变压器保护知识

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1、变压器保护需要解决的问题如何减少TA二次回路在各种情况下断线及短 路对差动保护的影响 电磁兼容问题：即消除各种外部干扰对保护 装置的影响以及保护装置对外部其它电子设备 的影响 如何增强保护装置的事故追忆功能及事故后 的故障分析功能 保护装置的使用、维护与调试方便等问题装置的总体方案与关键技术并行实时计算 保护主体方案 差动保护二次电流调整与涌流闭锁判据 变压器工频变化量差动保护 稳态比率差动保护 适用于变压器的TA饱和判据 TA二次回路断线与短路判别方案 零序比率差动保护硬件框图高速数字信号处理器DSP 大规模逻辑门阵列FPGA和可编程逻辑门阵列CPLD 14位并行A/D 32位微处理器CPU

2、 单独的CPU处理显示、键盘等人机对话 大屏幕汉字液晶显示实时高速并行运算特点：在较高的采样率的前提下，装置保证在故障全过程对所有保护继电器（主保护与后备保护）的并行实时计算，这样具有很高的可靠性及安全性（装置的采样率设计为每个周波24点，主要继电器采用全周傅氏算法）保护主体方案真正实现一台装置完成所有的主保护、后备保护功 能的思想。对每台变压器采用独立的两套装置实现 双主、双后备保护的配置原则。这种主后一体的设 计思想完全符合国家电力公司最新的防止电力生 产重大事故的二十五项重点要求中有关继电保护 的反事故技术措施的论述。 优点 变压器保护的双重化配置并没有增加额外的 二次回路投资，相反是减

3、少了保护设备的投资，使 得保护二次回路清析、独立，简化了二次电缆数量 与接线。由于采用上述保护设计思想，则变压器的 主保护功能得到增强，考虑到变压器主保护不像线 路保护那样存在通道问题，其后备保护配置就可以 大大简化。 保护主体方案 优点 可以减少由于保护设备自身原因所造成的被 保护变压器失去短路故障保护与异常保护，从而引 起一次设备不必要停电现象；同时也可避免由于保 护设备的年度检修与校验所必需的停运一次设备的 现象，减轻停电所造成的经济损失。 优点 由于变压器的全部电量信息量已能够被装置 所知，那么在被保护变压器和系统出现故障或其它 异常状况时，装置就能记录同一时刻下变压器各侧 的电流电压

4、量，由于有了这些模拟量，就能对事故 的原因等进行详尽的故障分析，这对于快速而准确 地找到故障原因具有重要意义。 励磁涌流判别原理1 利用谐波识别励磁涌流RCS-978系列变压器成套保护装置采用三相 差动电流中二次谐波、三次谐波的含量来识别 励磁涌流，判别方程如下： 当三相中某一相被判别为励磁涌流，只闭锁该相 比率差动元件。装置的二次谐波制动系数固定取 为0.15。 励磁涌流判别原理2利用波形畸变识别励磁涌流 故障时，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波 分量存在，波形发生畸变，间断，不对称。利用算法识别出这种畸变 ，即可识别出励磁涌流。故障时，有如下表达式成立： 其中S是差动电流

5、的全周积分值，是“ 差动电流的瞬时值+差动电流半 周前的瞬时值”的全周积分值， 是某一固定常数， 是门槛定值。 的表 达式如下： 式中是 差电流的全周积分值，是某一比例常数。当三相中的某一相不满足以上方程，被判别为励磁涌流，只闭锁该相比率差动元件。 TA饱和的识别方法 为防止在变压器区外故障等状态下TA的暂态 与稳态饱和所引起的稳态比率差动保护误动 作，装置利用二次电流中的二次和三次谐波 含量来判别TA是否饱和，所用的表达式如下 ： 当与某相差动电流有关的电流满足以上表达 式即认为此相差流为TA饱和引起，闭锁稳态比 率差动保护。此判据在变压器处于运行状态才 投入。 变压器工频变化量差动保护匝间

6、短路故障是电力变压器主要的内部故障 形式之一，根据近十年来的全国统计表明，匝 间故障约占变压器内部故障的70%左右。因此 采用灵敏度高且安全性高的保护来检测出变压 器的匝间故障，对提高变压器的安全运行水平 具有重要意义。为此，我们利用变压器各侧电 流中的工频变化量与差电流的工频变化量，实 现变压器工频变化量比率差动保护。该保护由 下述两个判据构成： 工频变化量比率差动动作特性 工频变化量比率差动保护 的动作方程如下： 变压器工频变化量差动保护 I：为各支路工频变化量电流的向量和 |I|：为各支路工频变化量电流的标量和理论上，工频变化量比率差动制动系数可取较 高的数值，这样有利于防止区外故障TA

7、饱和等 因素所造成的差动保护误动，又不会受故障前 负荷的大小的影响而降低区内故障时的灵敏度 。 变压器工频变化量差动保护（2）工频变化量差动过流继电器： 动作方程： Id1.25Idt+Idth Idt为浮动门坎，随着变化量输出增大而 逐步自动提高。取1.25倍可保证门槛电压 始终略高于不平衡输出，保证在系统振荡 和频率偏移情况下，保护不动作。Idth为固 定门坎。工频变化量差流起动元件不受负 荷电流影响，灵敏度很高。 工频变化量的差动继电器与稳态量 的差动继电器相比有这样一些优点 不受负荷电流的影响。与所有工频变化量继电器一样，由于它是反 应短路附加状态中的电气量的保护，所以负荷电流对继电器

8、的工作没 有影响，在求变化量的过程中已把负荷分量减掉了。所以对稳态量的 差动继电器来说，负荷电流是一个制动电流而对工频变化量的差动继 电器来说，负荷电流并不形成制动电流。 保护过渡电阻的能力提高了; 在一侧没有电源的降压变压器上使用时，在变压器内部短路时由于 负荷侧的电流的变化量也是工频变化量差动继电器的动作电流，而对 稳态量的差动继电器来说变压器内部短路时负荷侧电流为零不是动作 电流。因此工频变化量差动继电器比稳态量差动继电器灵敏; 由于继电器不反应负荷电流分量，所以比率制动特性中的起动电流 不需要躲负荷电流下的不平衡电流，其值较低。 比率制动特性曲线中斜线的斜率取得比较大，抗区外故障时变压

9、器 各侧TA暂态和稳态饱和特性不一致的能力强。 工频变化量比率差动继电器 由于将浮动门槛技术与工频变化量等概念引 入到变压器差动保护中，因此在区内故障， 即使是在重负荷运行状态下发生小匝间短路 等故障时，或是在等值电势角摆开而又经过 渡电阻短路时也有足够的灵敏度。而在区外 各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA 饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误 动作。使得保护的安全性与灵敏度同时兼顾 。 特点：涌流闭锁与过激磁闭锁元件 工频变化量差动保护的励磁涌流闭锁判据采用 差电流二次谐波闭锁或波形判别闭锁采用差电流五次谐波进行过激磁闭锁变压器发生轻微匝间故障 （C相1.5%匝间故障）工频变化量差

10、动常规差动RCS-978工频变化量比率差动的逻辑 框图 稳态比率差动保护因此，装置采用初始带制动的比率制 动特性，稳态比率差动元件由低值比率 差动（灵敏）和高值比率差动（不灵敏 ）两个元件构成。稳态比率差动元件的 动作方程如下： 稳态比率差动保护动作方程：Kbl比率差动制动系数固定取为0.5。 稳态高值比率差动保护稳态比率差动保护动作特性过激磁的判别 由于在变压器过激磁时，变压器励磁电流将 激增，可能引起差动保护误动作。因此应该 判断出这种情况，闭锁差动保护。装置中采 用差电流中五次谐波的含量作为对过激磁的 判断。其判据如下： 其中 、 分别为每相差动电流中的基 波和五次谐波， 为五次谐波制动

11、系数。 当过激磁倍数大于1.4倍时，不再闭锁差动保 护。过激磁闭锁差动功能可整定选择。差回路的异常情况判别1装置将差回路的异常情况分为两种：未引起差 动保护起动和引起差动保护起动。 未引起差动保护起动的差回路异常报警:方法一：当任一相差流大于差流报警定值(Ibjset)的时间超过 10秒时发出差流异常报警信号，不闭锁差动保护。差流报警定 值应避开有载调压变压器分接头不在中间时产生的最大差流， 或其他原因运行时可能产生的最大差流(注：差流报警定值整 定时应比差动起动定值小，一般介于有载调压变压器分接头不 在中间时产生的最大差流和最小差动起动定值之间；其值越小 越灵敏)。差回路的异常情况判别2引起

12、差动保护起动的差回路异常报警:差动保护起动后满足以下任一条件认为是故障情况，开放差动保护，否则认为 是差回路TA异常造成的差动保护起动。i) 任一侧任一相间工频变化量电压元件起动；ii) 任一侧负序相电压大于6V； iii) 起动后任一侧任一相电流比起动前增加；iv) 起动后最大相电流大于1.1Ie。 注意： TA断线情况下自动闭锁零序比率差动工频保护量差动和 稳态低值比率差动保护，开放稳态高值比率差动保护。 装置固定设为TA断线或短路且差流小于1.2Ie时闭锁差动 保护，大于1.2Ie时不闭锁差动保护。 工频保护量差动 始终受TA断线闭锁差回路异常报警后注意不论是异常报警是否引起差动保护起动

13、，均说明差动回路存在问题，或定值存在问题，应该受到同等重视。例如：当差回路断线时，在轻负荷情况下不会引起差动起动，但会引起差流报警,如果此时及时处理，就可以避免负荷增加后或者区外故障引起的差动保护动作（在不闭锁情况下）。变压器零序电流差动保护变压器的零序电流差动保护主要应用于自耦变压器中。只要变压器 Y侧中性点直接接地，就可以构成零序电流差动保护。 零序电流差动保护是根据接点电流定理构成的。由于流过绕组各侧 TA的电流是同一串联电路中的电流，这几个电流之间没有电磁感 应关系，因此变压器的励磁电流不会产生不平衡电流。所以这种差 动保护不必经励磁涌流判据的闭锁，也不必经过励磁判据的闭锁。 也正因为

14、构成差动保护所用的绕组各侧电流间没有电磁感应关系， 所以它不能保护匝间短路。 零序电流差动保护可保护变压器Y侧两个（三个）TA间的各种接地 短路。由于不存在变压器有载调压产生的不平衡电流，此外也没有 由于TA变比不匹配产生的不平衡电流，因此它的定值比前面讲的 差动保护的定值低，所以这种差动保护保护Y侧的接地短路灵敏度 要高一些。 零序比率差动原理 零序比率差动保护主要应用于自耦变压器，其动作方程如下： 其中 、 、 分别为I侧、II侧和公共绕组侧零序电流， 为零 序比率差动起动定值， 为零序差动电流， 为零序差动制动电 流， 为零序差动比率制动系数整定值， 为TA二次额定电流。 推荐 整定为0

15、.5。 当满足以上条件时，零序比率差动动作。零差各侧零序电流通过装 置自产得到，这样可避免各侧零序TA极性校验问题。零序比率差动原理 当满足以上条件时，零序比率差动动作。 零差各侧零序电流通过装置自产得到，这 样可避免各侧零序TA极性校验问题。 若零序比率差动起动定值 ，则其 拐点电流自动设定为 ，即动作方程如下 ：零序比率差动保护的动作 特性避免TA暂态特性不同导致的零序比率差 动误动 为避免由于TA暂态特性差异和TA饱和造成的区 外三相短路故障时的 错误的差动回路零序电流 对零序比率差动的影响，装置采用正序电流制 动的闭锁判据和TA饱和判据来避免。正序电流 制动的原理是，零差各侧的零序电流大于其正 序电流的 倍时，认为零序电流由故障造成。 其表达式如下： 其中 为某侧的零序电流， 为对应侧的正序电 流， 是某一比例常数。RCS-978零序比率差动的逻辑框 图 复合电压闭锁过流 过流保护主要作为变压器相间故障的后备 保护。I、II侧各设一段过流保护。III侧 过流保护固定采用主变低压侧三角形环内 的TA，且TA引出必须相电流接线方式，装 置内部低压侧过流所用电流固定为减去零 序电流（因为整定计算是按开关CT考虑的 ）。相过电流保护固定不经过复压闭锁。零序方向过流保护 零序过流保护，主要作为变压器中性点接 地运行时接地故障后备保护。通过整定