变压器保护装置原理

PST-1202比率制动式差动保护的动作特性：
动作方程： Icdd ≥Icd （ Izdd＜ Izd） Icdd - Icd≥K1(Izdd-Izd) （Izd＜Izdd＜3 Izd） Icdd – Icd- K12 Izd≥K2(Izdd-3Izd) （Izdd＞3 Izd） Icdd = | 1 + 2 | ， Izdd = max( | 1 | , | 2 | ) Izd比率制动第一拐点电流，软件设为 高压侧二次额定电流。 K1、K2为比率制动系数，K1＝0.5， K2＝0.7。
2、压力保护： 与瓦斯保护基本相同。 动作于切除变压器。 3、油温及油位保护： 动作于告警信号。
4、冷却器全停保护： 动作后立即告警，经长延时切除变 压器。
| i t i ( t T / 2 ) | | i t i ( t T / 2 ) |
it ，i(t+T/2)>0 ; it >0 ，i(t+T/2)<0 |it－i(t+T/2)| 小 ； |it－i(t+T/2)| 大 |it＋i(t+T/2)| 大 ； |it＋i(t+T/2)| 小 ； 动作判据为： ≤K；
二、复合电压闭锁方向过流保护
1、复合电压闭锁元件 复合电压闭锁元件是利用正序低电压 和负序过电压反映系统故障。 复合电压闭锁元件起动判椐是： 线电压Uab< 本侧母线线电压的低 电压定定值； 负序电压U2> 负序电压定值。 低电压和负序电压超过定值都可以 起动过流保护，是或的逻辑关系。
2、复合电压方向过流保护 控制字的含义： 接线方式： PST-1202为900接线 电压、电流Uab～Ic, Ubc～ Ia, Uca～Ib取自本侧的TV和 TA。
（PST-1202 RCS-978) 220kV变 压 器 微机保 护
讲课提纲
一、变压器纵差保护
1、相位补偿 传统的模拟量保护中： Y,d11连接的变压器，高 压绕组Y连接，TA二次绕 组Δ连接；变压器低压绕 组Δ连接，TA二次绕组Y 连接。 现在的微机保护中： 不管变压器高低压绕组怎 样的连接方式，两侧TA 都是Y连接，两侧二次电 流的相位差是由软件来补 偿的。 如Y,d11对应两侧线电流相位差 300，见图。
从原理上来说： 方法一：将高压侧（Y侧）线电流向低压侧（Δ侧） 线电流逆时针转过300； 方法二：将低压侧（Δ侧）线电流向高压侧（Y侧） 线电流顺时针转过300。 国电南自变压器保护装置PST-1202采用方法一； 南京南瑞变压器保护装置RCS-978采用方法二。
相位补偿方法
PST-1202： Y侧 Δ侧补偿， 见向量图。 由软件按下式可求得用作 差动计算的三相电流：
励磁电流与磁通的关系
磁化曲线分析：励磁电流与磁通的关 系，分析励磁涌流产生的原因。 励磁涌流的衰减：
由于磁路的深度饱和，产生2 φm所需 要的励磁电流很大很大。这就是励磁 涌流产生的原因。
励磁涌流的特点： 大量的二次、三次谐波；波形不对 称；间断角。
励磁涌流的判别
（2）二次谐波制动： 利用差流中的二次谐波含量来识别 励磁涌流。 PST-1202： • I2＞XB2×Id1 RCS-978： • I2＞K2xb×Id • I3＞K3xb×Id 二次谐波制动系数一般取0.15；三 次谐波制动系数一般取0.2。 满足以上条件，判断为励磁涌流引 起的差流，闭锁差动保护。 （3）波形对称原理： 利用波形对称原理来识别励磁涌 流。 作图分析波形对称与不对称情况 下，it 与i(t+T/2)的关系。 比较|it－i(t+T/2)|和|it＋i(t+T/2)|的大 小。
比率制动特性：
（2）影响比率制动式差动保护的动作特性的因素
影响比率制动式差动保护的动作特性 的因素有三个，即： 差动门槛；拐点电流；比率制动系 数。 作图分析： 差动门槛值提高： 拐点电流减少：
比率制动系数增加：
分析以上三种情况可得：差动保护动作区减少，灵敏度降低；躲区外故障不平衡 电流的能力增加，误动可能性降低。反之灵敏度增加；误动可能性增加。
AH ( ah bh) / 3
. . .
BH ( bh ch) / 3 CH ( ch ah) / 3
. . .
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由向量图可见：
AH
.
与 al 同相，实现了相位补偿。
.
相位补偿方法
RCS-978：Δ侧 Y侧补偿， 见向量图。 由软件按下式可求得用作 差动计算的三相电流：
，
RCS-978为00接线 电压、电流Ua～ Ia, Ub～ Ib, Uc～ Ic取自本侧的TV和TA。
，
动作特性Leabharlann Baidu
PST-1202动作特性：
（方向指向变压器时）
RCS-978动作特性：
（方向指向变压器时）
问题五
• 为什么要采用其他侧的复压元件来开放高压侧的复压闭锁 过流保护？ • 思考：如果故障发生在低压侧TA与断路器之间，会出现 什么问题？ • 低后备动作跳开低压侧断路器，故障还在，需要高后备切 除，但此时高压侧电压下降不到低电压定值，复压过流保 护被闭锁，不会动作。所以可采用低压侧复压来开放过流 保护。
比率制动特性
由于电流补偿存在一定误差，在正常 运行时Id仍有少量的不平衡电流Iunb。 所以差动保护动作必须使Id大于一个起 动电流Id.st，差动保护的第一判据 是： Id＞ Id.st 按比率制动的比率系数概念，差动继 电器在区外故障时，动作电流随短路 电流按比率增大，所以差动保护的第 二判据是： |△Id | / | △Ir | ＝ Kr ＞ D
三、变压器零序方向过流保护
控制字的含义： PST-1202 、RCS-978动作特性： （方向指向变压器） 电压为110kV及以上的变压 器，在大电流接地系统应设置 反应接地故障的零序电流保 护。 三圈变压器其零序电流应带方 向，组成零序方向保护。 零序电流可取自中性点TA二 次，或由本侧TA二次三相电 流自产。 零序电压取自本侧TV三次 （开口三角），或由本侧TV 二次三相电压自产。 微机保护装置都用自产3I0 和 3U0。
问题三
YN,d11的变压器高压侧区外发生单相接地故障时， PST-1202有没有同样的问题？ 没有。因为在高压侧进行相位补偿已去掉了 IO 。 差动速断、门槛值校验只需要加A进X出就可以了。
此时校验的是不是A相的差动速断定值和差动门槛值？
2、比率制动式差动保护
比率制动式差动保护概念的引入： 如果差动保护动作电流是固定值， 按躲过区外故障最大不平衡电流来整 定值就高，如果发生匝间短路，离中 性点较近的单相接地短路，就不能 灵敏动作。 作图分析： 比率制动式差动保护的动作电流是随 外部短路电流按比率增大，既能保证 外部短路不误动，又能保证内部故障 有较高的灵敏度。
AH A 0
.
.
.
BH B 0
.
.
.
CH c 0
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.
问题二
YN,d11的变压器，对RCS-978在高压侧加单相电流进 行差动速断定值（12A）校验时，电流从A进X出是否 可以？应注意什么？
解决方法：A进B出，使 3I0 = 0。消除零序电流对校验 的影响。 实际校验的是A、 B两相的差动速断定值。
5、差动速断元件
为什么要用差动速断保护？ 在区内严重故障TA饱和时，TA二 次电流的波形将发生严重畸变，其 中含有大量的谐波分量，从而使励 磁涌流判别元件，误判励磁涌流， 致使差动保护拒动或延缓动作，严 重损坏变压器。所以采用差动速断 元件，不管差流的波形及谐波分量 的大小，只要差流的有效值超过定 值，保护迅速动作，快速跳开变压 器各侧开关，切除变压器。 差动速断判据：Id > Isd (差动速断 定值) Isd一般取（4～8）IN。
Kb1、Kb2为比率制动系数， K1＝0.2 ， K2＝0.5，K3＝0.75。 动作特性见图：
1 • Ir = 2
• Id = |
| i |
i 1
m
i |
i 1
m
问题四：
PST-1202、RCS-978比率制动式 差动保护的动作特性为什么用三 折线？
区外严重故障时，两侧TA严重饱和， 特性差异大，差回路中不平衡电流增 加快，采用二折线有可能误动。 作图分析。 采用三折线躲差回路中不平衡电流的 能力增加，区外严重故障时不至于误 动。
AL ( al cl) / 3
BL ( bl al) / 3
. . .
.
.
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CL ( cl bl) / 3
.
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由向量图可见：
AL 与 ah 同相，实现了相位补偿。
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问题一
YN,d11的变压器，当高压侧区外发生单相接地故障时， RCS-978差动保护有没有可能误动？分析原因。 解决方法：南瑞RCS-978高压侧采用：
四、变压器中性点间隙保护
1、间隙保护的作用：是保护中性 点不接地变压器中性点绝缘安全 的。 在变压器中性点对地之间安装一个 击穿间隙，在变压器不接地运行 时，若某个原因变压器中性点对地 电位升高到不允许程度时，间隙击 穿，保护变压器中性点绝缘不被击 穿。 2、保护间隙保护接线：
五、变压器过负荷保护 变压器过负荷保护：一般取B相电流。 Ⅰ段用于发告警信号； Ⅱ段用于启动风扇冷却器； Ⅲ段用于闭锁有载调压。 六、变压器的非电量保护 1、瓦斯保护 是变压器油箱内绕组短路故障及异常 的主要保护。 轻瓦斯：动作于信号。 重瓦斯：动作于切除变压器。 与差动保护比较：匝间短路。 可靠性措施；密封，加装防雨罩。
或：|it＋i(t+T/2)| ≤K|it－i(t+T/2)|
4、过励磁闭锁元件
过励磁原因：电压升高或频率下 降，励磁电流增加。 分析：U=4.44ƒNΦm Φm= U/4.44ƒN 即：变压器铁心的饱和程度决定于 U/ƒ。 对于超高压大型变压器，为防止过 励磁运行时差动保护误动，设置过 励磁闭锁元件。 由于变压器过励磁时，励磁对流中 5次谐波分量很大，所以采用5次谐 波电流制动。 过励磁判据： I5 > K5Id 满足判据判过励磁引起的差流，闭 锁差动保护。通常当过励磁倍数 >1.4时，不再闭锁差动保护。
（1）和差式比率制动的差动保护原理
如果以流入变压器的电流方向为正方 向，即流入为正，流出为负。
那么差动电流 为： Id = | Ih + Il | 为了使区外故障时获得最大制动作用，区 内故障时制动作用最小，则制动电流为： Ir = | Ih – I l | / 2 分析： 区外故障时：Ih ＝ – I l Id = 0（最小等于TA饱和产生的不平衡电 流）； Ir = I l（最大） 区内故障时：Ih ＝ I l Ir = 0（最小）； Id = 2I l（最大） 保护动 作，灵敏度较高。此时虽然Ir最小值，但不 为零，即区内故障时仍带有一定的制动 量。
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动作特性见图：
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RCS-978比率制动式差动保护的动作特性
动作方程： • Id＞0.2Ir + Icdqd Ir≤0.5 Ie • Id＞Kb1(Ir-0.5Ie)+0.1 Ie+ Icdqd 0.5 Ie≤Ir≤6Ie • Id＞0.75(Ir-6Ie)+ Kb1(5.5Ie)+ 0.1 Ie+ Icdqd Ir＞6Ie
3、励磁涌流闭锁元件
（1）励磁涌流产生的原因和特 点： 磁链守恒定律：线圈中的磁链不能 突变。 电压与磁通的相位关系：电压超前磁 通900；或磁通滞后电压900。 分析： 设u=Um sinωt , φ＝φm sin(ωt -900) 空载合闸瞬间 u = 0，φ～＝－φm， 保持磁链守恒，感应直流分量： φ－＝＋φm 此时变压器铁心中的总磁通： φ＝φ～＋φ－ 可见：经过半周（0.01S），出现磁通 的最大值为2 φm。 • 作波形图分析：