故障分量的比率差动对匝间短路和高阻接地故障的检测的研究
无刷直流电机匝间短路故障定位及定量评估方法研究
WANGJ丄ang, WANG Hui, WANG Xiaoxian, LU Slang
(College of Electrical Engineering and Automation, Anhui University, Hefei, Anhui 230601 , China.)
关键词：电机学；无刷直流电机；匝间短路；故障定位和定量评估；迁移学习；特征拟合
中图分类号:TM351 ； TM307 J
文献标识码:A
doi ： 10.7535/hbkd.2021 yx03()()6
Localization and evaluation method of interturn short circuit
本文提出的方法包含2个主要步骤：1)采用基于迁移学习的CNN模型对电机故障相进行定位，2)采用 多维特征拟合模型对电机故障程度进行定量评估.
1.1故障定位分析 将采集的无刷直流电机的三相电流信号转换为RGB图片，再采用基于迁移学习的GoogLeNet网络对
不同故障图片分类实现电机定子绕组故障相的定位.
别[0].电机的故障相分为A,B,C 3类，加上电机健康状态1类，因此本文将无刷直流电机电流转换成的4
类图片再采用迁移学习的方法在预训练的 GoogLeNet模型上进行训练.在对新图像分类时，由于网络最后
一个可学习层和最终分类层包含对输入图像分类的图像特征，因此需要将这2个层替换为适合新数据集的
新层.最后，在保证分类精度的情况下，不断尝试将较浅网络层的学习率设置为零来 “冻结”这些层的权重。
度往后容易消失等.GoogLeNet巧妙地在不同深度处增加了 2个loss来避免梯度回传消失的现象.在网
变压器 故障分量比率制动式差动保护
变压器故障分量比率制动式差动保护
变压器故障分量比率制动式差动保护是电力系统中常用的保护手段之一。
本文将针对该保护手段的原理、应用及维护进行详细介绍。
一、原理
变压器故障分量比率制动式差动保护的原理是根据差动电流反映出变压器绕组短路故障的情况。
如果两端绕组的电流相差较大，则判断为故障发生。
该保护的启动条件主要是满足两端绕组电流的不平衡性，即有一定的差动电流，从而实现对变压器的保护。
二、应用
变压器故障分量比率制动式差动保护主要适用于高压变压器和大型变电站中。
其主要优势是灵敏度高、可靠性好、操作简单等特点，使得它成为了电力系统中不可缺少的保护手段。
在实际应用中，该保护还有以下优势：
1、提高系统的可靠性和稳定性；
2、减少电压的不稳定性和电压剧烈跳动；
3、缩短了故障处理时间，降低了故障对电网的影响。
三、维护
变压器故障分量比率制动式差动保护在安装和使用过程中需要进
行一定的维护。
以下是保护维护的几点注意事项：
1、定期对保护器、终端设备和整个保护系统进行检查和维护；
2、必要时更换故障分量比率电流互感器、CT等零部件；
3、要确保差动电流的准确测量，保护器的精度要达到要求；
4、变压器故障分量比率制动式差动保护与其他保护和自动装置间
的配合一定要协调。
总之，变压器故障分量比率制动式差动保护是电力系统中不可缺
少的一种保护手段。
在实际应用中，需要注意差动电流的准确测量和
保护器的精度，确保保护系统正常运行，提高系统的可靠性和稳定性。
变压器保护设计中的几个问题解决方法探讨
S C{ NC E & 丁 CH闪 仁 巨 巨 0 OOY { O尺 NF MA TIO闪
变压器保护设计中的几个 问题解决方法探讨
薛杨杨
(江苏省连云港市灌南县供电公司
江苏连云港
222500 )
摘 要: 介绍了大型高压、超高压变压器保护设计中的若干技术问题， 对大型高压、超高压变压器保护设计中一些技术问题的解决 方法给出了较详细的说明和探讨。 关键词: 励磁涌流 故障分量 断线或短路 过激磁 中图分类号: T M I 文献标识码 : A 文章编号: 1627一 3791(2007)12(b 卜0043一 02 接线侧零序电流的影响， 这将使该侧变压器的 变压器差动保护中一个很重要的技术问 接地故障灵敏度受到了一定的影响; 另外， 更重要的一点是使得该侧不同相电流之间互 题就是防止变压器励磁涌流引起差动保护的 从而破坏了它本身的原始特征 ， 因 误动。同时， 当在保护区内发生各种故障时 相有影响， 对保留变压器励磁涌流的原始特征不利， 能够迅速动作切除故障， 以保证变压器可靠、 此， 安全运行。提高励磁涌流识别的一个很重要 可能会产生对称性涌流使得对励磁涌流的识 别不 利 。 的环节就是对输人保护中电流量匹配方法的 方式二， 同样针对图 1 ， 采用零序电流 处理。在电力变压器中有电流流过时 ， 通过 补偿方式匹配变压器 Y O 接线侧的电流， 各 变压器各侧 T A 的二次电流不会正好完全平 侧编程矩阵方程按照式(2 ) 和式( 1 确定为: ) 衡。因此， 变压器差动保护系统设计时必须 考虑这些因素， 只有使得经过各侧的电流合理 匹配， 才能进行比较。 一般情况下 ，微机型变压器差动保护 装置可以采用数学表达式来模拟变压器各 侧电流的匹配情况。其通常的编程系数矩 阵数学表达式为 :
220kV变电站电网继电保护常见的问题及对策
220kV变电站电网继电保护常见的问题及对策摘要：220kV及以上电压等级成为我国电网的骨干网架，变电站继电保护作为电网的“安全卫士”，承担着保护电网安全、及时切除故障、降低停电损失的任务。
文章结合220kV变电站继电保护的特点，以母线保护、变压器保护、线路保护为代表，就互感器饱和、电容电流、过渡电阻、谐波问题等220kV变电站继电保护常见问题进行了探讨，以供同仁参考。
关键词：220KV变电站；继电保护；常见故障；预防措施0前言220kv变电站是电网系统的主体部分，实现高效率的供配电。
全面分析220kv变电站变压器的运行状态，合理规划继电保护措施，通过继电保护的途径，完善变压器的基础运行。
继电保护是220kv变电站变压器运行的核心，发挥重要的作用。
因此，本文主要以220kv变电站为研究对象，分析变压器运行及继电保护常见问题及处理措施。
1、220kV变电站继电保护继电保护在220kV变电站故障处理方面，存有明显的灵活性，能够准确检测变电站内是否出现运行故障，一旦检测到故障信息，继电保护装置会主动进行维护。
近几年，随着220kV变电站的发展，继电保护水平也得到相应的提升，提高了故障处理的能力。
220kV变电站继电保护的故障处理，在一定程度上优化变电站的运行环境，继电保护能够根据220kV变电站的需求，提供准确的保护策略，不仅能及时发现220kV变电站中潜在的故障，还可以起到预防、控制的作用，成为220kV变电站运行中不可缺少的部分，解决运行故障的处理问题。
变电站包括：主控室、土建、一次设备、二次设备、电源系统、通信系统、环境系统等。
对变电站继电保护来说，由于变压器和母线是变电站最重要的设备，变压器实现电能降压，母线实现电能分配，线路实现电能的输送，所以，母线保护、变压器保护、线路保护是220kV变电站最重要的三类继电保护，熟悉继电保护原理，并能对继电保护常见问题进行处理，是变电站继电保护人员必备的专业素质。
比率差动的原理
比率差动的原理朋友，今天咱们来唠唠比率差动这个超有趣的东西哦。
你可以把比率差动想象成一个超级聪明的小卫士，专门守护着电力系统这个大城堡呢。
在电力系统里啊，有各种各样的设备，就像城堡里有不同的房间和宝藏一样。
比率差动呢，主要是为了检测电路中的故障，特别是变压器的故障哦。
咱先来说说变压器吧。
变压器就像是一个神奇的魔法盒，它能把电压变高或者变低，让电能按照我们想要的方式在不同的地方传输。
可是呢，这个魔法盒有时候也会生病。
比如说内部可能会发生短路啦，或者其他一些不正常的情况。
这时候比率差动就闪亮登场啦。
比率差动是怎么知道变压器出问题了呢？它呀，有自己独特的办法。
它会比较流入变压器和流出变压器的电流。
正常情况下呢，流入和流出的电流应该是差不多的。
就像你从一个口袋拿了多少糖果放进另一个口袋，基本上数量不会差太多，除非有小偷偷走了一些或者有什么意外情况。
如果变压器内部发生了故障，比如说有绕组短路了。
这就好比在那个魔法盒里，有一条原本顺畅的电流小路突然被堵住了，然后电流就会乱走。
这时候流入和流出变压器的电流就会出现明显的差异。
比率差动就像一个超级敏感的小侦探，它能察觉到这个差异。
但是呢，这里面还有个小讲究哦。
因为在实际的电力系统中，电流有时候会因为一些正常的原因有一点点波动，就像我们走路有时候也会不小心歪一下脚，但不是摔倒了那种大问题。
比率差动可不能一看到一点点电流的不同就大喊大叫说有故障了呀。
所以呢，它就有了比率这个概念。
这个比率就像是一个判断的小标准。
它会根据流入和流出电流的差值以及它们本身的大小，按照一定的比例关系来判断到底是不是真的发生了故障。
比如说，如果电流差值在一个比较小的范围内，而且这个差值相对于电流本身来说也不是很大，比率差动就会觉得这可能只是正常的波动，不会轻易报警。
但是如果这个差值超过了按照比率算出来的范围，那它就会果断地发出信号，告诉大家：“变压器可能有毛病啦，大家快来看看呀！”你看，比率差动是不是很聪明又很贴心呢？它就像一个既细心又有分寸的小助手，在电力系统里默默地守护着一切。
输电线路故障检测技术研究
输电线路故障检测技术研究电力系统是现代社会的重要基础设施，其安全可靠的运行对于保障各行各业正常运转至关重要。
但是，在电力传输过程中由于各种因素的影响，可能会出现各种故障，包括短路、接地故障等。
若这些故障不能及时检测并得以修复，将会对整个系统造成极大影响，甚至引发次生灾害。
因此，研究输电线路故障检测技术迫在眉睫。
一、目前的输电线路故障检测技术目前，常见的输电线路故障检测技术主要有电流比率法、短路阻抗法、基波阻抗法、电磁波法等。
1.电流比率法由于电流的突变与短路故障、接地故障直接相关，因此将输电线路上的电流量测出进行比较是目前应用最广泛的一种方法。
该技术最大的优点是简单易行，但由于存在副作用、误差等因素，其故障检测精度还有较大的提升空间。
2.短路阻抗法使用短路阻抗法可以在短路故障发生时快速地定位问题所在。
该方法的原理是在短路故障发生时测量短路处的电压、电流值，即可计算出线路上的短路阻抗。
然而，这种方法只适用于短路故障，无法应用于其他类型的故障检测。
3.基波阻抗法基波阻抗法是利用线路的基波电压、电流信息对线路进行故障检测。
该方法的优点是可信度高、精度较高，但其缺点是需要大量的计算，且对数据质量要求较高。
4.电磁波法电磁波法主要应用于高压输电线路的故障检测。
通过分析传输线上电磁波的传播特征来快速定位故障。
其优点是快速精准，但其昂贵的设备、对系统操作员的要求较高限制了其在实际应用中的广泛推广。
二、故障检测技术的研究方向要提高输电线路故障检测技术的精度和可靠性，需要在以下几个方面加大研究力度。
1.算法精度与效率的提升目前许多检测故障的算法精度较低，且在实际应用中计算效率较低。
因此，要提高算法的精度及效率，需要针对具体情况制定适宜的算法，并尝试结合人工智能等技术进行优化。
2.数据质量的优化与提高各种检测方法均依赖于所获得的数据，并受到数据质量的影响。
因此，优化数据质量成了提升检测效果的关键。
随着测量技术和数据采集方式的不断进步，未来的输电线路故障检测技术将得以更好地利用数据。
基于负载特性曲线偏移实现转子匝间短路故障诊断的方法
example, the test results show that the calculation result of the excitation current is basically
(1)
式中, ε 是把计算误差及测量误差考虑在内的偏
差相对值。
其空载特性的情况。 此外, 发电机的磨损、 老化也会
上述判据确定了转子绕组匝间短路故障的诊断标
引起特性曲线发生变化, 实际特性曲线并不能和设计
准, 但未对故障的严重程度进行判断。 为了进一步分
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和电工专业指导性技术文件( DZ28-63) 中推荐使用的
析, 得出转子绕组匝间短路故障严重程度诊断指标。
励磁电流的计算。 文献[14] 提出用 Excel 软件将特性
短路的判据, 在计算求得发电机励磁电流 I f 后, 将其
性曲线人工绘图时的随意性。 文献[15 ] 对空载特性
发生匝间短路故障的判据, 表达式如下:
曲线编制成计算机程序进行励磁电流计算, 消除了特
与励磁电流测量值 I′f 进行比较, 得到发电机转子绕组
I′f - I f
≥ε
If
曲线进行了分段拟合, 并通过用饱和系数修正不饱和
电抗来计算励磁电流。 上述方法考虑了空载、 短路特
性曲线绘制可能存在的误差, 但未考虑到磁路饱和与
磁场畸变共同作用下发电机负载饱和特性将显著偏离
Key words: rotor inter-turn short circuit; excitation current amplification method; no-load
变压器比率差动保护原理及校验方法分析
变压器比率差动保护原理及校验方法分析
发布时间：2021-09-06T09:40:53.423Z 来源：《科学与技术》2021年第4月第11期作者：张柏文[导读] 电力系统的发展突飞猛进，大型发电机变压器投入运行，
张柏文
国网山西省电力公司检修分公司，山西太原 030032
摘?要：电力系统的发展突飞猛进，大型发电机变压器投入运行，发变组差动保护在发变组保护中的地位越来越重要，运行中的发电机变压器发生故障，做为主保护的发变组比率差动保护应在第一时间动作，将故障的发电机或者变压器从系统中切除，保证电力系统的稳定运行。
近年在电网系统中，国电南自，国电南瑞，许继发变组保护在现场中得到了大量的应用，不同的厂家，针对保护的原理会有所不同，算法也各不相同，这对继电保护人员在保护校验中提出了更高的要求，本文针对变压器比率差动保护，以主变比率差动保护校验方法为例，研究国电南自，国电南瑞，许继主变比率差动保护的不同，校验方法的不同。
关键词：国电南自；国电南瑞；许继；变压器比率差动保护；检验
1?保护配置
某发电厂300MW机组，采用发电机-变压器-线路组形式接入220KV地区电网，主变采用Y/Δ-11点钟接线，主变比率差动保护TA取自发电机机端侧TA变比15000/5，高厂变高压侧TA变比1500/5，主变高压侧TA变比1200/5，变压器各侧电流互感器二次接线均采用星型接线，二次电流直接接入装置，变压器各侧TA二次电流相位由软件自调整，装置采用Y/Δ变化调整差流平衡。
比率差动保护原理
比率差动保护原理比率差动保护是电力系统中常用的一种保护方式，它主要用于保护变压器和输电线路。
比率差动保护原理基于比较电流变压器的一次和二次电流之间的比率，以检测电流在变压器或输电线路中的不平衡情况，从而实现对系统的保护。
本文将介绍比率差动保护的原理及其应用。
比率差动保护的原理是基于基尔霍夫电流定律和变压器的工作原理。
在正常情况下，变压器的一次和二次电流是按照变比关系进行传递的，即二次电流等于一次电流乘以变压器的变比。
当变压器或输电线路发生故障时，导致一次和二次电流不平衡，这时比率差动保护就会起到作用。
比率差动保护装置会对一次和二次电流进行比较，如果检测到不平衡，则会输出保护动作信号，从而切断故障部分，保护系统的安全稳定运行。
比率差动保护通常由比率差动继电器、电流互感器、控制装置等组成。
比率差动继电器是比率差动保护的核心部件，它通过比较一次和二次电流的差值，来判断系统是否存在故障。
电流互感器则用于将一次和二次电流进行采集，并送至比率差动继电器进行比较。
控制装置则负责接收比率差动继电器的输出信号，并对系统进行保护动作。
比率差动保护在电力系统中具有重要的应用价值。
首先，它能够对变压器和输电线路进行全面的保护，及时发现故障并切断故障部分，保护系统的安全稳定运行。
其次，比率差动保护具有高灵敏度和快速动作的特点，可以有效地减小故障对系统的影响，提高系统的可靠性。
再次，比率差动保护还能够实现远程通信和自动化控制，提高电力系统的运行效率和管理水平。
总的来说，比率差动保护原理简单、可靠，具有广泛的应用前景。
随着电力系统的不断发展，比率差动保护将会在电力系统中发挥越来越重要的作用，为电力系统的安全稳定运行提供有力保障。
各种差动保护比较..
采样值差动于常规相量差动的比较与常规相量差动相比较，采样值差动的一个突出特点是它不是计算某一数据窗的差流值，而是通过多点重复判别来判定动作与否。
利用这个特点，通过合理选择重复判别次数R，S，可有效抑制区外故障时TA暂态响应不一致对差动保护的影响。
利用采样值差动能有效区分区内区外故障，同时也能有效鉴别励磁涌流，比传统相量差动更能保证故障快速动作具体分析见《采样值差动及其应用》胡玉峰、陈树德、尹相根，电力系统自动化，2000，24，No10，第42页。
基于故障分量的菜采样值差动保护与常规相量差动和采样值差动的比较常规的相量电流差动保护还是采样值电流差动保护，都无法解决差动保护在内部高阻接地故障时的敏度和负荷电流对差动保护的影响等问题．而基于故障分量的保护存原理上与正常运行时的负荷几关，与接地故障时的过渡电阻大小无直接关系，具有相当优越性故障分量的差动保护与常规相量差动保护相比，其突出特点是可大幅度提高保护灵敏度，并可较好地解决高阻接地或轻微短路且有负荷电流流出时差动保护所存在的缺陷，采样值电流差动保护可以提高电流差动保护的动作速度，但是并没有改善保护的灵敏度故障分量差动保护动作特性详见||王维倚(Wang Weijian)．电气主设备继电保护原理与应用(The Theory and Application of Electric Main Equipments Protection)．北京I中国电力出版社(Beiiing：China Electdeal Powar Press)，1996/尹项根，陈德树，张哲，等(Yin Xianggent Chen Deshu—Zhang Zhe，et a1)．故障分量差动保护(DifferentialProtection Ba sed On Fault—Component)．电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems)．1999．23(11)由图中可以看出，由于制动区与动作区之间存在一个缓冲区，因而可使故障分量差动保护具有极为优良的动作选择性。
比率差动保护原理
故障分量差动保护摘要深入地研究了基于故障分量的数字式差动保护的基本原理，并与传统的比率制动差动保护作了详细比较，讨论了故障分量差动保护的动作判据，最后介绍了基于该原理的保护在实际中的应用。
关键词故障分量差动保护微机保护发电机变压器0 引言基于故障分量(也称增量)来实现保护的原理最早可以追溯到突变量原理的保护，但真正受到人们普遍关注和广泛研究则是出现微机保护技术之后。
微机具有长记忆功能和强大的数据处理能力，可以获取稳定的故障分量，从而促进了故障分量原理保护的发展［1］。
近20年来，陆续提出了基于故障分量的差动保护、方向保护、距离保护、故障选相等许多新原理，并在元件保护、线路保护各个领域得到了成功的应用。
本文针对在发电机、变压器中广泛使用的比率制动式差动保护，讨论故障分量保护的基本原理、判据和应用中的一些问题。
1 故障分量比率差动保护原理故障分量电流是由从故障后电流中减去负荷分量而得到的，可以由它来构成比率差动保护。
习惯上常用“Δ”表示故障分量，故也有人称之为“Δ差动继电器”［2］。
以两侧纵联差动保护为例，若两侧电流假定正向均取为流入被保护设备，故障分量比率差动保护的动作方程可表示为：(1)式中;下标L表示正常负荷分量；下标Ⅰ，Ⅱ则分别表示被保护设备两侧的电量。
在故障分量比率差动保护中，令,分别表示动作量(差动量)和制动量，即(2)因正常运行时有，故传统比率差动保护的动作量d 和制动量r可表示为：(3)比较式(2)与式(3)可见，忽略变压器两侧负荷电流的误差之后，两种差动保护原理的动作量相同，主要不同之处表现在制动量上。
发生部轻微故障(如单相高阻接地或小匝数匝间短路)时，可能出现，这时式(3)中制动量主要由2IⅠL决定，从而使得传统比率差动保护方案因制动量太大而降低了灵敏度。
利用降低K值来改善灵敏度是有限的。
因为必须保证外部严重故障时有足够的制动量不使保护误动，发生外部严重故障时，一般有，制动量主要决定于Δr，因此两种原理差动保护的制动量相当，不会引起误动。
变压器比率差动试验方法
变压器比率差动试验方法变压器比率差动试验是电力系统中常用的一种试验方法，用于检测变压器的绕组接线是否正确，以及检测绕组中是否存在任何故障。
本文将介绍变压器比率差动试验的具体方法和步骤。
一、试验目的变压器比率差动试验的主要目的是验证变压器的绕组之间的相对位置和匝间绝缘是否正常，以及数值是否符合设计要求。
通过这个试验，可以判断变压器是否存在接线错误、匝间短路、匝间绝缘损坏等故障。
二、试验仪器和设备在进行比率差动试验之前，需要准备以下仪器和设备：1. 变压器差动保护装置：用于检测绕组间的电流差异，并判断是否存在故障。
2. 电源：用于提供试验所需的电压和电流。
3. 电流互感器和电压互感器：分别用于测量电流和电压信号。
4. 计算机及相关软件：用于数据采集和分析。
三、试验步骤下面是变压器比率差动试验的具体步骤：1. 确定试验参数：根据变压器的额定电压和额定容量确定试验电压和电流的数值。
2. 连接试验装置：根据试验装置的接线图连接相应的电流互感器和电压互感器，然后将其与变压器连接。
3. 设置试验仪器：将试验仪器的工作模式设置为差动模式，并进行相应的校准。
4. 施加试验电压：根据设定的试验电压值，将电源连接到互感器和变压器上，逐步升高电压至设定值。
5. 进行试验记录：在试验过程中，通过差动保护装置监测绕组之间的电流差异，并记录相关数据。
6. 结束试验并分析结果：当试验达到设定时间后，停止试验，将采集到的数据导入计算机，并通过相关软件进行分析。
根据结果，判断绕组的连接是否正确，并分析是否存在故障。
四、试验注意事项在进行变压器比率差动试验时，需要注意以下几点：1. 必须确保试验装置和电源的安全可靠，以免发生意外。
2. 对试验参数进行合理选择，确保电流和电压的数值在变压器允许范围内。
3. 试验记录的数据要准确无误，并及时导入计算机进行分析。
4. 在试验过程中，需密切观察试验装置和变压器的运行状态，一旦发现异常情况及时停止试验并检查。
故障分量比率差动保护整定值选取的分析与探讨
阈值ＡＩ ｉ ｍｎ ｄ 的选取有一定的借鉴意义。
理论上说 ，动作特性在坐标原点 附近死 区可以很小 ，也
就是故 障分量拐 点制 动电流和故障分量 差流阈值可 以取较小
值 ，这是 因为故 障分 量 比率差动保护可 以有 效地消除正常负 荷分量下 不平衡 电流 ，但是 ，在实 践中 ，你也要考虑到所使
原 理 ， ｄ
些 。这个时候应该怎么办呢？一般情况下 ， 为了提高 区外故障
时 的可靠性 ， 经常采取 的措施就是把故障分量差动保护的拐点
投入 电网时励磁涌流是被允许 的。 也就是Ｉｄｄ （ ） ／ｌ， ｃ ｓ＝ ６～８Ｉｎｈ 其 ｓ 中ｎｈ ｑ ｌｎ做平衡 系数 ， 它和ｋ ｈ ｐ 是等价的 ， ｓｔ 而Ｉｎ做变压器 的额定 ｔ 电流 。用来对 主变 各侧 因ｅ变 比不 同引起 的误差进行校正 ， ｔ 以
用的电路以及装置还有一 些别的可能存在 的外在影 响 ，因为 这些都可能影 响到 Ａ ｄ ｉ △ ｒｉ，所 以，选取差流故障分 ｍｎ Ｉ ｎ Ｉ 和 ｍ
２２ 故 障 分 量 拐 点 帝 动 电流 Ａ ｒ ｎｔ ． 】 ｌ ｍｉ￣ Ｋ的 选 取 ．
变压器副边 电流的二次值为基 准 ， 将变压器原边 电流二次值乘
１ｋ ｈ ） ｐ 来进行差流判断 。ｋ ｈ Ｉｎ Ｉｎ ， ￣ ｐ ＝２ ｌ２ ｈ 式中Ｉｎ 流入保护装 ／ ２卜一 置低压侧二次 电流； ｎ一 流入保护装置高压侧二次电流。 Ｉｈ ２
２ 故 障 分 量 比 率 差 动 保 护 整定 值 的选 取 ２１ 故 障分 量 比率 差 动 差 流 阈值 的 选取 （ ｌｍ ｎ ． Ａ ｄ ｉ）
（） ２ 制动系数Ｋ和斜率之间是存在着一定 的转换关系的 ， ｚ
变压器匝间短路分析及研究
２００９，１０．
［２】 Ｈａｄｉ Ｓａａｄａｔ著 ，王葵译 ．电力系统分析［Ｍ】．北京：中国电力 出 版社 ，２００８，９．
［３］ 时珊珊 ，鲁宗相 ，闵勇等 ．微 电网孤 网运行时 的频率 特性分 析【Ｊ】．电力系统 自动化 ，２０１１，３５（９）：３６－－４１．
２，调节过程时间也基本同方式２（２５ｓ），但由于方式３根据负荷重要 性等级进行低频减载，故障进行仿真（仿真电路见图 用下，产生很大的电磁力，甚至折断绕组发生线饼坍塌，从而进一步
１）。
加剧匝间短路故障。
四 、结 论
变压器内部发生匝间短路故障时，由于一次侧电压恒定，而电
流无明显变化．从变压器的原边很难检测到这种故障的发生，只能从
二次测的角度进行检测。
二 、变压 器 匝间短 路分析 变压器匝间短路故障的匝数一般很少。故障时绕组中一部分被
～ ｍＩｌｔｗ！Ｉ
ｌ
一 ！Ｉ
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．
…
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图３ 仅进行发电机调峰控制时频率误差
图５ 发电机调峰控制和三次减载频率误差 四 、总 结
＼ … …’。一
模型中变压器容量为 １０ｋＶＡ，三相输人电压为３８０Ｖ，二次侧输 量。这个分量可以通过磁敏元件（如霍尔元件）进行监测。
出电压为２２０Ｖ。仿真模型用三绕组变压器的第三绕组模拟短路匝，
用断路器控制匝间短路的发生。根据发生短路匝数不同，分别对 ５％、１０％、２ｏ％的副边绕组发生匝间短路的隋况进行仿真，记录副边 三相绕组的变压 匝的电流 况，分别如图２、３，４所示。
假设匝间短路发生在绝缘强度较低的变压器副边，原来 Ｎ 匝 副边绕组中有 Ｎ 匝短路。由于 Ｎｓ很少，对原边的电感影响可以忽 略，可以认为原边绕组的电阻Ｒ。电感 Ｌｌ均没有变化。这样短路产生 的“短路变压器”副边折算到原边的电１５Ｎ１￣４，，引起原边绕组的输人 阻抗变化也很小。当变压器的输入电压Ｕ。不变的情况下，即使发生 匝间短路，原边电流的变化量也彳 、。所以很难用检测原边电流量的 方式监测变压器的匝间短路故障。
变压器比率差动保护
实验三变压器比率差动保护1、变压器的内部故障可以分为：油箱内和油箱外故障。
油箱内故障主要有绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁心的损耗等。
油箱外故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路等。
变压器中的保护主要有：瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、外部相间短路时过电流保护，复合电压起动过电流保护，负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，阻抗保护、外部接地短路时零序电流保护、过负荷保护、过励磁保护等。
2、差动保护中问题（1）差动保护中要考虑电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时差动回路中电流为零。
（2）需要躲开差动回路中的不平衡电流。
1）由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流，主要时变压器空载投入和外部故障切除后，数值很大，而正常运行和外部故障时都很小。
措施：采用速饱和铁心的差动继电器、鉴别短路电流和励磁涌流波形、利用二次谐波制动等。
2）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流。
3）由计算变比和实际变比不同而产生的不平衡电流。
4）电流互感器型号不同而产生的不平衡电流。
5）变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流。
以上不平衡电流2、3项可以选择电流互感器二次线圈的接法和变比以及平衡线圈来消除，而其它几项实际上不可能消除的。
3、速饱和变流器的差动继电器一次线圈中流过周期分量时，在二次侧感应的电势大，继电器动作，一次线圈中流过非周期分量时，在二次侧感应的电势小，继电器不动作。
4、具有磁力制动的差动继电器在速饱和变流器的基础上，增加一组制动线圈，利用外部故障时的短路电流来实现制动，使继电器的起动电流随制动电流的增加而增加，能够可靠躲开外部故障时的不平衡电流。
5、具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器一、实验目的1.了解比率差动保护、增量差动保护的动作特性；2．熟悉变压器的接线钟点数，掌握各种接线形式的电流补偿方法；3. 熟悉比率差动保护、差流速断保护、差流越限保护的原理；4. 熟悉比率差动保护的逻辑组态方法。
比率差动保护原理
比率差动保护原理
比率差动保护原理是电力系统中常用的一种保护方式，它主要用于检测电流差值超过一定比率的故障情况。
该保护原理基于电流差动继电器，通过比较电流差值与设定值的比率来判断电力系统的运行状态，从而及时采取合适的保护措施。
具体来说，比率差动保护原理利用电流互感器将系统中的电流信号转化为对应的电压信号，然后输入到差动继电器中进行处理。
差动继电器内部有比率差动比较器，它将输入的电压信号进行比较，得到电流差值的比率。
一般来说，比率差动保护原理采用了一个预设的比率阈值，当电流差值的比率超过这个阈值时，差动继电器会产生动作信号，触发相应的保护动作。
这样可以快速准确地检测到系统中的故障情况，并切断故障电路，防止故障扩大。
比率差动保护原理的优点是对地故障的检测能力强，对线路接线和电流互感器误差影响较小。
同时，由于采用了比率差动比较器的检测方法，可以有效地提高保护的灵敏度和可靠性。
总的来说，比率差动保护原理是一种基于电流差动继电器的保护方式，通过比较电流差值与设定值的比率来判断电力系统的运行状态，实现及时准确地故障检测和保护动作。
这种原理具有灵敏可靠的特点，能够有效地保护电力系统的安全运行。
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故障分量的比率差动对匝间短路和高阻接地故障的检测的研究摘要:本文对故障分量的比率差动继电器的实现方法进行理论分析，同传统比率差动保护在检测变压器内部轻微故障，如匝间短路、高阻接地短路，的动作灵敏度的方面作了一些比较，用EMTP 建立了变压器匝间短路和高阻接地的模型，在模型的基础上进行了仿真验证，充分说明了故障分量的比率差动保护在性能上的优越。
关键词：故障分量，差动保护，变压器保护，闸间短路，高阻接地故障0 引言比率差动保护因能可靠检出区内故障，很好的躲避穿越性电流被广泛的应用于电力系统保护中，在变压器的保护中的应用更是由来已久。
但由于受到负荷电流的干扰，制动电流不能很好的反映故障电流的大小，被负荷电流所淹没，使得对轻微故障的检测灵敏度过低。
故障分量的比率差动保护，由于减去了负荷分量的影响，对轻微故障的检测具有很高的的灵敏度，大型变压器容量很大，满负荷运行时，低压侧的等效电阻非常小，往往只有1欧左右(如容量为150MVA，低压侧为10KV，0.6667欧)，传统比率差动保护对低压侧高阻接地故障的灵敏的不够，故障分量的比率差动保护却能很好地检出故障，因而因该在大型变压器保护中得到了广泛的应用。
变压器在额定负荷运行的时候，发生轻微匝间短路故障时（2%匝短路），传统的比率差动保护往往没有足够的灵敏度检出故障。
虽然差流大于了启动电流门槛值，由于制动电流加上了变压器的一倍负荷电流，要检出此类故障，比率制动系数（K值）将整得很低，会减弱比率差动保护抗CT饱和的能力，区外故障时很容易误动作，因此，实际的做法往往是降低保护的灵敏度，等待匝间故障进一步发展，差流、制动电流进入动作区内，保护再出口跳闸，这对变压器必将造成严重的损害。
传统的比率差动抗CT饱和的能力是很弱的，必须增加额外的补充判据，防止保护误动。
对于故障分量的比率差动，制动电流去掉了负荷电流的干扰，k值（1.7）可以整定的很高，变压器在额定负荷运行的时候，发生轻微匝间短路故障时，保护具有足够的灵敏度检出故障，同时对低压侧区内高阻接地故障的检测灵敏度也提高了很多,由于k值很大,具有足够的抗CT饱和的能力。
本文对故障分量的比率差动的设计思想和特性曲线的参数的选择作相应的理论分析，同时建模验证算法的正确性。
1 故障分量的比率差动算法的建立1．1 基本算法故障分量的比率差动算法为传统的差动保护中的差动电流和制动电流分别减去正常时候的负荷电流而得到。
以两圈变压器的纵连差动为例，以流入变压器为正方向，故障分量的比率差动电流和传统的比率差动电流相差一倍正常时磁电流，只是制动电流增加了两倍穿越性的负荷电流（略去励磁电流不计）。
1．2 故障分量的提取故障分量的比率差动保护性能的好坏，关键在于故障分量的提取。
对于不同的保护设备，故障分量的提取很不相同，考虑到针对变压器这一电力系统中的特殊元件，对故障分量的提取提出了一些具体的要求。
首先，应该准确减去负荷电流。
其次，在转换性故障和故障重叠的时候不受第一次故障的影响，在第一次故障达到稳态的时侯，第二次故障到来的时候，能快速检测出故障来。
但在具体实现的时候会遇到如下困难：在故障的发展过程中,故障前负荷电压（电流）在不断的变化,以第一次故障前的电压（电流）为基准,会带来误差.但故障前电压在不断的变化只能引起Δi1正序分量的提取,对Δi2, Δi0分量的提取没有影响,由变压器保护只是使用电器量进行比较,不涉及参数的计算,如阻抗,方向等,精度足够.由于记录下故障前的电流量作为负荷量,故障中的量和故障前的电流量作差值提取Δih, Δil.但随着故障时间的延长,存在定时误差,故障后的电器量和故障前的电器量的相角差越来越大, Δih, Δil误差也越来越大,使得Δicd值不变(误差被减掉) Δizd值越来越小,所以计算K值随着时间偏移越来越大,只能限制故障分量的比率差动保护的开放时间,否则在区外故障时由于随时间积累的相角差会使保护误动,但开放时仅太短又会使得在发展性故障中不能检出第二次故障,开放时间为100ms~150ms.2 故障分量的比率差动动作参数的选定2．1 启动电流的确定由于差动电流和传统的比率差动相同，大体应按传统比率差动整定，但也有特殊的要求。
Iqd.min=Kk[Ktx*fwc+ΔU/2+Δfph]Ie （3）Iqd.min—比率差动启动门槛值fwc=0.1—考虑一侧电流互感器10%误差曲线的系数Δfph=0.01—软件相角校正时,由于小CT型号不同引起的偏移ΔU/2—变压器的调压范围,取为5%,由于改变了变比,所以平衡系数相应变为原来的95%K,应躲开引起的差流值Kk—可靠系数取1.3假设由于以上条件，流入装置的高压侧的电流为准确的，误差均来自低压侧，高低压侧电流为（略去励磁电流）（1）传统比率差动:当产生Iqd.min差流时,一定有Ie+1/2* Iqd.min(Ie为额定电流)制动电流产生，K 整定0.4，比率制动曲线过原点，,Ie取5A时，制动电流一定大于拐点电流，落在动作特性曲线的制动区，保护不会误动。
（2）故障分量的比率差动:当产生Iqd.min差流时,一定有1/2* Iqd.min制动电流产生，所以计算K值(保护感受到的差流和制动电流的比值)为2.，当K值整定为1.7时（以下分析整定原因）, 比率制动曲线过原点，制动电流小于拐点电流，保护误动。
所以,由于以上原因产生的最大差流时, 传统比率差动可以用比率制动曲线躲过，而故障分量的比率差动，则无法区分由于CT误差，有载调压所产生的差流,和由于低压侧三相短路，或变压器空载故障时产生的差流，因为其计算K值均为2。
传统比率差动的Iqd.min应按允许的最小差流启动电流整定，故障分量的比率差动的Iqd.min应按允许的最大差流启动电流整定，但如整定太小，将影响检测轻微故障的能力，又考虑到故障分量的比率差动减去了励磁电流的影响，工程实际取0.2~0.5, 取0.23。
2．2 制动斜率K值的确定.主要考虑两种极端的情况,使制动特性曲线过原点。
(1) 区内故障1.变压器空载时,发生区内故障，计算K值最小。
当变压器两侧带电源的时,发生区内故障,高低压侧同时感受到方向指向变压器的Δih（高压侧故障分量）, Δil（低压侧故障分量）,而变压器空载,或低压侧不带电源时, 保护只感受到高压侧Δih（高压侧故障分量）2.空投和低压侧三相短路等故障类型(低压侧不带电源),计算K值无法区分,都等于2.0,所以整定K值必小于2.0，空投的时候由于差流由励磁支路引起,其二次谐波含量很大,能可靠闭锁,当整定K值小于2.0时, 低压侧三相短路时保护能动作,所以故障分量的比率差动保护在低压侧不带电源时发生三相短路故障,灵敏度最低,K值最小。
(2) 区外故障区外故障主要考虑由于CT传变误差引起的差流造成的保护误动作，考虑CT传变误差,带入比率差动动作方程，当高低压侧CT传变误差，分别为10%和-10%时,差流最大,制动电流最小,保护最容易误动,所以最严重的区外故障,保护发生误动时, 比率制动系数K=0.2。
K整定为1.6~1.8，满足工程需求。
2．3 抗CT饱和的考虑假定低压侧CT饱和，低压侧只有fl*Δil的电流流入保护装置,由于|Δih+Δil| >K*0.5*|(Δih-Δil)|假设穿越性的故障,,等式左右相等, K为1.7时带入（7）式，fi =0.081。
所以，低压侧CT饱和时只要有大于8.11%倍的原方电流能传变倒二次侧, 为1.7时故障分量的比率差动不会误动3 变压器匝间短路、高阻接地建模和算法仿真3.1匝间短路模型的建立由于变压器内部匝间短路故障的内部电磁过程非常复杂，要准确模拟非常困难，但我们可以抓住其主要特征，其精度已能满足继电保护的动模的要求。
我们关心的只是变压器高低压侧端口电流的变化，对内部复杂电磁过程并不感兴趣，根据黑箱原理，只要我们考察的量，满足一定的精度要求（我们考察的主要是高、低压侧电流，短路匝电流），我们认为模型是成功的。
3.1.1 短路匝之间的弧光电阻,电感的模拟单相变压器的电阻和电感的标压值为: Rbase=548.2456欧, Lbase=1.7451亨由于短路匝的匝数和变压器线圈绕组匝数相比,很小,选用第三绕组来模拟变压器低压侧的匝间断路时,第三绕组的漏感和漏阻应尽量取的比较小:漏阻: Rbase *0.001 =548.2456*0.001= 0.5482欧漏抗: Lbase*0.001= 1.7451*0.001=0.0017亨弧光电阻,电感:弧光电阻:0.05欧弧光电感:0.0001亨设定为2%的匝间断路:U2(第二绕组电压)= 225.4KVU3(第三绕组电压,短路匝模拟电压)= 4.6 KV3.1.2 波形分析图(1)、（2）为RTDS的实录波形和EMTP建模产生波形的比较,可以看出模型的正确性.(1) RTDS 的A相电流波形（变压器不带负荷空载合闸,A相匝间断路2%）figure 1．The current wave of phase A recorded from RTDS equipment（switching-on of an unloaded power transformer，2 percent of the turns shorted at 2.5s）(2) EMTP 的A相电流输出波形（变压器不带负荷空载合闸,A相匝间断路2%）figure 2．The current wave of phase A produced by EMTP（switching-on of an unloaded power transformer，2 percent of the turns shorted at 2.5s）图（1）、（2）变化趋势来看是一致的实际变压器2%匝短路的时侯,IA(A相电流)=1.6Ie.Ik(短路匝电流)=60Ie ,而EMTP 输出波形为IA=1.6156Ie,Ik=35Ie，由于算法的输入为相电流作差值，相电流和短路匝的电流的结果基本满足要求。
3．2 算法仿真两种算法Iqd.min = 90A比率制动曲线过原点，折算到一次测的电流。
（3）高压侧A相电流波形(变压器满负荷运行时，在2.5s时发生低压侧A相2%的匝间断路,以下相同)figure 3．The current wave of high-voltage side of phase A（2 percent of turns in the low-voltage winding of transformer shorted at 2.5s with full load, the same as follows）（4）低压侧A相电流波形figure 4．The current wave of low-voltage side of phase A（5）短路匝内的电流波形(折算到原方后,原方电流的倍数)figure 5．The current wave in the shorted turns（transformed into unit value）以下为调整K值的大小，两种算法的动作行为。