差动保护实验指导书

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1、3.9 变压器保护实验 3.9.1 实验目的 (1) 掌握差动保护的基本原理。 (2) 熟悉变压器保护的接线方式。 (3) 掌握变压器保护的整定方法，分析其误差来源。 (4) 了解比率制动差动保护原理，分析保护动作情况。 3.9.2 实验原理及实验说明 3.9.2.1 实验原理 本实验中的变压器综合保护配置如下：主保护为差动速断保护和比率制动差动电流保护，后备保护为过电流保护，可带低电压起动或复合电压起动。并带有过负荷保护功能。 (1) 差动电流及制动电流构成： 首先说明两个假设条件： i, 假定以流向变压器的方向为正方向； ii, 假定变压器高压侧和低压侧电流互感器均接成星形（即：互感器一次

2、侧和二次侧相位完全相同） 。 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同， 为保证差动保护的正确工作， 必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流大小相等，方向相反。 微机差动保护一般以高压侧二次电流为参考向量， 低压侧电流乘上一个电流平衡变化系数。差动电流表示为：，制动电流表示为：phKdI| lhdIII2| lh rIII。其中表示高压侧的电流向量，表示经电流平衡变化系数调整后的低压侧的电流向量。 hIlI变压器正常运行时，应有=。由于变压器采用不同的接线方式时，高低压侧电流相位关系不同，因此差动电流构成式中的和应根据变压器的接线方式正确选择。 hIlIhIl

3、I假定变压器高压侧 A、B、C 三相电流分别为：、和，低压侧 A、B、C三相电流分别为：、和，所有电流均为电流互感器二次侧电流。 AHIBHICHIALIBLICLIA. 变压器采用 Y/Y0 接线方式 正常运行时高压侧 A 相电流与低压侧 A 相电流同相位， 如图 3-25(a)， 因此取：AHIALIhI=，=。 AHIlI ALphIK注意： 图中的电流相位关系既表示电流互感器一次侧相位关系， 也表示二次侧相位关系。 ALI30AHIBHIAHBHI CHIBLICLICHIAHI BHICHI I30(a) Y/Y0 接线 ALIBLICLIAHIBHICHI(b) Y/-11 接线

4、图 3-25 变压器高低压侧电流相位关系 B. 变压器采用 Y/-11 接线方式 正常运行时高压侧AB相间电流(-)与低压侧A相电流同相位， 如图3-25(b)，因此取：= AHIBHIALIhI3/ )( BHAHII，=。 lIALIphK(2) 差动速断保护 差动速断保护动作逻辑框图如图 3-36。其中，表示计算所得的差动电流，表示差动继电器的差动速断保护整定值。 dIzddI.zdddII.图 3-26 差动速断保护动作逻辑图 (3) 比率制动差动保护逻辑 比率制动差动保护制动特性曲线如图 3-27，其中，表示差动继电器的起动差流整定值即门槛电流，表示计算所得的制动电流，min.dIr

5、IK表示比率制动系数整定值。比率制动差动保护动作逻辑如图 3-28，比率制动差动保护带有二次谐波制动功能，可通过控制字选择，逻辑图中为差动电流中的二次谐波成分，表示二次谐波制动系数。 2dI2K图 3-27 比率制动差动保护制动特性曲线图 min.ddIIrdkIIddIkI22图 3-28 比率制动差动保护动作逻辑图 (4) 过电流保护 过电流保护可选择不带起动元件、 低电压起动和复合电压起动三种方式， 动作逻辑如图3-29。其中，表示 A、B、C 三相电流的最大值，表示过电流定值，表示相间电压，表示低电压定值（为相电压） ，表示负序电压，表示负序电压定值，表示过电流保护时间定值。 max.

6、IzdIUzdU2UzdU2zdtzdIImax.zdIImax.zdUU3zdIImax.zdUU3zdUU22zdtt 图 3-29 过电流保护动作逻辑图 (4) 过负荷保护 过负荷保护可选择动作于信号或动作于出口，动作逻辑如图 3-40。其中，表示 A、B、C 三相电流的最大值，表示过负荷定值，表示过负荷保护时间定值。 max.IzdfI.zdft.max.I图 3-30 过负荷保护动作逻辑图 3.9.2.2 保护整定 (1) 电流平衡变换系数计算 电流平衡变换系数的计算方法如下： phK)./(12CTBCTphnnnK (3-24) 1CTn和分别为高压侧和低压侧电流互感器的变比，为

7、变压器的变比。 2CTnBn(2) 差动速断保护整定 差动速断的整定值按躲开最大励磁涌流来整定，TNzdII.)5 . 45 . 3(，其中，为变压器的额定电流。 TNI.(3) 比率制动差动保护整定 比率制动式差动继电器的动作电流随外部短路电流按比率增大， 既能保证外部短路不误动，又能保证内部短路有较高的灵敏度。 比率制动差动保护的动作电流按下面两个条件进行计算，选较大者为基本动作电流。 puIa. 躲开变压器的励磁涌流： TNrelpuIKI. (3-25) 式中，为可靠系数，可取 1.5，为变压器参考侧的额定电流。 relKTNI.b. 躲开变压器外部短路时的最大不平衡电流： max.m

8、ax.3 . 1)(3 . 1kCTunbuunbunbrelpuIfuIIIKI）（ (3-26) 式中，为外部短路时， 流过变压器参考侧的最大短路电流，max. kIf为 CT 的 10%误差，u为变压器分接头位置的改变范围，最大为15%。 比率制动系数K可取0.40.6，二次谐波制动系数通常为0.150.2。 2K(4) 不带起动元件的过电流保护整定 动作电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流整定。 (3-27) reTrelpuKIKI/max.式中，为可靠系数，取1.21.3；为返回系数，取0.85；为变压器可能出现的最大负荷电流。 relKreKmax.TImax.TI的确定应考虑

9、电动机自起动的最大电流： max.max.TSSTIKI (3-28) 式中，为负荷自起动系数，取1.52.5，为正常的最大负荷电流。 SSKSSK max.TI(5) 带低电压起动的过电流保护整定 电流元件和电压元件的动作值分别为： (3-29) reTNrelpuKIKI/.(3-30) NreWrelpuUKUKU）（7 . 06 . 0/ min.式中，为可靠系数，取1.11.2；为电流继电器返回系数，取0.85；为电压继电器返回系数，取1.15；为最低工作电压，一般取0.9。 relKreK reKmin.WUNU(6) 复合电压起动的过电流保护 负序电压定值可取： NpuUU06.

10、 02 .(3-31) 电流和电压动作值按式 3-34 和 3-35 整定。 (7) 过负荷保护 过负荷保护的动作电流可取： reTNrelpuKIKI/.=2.47 (3-32) 式中，为可靠系数，取1.05，为返回系数，取0.85。为避免外部故障时保护误发信号，动作时间一般取79秒。 relKreK3.9.2.3 实验说明 以实验台上的成组保护接线图为一次系统模型，如图 3-31。各元件基本参数已标示在模型上。 变压器保护安装于 C 变电站，从 5TA 二次侧获取高压侧电流，从 6TA 二次侧获取低压侧电流，控制 3QF 动作。通过向 TQWB-III 多功能微机保护实验装置下载变压器保护

11、及监控程序构成变压器保护。 D图 3-31 变压器保护原理接线图 3.9.3 实验内容 3.9.3.1 实验接线 多功能微机保护实验装置具有四个电流输入通道， 因此只能实现分相差动 （A 相差动保护） 。装置的 A、B、C 三相电流接线端与 5TA 二次侧三相电流插孔相连，电流公共端直接相连。装置的接线端与 6TA 二次侧 A 相电流插孔相连，电流公共端直接相连。装置的跳闸接线端与 3QF 处的跳闸插孔相连，装置的跳、合位端子分别与 3QF 的两个辅助触点：常开触点、常闭触点相连，装置的跳合位公共端与两个辅助触点的另外一端相连。如图 3-32所示。 XI图 3-32 变压器保护实验接线 3.9

12、.3.2 程序及整定值下载 (1) 程序下载 向 TQWB-III 多功能微机保护实验装置中下载“变压器保护装置保护侧程序”和“变压器保护装置监控侧程序” 。 (2) 整定值设置 根据前面所述的整定方法对变压器保护进行整定计算， 并将定值下载或直接输入到装置中。 设置控制字时， 同时投入差动速断保护、 比率制动差动保护、 过电流保护和过负荷保护，过电流保护不带起动元件，过负荷动作于跳闸。变压器接线采用 Y/-11 接线方式。不投入二次谐波制动。 注意各定值应转换为电流互感器 5TA 二次侧数值。 变压器保护参考整定值（二次值）见表 3-19。 （整定计算详细过程参见附录） 表表3-19 变压器

13、保护参考整定值表变压器保护参考整定值表 动作电流 平衡变化系数 差动速断 8.4A 0. 91 差流门槛 比例制动系数 1.56A 0.5 谐波制动系数 比率制动差动 0.15 动作电流 动作时限 不带起动元件 3.32A 0.5s 动作电流 动作时限 低电压起动 2.54A 0.5s 低电压 39.3V 负序电压 低电压 复合电压起动 6V 39.3V 动作电流 动作时限 2.54A 0.5s 动作电流 动作时限 过负荷 2.32A 7s 3.9.3.3 实验测试 (1) 模拟变压器正常运行 打开测试仪电源，运行“电力网信号源控制系统”软件，打开“变压器保护实验模型” 。 不设置故障，变压器

14、负载分别按表3-20中的负载大小设置，模拟变压器正常运行情况，观测变压器高压侧三相电流、差动电流以及制动电流的大小（在装置显示屏上查看） ，并记录。 提示：提示： 负载设置方法如下：双击模型图上的“负载” （降压变电所末端蓝色箭头标志） ，在弹出的“负荷”界面上，输入所要设置的无功功率和有功功率。 设置完毕后，点击菜单“设备管理”中的“设备初始化” ，并点击“运行”中的“运行”按钮，等待数据下载结束后，按实验台上2QF处的合闸按钮既可。 （1QF和3QF也应处于合闸状态） 表表3-20 在不同负载情况下变压器正常运行记录表 在不同负载情况下变压器正常运行记录表 变压器高压侧电流(A) 差动电流

15、(A) 制动电流(A) 负载设置 ahI bhI chI dI rI P=5 MW；Q=2 MVar P=9 MW；Q=2 MVar P=11MW； Q=3 MVar (2) 模拟各种短路故障 在表3-21所示的各处设置故障进行实验，并记录实验结果。 (3) 模拟变压器过负荷 更改变压器所带负载容量为：有功19MW，无功4MW，观测过负荷保护动作情况。 表表 3-21 变压器保护动作记录表变压器保护动作记录表 故障点和故障类型 何种保护动作 动作值(A) 保护动作时间(ms) 距离负载站1#高压母线 （即C母线） 5%处发生三相短路距离负载站1#高压母线（即C母线）5%处发生两相短路 距离负载站1#高压母线（即C母线）50%处发生三相短路 距离负载站1#高压母线（即C母线）50%处发生两相短路 距离负载站1#高压母线（即C母线）95%处发生三相短路 模拟变压器内部故障 距离负载站1#高压母线（即C母线）95%处发生两相短路 模拟变压器 负载站1#低压母线 （即D母线） 发生三相短路 外部故障 负载站1#低压母线 （即D母线）发生两相相间短路 3.21.4 思考题 (1) 分析差流计算值与实验值之间的误差来源？ (2) 变压器差