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1、南京南瑞继保电气有限公司南京南瑞继保电气有限公司RCS-978变压器保护原理介绍变压器保护原理介绍主要内容主要内容变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护需要解决的主要问题励磁涌流的识别励磁涌流的识别变压器差动保护的种类变压器差动保护的种类变压器差动保护变压器差动保护TA饱和判别饱和判别电流相位补偿的新方法电流相位补偿的新方法零序比率差动和分侧比率差动保护零序比率差动和分侧比率差动保护变压器的过励磁保护变压器的过励磁保护变压器接地短路的后备保护变压器接地短路的后备保护TA二次回路断线与短路判别二次回路断线与短路判别变压器差动保护变压器差动保护变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护
2、需要解决的主要问题励磁涌流识别原理励磁涌流识别原理工频变化量、稳态高值、稳态低值的比工频变化量、稳态高值、稳态低值的比率差动保护率差动保护零序比率差动和分侧比率差动保护零序比率差动和分侧比率差动保护变压器差动保护变压器差动保护TA饱和判别饱和判别Y-11接线变压器电流相位补偿的新接线变压器电流相位补偿的新方法方法变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护需要解决的主要问题变压器在空投时和区外故障切除时产生的励变压器在空投时和区外故障切除时产生的励磁涌流将可能导致差动保护的误动。所以除磁涌流将可能导致差动保护的误动。所以除差动电流速断保护、分侧差动和零序差动保差动电流速断保护、分侧差动和零序
3、差动保护外其它的差动保护都要经励磁涌流判据闭护外其它的差动保护都要经励磁涌流判据闭锁。锁。而传统的励磁涌流判据闭锁三相差动保护的而传统的励磁涌流判据闭锁三相差动保护的方法又将导致空投在故障变压器上时差动保方法又将导致空投在故障变压器上时差动保护不能快速跳闸。护不能快速跳闸。变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护需要解决的主要问题反应稳态量的差动保护由于负荷电流产生制动电流，反应稳态量的差动保护由于负荷电流产生制动电流， 因此在重负荷下发生的轻微故障（例如少匝数的匝间短因此在重负荷下发生的轻微故障（例如少匝数的匝间短路）灵敏度可能不够。路）灵敏度可能不够。变压器有变压器有70%左右的故障
4、是匝间短路，为了提高少匝数左右的故障是匝间短路，为了提高少匝数的匝间短路时差动保护的灵敏度，比率制动特性中的起的匝间短路时差动保护的灵敏度，比率制动特性中的起动电流往往整定得较小，例如整定成动电流往往整定得较小，例如整定成(0.30.5)倍的额倍的额定电流。而且初始部份没有制动特性。但运行实践证明定电流。而且初始部份没有制动特性。但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中有可能造成差动保护的误动。中有可能造成差动保护的误动。变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护需要解决的主要问题 由于由于起动电流起动电流 整定成整定
5、成(0.30.5)倍的额定电流。倍的额定电流。动作特性的初始部份无制动动作特性的初始部份无制动特性特性 运行实践证明这样的差动保运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或感器暂态或稳态特性不一致或者二次回路时间常数的差异或者二次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和程度的不同者电流互感器饱和程度的不同造成保护的误动。造成保护的误动。 励磁涌流识别原理励磁涌流识别原理励磁涌流识别采用谐波制动和波形不对称两个原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。理。判为涌流后
6、分相闭锁。谐波制动原理谐波制动原理。利用差电流中的二次和三次谐波利用差电流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保护的判据。分量与基波分量的比值作为闭锁差动保护的判据。 当当 时分相闭锁差动保护。时分相闭锁差动保护。式中式中 、 分别取为分别取为0.15和和0.2。二次谐波含量。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。中防止差动保护误动。 励
7、磁涌流识别原理励磁涌流识别原理差差电流电流波形判别原理波形判别原理 与门分相开放差动保护与门分相开放差动保护。 式中式中 差差电流的全周积分值。电流的全周积分值。 两个相距半周的差电流瞬时值两个相距半周的差电流瞬时值 之和的全周积分值。之和的全周积分值。 大于大于1的常数。的常数。 门槛值。门槛值。 变压器变压器的工频的工频变化量的比率差动保护变化量的比率差动保护除除常规的稳态量的比率差动保护外增加了常规的稳态量的比率差动保护外增加了 工工频变化量的比率差动保护。其动作方程为频变化量的比率差动保护。其动作方程为:变压器的工变压器的工频频变化量的比率差动保护变化量的比率差动保护 ：为各支路工频变
8、化量电流的相量和为各支路工频变化量电流的相量和 ：为各支路工频变化量电流的标量和为各支路工频变化量电流的标量和 : :为固定门槛为固定门槛 : :为为浮浮动动门门槛槛。浮浮动动门门槛槛的的设设置置可可防防止止在在系系统统发发生生振振荡荡时时或或频频率率有有偏偏移移时时保保护护误误动动 理理论论上上，工工频频变变化化量量比比率率差差动动制制动动系系数数可可取取较较高高的的数数值值，这这样样有有利利于于防防止止区区外外故故障障TATA饱饱和等因素所造成的差动保护误动。和等因素所造成的差动保护误动。 变压器工频变化量比率差动继电变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性器的动作特性工频工频变化量比率差
9、动继电器的优点变化量比率差动继电器的优点负荷电流对它没有影响。对稳态量的比率差动继电负荷电流对它没有影响。对稳态量的比率差动继电器，负荷电流是一个制动量。会影响内部短路的灵器，负荷电流是一个制动量。会影响内部短路的灵敏度。敏度。受过渡电阻影响小。受过渡电阻影响小。由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了重负荷下少匝数的匝间短路时的灵敏度提高了重负荷下少匝数的匝间短路时的灵敏度。由由于制动系数取得较高再加上采用浮动门槛技术，在于制动系数取得较高再加上采用浮动门槛技术，在发生发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现区外各种故障、功率倒方
10、向、区外故障中出现TATA饱和饱和与与TATA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。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得到了兼顾。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。 变压器发生轻微匝间短路变压器发生轻微匝间短路（C相相1.5%匝间短路匝间短路）工频变化量差动常规差动工频变化量比率差动保护工频变化量比率差动保护 工工频频变变化化量量差差动动保保护护经经过过励励磁磁涌涌流流判判据据闭闭锁锁（谐波制动原理和波形不对称原理）。（谐波制动原理和波形不对称原理）。 工工频频变变化化量量差差动动保保护护经经过过过过激激磁磁判判据据闭闭锁锁（差差电流五次谐波含量）。电流五次谐
11、波含量）。稳态比率差动继电器稳态比率差动继电器 稳态比率差动元件由低值比率差动（灵敏）和高值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。为了减少在区比率差动（不灵敏）两个元件构成。为了减少在区 外短路和区外短路切除时由于变压器各侧外短路和区外短路切除时由于变压器各侧TA暂态暂态 和稳态特性不一致、和稳态特性不一致、TA饱和程度不一致而产生的饱和程度不一致而产生的 误动，因此稳态低值比率差动装置采用初始带制动误动，因此稳态低值比率差动装置采用初始带制动 的比率制动特性，并且其起动电流值也允许适当提高。的比率制动特性，并且其起动电流值也允许适当提高。 对于变压器内
12、部轻微短路和小匝数的匝间短路可由工对于变压器内部轻微短路和小匝数的匝间短路可由工 频变化量差动保护切除故障。频变化量差动保护切除故障。 稳态低值比率差动继电器稳态低值比率差动继电器动作方程：动作方程：稳态低值比率差动继电器稳态低值比率差动继电器稳态低值比率差稳态低值比率差动保护要经过动保护要经过励励磁涌流判据和过磁涌流判据和过激磁判据闭锁。激磁判据闭锁。稳态低值比率差稳态低值比率差动保护要经过动保护要经过TA饱和判据闭锁以饱和判据闭锁以防止在防止在TA饱和时饱和时误动误动。变压器差动保护变压器差动保护TA饱和判别饱和判别由由于于TATA的的暂暂态态、稳稳态态饱饱和和与与变变压压器器的的励励磁磁
13、涌涌流流有有相相类类似似之之处处，当当短短路路电电流流中中的的暂暂态态分分量量中中有有偏偏于于时时间间轴轴一一侧侧的的直直流流分分量量，使使得得磁磁通通对对励励磁磁电电流流变变化化的的磁磁滞滞回回线线不不与与坐坐标标原原点点对对称称，因因此此励励磁磁电电流流的的正正负负半半周周波波形形不不对对称称即即有有一一定定分分量量的的偶偶次次谐谐波波分分量量。而而在在稳稳态态短短路路电电流流中中无无直直流流分分量量，故故磁磁通通对对励励磁磁电电流流变变化化的的磁磁滞滞回回线线与与坐坐标标原原点点对对称称，因因此此励励磁磁电电流流的的正正负负半半周周波波形形对对称称此此时时偶偶次次谐谐波波分分量量较较小小
14、但但有有一一定定的的奇奇次次谐谐波波分分量量。因因此此，可可以以利利用用二二次电流中的谐波含量来识别次电流中的谐波含量来识别TATA的暂态与稳态饱和。的暂态与稳态饱和。变压器差动保护变压器差动保护TA饱和研究饱和研究变压器差动保护变压器差动保护TA饱和判据饱和判据另另外外装装置置将将浮浮动动门门槛槛技技术术运运用用到到稳稳态态比比率率差差动动动动作作方方程程的的制制动动量量中中。采采取取上上述述两两个个措措施施来来保保证证在在变变压压器器发发生生区区外外故故障障中中出出现现TATA饱饱和和、区区外外故故障障切切除除再再恢恢复复过过程程中中差差动动各各侧侧TATA的的暂暂态态特特性性出出现现差差
15、异异、变变压压器器出出现现扰扰动动性性负负荷荷（如如钢钢厂厂负负荷荷）时时差差动动各各侧侧TATA的的暂暂态态与与稳稳态态特特性性出出现现差差异异等等情情况况下下，稳稳态态低值比率差动保护不会误动作。低值比率差动保护不会误动作。 稳态高值比率差动继电器和差动电流速断稳态高值比率差动继电器和差动电流速断为为了了保保证证区区内内故故障障的的快快速速切切除除，以以及及区区内内短短路路 TATA饱饱和和时时差差动动保保护护也也能能切切除除故故障障。只只有有低低值值比比率率差差动动元元件件（灵灵敏敏）经经TATA饱饱和和判判据据闭闭锁锁，高高值值比比率率差差动动元元件件（不不灵灵敏敏）不不经经TATA饱
16、饱和和判判据据闭闭锁锁，用用较较高高的的制制动动系系数数及及浮浮动动门门槛槛抗抗TATA饱饱和和。另另外外高高值值比比率率差差动动元元件件不不经经过过过激磁判据闭锁。过激磁判据闭锁。针针对对变变压压器器区区内内的的严严重重故故障障，装装置置还还设设有有动动作作快快速速的的差动速断元件。差动速断元件。 稳态高值比率差动继电器稳态高值比率差动继电器动作方程动作方程动作特性动作特性变压器区外故障并伴随变压器区外故障并伴随TA饱和饱和采用了TA饱和判据没有采用TA饱和判据变压器区内故障并伴随变压器区内故障并伴随TA饱和饱和RCS-978电流相位补偿的新方法电流相位补偿的新方法目前国内外对目前国内外对Y
17、/-11Y/-11接线变压器相位补接线变压器相位补偿方法都是采用偿方法都是采用Y Y 的补偿方法。其原的补偿方法。其原理理是是Y/-11Y/-11接线变压器由于接线变压器由于侧接线作侧接线作了一个顺相序的两相电流相减的运算，了一个顺相序的两相电流相减的运算，导致两侧电流产生相位差。因此如果设导致两侧电流产生相位差。因此如果设法把法把Y Y侧电流也作一个顺相序的两相电流侧电流也作一个顺相序的两相电流之差的运算，就可实现相位补偿。在模之差的运算，就可实现相位补偿。在模拟型保护中是将拟型保护中是将Y Y侧侧TATA接成接成接线实现电接线实现电流相减的运算的。而在微机保护中是在流相减的运算的。而在微机
18、保护中是在软件中将软件中将Y Y侧电流作顺相序的两相电流之侧电流作顺相序的两相电流之差的运算的。差的运算的。电流相位补偿新方法电流相位补偿新方法上述这种补偿方法实际上在上述这种补偿方法实际上在Y和和两侧都做了两侧都做了个两相电流差的计算。这样在空投变压器时如个两相电流差的计算。这样在空投变压器时如果两相都有涌流，两相电流相减后可能成为涌果两相都有涌流，两相电流相减后可能成为涌流特征（例如二次谐波或间断角）不很明显但流特征（例如二次谐波或间断角）不很明显但幅值很大的电流。为了避免差动保护的误动，幅值很大的电流。为了避免差动保护的误动，采用了任一相差电流出现涌流特征时闭锁三相采用了任一相差电流出现
19、涌流特征时闭锁三相的方法。但这样将造成空投在故障变压器上时的方法。但这样将造成空投在故障变压器上时差动保护不能快速跳闸的缺陷。差动保护不能快速跳闸的缺陷。为解决上述问题采用由为解决上述问题采用由Y电流相位补偿的电流相位补偿的新方法。这种方法是国内外首创。新方法。这种方法是国内外首创。电流相位补偿新方法电流相位补偿新方法由由Y相位补偿新方法：在软件中将相位补偿新方法：在软件中将侧侧电流做一个反相序的两相电流之差的运算。电流做一个反相序的两相电流之差的运算。为求得零序电流的平衡，将为求得零序电流的平衡，将Y侧电流减去零侧电流减去零序电流。序电流。 侧侧 Y侧侧电流相位补偿新方法电流相位补偿新方法采
20、用采用Y相位补偿的新方法后，由于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由于故障相肯当空投在故障变压器上时由于故障相肯定没有涌流特征所以故障相的差动保护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投在故障变压器上保护动作时间小于4
21、0mS。空投变压器于匝间故障空投变压器于匝间故障(B相相2.5%匝间故障匝间故障) - Y - YY - Y - 空投变压器时差动保护不误动空投变压器时差动保护不误动（实际500kV自耦变压器） 为了提高接地故障的灵敏度，针对自耦变压器，装置为了提高接地故障的灵敏度，针对自耦变压器，装置 设有零序差动或分侧差动。设有零序差动或分侧差动。 零序差动保护可保护变压器零序差动保护可保护变压器Y Y侧的各种接地故障，分侧的各种接地故障，分 侧差动保护可保护变压器侧差动保护可保护变压器Y Y侧的各种接地故障和相间侧的各种接地故障和相间 故障，但它们都不能保护变压器故障，但它们都不能保护变压器Y Y侧的匝
22、间短路。侧的匝间短路。 零序差动保护和分侧差动保护都不必经励磁涌流判据零序差动保护和分侧差动保护都不必经励磁涌流判据 闭锁。闭锁。零序比率差动和分侧比率差动保护零序比率差动和分侧比率差动保护零序比率差动和分侧比率差动保护原理零序比率差动和分侧比率差动保护原理现有零差保护存在的问题现有零差保护存在的问题 零序零序TATA极性不易校验问题。极性不易校验问题。 在在变变压压器器区区外外三三相相短短路路或或励励磁磁涌涌流流状状态态下下，由由于于三三相相TATA特特性性不不一一致致和和TATA饱饱和和程程度度不不一一致致等等因因素素的的影影响响，零零差差保保护护可可能能误动作的误动作的问题。问题。零序比
23、率差动继电器零序比率差动继电器 各侧零序电流均由装置自产得到，各侧各侧零序电流均由装置自产得到，各侧TATA二次零序电二次零序电 流由软件调整平衡，这样可避免采用零序流由软件调整平衡，这样可避免采用零序TATA极性不易极性不易 校验等问题。校验等问题。 装置在理论分析与实验的基础上，采用正序电流制动装置在理论分析与实验的基础上，采用正序电流制动 与与TATA饱和判据相结合的方法，保证零差保护在变压器饱和判据相结合的方法，保证零差保护在变压器 区外三相短路、或励磁涌流情况下不误动。区外三相短路、或励磁涌流情况下不误动。 正序电流制动判据：正序电流制动判据： ，满足本判据开放保护。满足本判据开放保
24、护。零序比率差动继电器零序比率差动继电器动作方程：动作方程：动作特性：动作特性：自耦变压器正常运行发生自耦变压器正常运行发生A A相相1 1匝对地短路匝对地短路（零差保护动作）实例实例自耦变压器区外出口三相短路并伴随自耦变压器区外出口三相短路并伴随TATA饱和饱和 （零差保护不误动）实例实例变压器的零序电流保护、间隙零序电流变压器的零序电流保护、间隙零序电流保护和零序过电压保护保护和零序过电压保护大接地电流系统中，中心点直接接地的变压器大接地电流系统中，中心点直接接地的变压器装设零序电流保护作为接地短路的后备保护。装设零序电流保护作为接地短路的后备保护。大接地电流系统中，中心点又可能不接地的分大接地电流系统中，中心点又可能不接地的分级绝缘变压器需装设间隙零序电流保护和零序级绝缘变压器需装设间隙零序电流保护和零序过电压保护作为接地短路的后备保护。过电压保护作为接地短路的后备保护。大接地电流系统中，中心点又可能不接地的全大接地电流系统中，中心点又可能不接地的全绝缘变压器需装设零序过电压保护作为接地短绝缘变压器需装设零序过电压保护作为接地短路的后备保护。路的后备保护。中心点直接接地的变压器装设零序电流中心点直接接地的变压器装设零序电流保护作为接地短路的后备保护。保护作为接地短路的后备保护。变压器的间隙零序电流保护变压器的间隙零序电流保护和零序过电压保护和零序过电压保护谢谢 谢谢 ！
