变压器差动保护研究(修订版)

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正常运行或区外故障时变压器两侧一二次电流实际流向
图一: (a)正常工作或区外故障时
1.2当两侧电流互感器之间的区域发生短路时,如图1(b)所示,其两侧母线都向 短路点供出短路电流,在差动回路中I1和I2方向相同,因而差流Icd=I1+I2,差 动保护动作, 断开变压器两侧断路器,使故障瞬时切除。
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图二(a) :变压器Y/△-11接法 互感器同极性端均指向被保护设备
变压器高压侧电流互感器的一次电流等于变压器的相电流和线电流 互感器二次侧的相电流等于变压器一次相电流的1/nCT。 由于互感器二次侧为△形连接其线电流为相电流的√3倍
2.2差动电流互感器的极性. 当变压器高、低压两侧差动电流互感器的二次绕组接线极性正确时, 通过测量 两侧差动电流互感器二次电流的大小和方向,可确认差动回路两侧差动电流互 感器二次电流的大小相等、方向相反、向量和为 零,两侧差流抵消, 差动保护不会动作。当变压器高、低压两侧差动电流互感 器的二次绕组接线极性接反时,通过测量两侧差动电流互感器二次电流的大小 和方向, 可确认差动回路两侧差动电流互感器二次电流的大小相等、 方向相同, 两侧差流叠加,造成差动保护误动作。 2.3两种差动保护的正确接线 通过对差动保护原理、特殊问题的分析, 并根据变电所现场电流互感器实 际的安装方式, 在确定电流互感器的一、二次同极性端后, 变压器差动电流 互感器二次绕组接线有同极性和异极性2种接线方式。 (1) 同极性接线指高、低压两侧差动电流互感器一次侧正极性端子均靠近(或 者说指向)母线或变压器(此处以靠近变压器为例,靠近母线时一样)其原 理接线如图二所示。其电流相位校正向量图如图三所示。 此时互感器二次接线的绝招:把主变压器高压侧电流互感器的二次绕组看 作是主变压器的一个二次绕组, 这个绕组的接线方式必须和变压器二次绕 组的接线方式一致。简而言之:变压器二次绕组怎么连接,互感器的二次 绕组就怎么连接。 变压器低压侧的电流互感器的接线方式则和一次侧的接 线方式一致。
IA Ica
Ia=Ica-Iab Iab Ia Ica IC Ibc IB Iab Ibc Ic=Ibc-Ica Y/△-11连接的变压器高压侧电流向量图 Y接法线电流等于相电流。即:Ixn=Ixg 等于高压侧电流互感器一次侧的相电流 Ib=Iab-Ibc
图三:变压器高压侧电流互感器一二次侧电流向量图
图二:Y/△-11变压器向量图 如果高、低压两侧差动电流互感器的二次绕组都接成Y形,由于两侧电流存 在相位差, 即使两侧差动电流互感器的二次电流值相等,也将使差动回路产生 很大的不平衡电流。为消除高、低压两侧差动电流互感器的二次电流在变压器 正常运行时因变压器联接组别而造成的相位差,常采用相位补偿法来消除不平 衡电流。通常将变压器Y形侧(高压侧)的差动电流互感器二次绕组接成△ 形, 将变压器△ 形侧(低压侧)的差动电流互感器二次绕组接成Y形。此时如果把一 二次侧的电流互感器看做一个有组别的电流变换器的话:他们的接线组别显然 应该是△/Y-11接线,是得Y形侧的电流认为地滞后30°。这一点非常重要。这 样Y形侧差动电流互感器的二次绕组采用△ 接线后,电流互感器二次侧的线电 流比相电流在相位上滞后30°而相电流和一次电流是同相的,这样就补偿了Y/ △-l1接线变压器高、低压两侧二次电流的相位差,从而把变压器两侧差动电流 互感器二次电流的相位校正过来。 但是: 三角形接法的线电流要比相电流大 所以在定值整定计算或互感器变比选择时矫正过来。 倍,
变压器差动保护研究
电力系统中在容量较大的电力变压器上都装有(纵)差动保护用以保护变压 器绕组的相间短路故障和匝间短路故障等内部故障,套管及其引出线的相间短 路故障及接地故障, 动作后瞬时断开变压器各侧断路器, 它是变压器的主保护。 差动保护电流回路接线是否正确, 直接关系到保护装置动作的可靠性和变压器 能否投入运行。各类教科书在讲述变压器差动保护原理时,绘制的接线图各不 相同, 还有的并不标示电流互感器的极性。 当运用这些原理来指导实际接线时, 常常因概念上的混淆而发生接线错误。本文从实际应用的角度,在分析接线原 理的基础上,运用多种方法对差动保护的理论基础进行详细的分析,以便使初 学者加深对差动保护的理解。对双线圈变压器及三线圈变压器差动保护中电流 互感器的几种接线方法进行了概括总结,阐述了其在变压器微机保护中的应用。 对差动保护的整定计算及保护继电器和保护装置的现场试验方法用实例做出了 比较详细的分析介绍。 1.变压器差动保护原理 目前变压器差动保护普遍采取环流法, 用环流法构成的双圈变压器差动保 护单相原理接线图如图1所示。变压器高、低压两侧差动电流互感器一次侧的正 极性端子均置于靠近母线的一侧,二次侧的同极性端子则相连接, 即按环流原 则相串联,差动线圈接在差流回路上。 图一为双圈变压器差动保护的单线原理接线图。
图四:变压器低压侧电流向量图 (2)异极性接线指高、低压两侧差动电流互感器一次侧正极性端子分别指向母线 和变压器, 如图4所示。其电流相位校正向量图如图5所示。
3.变压器微机型差动保护的现场检验 变压器微机型差动保护(以下简称差动保护)与常规型差动保护虽然都是差 动保护,但实现原理和特别是装置结构却有很大差异,即使同是微机型差动保 护装置,不同生产厂家的装置也各不相同,现场检验时不得不认真区别对待。 3.1 极性检验
度补偿,只须在定值整定时对接线方式进行整定即可在装置内部实现角度补偿。 这种保护在设置了软件补偿角度的功能后,差动保护极性检验六角图,在外部 接线正确的情况下,电源侧和负荷侧电流相位相差 30°。 因此现场对差动保护进行检验时必须根据装置的动作原理和实际原理接线 图做出相应的试验。不论什么样的接线方式最终的根本原理是:正常运行或区 外故障时和设备故障时流入设备两侧的电流方向不同。这就是克希荷夫定律所 决定的规则。这才是把握差动保护原理的根本点。 3.2 定值检验 在采取一次升流传动或二次模拟传动的方法进行主变差动保护定值检验时, 虽然动作整定值是唯一的,但传动时各侧的实际动作值可能并不相同,这与以 下几个因素有关。 (1)平衡系数的影响。由于电流互感器实际变比与计算变比差异会产生不平 衡电流,常规差动继电器采用平衡线圈补偿,微机保护则采用平衡系数补偿。 现场进行定值检验时, 基本侧(平衡系数为 1)动作值与整定值相同,其余侧的动 作值为整定值与平衡系数的折算值。 (2)接线系数的影响。 新型微机差动保护当主变为 Yd 接线时, 不在电流二次 回路进行补偿, 电流互感器回路按 Yy 接线, 由保护装置在软件中进行角度补偿, 现场进行定值检验时,未补偿侧动作值与整定相同,补偿侧的动作值就会增大 倍。 (3)装置型号的影响。多数差动保护的三相动作值都是相同的,但也有三相 动作值不同的装置。长沙湘南电气设备厂生产的 WJBX3 型集控台中的主变差动
UA
第一步:
Ua Y/△-11第二步
Ub UCA UAB Ua Uab
Uc Uab=-Ub Ubc=-Uc Uca=-Ua
Y/△-11第三步
UC
UBC
UB
Uab
Ub Ubc
Uca 第四步
Uca
Ubc
Uc
Uc Y/△-11接法的物理意义: 二次侧线电压滞后一次侧线电压30°或二次侧线电流滞后一次侧线电流30°
对于常规差动保护装置, 现场变压器各侧电流互感器的极性应满足: 当变压 器内部故障时,各侧电流互感器的二次电流相位相同,差动继电器动作;正常 运行或外部故障时,电源侧和负荷侧电流互感器二次电流相位相差 180°,使差 动继电器处于制动状态。所以常规差动保护极性检验六角图,在外部接线正确 时,电源侧和负荷侧电流相位相差 180°。但微机保护极性检验六角图,同样在 外部接线正确的情况下,却因装置型号不同,电流相位差会有几种不同情况。 (1)180 °接线。许昌继电器研究所生产的 WBH-150 型(ver2.0 版)变压器成 套保护装置,长沙江河五洋自动化设备有限公司生产的 ZBK10 型主变差动保护 装置,设计原理与常规差动保护完全相同。对于 Yd 接线的主变在电流互感器二 次接线时进行角度补偿。这种差动保护极性检验六角图,在外部接线正确的情 况下,电源侧和负荷侧电流相位相差 180°。 (2)0°接线。 西安开元电力自动化有限公司生产的 CR-21BZB 型变压器成套 保护装置,长沙市精密仪器厂生产的 WKT-F2-965A 型主变差动保护装置,与 常规差动保护在差流形成上正好相反。其原理为:当变压器内部故障时,各侧 电流互感器的二次电流相位相反,差动采样值增大,差动保护动作,正常运行 或外部故障时,电源侧和负荷侧电流互感器二次电流相位相同,制动采样值增 大,差动保护处于制动状态。对于 Yd 接线的主变在电流互感器二次接线时进行 角度补偿。这种差动保护极性检验六角图,在外部接线正确的情况下,电源侧 和负荷侧电流相位相差 0°。 (3)30°接线。许昌继电器研究所生产的 WBH-150 型(ver2.0 版)变压器成 套保护装置,差流形成的设计原理虽然与常规差动保护完全相同,但专门为 Yd 接线的主变设置了软件补偿角度的功能,电流互感器二次接线时可不再进行角
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区内故障时变压器两侧一二次电流实际流向 正常运行或区外故障时变压器两侧一二次电流实际流向
图一:差动保护单线原理图
1.1正常动行时如图1(a)所示,变压器两侧都有电流通过,2个电流互感器的二 次电流I1和I2大小相等、方向相同,在差动臂中形成环流;而在差动回路中I1和 I2方向相反,因而差流Icd= I1-I2 ≈O,差动保护不会动作。
保护, 在 B 相或 C 相中通入
I 的单相电流时, 或者在 A 相中通入
的单相电流时,等效于在三相中通入对称电流 IA、IB、IC、(IA、IB、IC、I 的
大小相等)。 现场检验时 A 相动作值是 倍的整定值,A 相动作值是 B、C 相的一半。
倍现场工作时,以上几种因素可能同时存在,相互交错出现,我们要综合 考虑,全面分析各种影响因素,对保护进行完整的检验。 3.3变斜率比率差动保护原理校验 现在的微机保护装置中,二次回路的连接方式虽得到简化,但已不如电磁 型保护那般直观明了;尤其对Y /△变压器(以下简称主变)分相差动保护,出于 对主变接线组别、各侧电压等级、CT(电流互感器)变比及励磁涌流等种种因素 的考虑,不同的厂家采取了不同的补偿方式和比率制动方法,如何正确的校验 差动保护成为困扰着现场调试人员的难题之一。下面以Y/△一11型三绕组变压 器及南瑞RCS985保护为例,分析发变组差动保护的校验方法。 (1)变斜率比率差动保护原理 ① 差动原件的动作方程 Id > Kbl * Ir + Icdqd Kbl = Kbl1 + Kblr * (Ir / Ie) Id > Kbl2 * (Ir - nIe) + b + Icdqd ( Ir >= nIe ) Kblr = (Kbl2 - Kbl1) / (2 * n) b = (Kbl1 + Kblr * n) * nIe ( Ir < nIe )
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区内故障时变压器两侧一二次电流实际流向
图一(b)区内故障时
差动保护的理论基础是克希荷夫结点电流定律:任何电路的任一瞬间流入 某一结点的电流的代数和 (直流电路)或 向量和(交流电路 )为零。即: 1n =0 1n =0 对双圈变压器 n=2,对三圈变压器 n=3 将变压器视为电力系统中的一个结点,正常运行时流入变压器的电流和从变压 器中流出的电流必定满足克希荷夫结点电流定律。在克希荷夫定律不被满足时, 变压器必定出现故障。 2.变压器差动保护的特殊问题 2.1差动保护回路中电流的相位问题: 当变压器联接组别为Y/△-l1时,其高、低压两侧一次电流相位不同,低压 侧电流在相位上比高压侧电流超前3O°。 首先我们看Y/△-11接法变压器两侧电压电流的相位关系图:
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