5、3 变压器的差动保护1

• 电力变压器在运行时，由于联接组别和变 比不同，各侧电流大小及相位也不同。需 通过数学方法对TA联接和变比进行补偿。 消除电流大小和相位差异。 • 变压器各侧电流互感器采用星形接线，二 次电流直接接入本装置。电流互感器各侧 的极性都以母线侧为极性端。变压器各侧 TA 二次电流相位由软件调整，装置采用 Y->∆ 变换调整差流平衡。
QF1
TA1
KD
K1
Iop
TA2
QF2
变压器励磁电流形成的不平衡电流
励磁涌流具有如下特点：
(1)其值在初始很大，可达额定电流的5一10倍。 (2)含有大量非周期分量和高次谐波分量，且随时间衰减。 在起始瞬间，励磁涌流衰减的速度很快，对于一般的中小型 变压器，经0.5～1秒后，其值不超过额定电流的0.25～0.5倍 ，大型变压器励磁涌流的衰减速度较慢，衰减到上述值要2～ 3s，即变压器的容量越大，衰减越慢，完全衰减需要十几秒 时间 （3）其波形有间断角，
1 多发生的不正确动作类型
统计表明，经常发生的差动保 统计表明， 护不正确动作的类型有： 护不正确动作的类型有：正常运行 系统无故障及无冲击）的误动， 时（系统无故障及无冲击）的误动， 区外故障时误动、 区外故障时误动、系统短路故障被 切除时误动。 切除时误动。
2 不正确动作原因分析 （1）变压器正常运行时差动保护误动
（2）区外故障切除时的误动 区外故障被切除时， 区外故障被切除时，流过变压器的电流突然减小 到额定负荷电流之下。在此暂态过程中， 到额定负荷电流之下。在此暂态过程中，由于电流中 自由分量的存在，使两侧差动TA TA二次电流之间的相位 自由分量的存在，使两侧差动TA二次电流之间的相位 短时（40~60ms）发生了变化，在差动元件中产生差流。 短时（40~60ms）发生了变化，在差动元件中产生差流。 两侧差动TA的暂态特性相差越大，差流值越大， TA的暂态特性相差越大 两侧差动TA的暂态特性相差越大，差流值越大，持续 的时间就越长。又由于流过变压器的电流较小， 的时间就越长。又由于流过变压器的电流较小，差动 元件的制动电流较小； 元件的制动电流较小；当差动元件拐点电流整定得过 大时，差动元件处于无制动状态。此时， 大时，差动元件处于无制动状态。此时，若初始动作 电流定值偏小，保护容易误动。 电流定值偏小，保护容易误动。
（三）电流互感器的实际变比与计算变比不 等引起的不平衡电流及减小影响的措施
I2Y I2△ 利用差动继电器中平衡线圈消除不平衡 电流影响原理图
(四）两侧互感器型号不同产生的不平衡电流及采取 的措施
此不平衡电流是由两侧互感器的相对误差引起的，型号相同的相对误 差较小，型号不同则相 对误差就会较大。 此不平衡电流应在保护的整定计算中予以考虑，既适当增加保护的动 作电流。计算时引入同型系数Kss .若同型Kss取0。5，若不同型Kss取1。
Id
Isd
比率制动曲线
Iq
不平衡电流曲线
Ig
Iz
Байду номын сангаас
比率制动特性曲线
差动保护的主要功能及技术要求： (1)采用比率制动的原理,能可靠防止区外故障时保 护装置误动。新型变压器保护差动保护的动作特性， 是把传统的比率制动特性抬高，称高值比率特性，用 特性躲过区外故障电流互感器的饱和的影响；新增加 了灵敏变斜率比率制动曲线, 为防止该特性在区外故 障时TA的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差 动保护误动作，装置采用各相差电流的综合谐波作为 TA饱和闭锁动作的判据，灵敏的抗电流互感器饱和 的变斜率比率制动曲线可以保证区外严重故障不误动， 区内轻微故障可靠动作。
• 差动保护与瓦斯保护的区别 • 当发生变压器内部故障时，根据保护的特点，差动保护比瓦斯保护动 作速度要快。但是，当变压器发生匝间短路时，由于短路的匝数不同， 电流变化不一定很大，又因为变压器的流进、流出电流的方向不会改 变，因此，差动保护很可能不会动作。而匝间短路故障如不及时解决、 处理，将导致更大的故障，造成更大的损失。所以，这时依靠瓦斯保 护动作将变压器从电网中断开。所以，差动保护和瓦斯保护不能互相 替代。 • 变压器过激磁对差动保护的影响 • 当系统电压过高，将引起变压器过激磁，当变压器过激磁时，变压器 铁芯将饱和，铁芯饱和后，变压器的传变特性会变坏，造成变压器输 入输出电流不成比列，从而导致差动保护误动。因此当这种现象出现 时应将差动保护闭锁。根据分析，过激磁时，电流中的5次谐波分量 较大，用5次谐波分量将差动保护闭锁，防止保护误动。
分析及统计表明，正常运行时差动保护误动的主要原因有： 分析及统计表明，正常运行时差动保护误动的主要原因有： 由于TA二次回路中接线端子螺丝松动， TA二次回路中接线端子螺丝松动 （A）由于TA二次回路中接线端子螺丝松动，而使回路连线接触不 良或短时开路； 良或短时开路； TA二次回路中一相接触不良 二次回路中一相接触不良， （B）TA二次回路中一相接触不良，在接触不良点产生电弧进而造 成单相接地或两相之间短路（ TA二次回路短路 二次回路短路）； 成单相接地或两相之间短路（指TA二次回路短路）； TA二次电缆芯线 相线）外层绝缘破坏或损伤， 二次电缆芯线（ （C）TA二次电缆芯线（相线）外层绝缘破坏或损伤，在运行中由 于振动等原因造成接地短路； 于振动等原因造成接地短路； 差动TA二次回路多点接地，其中一个接地点在保护装置盘上， TA二次回路多点接地 （D）差动TA二次回路多点接地，其中一个接地点在保护装置盘上， 其他接地点在变电站端子箱内，两个接地点之间的地电位相差太大， 其他接地点在变电站端子箱内，两个接地点之间的地电位相差太大， 或由于试验等原因，在差动元件中产生差流使其误动。 或由于试验等原因，在差动元件中产生差流使其误动。在雷雨天易 发生。 发生。
（二）变压器两侧接线组别不同引起的不平 衡电流及消除措施
电力系统中常用的Y，dll接线的变压器，由于三角形侧的线电流比 星形侧的同一相线电流相位超前300，因此如果两侧电流互感器都按通 常接线方式接成星形，则即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值 相等，在差动保护回路中也会出现不平衡电流 为了消除此不平衡电流，可采用相位补偿法。即将变压器星形侧的 电流互感器的二次侧接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器 二次侧接成星形，从而将电流互感器二次测的电流相位校正过来。
（五）变压器调压分接头改变产生的不平衡电流及解决的方法
带负荷调压的变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就 改变了变压器的变比．原已调整平衡的差动保护；又会出现新的不平衡电流 。 此不平衡电流采用提高动作电流来解决。
运行实践及统计表明，在变压器纵差保护不正确动作的类型中， 运行实践及统计表明，在变压器纵差保护不正确动作的类型中， 因整定值不妥及TA二次回路不良所占的比率很大。因此， TA二次回路不良所占的比率很大 因整定值不妥及TA二次回路不良所占的比率很大。因此，为提高保 护的可靠性，除了必须保证保护装置高质量之外， 护的可靠性，除了必须保证保护装置高质量之外，还必须对其各元 件整定值进行合理的整定及确保其二次回路的正确性、良好性。 件整定值进行合理的整定及确保其二次回路的正确性、良好性。
变压器差动保护的特点
两侧电流互感器TAI和TA2之间的区域为差动保护的保护范 围，保护动作于断开两侧断路器QFI、QF2。
QF1
TA1
KD
K1
TA2
QF2
所谓比率制动原理，即是根据发电机正常运行时的不平衡电流曲线，作出一条 躲过不平衡电流的动作边界曲线，这条曲线叫做比率制动曲线，在短路电流小 于起始制动电流时，保护装置处于无制动状态，其动作电流很小（小于额定电 流），保护具有较高的灵敏度。当外部短路电流增大时，保护的动作电流又自 动提高，使其可靠不动作。
减小励磁涌流影响的措施 在变压器差动保护中，如不采取有效措施消除励 磁涌流的影响，必将导致保护的误动，根据励磁涌 流的特点，可采取下列措施。 （1）利用延时动作或提高保护动作值来躲过励磁涌 流，但前者失去速动的优点，后者降低了保护动作 的灵敏度。 （2）利用励磁涌流中的非周期分量，采用具有速饱 和变流器的差动继电器构成差动保护。 （3）利用励磁涌流中波形间断的特点，采用能有鉴 别间断角的差动继电器构成差动保护。 （4）采用二次谐波制动的差动继电器。
t 1
t1
t 0
t0
图A所示是区内故障，高值比率差动动作，可发跳闸令。 图B所示是区内严重故障，差动速断动作，可发跳闸令。
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(2)具有电流互感器(TA)断线判别功能，并能闭锁差动或报警，当 电流大于额定电流时应自动解除闭锁并可动作出口跳闸，同时发出 断线信号。虽然，差动保护具有上述功能，但是，从安全考虑，当 差动保护发生TA断线时，应允许差动保护动作跳闸，而不应闭锁保 护，因为即使继续运行，处理也不安全。 (3)为防止由于故障电流过大时，电流互感器饱和导致差动保护拒 动，在差动保护中装设有差动电流速断保护，能够有效保证在区内 发生各种短路故障时，保护装置可靠动作。 (4)由于各侧电流互感器的变比和接线方式可能不同，有平衡差 动保护各侧电流幅值和电流相位角的功能. (5)对于变压器的差动保护有涌流闭锁功能. 2．差动保护中的差动速断的作用 当变压器内部故障电流过大时，变压器差动保护用的电流互感器 将要饱和，电流互感器饱和时将产生各种高次谐波，其中包含二次 谐波分量。而变压器差动保护的涌流闭锁功能，目前大部分采用二 次谐波闭锁，当电流互感器饱和时，电流中的二次谐波分量将会使 差动保护闭锁，不能动作出口。这时，只能靠差动速断保护动作出 口，因为涌流闭锁不闭锁速断。因此，变压器差动保护中要设置速 断保护。 根据差动速断保护的特点，要求差动速断保护满足以下两点要求： （1）动作电流应能躲过最大励磁涌流电流。 （2）区内发生最大短路电流故障时，应有足够的灵敏度（一般这 种故障都是发生在高压套管引线上）。
变压器差动保护其差动回路中的不平衡电流大，必须采取措施躲开不 平衡电流或设法减小不平衡电流的影响。