变压器保护RCS-978

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1、RCS-978变压器保护,第一章 保护装置硬件 第二章 稳态差动保护 第三章 零序差动保护 第四章 复压过流保护 第五章 零序过流保护 第六章 阻抗保护 第七章 过激磁保护 第八章 变压器保护调试,目 录,RCS-978面板及背板图,RCS-978接线端子及接点原理图,硬件配置图,先进的硬件核心,采样及运算单元采用高速数字信号处理芯片（DSP）以及32位MC68332微处理器，精度高、速度快，保证了保护算法的实时计算（24点/周波）。 输入、输出逻辑单元采用大规模可编程逻辑阵列，灵活性高、兼容性强，在同一硬件平台上可开发出多种保护装置。,220KV主变主保护配置 RCS978装置中可提供一台变

2、压器所需要的全部电量保护，主保护和后备保护可共用同一TA。这些保护包括： 稳态比率差动 差动速断 工频变化量比率差动 零序比率差动/分侧比率差动 后备保护配置： 复合电压闭锁方向过流 零序方向过流 零序过压 间隙零序过流 后备保护可以根据需要灵活配置于各侧。,另外还包括以下异常告警功能： 过负荷报警 起动冷却器 过载闭锁有载调压 零序电压报警 公共绕组零序电流报警 差流异常报警 零序差流异常报警 差动回路TA断线 TA异常报警和TV异常报警,RCS-978E在三圈变压器中的典型应用配置,500KV变压器主保护配置 RCS978装置中可提供一台变压器所需要的全部电量保护，主保护和后备保护可共用同

3、一TA。这些保护包括： 稳态比率差动 差动速断 工频变化量比率差动 零序比率差动/分侧比率差动 后备保护配置： 复合电压闭锁方向过流 零序方向过流 过激磁 相间阻抗与接地阻抗 后备保护可以根据需要灵活配置于各侧。 另外还包括以下异常告警功能： 过负荷报警 起动冷却器 过载闭锁有载调压 零序电压报警 差流异常报警 零序/分侧差流异常报警 差动回路TA断线 TA异常报警和TV异常报警 过激磁报警,RCS-978C在自耦变压器中的典型应用配置,第一章 保护装置硬件 第二章 稳态差动保护 第三章 零序差动保护 第四章 复压过流保护 第五章 零序过流保护 第六章 阻抗保护 第七章 过激磁保护 第八章 变

4、压器保护调试,目 录,变压器差动保护,变压器差动保护需要解决的主要问题： （1）工频变化量、稳态高值、稳态低值的比率差动保护、零序比率差动和分侧比率差动保护 （2）变压器差动保护TA饱和判别 （3）励磁涌流识别原理 （4）Y-11接线变压器电流相位补偿的 新方法 （5）高低压侧平衡系数,稳态量低值差动保护,首先规定TA的正极性端在母线侧，电流参考方向由母线流向变压器为正方向。,稳态低值比率差动继电器,动作方程：,差动方程分析,设定值单中差动启动值和比率系数分别为： 代入差动方程得(各量都转为标么值)：,由上式可见，差动方程为三条直线笔程，斜率为别为0.2, 0.5和0.75,稳态低值比率差动继

5、电器,稳态低值比率差动保护要经过励磁涌流判据和过激磁判据闭锁。 稳态低值比率差动保护要经过TA饱和判据闭锁以防止在TA饱和时误动。,变压器差动保护不同于线路差动保护，是因为变压器差动保护的不平衡电流远大于线路差动保护不平衡电流，因此变压器差动保护的灵敏度及可靠程度都存在问题。变压器差动保护不平衡电流产生的原因主要有以下几方面： 1.稳态情况下的不平衡电流 （1）由于变压器各侧电流互感器型号不同，即各侧电流互感器的饱和特性和励磁电流不同而引起的不平衡电流。它必须满足电流互感器的10%误差曲线的要求。 （2）由于实际的电流互感器变比和计算变比不同引起的不平衡电流。 （3）由于改变变压器调压分接头引

6、起的不平衡电流。 （4）由于变压器运行过励磁而引起的不平衡电流。,差动保护的不平衡电流,2.暂态情况下的不平衡电流 （1）由于短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁电流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。 （2）变压器空载合闸的励磁涌流，仅在变压器一侧有电流。,差动保护的不平衡电流,三段式比率制动特性中，电流启动值是针对正常运行时的不平衡电流，因此应当躲开最大负荷情况下的不平衡电流，通常取Icdqd=（0.20.5）IN。 使用三段式比率差动的特点就是反映了故障时的实际情况，在较小的外部故障的情况下，Ie=（23）IN,电流互感器饱和程度不深，误差还是较小的，这时允许选取较小的制动系

7、数（Kbl=0.20.5)，这样相应的增加了动作区，在区内故障时提高了灵敏度。 在较大的外部故障的情况下，可以选择较大的制动系数(Kbl=0.75)，这时电流互感器流过了很大的穿越性故障电流，互感器饱和程度加深，误差也随之增大，应当选择较大的制动系数，同时在这种区内短路电流的情况下，差动电流远远大于制动电流，可以保证保护在区内故障时可靠动作。,区内故障时：如图示，各侧短路电流都是由母线流向变压器，和参考方向一致，为正值，所以差动电流 很大，容易满足差动方程，差动保护动作。,区外故障时：如图示在低压母线上发生故障。高、中压侧短路电流由母线流向变压器，为正值。低压侧电流由变压器流向母线，为负值。把

8、变压器看成电路上的一个节点，由节点电流定理，流入的电流等于流出的电流，即相量和为0，所以差动电流 差动保护不动作。,TA饱和对差动保护的影响（1）,TA饱和时波形,1）二次电流波形有严重缺损，显著非正弦。 2）在短路后TA很快进入深饱和，以致二次绕组的感应电动势降为零。在相应的一段时间内二次电流为零，此时一次电流全部成为励磁电流。 3）当一次电流全部成为励磁电流后其瞬时值下降时TA逐渐退出饱和，当它下降到零继而改变极性时铁心安全退出饱和，二次绕组的感应电动势增大，二次电流又几乎与一次电流相等，但这时铁心中有相当大的剩磁存在。 4）当一次电流恢复初始的极性又上升时，由于有剩磁存在铁心又很快饱和，

9、二次电流又降为零。 5）在短路开始时铁心要维持磁通不变，或者说励磁回路的电感不允许其电流突变，一次电流全部变换为二次电流，TA无误差。这段时间虽短，一般为38ms ,但可以被差动保护所利用。,TA严重饱和时的主要特征,区外故障伴随TA饱和会引起差动保护误动： 如图示在低压母线上发生故障。假设： I11000A I22000A 则I33000A； 但是由于低压侧TA饱和，测到的电流I3很小，假设为0，则保护计算的差动和制动电流为： 满足差动方程，造成差动保护误动。,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

10、否饱和，所用的表达式如下： 其中I2为电流中的二次谐波， I3为电流中的三次谐波， I1为电流中的基波，k 2xb和k 3xb为某一比例常数。 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。,TA饱和处理方法(1),TA饱和处理方法,动作方程：,动作特性,稳态高值比率差动继电器,高值比率差动不受TA饱和判据影响。这样当区内严重故障同时TA饱和，低值差动闭锁，高值差动保护可以动作。,1）区内轻微故障，短路电流小，TA不饱和： 低值比率差动灵敏动作 2）区内严重故障，短路电流大，TA饱和： 低值闭锁，高值动作 3）区外轻微故障，短路电流小，TA不饱和：

11、 差流为0，低值和高值都不动作 4）区外严重故障，短路电流大， TA饱和： 低值闭锁，高值差动由于定值比较高，差流进入不到动作区，也不会动作。,高值和低值差动的配合,在正常运行时励磁电流比较小，一般不超过额定电流的3%。可是在: (1)变压器空载合闸（空投） (2)区外故障切除后电压恢复时 可能出现很大的励磁电流。,励磁涌流识别原理,励磁涌流波形特征：, 励磁涌流的最大幅值很大，可能达到变压器额定电流的510倍。变压器容量越小，该倍数越大。 有很大的非周期分量。波形偏于时间轴的一侧，因此波形严重不对称。 有大量的谐波分量，尤其是二次谐波分量含量较大。二次谐波与基波分量的比值 一般均大于0.15

12、。 波形出现间断，间断角 一般大于60o。,励磁涌流的波形与合闸瞬间电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量和变压器容量的大小、铁芯材料的性质和磁化曲线、变压器的饱和磁密、合闸回路的阻抗和时间常数等因素有关。 如果合闸时正好电压达到最大值，就不会出现非周期性的磁通，也就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。 如果合闸时正好电压为零，励磁涌流最大。所以三相变压器中三相的励磁涌流大小是不一样的。考虑到变压器空投时电源三相电压互差1200，所以无论在何时合闸至少有二相会出现不同程度的励磁涌流。,励磁涌流会引起差动保护误动,由于励磁涌流最大可以达到额定电流的10倍，将励磁涌流代入差动方程，可以

13、看出此时差动电流远远大于制动电流，满足差动方程，造成差动保护误动。,空投变压器时励磁涌流录波图 （实际500kV自耦变压器空充录波图）,励磁涌流识别原理一(谐波原理),励磁涌流识别采用谐波制动和波形不对称两个原理。判为涌流后分相闭锁。 谐波制动原理。利用差电流Id中的二次和三次谐波分量与基波分量的比值作为闭锁差动的判据。 当满足： 时分相闭锁差动保护。 通常式中 、 分别取为0.15和0.2。二次谐波含量高闭锁差动保护避免了励磁涌流情况下差动保护的误动。三次谐波含量高闭锁差动保护主要是为了在供给钢厂等非线性负荷较大的用户的变压器中防止差动保护误动。,励磁涌流识别原理二(波形识别),与门分相开放

14、差动保护。 式中 差电流的全周积分值。 SS1S2 两个相距半周的差电流瞬时值 之和的全周积分值。 S+=S1-S2 大于1的常数。 门槛值。,S1,S2,S1,S2,励磁涌流,短路电流,Y /11接线,RCS978采用Y折算 (以Yd11为例),电流相位补偿新方法,由Y相位补偿新方法：在软件中将侧电流做一个两相电流之差的运算。为求得零序电流的平衡，将Y侧电流减去零序电流。 侧 Y侧,电流相位补偿新方法,采用Y相位补偿的新方法后，由于Y侧没有进行两相电流差的计算，变压器空载合闸时各相有涌流时其特征都很明显。有涌流时闭锁保护更加可靠。 另外当判别出涌流特征后可实行分相闭锁。当空投在故障变压器上时

15、由于故障相肯定没有涌流特征所以故障相的差动保护没被闭锁可以快速跳闸。试验表明，空投在故障变压器上保护动作时间小于40mS。,主变差动各侧电流的折算,主变差动保护所用电流为主变各侧电流，由于各侧电流处于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一个电压等级。另外，各侧TA变比也不一样，也要对TA变比进行折算。折算方法有两种： (1)各侧电流转为标么值； (2)各侧电流乘以本侧的折算系数。 方法一：各电流转为标么值 标么值定义：电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电 流。,主变差动各侧电流的折算,对于主变各侧额定电流的计算公式如下（统一选取主变额定容量为

16、基准容量）： 1）主变高压侧： 2）主变中压侧： 3）主变低压侧： 各参数定义如下： SN： 主变额定容量 U1N：主变高压侧额定线电压 N1：主变高压侧TA变比 U2N：主变中压侧额定线电压 N2：主变中压侧TA变比 U3N：主变低压侧额定线电压 N3：主变低压侧TA变比,差动保护高低压侧折算,差动保护中的平衡系数的计算 算变压器各侧一次额定电流：,式中Sn为变压器最大额定容量，U1n为变压器计算侧额定电压（注意！：应以运行的实际电压为准，如220kV侧实际的运行电压为242kV，U1n应取242kV）。 2.算变压器各侧二次额定电流：,式中I1n为变压器计算侧一次额定电流，nLH为变压器计算侧TA变比。,3.计算变压器各侧平衡系数： ,其中 式中I2n为变压器计算侧二次额定电流，I2