高压直流输电中谐波对换流变压器差动保护的影响_乔小敏
第37卷第10期电力系统保护与控制Vol.37 No.10 2009年5月16日 Power System Protection and Control May 16,2009 高压直流输电中谐波对换流变压器差动保护的影响
乔小敏，王增平，文俊
（华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206）
摘要：由于高压直流输电系统特有的优点,使高压直流输电系统得到越来越广泛的应用。但高压直流输电系统具有其本身的特点，使得换流变压器与普通电力变压器在构造上有一些不同,高压直流输电系统中换流器是非线性元件，产生大量谐波，谐波对换流变压器保护动作有影响，再加上直流控制系统对故障的控制和调节作用,导致换流变压器和传统电力变压器保护存在差异。基于PSCAD/EMTDC仿真程序研究了CIGRE直流输电标准测试系统在正常运行，换流变压器内部故障和整流侧换流阀短路典型故障情况下的特点。并用Matlab分析了各种情况下的数据，并得出换流变压器差流中谐波的特点及对换流变压器差动保护的影响。
关键词: 高压直流输电; 换流变压器; 差动保护; PSCAD/EMTDC仿真; Matlab
Influence of converter transformer differential protection by harmonic in HVDC transmission system
QIAO Xiao-min,WANG Zeng-ping,WEN Jun
（North China Electric Power University，Beijing 102206,China）
Abstract: As the special merits of HVDC system, it becomes more and more popular.In HVDC system the valve is non-linear component and brings out a lot of harmonic,which affects the protection of the converter transformer. The converter transformer has something different with power transformer in structure,in addition,the control and adjust action to fault from the direct current control systems,which makes the protection exist differences between the converter transformer and the power transformer.This paper researches different typical conditions of the CIGRE HVDC standard test system based on PSCAD/EMTDC simulator, which includes good running, internal fault of the converter transformer and valve fault at rectifier.Finally,it analyzes the data of different conditions and draws the conclusion of the differential current harmonic traits and the converter transformer differential protection influenced by harmonic.
Key words: HVDC transmission system; converter transformer; differential protection; PSCAD/EMTDC ; Matlab
中图分类号： TM77 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2009)10-0111-04
0 引言
高压直流输电由于其特有的优点，得到了越来越广泛的应用。这些优点包括：不须考虑稳定性问题；线路故障恢复能力较强；调节速度快，更有利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；可实现电力系统之间的非同步联网；超过一定距离建设投资更经济等[1]。中国的高压直流输电发展迅速, 相继建成投产了天广(天生桥-广州)、三常(三峡-常州)、三广(三峡-广东)和贵广(贵州-广东)等多项高压直流输电项目。
高压直流输电系统中，换流变压器是最重要的设备之一，它处于交流电和直流电互相交换的核心位置。可以提供相位差为30度的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，使直流系统运行在最优状态。
高压直流输电的另一主要设备换流器是非线性元件，对交流侧来说是主要的谐波电流源，产生大量的谐波对换流变压器保护，特别是对依靠谐波原理闭锁的保护产生影响。
换流变压器配置的主保护有比率差动、差动速断、工频变化量比率差动、零序比率差动保护，后备保护包括过流、零序过流、过电压、零序过电压保护等。
换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。差动保护作为换流变压器的主保护，其可靠安全动作对整个直流输电系统的安全稳定可靠运行至关重要。
1 CIGRE直流输电标准测试系统简介
- 112 - 电力系统保护与控制
本文采用国际上通用的电力系统电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC 来研究直流输电系统在正常运行和各种故障情况下的响应特性。为了获得直流输电系统在各种情况下的典型响应特性，所有的仿真都是在CIGRE 直流输电标准测试系统上进行。
CIGRE 直流输电标准测试系统的原型是一个海底电缆直流输电系统，它的主要目的是测试各种直流控制器在弱交流系统下的行为，其控制策略具有普遍适用性，同时也用以考核各种仿真工具对直流输电系统模拟的精确度。
该直流系统的额定电压为500 kV，额定容量为1000 MW，换流器为12脉动，直流系统单极运行。交流侧由固定电容器和阻尼型滤波器进行无功补偿和滤波，交流系统很弱，其短路比SCR 在2.5左右。1＃和2＃换流变压器的一次侧和二次侧线电压分别是345 kV 和211.42 kV。3＃和4＃换流变压器的一次侧和二次侧线电压分别是230 kV 和211.42 kV。
该测试系统的模型如图1所示[2]
。
图1 CIGRE 直流输电标准测试系统的直流系统模型 Fig.1 DC system model of CIGRE HVDC Benchmark Model
2 差动电流仿真计算
电力变压器以差动保护和瓦斯保护为主保护，
可以对变压器绕组、套管以及引出线的各种短路故障进行保护。换流变压器差动保护和交流系统变压器差动保护原理基本相同，都是反应的工频分量，也都是建立在变压器功率平衡的原理之上。
目前广泛应用的是微机保护，在微机保护中，电流互感器都采用Y 形接线直接接入保护装置内，接线组别引起的相位差和幅值都由计算机的软件进行计算校正。
在Y/D －11变压器中，设I A 、I B 、I C 和I a 、I b 、I c 分别是Y 和D 侧的经过电流互感器的二次电流，以高压侧为基准，引入一个平衡系数K ph 。
TAL B TAH
ph N K N N ＝
(1)
其中:B N 为变压器的变比，TAL N 、TAH N 分别为低压侧和高压侧电流互感器的变比。这时流入继电器的各相差动电流I cda 、I cdb 、I cdc 的计算式如式（2）
所示。
cda A B a ph
cdb B C b ph cdc C A c ph
)))I I I I K I I I I K I I I I K ?????
??
????＝（－＝（－＝（－ （2） 本文中主要给出了图1所示系统中1＃换流变压器A 相的两侧波形和差流波形。其中I act1和I aact1分别为1＃换流变压器的网侧和阀侧的A 相电流波形，I d11为1＃换流变压器A 相的差流波形。下面是在正常运行、换流变压器内部故障（三相短路）、整流侧换流阀短路情况下的仿真波形。 2.1正常运行
在系统正常运行时的A 相差流波形如图2所示。
Fig.2 A phase differential current of 1# converter transformer
for normal running
正常运行时，从图2可以看出波形有畸变，谐波含量比纯交流系统要大，但换流变压器差流中谐波幅值较小。
2.2换流变压器（1＃）内部三相故障
1＃换流变压器网侧发生三相故障时的A 相差流波形如图3所示。
Fig.3 A phase differential current of 1# converter transformer
for internal fault （1#）
在1＃换流变压器网侧发生内部三相故障时，网侧电流较大，阀侧电流几乎为零。故障时间为0.3～0.35 s，差流在故障期间很大。
乔小敏，等 高压直流输电中谐波对换流变压器差动保护的影响 - 113 -
2.3 整流侧换流阀短路故障
整流侧换流阀短路是在2＃换流变压器阀侧C 相接地，这时对2＃换流变压器连接的换流器C 相与大地连接的阀来说可视为广义上的换流阀短路，换流阀短路时的A 相差流波形如图4所示。
Fig.4 A phase differential current of 1# converter transformer
for valve fault at rectifier
整流侧换流阀短路是换流变压器最严重的区外故障，故障时间（0.3～0.35 s ），这时换流变压器铁心饱和，电流畸变，谐波含量较大。
3 数据分析
3.1谐波分析和危害
3.1.1 Matlab 中FFT 函数谐波分析基础
Matlab 中FFT 函数谐波分析，主要是利用傅立叶算法。()f t ω代表以Ｔ为周期的电压和电流，若它满足于荻里赫利条件，则可分解为傅里叶级数形式[3]：
(0)()()1
()(cos sin )n n n f t A A n t B n t ωωω∞==+
+∑
（3）
2π
(0)0
2π
()0
2π
()0
1
()d()2π1()cos()d()π1()sin()d()π1,2,3n n A f t t A f t n t t B f t n t t n ωωωωωωωω===
?
?
??
?
??
?
?
=∫∫
∫"
（4） (0)()
1
()sin()n n n f t A C
n t ωω?∞
==+
+∑ （5）
(0)A 称为的恒定分量或直流分量；(1)1sin()C n t ω?+称为基波分量或第一谐波分量；
()sin()n n C n t ω?+的频率为工频频率（既基波频率）
的整数倍（n ＝2，3，4"）
，按n 的大小分别称为n 次谐波分量。
3.1.2 谐波危害
由于换流器的非线性，在交流侧产生谐波电流。对于换流变压器，主要流过特征谐波电流，即pn +1次和pn -1次谐波电流（p 为脉波数，n 为任意正整数）。运行中，谐波电流使换流变损耗和温升增加、产生局部过热、发出高频噪声和对通信设备产生干扰。
3.2 数据分析
Matlab 编程，主要用FFT 函数，对整流侧1＃换流变压器的ABC 三相差流进行分析。模型是12脉动整流器，12脉动整流器由两个6脉动整流器串联组成，当一个6脉动整流器发生故障时，影响另一个6脉动整流器。下面对1＃换流变压器ABC 三相差流中的2、3、4、5、7次谐波的含量进行分析，表格中的数据为各次谐波对基波比值的百分比。 3.2.1 正常运行
表1正常运行时差流谐波与基波比值
Tab.1 The ratio of harmonic to fundamental wave of differential
current for normal running
谐波与基波 百分比 2次
3次
4次
5次
7次
I aa_cd1 0.059 0.059 0.024 1.670 1.056 I bb_cd1 0.064 0.058 0.025 1.667 1.058 I cc_cd1
0.076 0.055 0.031 1.670 1.051
由表1可以看到正常运行时，差流中各次谐波含量较少，其中特征谐波5，7次谐波相对大一些，主要原因是换流器交流侧产生5，7次谐波，但其与基波比值较小，不会对保护有很大影响。 3.2.2 换流变压器内部故障
表2换流变压器内部故障（1＃三相故障）时
差流谐波与基波比值
Tab.2 The ratio of harmonic to fundamental wave of differential
current for internal fault （1＃three-phase fault ）
谐波与基波 百分比 2次
3次
4次
5次
7次
I aa_cd1 23.83 19.03 10.12 9.92 6.29 I bb_cd1
17.37 13.60 8.274 6.758 4.809
I cc_cd1 16.57 11.24 7.92 5.44 3.86
换流变压器内部故障是对换流变压器网侧发生三相短路时的情况进行仿真分析。
表2可以看出各次谐波与基波比值含量增加，其中二次谐波与基波比值含量最大，电力变压器保护中通常根据二次谐波与基波比值的含量来区分励磁涌流和内部故障，此时二次谐波与基波的比值已经超过了二次谐波制动比（通常为15％～17％），内部故障闭锁保护，造成继电保护拒动。三次谐波和五次谐波与基波比值含量也明显增加，对三次谐波制动和五次
- 114 - 电力系统保护与控制
谐波制动原理的过励磁保护有一定影响，当含量超过
其相应的制动比时，会造成保护的拒动。
3.2.3 整流侧换流阀短路故障
表3整流侧换流阀短路故障时差流谐波与基波比值 Tab.3 The ratio of harmonic to fundamental wave of differential
current for valve fault at rectifier
谐波与基波
百分比
2次3次4次5次7次
I aa_cd1 15.28
8.76 5.21 4.14 2.90
I bb_cd1 12.95 4.51 2.25 1.43 1.03
I cc_cd1 23.28
8.68 5.75 4.52 3.20
整流侧换流阀短路是换流阀内部或外部绝缘损
坏或被短接造成的故障，这是换流器最为严重的一
种故障。这时交流侧交替发生两相短路和三相短路，交流侧电流激增，使换流阀和换流变压器承受比正
常运行时大得多的电流。
如果故障发生在换流变保护区域外，对换流变
压器来说属于外部故障，谐波含量高保护可靠闭锁，不会造成误动；但故障发生在换流变保护区域内，
对换流变压器来说是内部故障。此时，由于阀的单
向导电性，故障电流半周电流大，半周电流小，导
致差电流中含有较大的二次谐波，这种情况下换流
变压器比例差动保护很容易受到励磁涌流判据的闭
锁而不能出口，造成保护拒动。
4 结论
以上是在直流控制系统起作用的情况下得到的
数据，本文分析了正常运行以及对保护影响较大的
内部故障和整流侧换流阀短路故障情况。通过分析
可得到以下结论。
正常运行时，虽然换流变压器差流中谐波含量
较纯交流时大，但从仿真的数据来看，对保护并没
有很大的影响。
在换流变压器区域内故障时，各次谐波与基波
比值含量明显增加，二次谐波、三次谐波和五次谐
波与基波比值含量较大，对相应谐波制动的差动保
护有影响，可能使保护拒动。
在整流侧换流阀短路时，当故障发生换流变压
器保护区域内，换流变压器的二次谐波与基波比值
较大。此时，相当于换流变出口的两相或三相短路，流过的电流较大，很容易引起换流变压器铁心和CT
的饱和，这种情况下由于谐波含量比较大（尤其是
二次谐波），换流变压器比例差动保护很容易受到励
磁涌流判据的闭锁而不能出口。造成保护拒动。
对于换流变压器内部故障和整流侧换流阀短路
故障时谐波含量高引起的保护拒动，特别对于受到励磁涌流判据闭锁的原因引起的拒动，可以考虑进
一步改善判据来避免保护的拒动，比如增大保护整
定值的方法。当然这还有待进一步的研究来提高换
流变压器继电保护的可靠性。
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收稿日期：2008-07-03； 修回日期：2008-08-12
作者简介：
乔小敏(1982-)，女，硕士研究生，主要研究电力系统
自动化、电力系统继电保护方向；E-mail：qiaoxiaomin2008@ https://www.360docs.net/doc/3013422340.html,
王增平（1964-），男，教授，博士生导师，主要研究领
域为电力系统自动化、继电保护、变电站综合自动化等；
文 俊（1963-）,女，副教授，从事高压直流输电系统
运行分析与规划的研究与教学工作。
变压器保护校验方法
RCS-978系列变压器保护测试 一、RCS-978型超高压线路成套保护 RCS-978配置： 主保护：稳态比率差动，工频变化量比率差动，零序比率差动， 谐波制动， 后备保护：复合电压闭锁（启动）方向过流 零序方向过流保护 间隙零序过流过压保护 零序过压 稳态比率差动 一、保护原理 基尔霍夫电流定律，流入=流出 （1）差动元件的动作特性 在国内生产的微机型变压器差动保护中，差动元件的动作特性较多采用具有二段折线的动作特性曲线，如下图： 在上图中，I op.min 为差动元件起始动作电流幅值，也称为最小动作电流； I res.min 为最小制动电流，又称为拐点电流； K=tan α为制动特性斜率，也称为比率制动系数。 微机变压器差动保护的差动元件采用分相差动，其动作具有比率制动特性。 动作特性为： 拐点前（含拐点）： .min .min ()op op res res I I I I ≥≤
拐点后： .min .min .min () ()op op res res res res I I K I I I I ≥+-> 式中 I op ——差动电流的幅值 I res ——制动电流的幅值 也有某些变压器差动保护采用三折线的制动曲线。 （2）动作方程和制动方程：差动电流Iop 和制动电流Ires 的获取 差动电流（即动作电流）：取各侧差动电流互感器（TA ）二次电流相量和的绝对值。 以双绕组变压器为例， op h l I I I =+ 在微机保护中，变压器制动电流的取得方法比较灵活。国内微机保护有以下几种取得方式： ① /2res h l I I I =- ② ()/2res h l I I I =+ ③ max{,}res h l I I I = ④ ()/2res op h l I I I I =-- ⑤ res l I I = 二、测试要点：标么值的概念 另：注意，978可以自动辅助计算当前的差流， 但其同时显示的“制流X 相”并不是当前X 相的制动电流，而是当前 X 相制动电流下的动作电流边界！！！ 三、试验举例： 保护定值：动作门槛：0.3 差动速断电流：4 I 侧（Y 接线）二次侧额定电流：3.935； II 侧（Y 接线）二次侧额定电流：3.765； III 侧（D 接线）二次侧额定电流：3.955 由于该保护的补偿系数由标么值的方式计算，则每一侧的补偿系数是该侧二次侧额定电流的倒数。 1．选择“差动菜单”——“扩展差动” 2．在“Id,r 定义”页面，选择“测试项目”为“比例制动”；“动作电流Id ”为“K1×I1＋
换流变压器与交流系统的主变压器比较
换流变压器与交流系统的主变压器比较 超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点[1>包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。 换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在较优的状态等。 换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。 1 换流变压器的特点以及对保护带来的影响
1.1 短路阻抗 直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。 1.2 直流偏磁 当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。 1.3 谐波 由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。对于换流变压器，主要会流过特征谐波电流，即p*n 1次谐波电流（p为脉波数，n为任意正整数）。在运行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。这些谐波电流应加以考虑，以免对保护装置造成影响。
差动保护试验方法总结
数字式发电机、变压器差动保护试 验方法 关键词: 电机变压器差动保护 摘要：变压器、发电机等大型主设备价值昂贵，当他们发生故障时，变压器、发电机的主保护纵向电流差动保护应准确及时地将他们从电力系统中切除，确保设备不受损坏。模拟发电机、变压器实际故障时的电流情况来进行差动试验，验证保护动作的正确性至关重要。 关键词：数字式差动保护试验方法 我们知道，变压器、发电机的电气主保护为纵向电流差动保护，该保护原理成熟，动作成功率高，从常规的继电器保护到晶体管保护再到现在的微机保护，保护原理都没有多大改变，只是实现此保护的硬件平台随着电子技术的发展在不断升级，使我们的日常操作维护更方便、更容易。传统继电器差动保护是通过差动CT的接线方式与变比大小不同来进行角度校正及电流补偿的，而微机保护一般接入保护装置的CT全为星型接法，
然后通过软件移相进行角差校正，通过平衡系数来进行电流大小补偿，从而实现在正常运行时差流为零，而变压器内部故障时，差流很大，保护动作。由于变压器正常运行和故障时至少有6个电流（高、低压侧），而我们所用的微机保护测试仪一般只能产生3个电流，因此要模拟主变实际故障时的电流情况来进行差动试验，就要求我们对微机差动保护原理理解清楚，然后正确接线，方可做出试验结果，从而验证保护动作的正确性。 下面我们以国电南京自动化设备总厂电网公司的ND300系列的发变组差动保护为例来具体说明试验方法，其他厂家的应该大同小异。这里我们选择ND300系列数字式变压器保护装置中的NDT302型号作为试验对象。该型号的差动保护定值（已设定）见表1: 表1NDT302变压器保护装置保护定值单
变压器差动保护
第二节变压器差动保护 1.概述 电气主设备内部故障的主保护方案之一是差动保护，差动保护在发电机上的应用是比较简单的，但是作为变压器内部故障的主保护，差动保护将有许多特点和困难。 变压器有两个和更多个电压等级，构成差动保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的差动保护不平衡电流将比发电机大得多。 变压器每相原副边电流之差(正常运行时的励磁涌流)将作为变压器差动保护不平衡电流的一种来源，特别是当变压器过励磁运行时，励磁电流可达变压器额定电流的水平，势必引起差动保护误动作。更有甚者，在空载变压器突然合闸时，或者变压器外部短路被切除而变压器端电压突然恢复时，暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与短路电流相比拟，在这样大的不平衡电流下，要求差动保护不误动，是一个相当复杂困难的技术问题。 正常运行中的变压器，根据电力系统的要求，需要调节分接头，这又将增大变压器差动保护的不平衡电流。 变压器差动保护能反应高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环中的电流很大，但流入差动保护的电流可能不大。 变压器差动保护还应能反应高压侧(中性点直接接地系统)经高阻接地的单相短路，此时故障电流也较小。 综上所述，差动保护用于变压器，一方面由于各种因素产生较大和很大的不平衡电流，另一方面又要求能反应具有流出电流的轻微匝间短路，可见变压器差动保护要比发电机差动保护复杂得多。 2.配置原则 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定： (1) 10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动 保护。6.3MVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。 (2) 10MVA以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA及以上的变压器，当电 流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。 (3) 0.4MVA及以上，一次电压为10kV及以下，线圈为三角-星形连接的变压器，可采用两 相三继电器式的过流保护。 (4) 以上所述各相保护装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。 3.要求达到的性能指标 (1) 具有防止区外故障误动的制动特性； (2) 具有防止励磁涌流引起误动的功能； (3) 宜具有TA断线判别功能，并能选择闭锁差动或报警，当电流超过额定电流的 1.5～2倍 时可自动解除闭锁； (4) 动作时间(2倍整定值时)不大于50ms； (5) 整定值允差±5%。 4.原理及其微机实现 4.1四方 4.1.1 保护原理 变压器差动包括主变差动、发变组差动、厂用变差动、起/备变差动、励磁变差动等，对于高压侧为500kV的一个半开关接线方式，发变组差动及主变差动保护应反应四侧的电流量。
变压器差动保护整定计算
变压器差动保护整定计算 1. 比率差动 装置中的平衡系数的计算 1）．计算变压器各侧一次额定电流： n n n U S I 113= 式中n S 为变压器最大额定容量，n U 1为变压器计算侧额定电压。 2）．计算变压器各侧二次额定电流： LH n n n I I 12= 式中n I 1为变压器计算侧一次额定电流，LH n 为变压器计算侧TA 变比。 3）．计算变压器各侧平衡系数： b n n PH K I I K ?= -2min 2，其中)4,min(min 2max 2--=n n b I I K 式中n I 2为变压器计算侧二次额定电流，min 2-n I 为变压器各侧二次额定电流值中最小值，max 2-n I 为变压器各侧二次额定电流值中最大值。
平衡系数的计算方法即以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧为基准，其它侧依次放大。若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值大于4，则取放大倍数最大的一侧倍数为4，其它侧依次减小；若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，则取放大倍数最小的一侧倍数为1，其它侧依次放大。装置为了保证精度，所能接受的最小系数ph K 为，因此差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16倍。 差动各侧电流相位差的补偿 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Δ->Y 变化调整差流平衡，这样可明确区分涌流和故障的特征，大大加快保护的动作速度。对于Yo/Δ-11的接线，其校正方法如下： Yo 侧： )0('I I I A A ? ??-= )0(' I I I B B ? ? ? -= )0('I I I C C ? ??-= Δ侧： 3/ )('c a a I I I ? ??-=
实验五变压器差动保护实验指导书(完,11.12)
实验五 变压器差动保护实验 （一）实验目的 1 ．熟悉变压器纵差保护的组成原理及整定值的调整方法。 2 ．了解 Y ∕Δ接线的变压器，其电流互感器二次接线方式对减少不平衡电 流的影响。 3 ．了解差动保护制动特性的特点。 （二）变压器纵联差动保护的基本原理 1 ．变压器保护的配置 变压器是十分重要和贵重的电力设备， 电力部门中使用相当普遍。 变压器如 发生故障将给供电的可靠性带来严重的后果， 因此在变压器上应装设灵敏、快 速、可靠和选择性好的保护装置。 变压器上装设的保护一般有两类：一种为主保护，如瓦斯保护，差动保护； 另一种称后备保护，如过电流保护、低电压起动的过流保护等。 本试验台的主保护采用二次谐波制动原理的比率制动差动保护 2．变压器纵联差动保护基本原理 如图 7-1 所示为双绕组纵联差动保 护的单 相原理说明图，元件两侧的电流 互感 器的接线应使在正常和外部故障时 流 入继电器的电流为两侧电流之差，其 值接近于零，继电器不动作；内部故障 时流入继电器的电流为两侧电流之和， 其值为短路电流，继电器动作。但是， 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流 不同，为了保证正常和外部故障时， 变压器两侧的两个电流相等， 从而使流入继 电器的电流为零。即： 式中： K TAY 、 K TA △——分别为变压器 Y 侧和△侧电流互感器变比； KT ——变压器变比。 显然要使正常和外部故障时流入继电器的电流为零， 就必须适当选择两侧互感器 的变比， 使其比值等于变压器变比。 但是， 实际上正常或外部故障时流入继电器 的电流不会为零，即有不平衡电流出现。原因是： （1）各侧电流互感器的磁化特性不可能一致。 （2）为满足（ 7-1 ）式要求，计算出的电流互感器的变比，与选用的标准化变 比不可能相同； （3）当采用带负荷调压的变压器时，由于运行的需要为维持电压水平，常常 变化变比 KT ，从而使（ 7-1 ）式不能得到满足。
变压器差动保护历史及思考
电力变压器差动保护技术的发展 及对提高可靠性的思考 董济生 一、引言 电力变压器是电网最主要的设备之一，对于电网的安全稳定运行具有极其重要的作用。由于其单体价值高，在电网中的数量多，一旦发生故障将对电网的运行造成严重后果。通常情况下，变压器保护正确动作率，远低于线路保护的正确动作率。所以历来人们对变压器保护装置的研究、配置、运行都非常重视。随着电网的飞速发展，超高压、大容量变压器的出现，对变压器的保护装置也提出了新的更高的要求。因此迫切需要对变压器保护进一步发展与完善。 本文试图通过对电力变压器差动保护技术的发展的回顾，谈提高其动作可靠性的思考。 二、变压器故障的类型及应配置的保护 变压器的运行故障主要有两类： （1）油箱内部故障 包括各相绕组之间的相间短路、单相绕组部分线匝之间的匝间短路、单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障、铁心烧损等； （2）油箱外部故障 包括引出线的相间短路、绝缘套管闪络或破碎引起的单相接地（通过外壳）短路等。 变压器故障会导致不正常工作状态，主要表现在：外部短路或过负荷产生过电流、油箱漏油造成油面降低、长时间油温过高、中性点过电压等。 根据变压器的故障状态，应装设下述保护： （1）瓦斯保护 防止变压器油箱内各种短路故障、油面降低以及长时间油温过高在壳内产生的气体，其中重瓦斯跳闸、轻瓦斯发信号；（2）纵联差动保护和电流速断保护 防止变压器绕组和引出线相间短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路； （3）相间短路的后备保护，包括过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序过电流保护 防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备； （4）零序电流保护 防止大电流接地系统中变压器外部接地短路；、 （5）过负荷保护 防止变压器对称过负荷； （7）反应变压器油温过高的报警信号。 以上1和7是非电类参数的，其它是电类参数。其中，差动保护原理简单、易于实现，有很高的动作选择性和灵敏度，以其优越的保护性能不仅成为大容量、高电压变压器的主保护，而且在发电机、超短线路也被采用。但是由于变压器自身的特点，存在着容易误动的情况。 三、变压器差动保护误动的原因 变压器差动保护属于纵差保护，即将电气设备两端的保护装置纵向联接起来，并将两端电气量比较来判断保护是否动作，其基础是基尔霍夫定律。根据该定律，保护范围内流入与流出的电流应该相等（变压器归算到同侧），当保护范围内发生故障时，其流入与流出的电流不等，差动保护就是根据这个差电流作为动作判据。但是在实际应用中，由于变压器励磁涌流等原因的存在，导致了变压器差动保护的误动。 从理论上讲，变压器在正常运行和区外故障时，流经差动保护装置的电流应该为零。然而，由于变压器在结构和运行上的特点，实际运行中有很多因素使该电流不为零，从而产生不平衡电流。即当保护范围内无故障时也存在不平衡电流，这些不平衡电流有可能引起保护误动。以下，对不平衡电流产生的原因及消除方法予以分析。 1、稳态情况下不平衡电流产生的原因及消除方法： 在变压器稳态运行的状态下，影响差动保护误动的原因就是回路中的不平衡电流。其产生的原因大致有： （1）因各侧绕组的接线方式不同造成电流相位不同而产生不平衡电流 我国规定的五种变压器标准联结组中，Y/D-11双绕组变压器常被使用。这种联结方式的变压器两侧电流相差30°，要使差动保护不误动就要设法调整电流互感器二次回路的接线和变比以进行相位校正，使电源侧和负荷侧的电流互感器二次电流相差180°且大小相等，这样就能消除Y/D-11变压器接线对差动保护的影响。 （2）因电流互感器计算变比与实际变比不同而产生不平衡电流
变压器微机差动保护的整定计算
变压器微机差动保护的整定计算 作者：程秀娟 (扬子石油化工设计公司南京210048) 摘要：本文首先对变压器差动保护误动的原因作了初步分析,然后介绍了三段折线式比率制动特性的变压器差动保护的基本原理，并对各种参数的整定值设置进行了详细论述。 关键词：变压器差动保护三折线参数整定 1 前言 电力变压器是电力系统中十分重要的供电设备，它出现故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。纵联差动保护是大容量变压器的主保护之一，然而，相对于线路保护和发电机保护来说，变压器保护的正确动作率显得较低，据各大电网的不完全统计，正确动作率尚不足70%。究其原因，就在于变压器结构及其内部独特的电磁关系。要提高变压器差动保护的动作正确率，首先必须找出误动的原因，从而在整定计算时充分考虑这些因素，才能有效地避免误动的出现。 2 变压器差动保护误动原因分析 2.1 空载投入时误动 变压器空载投入时瞬间的励磁电流可能很大，其值可达额定电流的10倍以上，该电流称为励磁涌流。其产生的根本原因是铁心中磁通在合闸瞬间不能突变，在合闸瞬间产生了非周期性分量磁通。 励磁涌流波形特征是：含有很大成分的非周期分量；含有大量的谐波分量，并以二次谐波为主；出现间断。励磁涌流的影响因素有：电源电压值和合闸初相角；合闸前铁芯磁通值和剩磁方向；系统等值阻抗值和相角；变压器绕组的接线方式和中心点接地方式；铁芯材质的磁化特性、磁滞特性等，铁芯结构型式、工艺组装水平。 为防止变压器空投时保护误动，其差动保护通常利用二次谐波作制动。原理是通过计算差动电流中的二次谐波电流分量来判断是否发生励磁涌流。当出现励磁涌流时应有：Id2 > K I d1。其中，Id1、Id2分别为差动电流中的基波和二次谐波电流的幅值；K为二次谐波制动比。但是，由于变压器磁特性的变化，某些工况下励磁涌流的二次谐波含量低，容易导致误动；而大容量变压器、远距离输电的发展，使得内部故障时暂态电流可能产生较大二次谐波，容易导致拒动。这时，就必须选用其它制动方式，如偶次谐波电流制动、判断电流间断角识别励磁涌流、半波叠加制动等。 2.2 区外短路时误动
DMP300型微机变压器差动保护测控装置说明书
一、简介 1.概述 DMP300型微机变压器差动保护测控装置，适用于110KV及以下电压等级的三圈变或两圈变，具有开入采集、脉冲电度量采集、遥控输出、通讯功能。其中DMP321适用于三圈变，DMP322适用于两圈变。 保护功能：a）差电流速断保护 b）二次谐波制动的比率差动保护 c）CT断线识别和闭锁功能 d）过负荷告警 e）过载启动风冷 f）过载闭锁有载调压 遥信量采集：a）本体轻、重瓦斯信号 有载轻、重瓦斯信号 压力释放信号 变压器超温告警 b）主变一侧开关的弹簧未储能、压力异常闭锁、报警 c）从主变一侧开关操作箱中采集开关跳、合位，手跳、手合开关量脉冲电量：一路有功脉冲电度、一路无功脉冲电度 遥控：遥控主变一侧开关 2.特点： 1）差动保护中各侧电流平衡补偿由软件完成，中低压侧电流不平衡系数均以高压侧为基准。变压器各侧CT二次电流相位也由软件自动校正，即变压器各侧CT二次回路可接成丫型（也可选择常规接线），这样简化了CT二次接线，增加了可靠性。 1)变压器保护的差动保护与后备保护完全独立，各侧后备也完全独立，独立的工作电 源、CPU实现真正意义上的主、后备保护，极大地提高了主变保护的可靠性。 2)通过菜单可直接查看主变各侧电流值的大小、相位关系，差电流大小，方便用户调 试与主变投运。 3)选用高性能、高可靠性的80C196单片机，高度集成的PSD可编程外围芯片；宽温军 用、工业级芯片；高精度阻容元件；进口密封继电器。 4)抗干扰、抗震动的结构设计
全封闭金属单元机箱，箱内插板间加装隔离金属屏蔽板；高可靠性的进口接插件，加装固定挡条。 5)独到的多重抗干扰设计 单元装置采取了隔离、软硬件滤波、看门狗电路、智能诊断各种开放闭锁控制，ALL IN ONE的主板电路设计原则，新型结构设计等多种抗干扰措施，取得了良好的效果。 6)体积小、模块化，既可安装于开关柜，构成分散式系统，又可集中组屏。 7)大屏幕液晶汉字显示运行参数、菜单，具有极好的人机界面，操作简单、直观、易 学、易用。 8)所有保护功能均可根据需要直接投退，操作简单。 9)软件实现交流通道的模拟量精度调整，取消了传统的采保通道的误差补偿电位器， 不但简化了硬件，更方便了现场调试、校验，还提高了精度。 10)独到的远动试验菜单功能。装置中设有“远动试验”菜单,通过菜单按钮进行远动信息 传输试验,如“差动速断动作”、“高压侧CT断线告警”等，无需试验接点真正闭合，可在线试验，方便了远动调试。 11)多层次的PASSWORD：运行人员口令、保护人员口令、远动人员口令。 12)事件记录分类记录32条故障信息，32条预告信息，8条自检信息，并具掉电保持功 能。
换流变压器教学教材
换流变压器
精品文档 一、换流变压器 1、定义： 换流变压器(Converter Transformer) 接在换流桥与交流系统之间的电力变压器。采用换流变压器实现换流桥与交流母线的连接，并为换流桥提供一个中性点不接地的三相换相电压。换流变压器与换流桥是构成换流单元的主体。 2、换流变压器在直流输电系统中的作用： （1）、传送电力；（2）、把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压；（3）、利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提供两组幅值相等、相位相差30°(基波电角度)的三相对称的换相电压以实现十二脉动换流；（4）、将直流部分与交流系统相互绝缘隔离，以免交流系统中性点接地和直流部分中性点接地造成直接短接，使得换相无法进行；（5）、换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用；（6）、对沿着交流线路侵入到换流站的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。 3、换流变压器的特点及要求： （1）漏抗 以往由于晶闸管的额定电流和过负荷能力有限，为了限制阀臂短路和直流母线短路的故障电流，换流变压器的漏抗一般比普通电力变压器的大，一般为15－20%, 有些工程甚至超过20%。随着晶闸管的额定电流及其承受浪涌电流能力的提高，换流变压器的漏抗可按对应的容量和绝缘水平合理选择，阻抗相应降低，通常为12－18%，因此，设备主参数、绝缘水平、换流器无功消耗及能耗等都可相应降低，同时，换流器的运行性能也有所改进。 为减少非特征谐波，换流变压器的三相漏抗平衡度要求比普通电力变压器高，通常漏抗公差不大于2%。如果运输条件允许，工程多采用单相三绕组换流变压器结构，进一步减少十二脉动换流单元中换流变压器六个阻抗值的差别。（2）绝缘 换流变压器阀侧绕组和套管是在交流和直流电压共同作用之下工作的，由于油、纸两种绝缘材质的电导系数与介电系数之比差别很大，油纸复合绝缘中直流场强按电导系数分布，交流场强则按介电系数分布。当直流电压极性迅速变化时，会使油隙绝缘受到很大的电应力。在套管与底座的连接部分，由于绝缘结构复杂，这一问题最为严重。越接近直流两极的阀侧绕组对地电压越高，在设计时必然增大绕组端部与铁芯轭部的距离，使绕组端部的辐向漏磁和局部损耗增加，因谐波漏磁而引起的损耗则增加更多。作为阀侧绕组外绝缘的套管，其爬电距离要考虑到直流电压的分量，为了避免雨天时在直流电压作用下，由于不均匀湿闪而造成的闪络故障，一般阀侧套管均伸入阀厅。干式合成套管已得到实际应用。为了抗震，套管法兰盘处一般装有振动阻尼装置。（3）谐波 换流变压器漏磁的谐波分量会使变压器的杂散损耗增大，有时可能使某些金属部件和油箱产生局部过热现象。在有较强漏磁通过的部件要用非磁性材料或采用磁屏蔽措施。谐波磁通所引起的磁致伸缩噪声处于听觉较为灵敏的频带，必要时要采取更有效的隔音措施。（4）直流偏磁 换流器触发时刻的间隔不等，交流母线正序二次谐波电压和与直流线路并行的交流线路的感应作用等将在换流变压器阀侧绕组电流中产生直流分量；接地极入地电流引起的地电位变化会在交流侧绕组电流中产生直流分量，二者共 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
变压器差动保护试验方法
我们知道，变压器、发电机的电气主保护为纵向电流差动保护，该保护原理成熟，动作成功率高，从常规的继电器保护到晶体管保护再到现在的微机保护，保护原理都没有多大改变，只是实现此保护的硬件平台随着电子技术的发展在不断升级，使我们的日常操作维护更方便、更容易。传统继电器差动保护是通过差动CT的接线方式与变比大小不同来进行角度校正及电流补偿的，而微机保护一般接入保护装置的CT全为星型接法，然后通过软件移相进行角差校正，通过平衡系数来进行电流大小补偿，从而实现在正常运行时差流为零，而变压器内部故障时，差流很大，保护动作。由于变压器正常运行和故障时至少有6个电流（高、低压侧），而我们所用的微机保护测试仪一般只能产生3个电流，因此要模拟主变实际故障时的电流情况来进行差动试验，就要求我们对微机差动保护原理理解清楚，然后正确接线，方可做出试验结果，从而验证保护动作的正确性。 下面我们以国电XX自动化设备总厂电网公司的ND300系列的发变组差动保护为例来具体说明试验方法，其他厂家的应该XX小异。这里我们选择ND300系列数字式变压器保护装置中的NDT302型号作为试验对象。该型号的差动保护定值（已设定）见表1: 表1NDT302变压器保护装置保护定值单
下面我们先来分析一下微机差动保护的算法原理（三相变压器）。这里以Y/△-11主变接线为例，传统继电器差动保护是通过把主变高压侧的二次CT接成△，把低压侧的二次CT接成Y型，来平衡主变高压侧与低压侧的30度相位差的，然后再通过二次CT变比的不同来平衡电流大小的，接线时要求接入差动继电器的电流要相差180度，即是逆极性接入。具体接线见图1： 图1
变压器差动保护计算要领
变压器比率制动纵差保护 整定计算步骤及要领 1.计算制动电流启动值 正常运行中变压器负荷电流通常在额定电流I e 以下，不平衡I bp 电流很小， 无需比率制动，差动动作电流I cd 为恒定，不随制动电流的增大而增大。 所以制动电流启动值：I Zd qd =（0.8～1.0）I e /n L 式中：n L －电流互感器变比 制动电流启动值也就是一折线的拐点电流值。 2.计算差动保护启动电流值 差动保护启动电流(门槛值)现场一般取：I cd qd =（0.4～0.7）I e /n L 如果有条件，最好在现场实测变压器的不平衡电流I bph ,作为差动启动电流 整定计算的依据。 3.计算差动保护速断电流值 差动速断电流值：I cd sd =（6～8）I e /n L 4.计算比率制动系数 比率制动系数K zd 与变压器外部三相最大短路电流、制动电流启动值相关， 与差动电流启动值、速断值相关。 计算比率制动系数：K zd ＝ e I .max )3(I e I 23.0.max )3(I 5.40--外外 5.计算制动电流 制动电流：I Zd ＝(I cd sd - I cd qd )/ K zd ＋I Zd qd 举 例 一、已知参数： 主变容量＝10000KVA ；额定电压＝35/10.5KV ；
计算变压器一次侧额定电流=35 310000?=165（A ）； 一次侧CT 变比=300/5、CT 二次额定电流=60 165=2.75（A ） 主变阻抗电压百分比=7.33% 通过短路电流计算已知主变外部三相最大短路电流=2095（A ） 二、计算定值 1.计算制动电流启动定值：I Zd qd =1.0I e /n L =60 165＝2.75（A ） 2.计算差动启动电流定值：I cd qd =0.7I 2e =0.7×2.75=1.925 取I cd qd =2.0 3.计算差动速断电流定值：I cd sd =8I e /n L =60 1658?= 22（A ） 4. 计算比率制动系数：K zd ＝e max )3(e .max )3(I .I I 23.0I 5.40--外外 =165 209516523.02095I 5.40-?-? =0.468 取K zd ＝0.5 5.计算制动电流：I Zd =(I cd sd - I cd qd )/ K zd ＋I Zd qd =（22-2）/0.5＋2.75 =42.75A 取I Zd =43A 说明：本计算公式中的代表符号与说明书不一致，在使用时应注意。
HVDC谐波分析
基于新型换流变压器HVDC谐波分析与仿真计算 李季,罗隆福,许加柱，李勇,刘福生 （湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082） 摘要：在构成高压直流输电系统一系列关键技术中，滤波装置占据十分重要的地位。本文提出了一种具有内部三角形绕组新颖的自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器，将传统交流滤波装置移至绕组内部即在换流变压器副方公共绕组串接5、7、11、13次滤波支路的接线方案，让谐波源无法流窜到高压网络中，有效的抑制了直流输电系统中的谐波成分。最后以新型换流变压器及相关的直流系统技术参数为依据，结合滤波装置为新型换流变压器的自补滤波提供谐波通道及满足换流器无功需求的特点，对基于新型换流变压器的直流输电系统中绕组及滤波支路谐波电流进行了详细的分析和仿真计算,仿真结果表明,本文提出的新兴换流变压器原理正确，参数选择合理，滤波效果好，总谐波含量低，具有良好的应用前景。 关键词：高压直流输电;换流变压器;滤波装置;谐波屏蔽;自耦补偿 1引言 在高压直流输电系统(HVDC)中，由于换流器的非线性特征，在交流系统和直流系统中不可避免的产生大量的谐波电压和谐波电流，对系统本身和用户都会造成影响和危害。对于交流系统的滤波来说，传统的滤波方式一般是在换流变压器网侧的母线上并联滤波器装置，兼作无功补偿设备。该种方式虽能较好的解决交流系统的谐波抑制和无功补偿问题，但并未克服通过换流变压器的无功和谐波对变压器本身所带来的影响；并且在现有的直流输电工程运行中仍然大量出现交直流侧谐波超标的现象，因此有必要采取更加有效的滤波设计[1-2]。 自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器通过特有的绕组连接方式，辅之以必要的滤波装置，不仅能满足交流系统的滤波及无功需求，而且能解决上述传统换流变压器以及直流输电系统中存在的问题，较之传统换流变压器及无源滤波装置有诸多优点。本文以新型换流变压器原理机及相关换流直流系统的技术参数为依据，对基新型换流变压器的HVDC 交流侧的滤波装置进行分析设计,各次谐波泄露量均能达到谐波国家标准，从而达到理想的综合补偿效果。2新型换流变压器工作机理 2.1接线方案 与传统换流变压器相比，新型换流变压器副边绕组有抽头引出接辅助滤波装置，这势必改变绕组间的电磁关系。图1所示为用于12脉动HVDC的新型换流变压器绕组接线与辅助滤波兼无功补偿设备布置图。由图可知，新型换流变压器副方采用延边三角形连接，中间引出抽头接辅助滤波装置，这在接线方式上相当于将传统变压器原方网侧的无源滤波装置移到副方绕组的中部，以利发挥自补滤波的作用，改善与消除传统滤波与无功补偿的不足]3[。 新型换流变压器要满足12脉波换相要求时，I 桥和II桥相电压分别左移15 ，右移15 。设变压器网侧，阀侧线电压比为1。原边匝数为1p.u;参考电压相量图2所示，根据正弦定理,可计算求得 8966 .0 1 2= = W W k c （1） 5176 .0 1 3= = W W k e （2） 其中, 1 W、 2 W和 3 W分别为变压器网侧绕组,延 边绕组和公共绕组的匝数; c k和 e k分别为延边绕组与网侧绕组、公共绕组与网侧绕组之间的匝比。 f f 图1新型换流变压器接线方案
差动保护带负荷测试
差动保护带负荷测试 1引言 差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护，其运行情况直接关系到变压器的安危。怎样才知道差动保护的运行情况呢？怎样才知道差动保护的整定、接线正确呢？唯有用负荷电流检验。但检验时要测哪些量？测得的数据又怎样分析、判断呢？下面就针对这些问题做些讨论。 2变压器差动保护的简要原理 差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。 3变压器差动保护带负荷测试的重要性 变压器差动保护原理简单，但实现方式复杂，加上各种差动保护在实现方式细节上的各不相同，更增加了其在具体使用中的复杂性，使人为出错机率增大，正确动作率降低。比如许继公司的微机变压器差动保护计算Y-△接线变压器Y
型侧额定二次电流时不乘以，而南瑞公司的保护要乘以。这些细小的差别，设计、安装、整定人员很容易疏忽、混淆，从而造成保护误动、拒动。为了防范于未然，就必需在变压器差动保护投运时进行带负荷测试。 4变压器差动保护带负荷测试内容 要排除设计、安装、整定过程中的疏漏（如线接错、极性弄反、平衡系数算错等等），就要收集充足、完备的测试数据。 1．差流（或差压）。变压器差动保护是靠各侧CT二次电流和——差流——工作的，所以，差流（或差压）是差动保护带负荷测试的重要内容。电流平衡补偿的差动继电器（如LCD-4、LFP-972、CST-31A型差动继电器），用钳形相位表或通过微机保护液晶显示屏依次测出Ａ相、Ｂ相、Ｃ相差流，并记录；磁平衡补偿的差动继电器（如BCH-1、BCH-2、DCD-5型差动继电器），用0.5级交流电压表依次测出Ａ相、Ｂ相、Ｃ相差压，并记录。 2．各侧电流的幅值和相位。只凭借差流判断差动保护正确性是不充分的，因为一些接线或变比的小错误，往往不会产生明显的差流，且差流随负荷电流变化，负荷小，差流跟着变小，所以，除测试差流外，还要用钳形相位表在保护屏端子排依次测出变压器各侧Ａ相、Ｂ相、Ｃ相电流的幅值和相位（相位以一相PT二次电压做参考），并记录。此处不
变压器差动保护原理
变压器差动保护 一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）； 二：差动保护的定义 由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护 三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述： 1、图一所示：为一两圈变变压器，降压变，具体参数如下：主变高压侧电压U高=110KV,主变低压侧电压U低=10KV,变压器容量Sn=240000KV A, 高压侧CT变比1000/5,低压侧的CT变比是1500/5.计算平衡系数。 I1’：流过变压器高压侧的一次电流；
I”：流过变压器低压侧的一次电流； I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； nh：高压侧电流互感器CT1变比； nl：低压侧电流互感器CT2变比； nB：变压器的变比； 各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2”I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB 2、区内：CT1到CT2的范围之内； 3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地） 单相接地故障以及匝间、层间短路故障； 四：差动的特性 1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图： 下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性： o：图二的坐标原点； f：差动保护的最小制动电流； d：差动保护的最小动作电流； p：比率制动斜线上的任一点； e：p点的纵坐标； b：p点的横坐标； 动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时， 由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲 线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此， 图中阴影部分，即差动保护的动作区； 制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区； 比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们
高压直流输电中谐波对换流变压器差动保护的影响_乔小敏
第37卷第10期电力系统保护与控制Vol.37 No.10 2009年5月16日 Power System Protection and Control May 16,2009 高压直流输电中谐波对换流变压器差动保护的影响 乔小敏，王增平，文俊 （华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206） 摘要：由于高压直流输电系统特有的优点,使高压直流输电系统得到越来越广泛的应用。但高压直流输电系统具有其本身的特点，使得换流变压器与普通电力变压器在构造上有一些不同,高压直流输电系统中换流器是非线性元件，产生大量谐波，谐波对换流变压器保护动作有影响，再加上直流控制系统对故障的控制和调节作用,导致换流变压器和传统电力变压器保护存在差异。基于PSCAD/EMTDC仿真程序研究了CIGRE直流输电标准测试系统在正常运行，换流变压器内部故障和整流侧换流阀短路典型故障情况下的特点。并用Matlab分析了各种情况下的数据，并得出换流变压器差流中谐波的特点及对换流变压器差动保护的影响。 关键词: 高压直流输电; 换流变压器; 差动保护; PSCAD/EMTDC仿真; Matlab Influence of converter transformer differential protection by harmonic in HVDC transmission system QIAO Xiao-min,WANG Zeng-ping,WEN Jun （North China Electric Power University，Beijing 102206,China） Abstract: As the special merits of HVDC system, it becomes more and more popular.In HVDC system the valve is non-linear component and brings out a lot of harmonic,which affects the protection of the converter transformer. The converter transformer has something different with power transformer in structure,in addition,the control and adjust action to fault from the direct current control systems,which makes the protection exist differences between the converter transformer and the power transformer.This paper researches different typical conditions of the CIGRE HVDC standard test system based on PSCAD/EMTDC simulator, which includes good running, internal fault of the converter transformer and valve fault at rectifier.Finally,it analyzes the data of different conditions and draws the conclusion of the differential current harmonic traits and the converter transformer differential protection influenced by harmonic. Key words: HVDC transmission system; converter transformer; differential protection; PSCAD/EMTDC ; Matlab 中图分类号： TM77 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2009)10-0111-04 0 引言 高压直流输电由于其特有的优点，得到了越来越广泛的应用。这些优点包括：不须考虑稳定性问题；线路故障恢复能力较强；调节速度快，更有利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；可实现电力系统之间的非同步联网；超过一定距离建设投资更经济等[1]。中国的高压直流输电发展迅速, 相继建成投产了天广(天生桥-广州)、三常(三峡-常州)、三广(三峡-广东)和贵广(贵州-广东)等多项高压直流输电项目。 高压直流输电系统中，换流变压器是最重要的设备之一，它处于交流电和直流电互相交换的核心位置。可以提供相位差为30度的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，使直流系统运行在最优状态。 高压直流输电的另一主要设备换流器是非线性元件，对交流侧来说是主要的谐波电流源，产生大量的谐波对换流变压器保护，特别是对依靠谐波原理闭锁的保护产生影响。 换流变压器配置的主保护有比率差动、差动速断、工频变化量比率差动、零序比率差动保护，后备保护包括过流、零序过流、过电压、零序过电压保护等。 换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。差动保护作为换流变压器的主保护，其可靠安全动作对整个直流输电系统的安全稳定可靠运行至关重要。 1 CIGRE直流输电标准测试系统简介
变压器差动保护原理
主变差动保护 一、主变差动保护简介 主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障 ，差动保护是输入的两端CT 电流矢量差，当两端CT 电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。 差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT 之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。 二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成 纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 (二)、纵联差动保护的工作原理 根据基尔霍夫第一定律，0 =∑ ? I ；式中∑? I 表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变 压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。 当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。
（1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为 继电器不动作。 （2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为 此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。 由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。 三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍 主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件 下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍：