變壓器微機保護

變壓器微機保護第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第一章微機變壓器保護的歷史微機變壓器保護經過二十多年的發(fā)展，以歷經時代：第一代以保護的微機化為代表，CPU為8位；第二代以提高保護性能和保護操作液晶界面為代表，CPU為16位；第三代以漢化界面和提高通信性能（與綜自系統(tǒng)等的聯系）的運用為代表，CPU為32位；第四代以網絡化、實時嵌入式系統(tǒng)和新型互感器的應用為標志。第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第二章PST-1200系列數字式變壓器保護的硬件本裝置在總體設計及各模件設計上充分考慮可靠性要求，在采樣數據傳輸、程序執(zhí)行、信號指示、通信等方面尤其注重。經試驗，在本裝置任何端子上實施4kV瞬變干擾脈沖，在裝置任何部位實施15kV空間靜電放電干擾或8kV接觸靜電放電干擾，本裝置未出現數據傳輸錯誤，未出現CPU復位，未出現異常信號或異常液晶信息顯示，保護不拒動、不誤動，遠高于國家標準要求。由于本裝置在抗干擾能力上有充分考慮，故本裝置組屏時，不需要安裝另外的交、直流輸入抗干擾模件。第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)機箱結構本系列裝置外形為19英寸4U標準機箱，采用整面板、背插式結構。整面板上包括大屏幕液晶顯示器、全屏幕操作鍵盤、信號指示燈等。第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)機箱結構背插式結構即插件從裝置的背后插拔，各插座間的連線在整母板上，母板位于機箱的前部。而不使用端子繞線式，提高了裝置本體的抗干擾性能，同時減少人為的差錯因素，保證了品質的一致性。該結構具有以下優(yōu)點：一、各插件自帶可插拔端子，母板上只有保護內部使用的5V和24V電壓等級回路連線，強弱電完全分開，可大大減少外部電磁干擾在弱電側的耦合，增強裝置的抗干擾能力，提高其可靠性和安全性；二、可使母板連線按總線方式布置，使裝置在功能配置上具有很強的靈活性，三、可取消交流變換模件的大電流端子，再不會出現電流端子頂不開導致的CT二次側開路和分流問題，提高裝置的可靠性。四、便于插件按模塊化設計。五、可以根據用戶的需要更換或增加部分模件，擴充或更改裝置的功能；第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)機箱結構第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)模／數轉換模塊（Ａ／Ｄ）模/數轉換模塊(A/D)，由無源低通濾波、模/數轉換(A/D)及微處理器構成。其中A/D采用14位高精度、高穩(wěn)定性器件，精確工作電流可達0.04In，精確工作電壓達0.2V，提高保護的測量精度。各模擬量經無源低通濾波，可有效濾除高次諧波，而對基波量的衰減不到1％，且各通道模擬量的衰減率及相移皆能達到很好的一致性。第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)保護功能模塊（CPU）保護功能模件(CPU)用于處理A/D模塊傳來的數據，執(zhí)行設定的保護功能。保護功能模件(CPU)由A/D模塊、狀態(tài)量輸入、狀態(tài)量輸出(用于跳合閘脈沖輸出、告警信號輸出、閉鎖繼電器的開放及其它信號輸出)、微處理器MPU、隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM、閃存FLASHMEMORY、電可擦除電可改寫存儲器EEPROM等構成。高性能的微處理器CPU(32位)，大容量的ROM(256K字節(jié))、RAM(256K字節(jié))及FLASHRAM(1M字節(jié))，使得該CPU模件具有極強的數據處理及記錄能力，可以實現各種復雜的故障處理方案和記錄大量的故障數據，可記錄1500條以上的事件和12~48份事故錄波報告(視故障的復雜程度而有所變化，通?？杀４?0份左右錄波報告，內含定值、采樣值、過程標志集以及與之相關的電氣量計算值，等等)。C語言編制的保護程序，可使程序具有很強的可靠性、可移植性和可維護性，保護功能的擴展具有很好的開放性。各種與CPU有關的器件集中于一塊插件上，各輸入、輸出狀態(tài)量皆經光耦隔離。第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)保護功能模塊（CPU）本CPU模件設有兩片微處理器，主處理器用于運行保護程序，輔助處理器用于監(jiān)視主處理器工作狀況。當本模件有器件出現異常，主處理器驅動閉鎖繼電器，切斷狀態(tài)量輸出光耦輸出側的工作電源。當主處理器工作異常，輔助處理器驅動上述閉鎖繼電器。閉鎖繼電器的需掉電方能復歸。雙處理器相互監(jiān)視，確保了裝置工作的可靠性。CPU模件的端子主要用于接入該CPU上保護所需的壓板及專用輸入、輸出信號等。CPU以太網RAMROMFLASHI/O端子信號母板信號出口信號、告警輸出RS232至PC數據采集系統(tǒng)至MMI時鐘第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第四節(jié)人機對話模件(MMI)

人機對話模件(MMI)安裝于裝置整面板后，該模件是PS6000系列數字式保護產品的通用件，在上述產品中硬件和軟件完全兼容。該模件包括：微處理器(32位)，大容量ROM(512K字節(jié))、RAM(1M字節(jié))、FLASHMEMORY(1M字節(jié))，EEPROM，狀態(tài)量輸入、輸出，通信控制器件，時鐘，大屏幕液晶顯示器(240×128)，全屏幕操作鍵盤，信號指示燈等。本模件主要用于人機界面管理。主要功能為：鍵盤操作、管理液晶顯示、信號燈指示、與調試計算機及變電站監(jiān)控系統(tǒng)通信、GPS脈沖對時(分/秒脈沖對時)以及將控制信息傳給CPU、從各CPU模件獲取信息。與各CPU的通信采用CAN總線，速率為100Kbps，保護動作事件可以主動上傳至MMI，突破了裝置內部通信的瓶頸，提高裝置內部信息傳送的速度。第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)人機對話模件(MMI)對外通信有五個端口，一個設置在面板上，四個設置在通信接口模件的背板上。在面板上的為RS232串口（新方案為USB接口），用于和PC機連接。在通信接口模件的背板上的四路通信端口可根據需要設置成不同的物理接口。第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第五節(jié)通信接口模件(COM)

通信接口模件(COM)，主要有兩種功能：本裝置各CPU所需公共輸入狀態(tài)量(包括GPS對時脈沖輸入)由此模件經光電轉換后接入裝置母板，供各CPU模件共享。另一主要功能為MMI模件上的通信功能經本模件轉換為相應物理接口輸出，用于變電站自動化系統(tǒng)通信及打印通信。本模件通信接口可根據變電站通信系統(tǒng)的物理媒介選擇不同的配置方式。當由本系列裝置構成變電站自動化系統(tǒng)時，推薦采用以太網接口，全站構成以太網絡通信系統(tǒng)，以克服以往產品的通信瓶頸，大大提高信息傳輸的實時性能。在采用以太網通信時，使用基于以太網的平衡式IEC870－5－103通信規(guī)約及其通用報文可以兼顧通信規(guī)約的兼容性和通信的效率。當本裝置接入其它變電站自動化系統(tǒng)時，根據具體工程的特殊要求，在通信接口可設置成EIA422/485接口、CAN總線接口、LONWORK總線接口或光纖接口等，以滿足不同的自動化系統(tǒng)需要。但由于它們的傳輸效率比較低(在系統(tǒng)節(jié)點比較大時尤其明顯)，并且CAN總線和LONWORK總線缺少比較統(tǒng)一的通信規(guī)約，所以本公司不推薦這幾種接口方式。第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第六節(jié)電源模件(POWER)

電源模件(POWER)，用于將變電站內直流電源轉換為保護裝置所需的工作電壓。本模件輸出一路5V，兩路24V電壓，5V電源用于裝置數字器件工作，一路24V電源用于繼電器驅動及各模件間相互信號交換，另一路24V電源輸出裝置，用于裝置狀態(tài)量輸入使用。各電壓等級電源相互獨立，不共地。電源模件原理示意圖見圖3－4。為增強電源模件的抗干擾能力，本模件的直流輸入及引出端子的24V電源皆裝設濾波器。第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第七節(jié)裝置特點1、人性化●裝置采用大屏幕全漢化液晶顯示器，可顯示15×8個漢字，顯示信息多；●事件和定值全部采用漢字顯示或打印，摒棄了字符表述方式；●定值以表格方式輸出，錄波數據可選擇波形輸出或數據輸出；●計算機界面的調試和分析軟件Psview，不但能完成裝置鍵盤上的功能，還能對保護錄波數據分析；●可獨立整定32套定值，供改變運行方式時切換使用。2、大資源●保護功能模件（CPU）的核心為32位微處理器，配以大容量的RAM和FlashRAM，使得本裝置具有極強的數據處理能力和存儲能力，可記錄的錄波報告為8至50個，可記錄的事件不少于1000條。數據存入FLASHRAM中，裝置掉電后可保持；●A/D模件采用14位的A/D轉換和無源低通濾波，使本裝置具有極高的測量精度；●采用CAN網作為內部通信網絡，數據信息進出流暢，事件可隨時上傳。第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第七節(jié)裝置特點3、高可靠性●裝置采用背插式機箱結構和特殊的屏蔽措施，能通過IEC60255－22－4標準規(guī)定的IV級（4kV±10％）快速瞬變干擾試驗、IEC60255－22－2標準規(guī)定的IV級（空間放電15kV，接觸放電8kV）靜電放電試驗，裝置整體具備高可靠性；●組屏可不加抗干擾模件。4、開放性●通信接口方式選擇靈活，與變電站自動化系統(tǒng)配合，可實現遠方定值修改和切換、事件記錄及錄波數據上傳、壓板遙控投退和遙測、遙信、遙控跳合閘。5、透明化●記錄保護內部各元件動作行為和錄波數據；●記錄各元件動作時內部各計算值；●可將數據在Psview軟件上分析保護內部各元件動作過程。6、免調試●在采樣回路中，選用高精度、高穩(wěn)定的器件，保證正常運行的高精度，避免因環(huán)境改變或長期運行而造成采樣誤差增大；●細微的軟件自動調整，提升裝置精度；●完善的自檢功能，滿足狀態(tài)檢修的要求；●裝置中無可調節(jié)元件，無需在現場調整采樣精度，同時可提高裝置運行的穩(wěn)定性；第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第二章PST-1200系列變壓器保護的

原理及應用

第一節(jié)、變壓器簡介1、根據用途分類：A．電力變壓器降壓變升壓變配電變聯絡變B．電爐變壓器二次電壓低，電流大C．整流變壓器工作電流波形為不規(guī)則的非正弦波D．工頻試驗變壓器E．電抗器F．調壓器G．礦用變壓器H．其它特種變壓器(電磁式PT、CT)第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第一節(jié)變壓器簡介

A．額定容量（包括各側容量）B．相數（單相或三相）C．頻率D．額定電壓E．繞組接線方式和聯結組F．變壓器冷卻方式G．絕緣水平H．負載特點I．安裝特點（戶內或戶外）J．短路阻抗→成本隨阻抗增加而增加K．負載損耗→基本損耗（直流電阻）和附加損耗（渦流和漏磁）L．空載損耗M．空載電流電力變壓器的性能參數2、電力變壓器的性能參數：第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第一節(jié)變壓器簡介

A）兩卷單相變壓器數學模型電路B）三相變壓器繞組聯結方式

ABCABC

XYZXYZY形△形C）自耦變壓器AaXx第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第二節(jié)變壓器保護用TA及對

差動保護的影響差動保護動作速度快（20~30ms），變壓器各側電流互感器在傳變電流時的暫態(tài)特性應盡可能的一致。以免出現過大的暫態(tài)不平衡電流，造成差動保護誤動。目前，220Kv系統(tǒng)中大量使用P級電流互感器，500KV系統(tǒng)使用帶暫態(tài)特性的TP型電流互感器（T—暫態(tài)，P—保護）。TP型電流互感器有四種型號：有閉路鐵心的TPS和TPX，有氣隙鐵心的TPZ和TPY；TPS型為底漏磁，其誤差由勵磁特性和匝數比偏差來確定，剩磁不限；TPX型在規(guī)定條件下峰值誤差不超過10%，剩磁不限。鐵心氣隙對電流互感器的影響1、鐵心氣隙對暫態(tài)性能的影響(1)加長電流互感器到達飽和的時間，即比閉路鐵心電流互感器有更長的時間保持電流線性傳變關系，關鍵是使剩磁減小到飽和磁密的10%以下。(2)電流互感器勵磁電抗顯著減小，空載電流互感器的電流汲出效應嚴重，增大了差動保護的不平衡電流，相應地降低了該保護的靈敏度；在幾個有氣隙鐵芯電流互感器并接的場合(如環(huán)形母線、一個半斷路器接線等)，汲出電流可能使斷路器失靈保護誤動作。(3)鐵芯氣隙使剩磁大大減小，因此在切除短路后．電流互感器鐵芯磁通由短路狀態(tài)的很高值逐漸下降到很低的剩磁值．使二次電流繼續(xù)存在(殘余電流)較長時間，這容易引起靈保護誤動作。第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第二節(jié)變壓器保護用TA及對

差動保護的影響2，氣隙對電流互感器穩(wěn)態(tài)性能的影響由于氣隙的存在．使電流互感器勵磁電流比閉路鐵芯的大，穩(wěn)態(tài)的電流互感器幅值誤差和相角誤差均加大，一般更多地影響測量儀表的精度，對靈敏的差動保護也有少許影響，即穩(wěn)態(tài)平衡電流要略大些，動作整定值應稍作提高。

3，有鐵芯氣隙電流互感器的優(yōu)點和缺點與閉路鐵芯的電流互感器作對比，有隙鐵芯的電流互感器有以下優(yōu)點：

(1)剩磁大大減小，改善電流互感器暫態(tài)特性；

(2)電流互感器時間常數減小，使鐵芯截面縮?。?/p>

(3)為避免飽和，在同一電流下．閉路鐵芯電流互感器尺寸大；

(4)二次開路電壓小(勵磁電抗小)；

(5)二次側功率因數對為防止飽和而加大尺寸的影響，有隙鐵芯電流互感器比閉路鐵芯電流互感器小。第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第二節(jié)變壓器保護用TA及對

差動保護的影響4、有隙鐵芯BA的缺點：

(1)勵磁電流大，電流互感器誤差大；

(2)汲出電流大，殘余電流延續(xù)時間長，易引起保護的誤動或降低保護的靈敏度；（3）比閉路鐵芯電流互感器的機械強度低、價格高；

(4)鐵芯氣隙使電流互感器二次漏電抗增大，影響電壓(高阻抗)差動保護的整定值和靈敏度

(5)氣隙的尺寸和結構可能經一段時間后會發(fā)生些微變化，影響特性的穩(wěn)定。5、電流互感器的暫態(tài)飽和對差動保護的影響保護用電流互感器要求在規(guī)定的一次電流范圍內，二次電流的合誤差不超出規(guī)定值。對于有鐵芯的電流互感器，形成誤差的最主要因數是鐵芯的非線性勵磁特性及飽和。電流互感器的飽和可分為：①穩(wěn)態(tài)飽和：大容量短路穩(wěn)態(tài)對稱電流引起的飽和；②暫態(tài)飽和：短路電流中含有非周期分量和鐵芯存在剩磁而引起的飽和。第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第二節(jié)變壓器保護用TA及對

差動保護的影響兩類飽和的特性有很大不同，引起的誤差也差別很大。在同樣的允許誤差條件下，考慮暫態(tài)飽和要求的互感器鐵芯截面可能是僅考慮穩(wěn)態(tài)飽和的數倍互數十倍。A．穩(wěn)態(tài)飽和特性及對策當電流互感器通過的穩(wěn)態(tài)對稱短路電流產生的二次電動勢超過一定值時，互感器鐵芯將開始出現飽和其特點是：畸變的二次電流呈脈沖形，正負半波大體對稱，畸變開始時間小于5ms（1/4周波）。二次電流有效值將低于未飽和的情況。對于反映電流值的保護，如過電流保護和阻抗保護等，飽和將使靈敏度降低，對于差動保護差電流取決于兩側互感器飽和特性的差異。第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第二節(jié)變壓器保護用TA及對

差動保護的影響B(tài)．暫態(tài)飽和短路電流一般含有非周期分量，這將使電流互感器的變特性嚴重惡化，原因是電流互感器的勵磁特性是按工頻設計。在變單效頻率很低的非周期分量時，鐵芯的磁通（勵磁電流）需要大大增加。是否考慮短路電流的暫態(tài)過程，電流互感器分為P和TP類，P類電流互感器要求ΦAC情況下不飽和（純交流）而TP類電流互感器要求整個工作情況下的總磁通ΣΦ=ΦAC+ΦDC不飽和，因此要求TP類的鐵芯遠大于P類。非周期分量導致互感器暫態(tài)飽和時二次電流波形是不對稱的，開始飽和的時間較長，但鐵芯有剩磁時，將加重飽和程度和縮短開始飽和時間。為了減緩暫態(tài)飽和對保護的影響，需要采取必要的措施。這種措施有兩類，一類是保護裝置具備減緩飽和影響的能力，另一類是選擇適當的電流互感器類型和參數。保護對電流互感器兩大要求：①保證保護的可依賴性。（不影響保護的可靠性）②保證保護的安全性（不會導致保護誤動或無選擇動作）保護裝置抗飽和的能力第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第二節(jié)變壓器保護用TA及對

差動保護的影響對于變壓器差動保護，未提出明確要求。電流互感器本身與電力變壓器一樣也是采用同樣的原理，因此保護要區(qū)分飽和的原因是電流互感器還是變壓器本身引起。目前國內的主變保護產品未采取合適的方法。有廠家采取了一些方法但效果不理想，存在差動保護誤動的情況，特別是空載合閘于故障變壓器時。暫態(tài)飽和與穩(wěn)態(tài)飽和的波形特征不同采取措施時也要區(qū)別對待。針對TA飽和問題，國內外提出一些判別TA飽和的方法：1、采用附加額外電路來檢測TA飽和，現場工作不方便；2、提高定值，降低保護動作靈敏度；3、采用流出電流判別的比率差動保護；4、異步法TA飽和判別，利用TA飽和時電流波型中諧波含量高、波形明顯不對稱等特征；5、時差法；TA飽和時，差動電流比制動電流落后；6、利用電壓與差電流的變化不同步；母差外部故障時各支路的短路電流分布可能很不均勻，飽和情況可能不一致。為保證母差保護的正確性，要求母線保護裝置必須采取措施，減緩暫態(tài)飽和的影響并不對電流互感器提出特殊要求。母線差動為標準的滿足基爾霍夫定律因母線本身無電感鐵芯電容等影響。第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第三節(jié)變壓器內部故障主保護

A．概述主保護：瓦斯保護和差動保護一、瓦斯保護瓦斯保護為變壓器本體內故障的一種主要保護，特別是鐵心故障。無論差動保護還是其他內部短路保護如何改進，都不能代替瓦斯保護，當然瓦斯保護也不能代替差動保護，電氣故障是瓦斯保護的反映較慢。瓦斯保護在運行中，誤動較多，主要為回路和瓦斯繼電器本身的故障率較高。對于保護裝置，只起到記錄動作信息和轉換保護動作出口的作用。瓦斯保護的動作原理圖為提高瓦斯保護的可靠性，XHJ和CKJ的動作電壓有所不同。XHJ的動作電壓較低，為額定電壓的55%~60%；CKJ的動作電壓較高，為額定電壓的65%~70%；XHJ的動作時間為10ms，CKJ的動作時間為20ms。（規(guī)程規(guī)定繼電器的動作時間>10ms。本設計方案能有效的防止因絕緣破壞和直流單點接地引起保護誤動作。第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護一、比率制動式差動保護1、變壓器縱差保護的構成原理及接線TA1TA2IAIBIC與發(fā)電機、變壓器及母線差動保護（縱差保護）相同，變壓器縱差保護的構成原理也是基于克希荷夫第一定律，即∑Ｉ＝０其物理意義是：變壓器正常運行或外部故障時，流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流。此時，縱差保護不應該動作。當變壓器內部故障時，若忽略負荷電流不計，則只有流進變壓器的電流而沒有流出變壓器的電流，其縱差保護動作。第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護２、實現變壓器縱差保護的技術難點（１）變壓器兩側電流的大小及相位不同變壓器正常運行時，若不計傳輸損耗，則流入功率應等于流出功率。但由于兩側的電壓不同，其兩側的電流不會相同。超高壓、大容量變壓器的接線方式，均采用YN，d方式。因此，流入變壓器電流與流出變壓器電流的相位不可能相同。當接線組別為YN，d11時，變壓器兩側電流的相位差300。流入變壓器的電流大小和相位與流出電流大小和相位不同，則∑I=0就不可能等于或很小了。第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護

變壓器各側電流相位補償元件變壓器各側電流互感器采用星形接線，二次電流直接接入本裝置。電流互感器各側的極性以母線側為極性端。 變壓器各側TA二次電流相位由軟件調整，裝置采用Y->Δ變化調整差流平衡。對于Y0/Δ-11的接線，其校正方法如下：

Ia’=IA-IBIb’=IB-ICIc’=IC-IA平衡系數的計算高壓側繞組為Y型，高壓側平衡系數為高壓側繞組為△型，高壓側平衡系數為中壓側繞組為Y型，中壓側平衡系數為中壓側繞組為△型，中壓側平衡系數為

低壓側繞組為Y型，低壓側平衡系數為

低壓側繞組為△型，低壓側平衡系數為１第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第三節(jié)變壓器內部故障主保護（2）、變壓器帶負荷調壓為滿足電力系統(tǒng)用戶對電壓質量的要求，在運行中，根據系統(tǒng)的運行方式及負荷工況，要不斷改變變壓器的分接頭。變壓器分接頭的改變，相當于變壓器兩側的變比發(fā)生了變化，將使兩側之間電流的差值發(fā)生變化，從而增大了其縱差保護中的不平衡電流。根據運行實際情況，變壓器帶負荷調壓范圍一般為上下5%。因此，由于帶負荷調壓，在縱差保護產生的不平衡電流可達5%的變壓器額定電流。（3）、兩側差動TA的變比與計算變比不同變壓器兩側差動TA的名牌變比，與實際計算值不同，將在縱差保護產生不平衡電流。另外，兩側TA的型號和變比不一，也將使差動保護中的不平衡電流增大。由于兩側TA變比誤差在差動保護中產生的不平衡電流可取6%變壓器額定電流。2、穩(wěn)態(tài)不平衡電流大（1）、變壓器有激磁電流變壓器鐵心中的主要磁通是由激磁電流產生的，而激磁電流只流過電源側，在實現的縱差保護中將產生不平衡電流。激磁電流的大小和波形，受磁路飽和的影響，并由變壓器鐵心材料的幾何尺寸決定，一般為變壓器額定電流的3%-8%。大型變壓器的激磁電流相對較小。第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第三節(jié)變壓器內部故障主保護3、暫態(tài)不平衡電流大（1）、兩側差動TA型號、變比及二次負載不同與發(fā)電機縱差保護不同，變壓器兩側差動TA的變比不同、型號不同；由各側TA端子箱引至保護盤TA二次電纜的長度相差很大，即各側差動TA的二次負載相差很大。差動TA型號及變比不同，其暫態(tài)特性就不同；差動TA二次負載不同，二次回路的暫態(tài)過程就不同。這樣，在外部故障或外部故障切除后的暫態(tài)過程中，由于兩側電流的自由分量相差很大，可能使兩側差動TA二次電流之間的相位發(fā)生變化，從而可能在縱差保護中產生很大的不平衡電流。第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第三節(jié)變壓器內部故障主保護（2）、空投變壓器的勵磁涌流空投變壓器時產生的勵磁涌流的大小，與變壓器結構有關，與合閘前變壓器鐵心中剩磁的大小及方向有關，與合閘角有關；此外，尚與變壓器的容量、距大電源的距離有關。多次測量表明：空投變壓器時的勵磁涌流通常為其額定電流的2-6倍，最大可達8倍以上。由于勵磁涌流只由充電側流入變壓器，對變壓器縱差保護而言是一很大的不平衡電流。（3）、變壓器過激磁在運行中，由于電源電壓的升高或頻率的降低，可能使變壓器過激磁。變壓器過激磁后，其勵磁電流大大增加。使變壓器縱差保護中的不平衡電流大大增加。（4）、大電流系統(tǒng)側接地故障時變壓器的零序電流當變壓器高壓側發(fā)生接地故障時，流入變壓器的零序電流因低壓為小電流系統(tǒng)而流不出變壓器。因此，對于變壓器縱差保護而言，上述零序電流為一很大的不平衡電流。第31頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

第三節(jié)變壓器內部故障主保護針對以上造成誤差的情況的相應措施Ａ、PST-1200對各側電流互感器型號及變比誤差的解決措施PST-1200對此選用平衡系數來完成，此平衡系數的計算是由保護裝置的軟件來完成。平衡系數的計算與的接線方式無關BL/BH應盡可能的小于16，這是保證裝置最佳運行方式。若BL/BH大于16，在正常運行中會造成差流誤差變大。Ｂ、單相變壓器勵磁涌流的分析為考慮空載合閘的最嚴重條件，同時有利于簡化分析工作，假設電源內阻抗為0，不計合閘回路電阻。

u1IsdLmu2

合閘大電源電壓為u=umSin(ωt+α)第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一單相變壓器勵磁涌流的分析當二次側開路的空載變壓器突然合到電壓為u的無窮大系統(tǒng)上，忽略變壓器漏抗壓降，設變壓器的變比為1：1，則有dφ/dt=umSin(ωt+α)即φ=－umumωCos(ωt+α)/ω+C=um/ωL[Cosα－Cos(ωt+α)－(Bs－Br)/Bm]≥0ωL合閘回路的基波電抗由以上公式可以看出當α=0時有最大的暫態(tài)磁通，因此α=0時，產生最大涌流峰值（對單相變壓器）。在通常的勵磁涌流中含有大量的非周期分量和高次諧波，因此勵磁涌流不是標準的正弦波。勵磁涌流的大小與合閘瞬間的電壓相位、鐵芯剩磁大小和方向、電源容量、變壓器容量及鐵芯材料等因數有關。當變壓器的容量越大，衰減越慢。勵磁涌流的特點：１、偏于時間軸一側，即勵磁涌流中含有很大的直流分量；２、波形是間斷的，且間斷角很大，一般大于150度；３、由于波形間斷，使其在一個周期內正半波與負半波不對稱；４、含有很大的二次諧波分量，不同時刻涌流中二次諧波分量與基播分量的百分比大于３０％，有的達８０％之多；５、在同一時刻三相涌流之和近似為零。第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一單相變壓器勵磁涌流的分析

空投變壓器（實際500kV自耦變壓器）第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一單相變壓器勵磁涌流的分析因此，國內目前采用的防勵磁涌流的措施主要有以下幾種方法：①二次諧波比例制動②波形對稱原理③間斷角原理④其它方法（模糊識別）二次諧波原理為了在變壓器空投時防止勵磁涌流引起差動保護誤動,其動作判據為：I⑵>Id*XB2；其中：I⑵為差動電流中的二次諧波含量；Id為變壓器差動電流；XB2為差動保護二次諧波制動系數；波形對稱原理工作原理：采用波形對稱算法，將變壓器在空載合閘時產生的勵磁電流和故障電流區(qū)分開來。將流入差動保護的差流進行微分將微分后的差流的前半波與后半波做對稱比較|I1＇+I1+180°′|/|I1＇－I1+180°′|≤K若滿足上式，則為對稱，否則為不對稱。對于故障電流，主要為基波電流，上式恒成立。第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一單相變壓器勵磁涌流的分析對于勵磁涌流（主要為二次諧波電流），上式不成立以此區(qū)分故障電流與勵磁涌流對稱涌流的特征對稱涌流是由剩磁方向相同的兩相涌流相減生成的電流，如b相負剩磁，b相電壓負半波產生涌流，c相負剩磁，c相電壓負半波產生涌流，b相和c相涌流方向相同。b、c相電壓負半波相差120°。由它們產生的涌流是兩個峰值相差120°，方向相同的單相涌流之差。對稱涌流的間斷角比單相涌流要小，最小可達30°。對稱涌流的系數可分為3段，中間是個較大的波形，其寬度為120°。兩頭兩個小波與中間方向相反，大小可能不一樣，在一個周波內有間斷角。

902700180360第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護Ｃ、過勵磁工況下，防止差動保護誤動的技術措施變壓器過電壓或過勵磁時，（u/f）勵磁電流急劇增大，波形嚴重畸變。當電壓達到額定電壓的120%－140%時，勵磁電流可增至額定電流的10%－43%（大概）。這個電流將作為不平衡電流流入差動保護的動作回路，完全可能使差動保護誤動作。防誤措施是增設五次諧波制動回路，當過電壓達到120%時，五次諧波最大，達到基波電流的50%，若過電壓水平再增加，五次諧波含量降低，當過電壓達到140%時，五次諧波占基波的35%，因此，取I5/I1≥35%作為閉鎖條件較為合適。在過電壓超過140%時，將嚴重威脅變壓器的安全。這時I5/I1＜38%差動保護動作也是合理的。在變壓器的后備保護中也可增設過激磁保護。必須說明，變壓器過電壓或過勵磁時，勵磁電流的性質將隨變壓器設計、材料、結構、工藝等因素而有所不同。第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護比率制動式差動保護采用這一原理既能在外部短路時可靠的制動，又能在內部短路時有較高的靈敏度，但對內部短路時流出電流的適應能力較差。對勵磁涌流和過勵磁也要有特殊方式。比率制動式差動保護的方法較多，現介紹PST-1200采取的方式1、啟動元件保護啟動元件用于開放保護跳閘出口繼電器的電源及啟動該保護故障處理程序。各保護CPU的啟動元件相互獨立，且基本相同。啟動元件包括差流突變量啟動元件、差流越限啟動元件。任一啟動元件動作則保護啟動。a)差電流突變量啟動元件的判據為：|iφ(t)-2iφ(t-T)+iφ(t-2T)|>0.5Icd

；其中：φ為a,b,c三種相別；Icd為差動保護動作定值；當任一差電流突變量連續(xù)三次大于啟動門坎時，保護啟動。第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護２、差動電流速斷保護元件比率制動的差動保護能作為變壓器的主保護，但在嚴重內部故障時，短路電流很大，TA嚴重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴重惡化，TA二次側基波電流為零，高次諧波分量增大，比率制動的差動保護無法反映區(qū)內短路故障，從而影響了比率差動保護的快速動作，所以變壓器比率制動的差動保護還應配有差動速斷保護。其動作判據為：Id>Isd其中：Id為變壓器差動電流，Isd為差動電流速斷保護定值３、五次諧波制動元件本元件是為了在變壓器過勵磁時防止差動保護誤動,其動作判據為：

I⑸>Id*XBB5其中：I⑸為差動電流中的五次諧波含量；

Id為變壓器差動電流

XBB5為差動保護五次諧波制動系數,軟件設定為0.38；b)差流越限啟動元件是為了防止經大電阻故障時相電流突變量啟動元件靈敏度不夠而設置的輔助啟動元件。該元件在差動電流大于差流越限啟動門坎并持續(xù)5ms后啟動。差流越限啟動門坎為差動動作定值的80%。第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護第三節(jié)變壓器內部故障主保護４、比率制動元件本元件是為了在變壓器區(qū)外故障時差動保護有可靠的制動作用,同時在內部故障時有較高的靈敏度，其動作判據為：兩側差動：Icdd=|I1+I2|；Izdd=max(|I1|,|I2|)；三側差動：Icdd=|I1+I2+I3|；Izdd=max(|I1|,|I2|,|I3|)；四側差動：Icdd=|I1+I2+I3+I4|；

Izdd=max(|I1|,|I2|,|I3|,|I4|)；

（1）Icdd≥Icd

（2）Izdd<=Izd

或3Izd>Izdd>IzdIcdd-Icd≥K1*(Izdd-Izd)

或Izdd>3IzdIcdd-Icd-K1*2Izd≥K2*(Izdd-3Izd)其中：I1為I側電流；I2為II側電流；

I3為III側電流；I4為IV側電流；Icd為差動保護電流定值；Icdd為變壓器差動電流；

Izdd為變壓器差動保護制動電流，

Izd為差動保護比率制動拐點電流定值,設定為高壓側額定電流值；

K1,K2為比率制動的制動系數，軟件設定為K1=0.5,K2=0.7；

第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護關于k1=0.5，k2=0.7選取的考慮：變壓器匝間故障時，差動電流較小，制動電流也較小。這時，保護的TA工作在線性范圍，能夠準確的傳變故障電流，同時保證差動保護的動作靈敏度。這種情況下，考慮負荷電流的影響，差動保護應工作在k3和k1段；當變壓器引線故障時，故障電流較大，負荷電流的影響可忽略；3）區(qū)外故障時，故障電流較大，會造成TA飽和等，造成流入變壓器差動保護的差流較大，因此提高比例制動特性；在轉換性故障時，TA不能準確的傳變故障電流，造成差動保護誤動作，國內已有實例應采取其他方法解決。第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)變壓器內部故障主保護５、TA回路異常判別元件本元件是為了變壓器在正常運行時判別TA回路狀況，發(fā)現異常情況發(fā)告警信號，并可由控制字投退來決定是否閉鎖差動保護。其動作判據為：(1)|⊿iφ|≥0.1In且|IH|<|IQ|；(2)相電流≤IWI且ID≥IWI；(3)本側|Ia+Ib+Ic|≥IWI（僅對TA為Y形接線方式）；(4)max(Ida,Idb,Idc)>IWI(5)max(Ida,Idb,Idc)>0.577Icd其中：⊿iφ為相電流突變量Ida,Idb,Idc為A,B,C三相差流值；

Icd為差動保護電流定值In為額定電流

IQ前一次測量電流IH當前測量電流

ID無流相的差動電流IWI無電流門檻值，取0.04倍的TA額定電流；以上條件同時滿足(1)、（2）、（3）、（4）判TA斷線，僅條件（5）滿足，判為差流越限。第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器內部故障后備保護1、復合電壓閉鎖（方向）過流保護本保護反應相間短路故障，可作為變壓器的后備保護。交流回路采用90°接線，本側TV斷線時，本保護的方向元件退出。TV斷線后若電壓恢復正常，本保護也隨之恢復正常。本保護包括以下元件：1)復合電壓元件，電壓取自本側的TV或變壓器各側TV，動作判據為：

min(Uab,Ubc,Uca)<Uddy；U2>Ufx；以上兩個條件為“或”的關系；其中：Uab、Ubc、Uca為線電壓；Uddy為低電壓定值；

U2為負序電壓；Ufx為負序電壓定值；2)功率方向元件，電壓電流取自本側的TV和TA，動作判據為：a)若方向由控制字選擇為正向：Uab～IcUbc～IaUca～Ib三個夾角（電流落后電壓時角度為正），其中任一個滿足式45°>б>-135°最大靈敏角為-45°，動作特性為：第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一

復合電壓閉鎖（方向）過流保護

２)過流元件，電流取自本側的TA。動作判據為：

Ia>Ifgl；Ib>Ifgl；Ic>Ifgl；其中：Ia,Ib,Ic為三相電流；Ifgl為過電流定值；本保護配置兩段六時限,其中第一段為三時限，方向不可退出；第二段三時限，方向可通過控制字投退；每一時限的跳閘邏輯可整定。復合電壓閉鎖（方向）過流保護原理圖（以高壓側為例）第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一復合電壓閉鎖過流保護本保護反應相間短路故障，可作為變壓器的后備保護。本保護包括以下元件：1)復合電壓元件，電壓取自本側的TV或變壓器各側TV，動作判據為：

min(Uab,Ubc,Uca)<Uddy；U2>Ufx；以上兩個條件為“或”的關系；其中：Uab、Ubc、Uca為線電壓；Uddy為低電壓定值；

U2為負序電壓；Ufx為負序電壓定值；2)過流元件，電流取自本側的TA。動作判據為：

Ia>Ifgl；Ib>