護的最大制動系數(shù)比發(fā)電機大，靈敏度相對較低。變壓器高壓繞組常用調(diào)壓分接頭，有的還要求帶負荷調(diào)節(jié)，使變壓器縱差保護已調(diào)整平衡的二次電流又被破壞，不平衡電流增大，這將使變壓器縱差保護的最小動作電流和制動系數(shù)都要相應增大。3.1變壓器縱差保護的不同之處變壓器縱差與發(fā)電機縱49變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）對于定子繞組的匝間短路，發(fā)電機縱差保護完全沒有作用。變壓器各側(cè)繞組的匝間短路，通過變壓器鐵心磁路的耦合，改變了各側(cè)電流的大小和相位，使變壓器縱差保護對匝間短路有作用（匝間短路可視為變壓器的一個新繞組發(fā)生端口短路）。無論變壓器繞組還是發(fā)電機定子繞組的開焊故障，它們的縱差保護均不能動作，變壓器依靠瓦斯或壓力保護。變壓器縱差保護范圍除了包括各側(cè)繞組外，還包含變壓器的鐵心，即縱差保護區(qū)內(nèi)不僅有電路還有磁路，這就違反了縱差保護的理論基礎——基爾霍夫電流定律。變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）對于定子繞組的匝間短路，發(fā)50

對于僅包含電路的縱差保護對象（如發(fā)電機、電動機、母線、電抗器等）本身沒有故障時，不管外部發(fā)生什么擾動，恒有諸端子電流的相量和為零。因此發(fā)電機縱差保護在正常運行或區(qū)外短路時，差動回路不平衡電流理論上為零；當發(fā)電機內(nèi)部故障時將有（流向短路點的全部短路電流），將作為縱差保護的動作量，使保護靈敏動作。變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）對于僅包含電路的縱差保護對象（如發(fā)電機、電動機、母線、電抗51但是若被保護對象是變壓器，它有n個繞組和一個公共鐵心，即n條電路和一條公共磁路，則。（Ie為變壓器勵磁電流）變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）但是若被保護對象是變壓器，它有n個繞組和一個公共鐵心，即n52如前所述，勵磁電流Ie就是變壓器縱差保護的不平衡電流，當變壓器及其所在系統(tǒng)正常工作時，對于大型變壓器，Ie<1%Itn（Itn為變壓器額定電流），不會影響變壓器縱差保護的工作性能；當外部系統(tǒng)短路時，電壓嚴重下降，Ie更微不足道。

在變壓器過勵磁狀態(tài)下，鐵心嚴重飽和，勵磁電流Ie劇增，對于最小動作電流為0.2～0.4Itn的變壓器縱差保護，勢必造成誤動作。更為嚴重的是變壓器空載合閘時的暫態(tài)過勵磁電流，其值可為Itn的數(shù)倍到10倍以上，這樣大的暫態(tài)勵磁電流通常稱為“勵磁涌流”（inrushcurrent），它流入縱差的差動回路卻要求縱差保護不誤動，實屬困難！變壓器縱差保護的不同之處（續(xù)前）如前所述，勵磁電流Ie就是變壓器縱差保護的不平衡電流，當變533.2單相變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機理

勵磁涌流產(chǎn)生的根本原因是鐵心的嚴重飽和，由可能出現(xiàn)的最大磁通和鐵心磁化曲線來決定勵磁涌流的最大值，是一個非線性問題。假定電壓過零時（）合閘，此時鐵心中的磁通由三部分構(gòu)成：穩(wěn)態(tài)磁通（應是衰減的）暫態(tài)磁通鐵心剩磁3.2單相變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機理勵磁涌流產(chǎn)生的根54影響三相變壓器勵磁涌流波形特征的因素大致有：電源電壓大小和合閘初相角，系統(tǒng)等值阻抗大小和相角變壓器三相繞組的接線方式和中性點接地方式，三相鐵心結(jié)構(gòu)型式（三相三柱或五柱，三相變壓器組）

鐵心矽鋼片組裝工藝水平（拼接殘余氣隙大小），鐵心材質(zhì)（磁化特性、磁滯特性、局部磁滯回環(huán)），合閘前鐵心剩磁的大小和方向涌流經(jīng)TA的非線性傳變，即TA的飽和特性值得注意的是：空載合閘勵磁涌流峰值雖大（可與短路電流比擬），但它含有二次諧波成分，且在一個周期內(nèi)存在間斷角，而短路電流只有基波和非周期分量、且在一個周期內(nèi)沒有間斷角，這就引申而來我國現(xiàn)在通用的防止空載合閘時變壓器差動保護誤動的閉鎖判據(jù)——二次諧波制動方式和間斷角原理制動方式。影響三相變壓器勵磁涌流波形特征的因素大致有：電源電壓大小和553.3變壓器縱差保護的整定計算及注意事項縱差保護用TA的選型1、330kV及以上系統(tǒng)保護、高壓側(cè)為330kV及以上的變壓器和300MW及以上的發(fā)電機變壓器組差動保護用電流互感器宜采用TPY級電流互感器，這是解決變壓器差動保護誤動作問題的根本出路。2、堅決反對“TPY+5P”的組合，因為P級TA與TPY級TA的主要差別在于：穩(wěn)態(tài)誤差和暫態(tài)誤差、氣隙以及鐵心截面的大小。3、保護裝置具有判CT飽和的能力（“異步法”）：只是作為冗余。3.3變壓器縱差保護的整定計算及注意事項縱差保護用TA的56變斜率比率制動特性的整定變斜率比率制動特性的整定57托克托電廠升壓變的基本參數(shù)：2、低斜率S1：考慮外部短路小電流時也有非周期分量電流和CT鐵心剩磁，引起不平衡電流增大，為防誤動，設置低斜率S1的制動作用，由于不大(0.3)，其對內(nèi)部短路的保護靈敏度影響很小。3、高斜率S2：鑒于500kV母線為3/2接線，變壓器外部短路電流很大，此時應有很強的制動特性，即當時，斜率增大到0.8，這樣即使一側(cè)TA極度飽和(二次無輸出)，另一側(cè)TA不飽和，也不會使縱差保護誤動。4、兩種斜率不同直線之間的區(qū)域采用三次樣條函數(shù)實現(xiàn)“平滑過渡”，有利于改善差動保護的動作性能。1、托克托電廠升壓變的基本參數(shù)：2、低斜率S1：考慮外部短路小電58廣蓄A廠主變差動保護的整定計算：廣蓄A廠主變差動保護的整定計算：59為了加速切除變壓器嚴重的內(nèi)部故障，常常增設差動速斷保護（利用縱差保護中的差動電流，不用二次和五次諧波制動，也不用比率制動），其動作電流Iop的整定如下：1）高壓側(cè)空載合閘，出現(xiàn)勵磁涌流，保護不動作，。2）外部最大三相短路時不誤動，3）差動速斷保護定值的最終確定應維持主保護的比率制動特性?？v差速斷保護定值的整定為了加速切除變壓器嚴重的內(nèi)部故障，常常增設差動速斷保60

空載合閘和變壓器匝間短路同時出現(xiàn)的處理措施1、“一相閉鎖三相”：即一相出現(xiàn)涌流特征，三相縱差保護全部閉鎖，目的是防止勵磁涌流造成變壓器縱差保護誤動。2、“按相涌流閉鎖”：防止變壓器空投于匝間短路時縱差保護延時動作，從而對變壓器造成危害。3、“3取2的出口方式”：三相電流中有兩相滿足涌流特征，即閉鎖三相差動保護?？蛰d合閘和變壓器匝間短路同時出現(xiàn)的處理措施1、“一相閉鎖三613.4與勵磁涌流無關(guān)的變壓器主保護分側(cè)差動保護

將變壓器的各側(cè)繞組分別作為被保護對象，在各繞組的兩端裝設TA（變比相同并按星形接線），以實現(xiàn)差動保護；如同發(fā)電機縱差保護一樣，無需考慮繞組的勵磁電流、過勵磁、調(diào)壓等的影響；對相間和單相短路靈敏度高，但不反應匝間短路。零序差動保護

零序差動保護就是為保護變壓器單相接地故障而設置的；因為對于220～500kV的變壓器，單相接地短路是其主要故障型式之一，特別是三相變壓器組，變壓器油箱內(nèi)部相間短路不可能發(fā)生；而在傳統(tǒng)的變壓器縱差保護三相互感器二次接線方式下，縱差保護根本不反應零序電流，使其對內(nèi)部單相短路的靈敏度較低甚至拒動。3.4與勵磁涌流無關(guān)的變壓器主保護分側(cè)差動保護將623.5主變后備過流保護、低壓側(cè)接地保護的整定計算及勵磁變/高廠變保護的配置3.5.1主變后備過流保護主變復壓過流保護（對應的二次值為60V，取18kV側(cè)PT線電壓）（對應的二次值為4.62V，相電壓）當18kV相間短路時，500kV側(cè)殘壓為：所以殘壓很高，低壓元件若取500kV側(cè)電壓，其靈敏度很低，為此必須取18kV側(cè)PT電壓，相間短路時有很高靈敏度。3.5主變后備過流保護、低壓側(cè)接地保護的整定計算及勵磁變/63主變方向過流保護主變復壓過流保護應與系統(tǒng)保護和高廠變保護配合，延時動作于發(fā)變組全停；而主變方向過流保護在GCB斷開時投入使用，作為主變倒送電時的相間故障后備保護，延時只需躲過系統(tǒng)振蕩，不必與廠用系統(tǒng)配合。主變方向過流保護主變復壓過流保護應與系統(tǒng)保護和高廠643.5.2主變低壓側(cè)接地保護該保護用于發(fā)電機機端斷路器開斷，主變單獨與500kV系統(tǒng)相聯(lián)。當500kV系統(tǒng)接地故障時，計算零序傳遞電壓時發(fā)電機定子繞組每相對地電容不起作用：傳遞電壓計算用近似簡化電路此時基波零序電壓保護“應該”動作，難以通過定值來躲過，只能依靠延時配合，故選取，延時3.0s動作于跳閘（長延時，應大于500kV高壓系統(tǒng)和6.3kV廠用系統(tǒng)接地故障的最大切除時間）。3.5.2主變低壓側(cè)接地保護該保護用于發(fā)電機機端斷653.5.3勵磁變/高廠變保護的配置鑒于以下原因，不采用差動保護，而采用最簡單的電流速斷＋過流保護：《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T14285-2006）——電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上的變壓器，采用縱差保護，而廣州蓄能水電廠A廠勵磁變的容量只有2.01MVA（高廠變的容量也只有4.2MVA）。勵磁變電流中諧波成分大，諧波制動式差動保護特性惡化；差動保護要求兩側(cè)CT暫態(tài)特性一致，但通常只用5P型，且兩側(cè)CT參數(shù)不同；勵磁變/高廠變?nèi)萘啃?，阻抗大，采用電流速斷＋過流保護的靈敏度和可靠性都很高。3.5.3勵磁變/高廠變保護的配置鑒于以下原因，不66電流速斷保護按勵磁變/高廠變低壓側(cè)最大三相短路不誤動整定：電流速斷保護按勵磁變/高廠變低壓側(cè)最大三相短路不誤動整定：67過流保護（1）勵磁變過流保護定值應按發(fā)電機強勵時（強勵倍數(shù)及時間為2.0倍/10s）過流保護不誤動整定，延時不必與強勵時間（10s）配合，取0.5s（需考慮與下一級快熔元件的配合關(guān)系）。（2）高廠變過流保護的定值按高廠變低壓側(cè)最小區(qū)內(nèi)兩相短路（由系統(tǒng)倒送廠用電）時有靈敏度整定，延時與下級保護（6kV進線開關(guān)過流保護最大延時）相配合。過流保護（1）勵磁變過流保護定值應按發(fā)電機強勵時（強勵倍數(shù)68謝謝大家！謝謝大家！69聯(lián)系方式：桂林：北京市清華大學電機系（100084）電話機：136-51238096Email：guilin99@聯(lián)系方式：桂林：北京市清華大學電機系（100084）70傳統(tǒng)的變壓器縱差保護三相互感器的二次接線方式：傳統(tǒng)的變壓器縱差保護三相互感器的二次接線方式：71差動保護比率制動特性（單斜率）的整定：0.5差動保護比率制動特性（單斜率）的整定：0.572當、相量方向如左圖所示，則必有、（或）同相。變壓器正常運行和區(qū)外短路時的等效電路：當、相量方向如左圖所示，則必有、73變壓器過激磁導致差動保護誤動作的事例：西北某電廠有一次變壓器在后半夜運行中，由于超高壓長線充電電流大、電壓過高，電廠值班人員調(diào)節(jié)勵磁時操作錯誤，減勵磁反為增勵磁，造成一次嚴重過勵磁故障，勵磁電流急劇增大，導致變壓器差動保護誤動作。變壓器過激磁導致差動保護誤動作的事例：西北某電廠74變壓器空載合閘時的等效電路：由于鐵心嚴重保護，呈急劇變化（3.0～0.003，標么值）。變壓器空載合閘時的等效電路：由于鐵心嚴重保護，呈急劇變化75合閘瞬間，t=0：上式表示合閘瞬間變壓器鐵心磁通沒有突變，保持合閘前的剩磁，物理概念正確！穩(wěn)態(tài)磁通的幅值：合閘瞬間，t=0：上式表示合閘瞬間變壓器鐵心磁通沒有突變，保76

發(fā)電機同期操作和高壓馬達自起動過程中，縱差保護曾多次誤動，原因是兩側(cè)二次暫態(tài)電流不同，引