变压器纵差动保护PPT课件

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IdA Ida Idb
双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图 (a)接线图(b)对称工况下的相量关系
所以 IdA 超前 I da3高0、°,低若压直侧接电将
流引入差动保 护,将会在继 电器中产生很 大的差动电流。
克服措施:将 引入差动继电 器的Y侧的电流 也采用两相电 流差。
d侧——采用Y,Y12接线方式, 将各相电流直接接入差动继电器 内;
由式(6-11)知,电流互感器和变压器变比不一致产生的最大不平
衡电流为:
Iunb.max f za Ik.max
2 由变压器带负荷调节分接头而产生的不平衡电流
改变分接头的位置,实际上就是改变变压器的变比。 电流互感器的变比选定后不可能根据运行方式进行调整, 只能根据变压器分接头未调整时的变比进行选择。因此, 由于改变分接头的位置产生的最大不平衡电流为:
讨论,两者相抵消
采用同型系数 Kst 表示互感器型号对不平衡电流的影响:Iunb Kst I1
当两个电流互感器型号同相时,取 Kst 0.5 ;否则取1。
励磁电流大小讨论取决于TA铁芯是否饱和以 及饱和的程度
曲线1——铁芯的基本磁化曲线; 曲线2——励磁电流随时间的变化曲线; 曲线3——励磁电流按照曲线2变化时的磁滞回线; S点——饱和点。
Iset K I rel l.max
Krel ——可靠系数,取1.3;
Il.max ——变压器的最大负荷电流。在最大负
荷电流不能确定时,可取变压器额定电 流。
2 纵差动保护灵敏系数的校验
纵差动保护的灵敏系数可按下式校验:
I k . min .r
K sen
I k . min .r I set
——各种运行方式下变压器区内端部故障时, 流经差动继电器的最小差动电流;
动电流
I1'
I
' 2
;Wb——平衡绕组;
W2——二次绕组。
在正常运行和外部故障时,只要满足
Wd
( I1'
I
' 2
)
Wb I1'
0

即 Wb / Wd n则中间变流器内总磁通等于零,在二次线圈上就没有
感应电势,从而没有电流流入继电器。
2 减小因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流
(1) 应尽可能使用型号、性能完全相同的D级电流互感器,使得 两侧电流互感器的磁化曲线相同,以减小不平衡电流。
5 减小不平衡电流的主要措施
1 计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿
n (1 nTA1nT )

nTA2 由式(6-3)知,由计算变比与实际变比不一致产生
的不平衡电流为nI1' 。可以用nI1' 将这个不平衡电流补偿掉。此时引入差动
继电器的电流为:
Ir
I1'
I
' 2
nI1'
TS——中间变流器;Wd——主绕组,接入差
Iunb.max UIk.max
U ——变压器分接头改变引起的相对误差,
考虑到电压可以正负两个方向调整,一般 可取调整范围的一半。
3 电流互感器传变误差产生的不平衡电流
L1 ——励磁回路等效电感;
ZL ——二次负载的等效阻抗;
I1 ——励磁电流,也就是电流互感器
的传变误差;
Z1
——包括了电流互感器的漏抗和二次负载阻抗,一般电阻分量占 优,在定性分析时可以当作纯电阻处理。
6.2 变压器纵差动保护
6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理和接线方式
I1 I2
——分别为变压器高压侧和低压侧 的一次电流,参考方向为母线指向
变压器
Ir
I1
I
2
——为相应的电流互感器二次电流
Ir
——差动继电器中的电流
流入差动继电器的差动电流为:
Ir
I1
I
2
纵差动保护的动作判据为:
Ir Iset
其中
通常根据电流互感器的10%误差曲线来选择电流互感器的型号:
测得区外故障最大短路电流 Ik.max
在10%误差曲线中找出相应的二 次负载电阻的数值
电流互感器最大误差为10%
二次电流误差一定小于10%实际负载小于此数值 选择容量更大的电流互感器实际负载大于此数值
I1.max 0.1Kk.max
Iunb Kst I1
Iunb.max 0.1Kst Ik.max
引入非周期分量系数
I:unb.max 0.1Knp Kst Ik.max
只是稳态不平衡电流,在变压器外部故障时,一
I1.max 次电流中除稳态分量外还有非周期分量等暂态分
0.1K k . max
量。导致不平衡电流的瞬时值较稳态量大,非周 期分量系数 Knp就是考虑这个因素而引入的。
二、采用速饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流, 采用加强型速饱和变流器的差动保护(BCH2型)时, 取值为1.
BACK
变压器某侧电流互感器二次回路断线时,另一侧电 流互感器的二次电流全部流入差动继电器,要引起 保护的误动。有的差动保护采用断线识别的辅助措 施,在互感器二次回路断线时将差动保护闭锁。若 没有断线识别的措施,则差动保护的动作电流必须 大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流,即
3 减小电流互感器的暂态不平衡电流
措施:在差动回路中接入具有速饱和特性的中间变流器。速
饱和中间变流器采用很容易饱和的铁芯,当差动电流中含有
较大的非周期分量并完全偏离时间轴一侧时,铁芯迅速饱和,
一个周波内的变化量
很小' ,非周期分量不易传变到变
流器的二次侧。当差动电流中流过周期分量时,变化量为很
大的 ,很容易传变到二次侧。
Ir
I1
I
2
Iset 为纵差动保护的动作电流
Ir
I1
I
2
设变压器高、低压侧的变比为 nT U1 / U2 ,则上式可进
一步表示为:
Ir
I2 nTA2
I1 nTA1
nT I1 I2 nTA2
(1
nTA1nT nTA2
) I1 nTA1

nTA2 nTA1
nT
(该式为变压器纵差动保护中 电流互感器变比选择的依据)
Krel ——可靠系数,取1.3 Iunb.max ——外部短路故障时的最大不平衡电流。包括
电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最 大不平衡电流和互感器传变误差引起的最大不 平衡电流。根据式(6-12)、(6-13)、(620),得
Iunb.max (fza U 0.1Knp Kst )Ik.max
ksen ——灵敏系数,一般不应低于2;
当按前述整定原则整定的动作电流不能满足灵敏度要 求时,需要采用具有制动特性的差动继电器。
6.2.4 具有制动特性的差动继电器
1 差动继电器的制动特性
具有制动特性的差动继电器——在差动继电器中引入一个能够反应变压 器穿越电流大小的制动电流,继电器的动作电流不再是按躲过最大不平 衡电流整定,而是根据制动电流自动调整。
I
' 2
I
' 3
三相变压器各侧电流互感器的接线方式 和变比的选择:d侧互感器用Y接线方式; 两个Y侧互感器则采用d接线方式。
设变压器的1—3侧和2—3侧的变比为 nT13 和 nT 23 ,考虑到正常运
行和区外故障时变压器各侧电流,
nT13I1 nT 23I2 I3 0
电流互感器变比的选择应该满足:
Ir
nT I1 I2 nTA2
或正常运行及
外部故障时,令 Ir
I2 nTA2
I1 nTA1
nT I1 nTA2
I1 nTA1
0
则,正常运行或外部故障时,差动继电器中电流 为不平衡电流,理想情况下为0
实际电力系统都是三相变压器,并且通常采用Y,d11接线方 式,如下图所示。这样的接线方式造成了变压器高、低压侧 电流的不对应,以A相为例,正常运行时:
电流互感器铁芯磁滞回线
由于线圈电压u与铁芯磁通 之间关系为
u W d
dt
(W是线圈匝
数,定性分析时可假设W=1),故磁化曲线的斜率(严格讲是各点切线
的斜率)就是励磁回路的电感
L 铁芯未饱和时—— 1很大且接近常数
励磁电流很小
铁芯饱和后—— L大1 为减小
励磁电流很大
I 如图(b)所示,由于非周期分量引起 1偏离时间轴的f za Nhomakorabea1
nTA1nT nTA2
根据式(6-3)可得:
Iunb
nT I1 I2 nTA2
fza I1 nTA1
(6-11)
穿越电流——如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二
次侧,并忽略 大小相等,即
fza不为零I 的 影I2响,n则T I区1 ,外但故方障向时相变反压,器Ⅰ两为侧区电外流
故障时变压器的穿越电流。
(2) 减小电流互感器的二次负载并使各侧二次负载相同,能够 减小铁芯的饱和程度,相应地减小了不平衡电流。
减小二次负载的方法,除了减小二次电缆的电阻外,可以增
大电流互感器的变比 nTA 。二次阻抗 Z2 折算到一次侧的等
效阻抗为
Z2
/
n2 TA
。若采用二次侧额定电流为1安的电流互感
器,等效阻抗只有额定电流为5安时的1/25.
一侧,磁通也偏离磁化曲线并按照曲线3’的局部磁滞回
L 环变化。非周期分量的存在将会显著地减小 。 1
励磁电流很大
剩磁——电流互感器一次侧电流消失后,励磁电流也相 应地变为零。由于磁滞回线的“磁滞”现象,铁芯中长 期存在残留磁通,称为剩磁。
10%误差曲线——电流互感器误差达到10%时 一次电流与二次负载之间的关系曲线。
6.2.3 纵差动保护整定计算原则
1 纵差动保护动作电流的整定原则
原则一 躲过外部故障时的最大不平衡电流 原则二 躲过变压器最大励磁涌流 原则三 躲过电流互感器二次回路断线不平衡电流
按这三个 原则计算 纵差动保 护的动作 电流,并 选取最大 者。
整定式为:
Iset K I rel unb.max
纵差动保护的暂态不平衡电流 (a)外部短路电流(b)纵差动保护不平衡电流
结论:暂态不平衡电流含有很大的非周期分量,其特征完 全偏于时间轴一侧。
4 变压器励磁电流产生的不平衡电流
将变压器参数折算到二次侧后,单
相变压器等效电路如左图所示。显
然,励磁回路相当于变压器内部故
障的故障支路。励磁电流全部流入
差动继电器中,形成不平衡电流,
nTA3 nT13
nTA1
3
nTA3 nT 23
nTA2
3
6.6.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法
1 计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流
变压器两侧的电流互感器都是根据产品目录选取的标准变比,其规
格种类是有限的。变压器的变比也是有标准的,三者的关系很难完
全满足式(6-4),令变比差系数为:

Iunb I
正常运行和外部故障时:变压器不会 饱和,励磁电流一般不会超过额定电 流的2%~5%,对纵差动保护的影响常 常略去不计;
变压器空载投入或外部故障切除电压 恢复时:变压器电压从零或很小的数 值突然上升到运行电压。在这个电压 上升的暂态过程中,变压器可能会严 重饱和,产生很大的暂态励磁电流。 这个暂态励磁电流称为励磁涌流。
路没有电流,两侧电流互感器的变比应满足:
3I1 I2 nTA1 nTA2
I2 / I1 nT
3I1 nTA1
nT I1 nTA2
nTA2 nT
nTA1
3
电力系统中常常采用三绕组变压器。左图 所示的是Y,d11接线方式三绕组变压器 纵差动保护单相示意图,接入纵差动继电 器的差流为:
Ir
I1'
电流互感器的暂态误差——非周期分量的存在大大增加了电 流互感器的饱和程度,由此产生的误差称为电流互感器的暂 态误差。差动保护是瞬时动作的,必须考虑非周期分量引起 的暂态不平衡电流。
下图为变压器外部故障时的暂态电流和纵差动保护暂态不平衡电流的 录波图
故障初始:电流互感器不饱和, 不平衡电流不大; 几个周波后:电流互感器开始饱 和,不平衡电流逐渐达到最大值; 随着一次电流非周期分量的衰减: 不平衡电流又逐渐下降并趋于稳 态不平衡电流。
BACK
整定式为: Iset Krel K In
Krel ——可靠系数,取1.3~1.5;
In ——变压器的额定电流;
K ——励磁涌流的最大倍数,取4~8;
其它减少励磁涌流影响的措施:
一、通过鉴别励磁涌流和故障电流,在励磁涌流时将差 动保护闭锁,这时在整定值中不必考虑励磁涌流的影响, 即取值为0;
Y侧——采用Y,d11接线方式, 将两相电流差接入差动继电器内。
I A.r
(IY' A
IY' B )
I
' dA
I B.r
(IY' B
IY' C )
I
' dB
IC.r
(IY' C
IY' A )
I
' dC
由于Y侧采用了两相电流差,该侧流入差动继电器的电流
增加了 3 倍。为了保证正常运行及外部故障情况下差动回
电流互感器的二次电流为: I1' I1 I1
励磁电流为:
I1
Z1
jL1
Z1
I1
1
j L1 1 I1
Z1
1
I2
j L1(TA2)
I1 1
Z1(TA2)
区外故障时变压器两侧的一次电流为 I2 I1 (折算到变压
器二次侧),故由电流互感器传变误差引起的不平衡电流为:
Iunb
I1'
I
' 2
I2 I1
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