主变保护基本原理
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主变保护基本原理
主讲：江卫良
深圳南瑞科技有限公司
2018/5/8
提纲
变压器保护概述
常规差动保护基本理论 纵差保护（比率差动、差动速断、采 样值差动）原理 零序、分侧（或分相）差动保护原理
变压器保护基本原理
1 2018/5/8
变压器保护概述
电力变压器的分类
按接线形式分：普通变和自耦变 （三相、分相） 按绕组数分：三卷变和两卷变 按用途分：升压变、降压变和系统联络变
Y/Δ-11转换示例
矢量图 差流计算（已乘了平衡系数）
Ida=（Iha-Ihb）+Ila Idb=（Ihb-Ihc）+Ilb Idc=（Ihc-Iha）+Ilc
Iha-Ihb Iha
Ila
30
Ilb Ihb-Ihc
注意：差流放大了 3倍 差流、制动电流定值都要相应放 大 3倍
Ihc
I1
集中参数电路 In I2
i 1
4
n
t） I （ 0 i
...
变压器保护基本原理
2018/5/8
差动保护基本原理
常规差流的计算
正常情况下,差流为零;故障情况下,形成新的电流支路, 平衡关系被打破，产生差流 不考虑TA传变误差和TA饱和,不需要制动
Id
I
i 1
n
i
采样值差动
采样值与稳态量的区别：
Id
采样值差动是微机保护特有 的一种差动保护。它将传统 的相量转变为各采样点（瞬 时值）的比率差动，并依靠 多点重复判断来保证可靠性。
理论基础与常规差动相同 R取S规则 模糊区
变压器保护基本原理
20
Ir
2018/5/8
采样值差动保护
采样值差动本身具备识别励磁涌流和外部故障TA饱和的 能力，不需要另外附加励磁涌流闭锁判据。
n:1
变压器保护基本原理
7
2018/5/8
变压器差动保护
变压器零序差动基 本原理
基于基尔霍夫电流定律 主要用于自耦变 平衡系数只与TA变比有 关
变压器分侧差动基 本原理
变压器保护基本原理
8
2018/5/8
变压器差动保护
变压器纵差保护的特点
励磁涌流 Y/Δ转换 各侧平衡系数的调节 有载调压引起的不平衡电流 可反映相间、接地、匝间短路故障
二次谐波定值、波形不对称定值越小躲励磁涌 流能力越强，保护越不容易动作
变压器保护基本原理
18 2018/5/8
比率差动保护
励磁涌流制动原理二：波形识别
故障时，有如下表达式成立： S Kb * S
S 为 式中：
（4-3）
2
I i I
i
' 为波形不对称系数。 I i 为差流导数前半波某一点的数值， I
变压器保护基本原理
22
制动区 I0r
2018/5/8
变压器其他保护
过激磁保护
复合电压闭锁方向过流保护 阻抗保护 零序过流保护 间隙保护
非全相保护
非电量保护
变压器保护基本原理
23
2018/5/8
演示完毕，谢谢！
变压器保护基本原理
24
2018/5/8
变压器保护基本原理
6 2018/5/8
差动保护基本原理
I1
变压器纵差基本原理
（包括：比率差动、差动速断、 采样值差动）
基于变压器原理 理想变压器：U1*I1=U2*I2 即：I1*n+I2=0 n为一次和二次绕组匝数比 反应的是能量的平衡 平衡系数和匝数比、TA变比有 关
I2 U1 U2
变压器保护基本原理
9
2018/5/8
变压器差动保护
变压器零序、分侧差动保护的特点
不怕励磁涌流 不需Y/Δ转换 各侧平衡系数只与TA变比有关，与电压等级无关 有载调压不会引起不平衡电流 零差：可反映单相接地短路，不反映相间短路 分侧差动：可反映相间、接地短路，不反映匝间短路
实际应用中,需要考虑TA传变误差、TA饱和等因素的 影响, 使用带比率制动的差动保护
变压器保护基本原理
5 2018/5/8
差动保护基本原理
差动保护的应用
发电机完全纵差、母线差动是基于基尔霍夫电 流定律的 不考虑分布电容的情况下，线路差动是基于霍 夫电流定律的，但是长线路具有分布参数，不 能忽略分布电容的影响，要进行补偿 变压器纵差不是基于基尔霍夫电流定律的 差动保护反映的是电流的平衡关系
T 2
S 为I i I i T 的半波积分值； k b 的半波积分值，
i T 2
为差流导数后半波对应点的数值。
一般整定为0.1～0.2之间，一般推荐取0.12。
波形不对称定值Kb越小躲励磁涌流能力越强，保护越不容易动作
变压器保护基本原理
19
2018/5/8
采样值差动保护
13 2018/5/8
变压器保护基本原理
变压器差动保护
差动速断保护
在纵差保护区内发生严重故障时，快速切除故障
不经励磁涌流闭锁，靠定值躲
不经TA断线闭锁 区外故障TA严重饱和时，经TA饱和闭锁
变压器保护基本原理
14
2018/5/8
变压器差动保护
Байду номын сангаас率差动保护
经励磁涌流闭锁：二次谐波、波形识别 经TA断线闭锁，可选择： 闭锁 不闭锁 小电流闭锁，大电流不闭锁 区外故障TA轻微饱和，可利用比率制动特性制动 区外故障TA严重饱和时，设专门的TA饱和闭锁元件：利用制动电 流与差动电流表现的时序一致性来判别是否饱和 故障：差流和制动电流突变量同时出现 TA饱和：先出现制动电流突变量，几毫秒后出现差流
其数据窗小于一个周波，故可快速切除绝大多数非轻微 的变压器相间及接地故障。
它的设置主要是为一般的非轻微变压器内部故障提供一 个“速动段”，有助于消除二次谐波判据带来的长延时 影响。
变压器保护基本原理
21 2018/5/8
零序差动保护
零序比差各侧的零序电流均由各侧三相绕组自产得到
I0d
动作区 k0 I0 cdqd 0.5Ie
Ilc
Ihc-Iha
Ihb
变压器保护基本原理
12
2018/5/8
变压器差动保护
各侧平衡系数计算示例
和电压等级成正比，和TA变比成正比 和二次额定电流成反比 和变压器容量无关 由于采用Y->Δ转换， Δ侧要放大 3 倍 以高压侧为基准，其他侧平衡系数计算公式： I U * KTAi K phi K 2nH K 1ni , K 1或 3 I 2ni U1nH * KTAH 例如：某变压器Ｙ/Ｙ/ Δ-12-12-11接线，高、中、低压侧额 定电压220kV、110kV、10kV，TA变比：600/1、 1000/1、2000/1，则高、中、低压侧平衡系数分别为： 1、0.833、0.262
变压器保护基本原理
10
2018/5/8
变压器差动保护
Y-Δ转换原理
为什么要进行Y-Δ转换 Y-> Δ和Δ -> Y的区别
对涌流制动特性的影响 消除零序电流
Iha Ihb Ihc
PRS-778采用Y-> Δ转 换
Ila Ilb Ilc
变压器保护基本原理
11
2018/5/8
变压器差动保护
变压器保护基本原理
17
2018/5/8
比率差动保护
励磁涌流制动原理一:二次谐波复合制动
对/接线变压器，差流反映形接线侧两相电流相量 差,故当差流二次谐波未能制动时，可进一步用两个相 电流中的二次谐波进行制动，这就大大提高了涌流制 动的可靠性。 采用涌流复合制动逻辑：在变压器无故障时采用“或” 逻辑制动方式可靠地避开涌流，空投于故障变压器时 自动转换为分相制动方式。
电力变压器的结构
铁芯、绕组、外壳、油箱、油、套管、引线、冷却器 有载调压
变压器的绕组接线图（普通变、自耦变）
变压器保护基本原理
2 2018/5/8
变压器保护概述
变压器的常见故障
油箱内：相间短路、接地短路、匝间短路等 油箱外：套管和引出线上发生相间短路和接地短路
变压器的不正常运行状态
变压器保护基本原理
15 2018/5/8
变压器比率差动保护
动作特性曲线
Id
速断区
Icdsd
动作区 k2 k3 制动区
Icdqd
k1
Ir1
变压器保护基本原理
Ir2
16
Ir
2018/5/8
变压器比率差动保护
励磁涌流特征
尖脉冲，偏向时间轴一侧，不对称
波形不连续，有间断角
含有丰富的谐波分量
外部相间短路引起的过电流 外部接地短路引起的过电流和中性点过电压 由于负荷超载引起的过负荷 由于漏油等原因引起的油面下降
变压器保护基本原理
3
2018/5/8
差动保护基本原理
常规差动保护理论基础
基尔霍夫电流定律 :对于任一集中参数电路中的任一闭合面，在任 一时刻，通过该闭合面的所有支路电流的代数和等于零。 关键词:集中参数电路,闭合面,同一时刻,所有支路,代数和
主讲：江卫良
深圳南瑞科技有限公司
2018/5/8
提纲
变压器保护概述
常规差动保护基本理论 纵差保护（比率差动、差动速断、采 样值差动）原理 零序、分侧（或分相）差动保护原理
变压器保护基本原理
1 2018/5/8
变压器保护概述
电力变压器的分类
按接线形式分：普通变和自耦变 （三相、分相） 按绕组数分：三卷变和两卷变 按用途分：升压变、降压变和系统联络变
Y/Δ-11转换示例
矢量图 差流计算（已乘了平衡系数）
Ida=（Iha-Ihb）+Ila Idb=（Ihb-Ihc）+Ilb Idc=（Ihc-Iha）+Ilc
Iha-Ihb Iha
Ila
30
Ilb Ihb-Ihc
注意：差流放大了 3倍 差流、制动电流定值都要相应放 大 3倍
Ihc
I1
集中参数电路 In I2
i 1
4
n
t） I （ 0 i
...
变压器保护基本原理
2018/5/8
差动保护基本原理
常规差流的计算
正常情况下,差流为零;故障情况下,形成新的电流支路, 平衡关系被打破，产生差流 不考虑TA传变误差和TA饱和,不需要制动
Id
I
i 1
n
i
采样值差动
采样值与稳态量的区别：
Id
采样值差动是微机保护特有 的一种差动保护。它将传统 的相量转变为各采样点（瞬 时值）的比率差动，并依靠 多点重复判断来保证可靠性。
理论基础与常规差动相同 R取S规则 模糊区
变压器保护基本原理
20
Ir
2018/5/8
采样值差动保护
采样值差动本身具备识别励磁涌流和外部故障TA饱和的 能力，不需要另外附加励磁涌流闭锁判据。
n:1
变压器保护基本原理
7
2018/5/8
变压器差动保护
变压器零序差动基 本原理
基于基尔霍夫电流定律 主要用于自耦变 平衡系数只与TA变比有 关
变压器分侧差动基 本原理
变压器保护基本原理
8
2018/5/8
变压器差动保护
变压器纵差保护的特点
励磁涌流 Y/Δ转换 各侧平衡系数的调节 有载调压引起的不平衡电流 可反映相间、接地、匝间短路故障
二次谐波定值、波形不对称定值越小躲励磁涌 流能力越强，保护越不容易动作
变压器保护基本原理
18 2018/5/8
比率差动保护
励磁涌流制动原理二：波形识别
故障时，有如下表达式成立： S Kb * S
S 为 式中：
（4-3）
2
I i I
i
' 为波形不对称系数。 I i 为差流导数前半波某一点的数值， I
变压器保护基本原理
22
制动区 I0r
2018/5/8
变压器其他保护
过激磁保护
复合电压闭锁方向过流保护 阻抗保护 零序过流保护 间隙保护
非全相保护
非电量保护
变压器保护基本原理
23
2018/5/8
演示完毕，谢谢！
变压器保护基本原理
24
2018/5/8
变压器保护基本原理
6 2018/5/8
差动保护基本原理
I1
变压器纵差基本原理
（包括：比率差动、差动速断、 采样值差动）
基于变压器原理 理想变压器：U1*I1=U2*I2 即：I1*n+I2=0 n为一次和二次绕组匝数比 反应的是能量的平衡 平衡系数和匝数比、TA变比有 关
I2 U1 U2
变压器保护基本原理
9
2018/5/8
变压器差动保护
变压器零序、分侧差动保护的特点
不怕励磁涌流 不需Y/Δ转换 各侧平衡系数只与TA变比有关，与电压等级无关 有载调压不会引起不平衡电流 零差：可反映单相接地短路，不反映相间短路 分侧差动：可反映相间、接地短路，不反映匝间短路
实际应用中,需要考虑TA传变误差、TA饱和等因素的 影响, 使用带比率制动的差动保护
变压器保护基本原理
5 2018/5/8
差动保护基本原理
差动保护的应用
发电机完全纵差、母线差动是基于基尔霍夫电 流定律的 不考虑分布电容的情况下，线路差动是基于霍 夫电流定律的，但是长线路具有分布参数，不 能忽略分布电容的影响，要进行补偿 变压器纵差不是基于基尔霍夫电流定律的 差动保护反映的是电流的平衡关系
T 2
S 为I i I i T 的半波积分值； k b 的半波积分值，
i T 2
为差流导数后半波对应点的数值。
一般整定为0.1～0.2之间，一般推荐取0.12。
波形不对称定值Kb越小躲励磁涌流能力越强，保护越不容易动作
变压器保护基本原理
19
2018/5/8
采样值差动保护
13 2018/5/8
变压器保护基本原理
变压器差动保护
差动速断保护
在纵差保护区内发生严重故障时，快速切除故障
不经励磁涌流闭锁，靠定值躲
不经TA断线闭锁 区外故障TA严重饱和时，经TA饱和闭锁
变压器保护基本原理
14
2018/5/8
变压器差动保护
Байду номын сангаас率差动保护
经励磁涌流闭锁：二次谐波、波形识别 经TA断线闭锁，可选择： 闭锁 不闭锁 小电流闭锁，大电流不闭锁 区外故障TA轻微饱和，可利用比率制动特性制动 区外故障TA严重饱和时，设专门的TA饱和闭锁元件：利用制动电 流与差动电流表现的时序一致性来判别是否饱和 故障：差流和制动电流突变量同时出现 TA饱和：先出现制动电流突变量，几毫秒后出现差流
其数据窗小于一个周波，故可快速切除绝大多数非轻微 的变压器相间及接地故障。
它的设置主要是为一般的非轻微变压器内部故障提供一 个“速动段”，有助于消除二次谐波判据带来的长延时 影响。
变压器保护基本原理
21 2018/5/8
零序差动保护
零序比差各侧的零序电流均由各侧三相绕组自产得到
I0d
动作区 k0 I0 cdqd 0.5Ie
Ilc
Ihc-Iha
Ihb
变压器保护基本原理
12
2018/5/8
变压器差动保护
各侧平衡系数计算示例
和电压等级成正比，和TA变比成正比 和二次额定电流成反比 和变压器容量无关 由于采用Y->Δ转换， Δ侧要放大 3 倍 以高压侧为基准，其他侧平衡系数计算公式： I U * KTAi K phi K 2nH K 1ni , K 1或 3 I 2ni U1nH * KTAH 例如：某变压器Ｙ/Ｙ/ Δ-12-12-11接线，高、中、低压侧额 定电压220kV、110kV、10kV，TA变比：600/1、 1000/1、2000/1，则高、中、低压侧平衡系数分别为： 1、0.833、0.262
变压器保护基本原理
10
2018/5/8
变压器差动保护
Y-Δ转换原理
为什么要进行Y-Δ转换 Y-> Δ和Δ -> Y的区别
对涌流制动特性的影响 消除零序电流
Iha Ihb Ihc
PRS-778采用Y-> Δ转 换
Ila Ilb Ilc
变压器保护基本原理
11
2018/5/8
变压器差动保护
变压器保护基本原理
17
2018/5/8
比率差动保护
励磁涌流制动原理一:二次谐波复合制动
对/接线变压器，差流反映形接线侧两相电流相量 差,故当差流二次谐波未能制动时，可进一步用两个相 电流中的二次谐波进行制动，这就大大提高了涌流制 动的可靠性。 采用涌流复合制动逻辑：在变压器无故障时采用“或” 逻辑制动方式可靠地避开涌流，空投于故障变压器时 自动转换为分相制动方式。
电力变压器的结构
铁芯、绕组、外壳、油箱、油、套管、引线、冷却器 有载调压
变压器的绕组接线图（普通变、自耦变）
变压器保护基本原理
2 2018/5/8
变压器保护概述
变压器的常见故障
油箱内：相间短路、接地短路、匝间短路等 油箱外：套管和引出线上发生相间短路和接地短路
变压器的不正常运行状态
变压器保护基本原理
15 2018/5/8
变压器比率差动保护
动作特性曲线
Id
速断区
Icdsd
动作区 k2 k3 制动区
Icdqd
k1
Ir1
变压器保护基本原理
Ir2
16
Ir
2018/5/8
变压器比率差动保护
励磁涌流特征
尖脉冲，偏向时间轴一侧，不对称
波形不连续，有间断角
含有丰富的谐波分量
外部相间短路引起的过电流 外部接地短路引起的过电流和中性点过电压 由于负荷超载引起的过负荷 由于漏油等原因引起的油面下降
变压器保护基本原理
3
2018/5/8
差动保护基本原理
常规差动保护理论基础
基尔霍夫电流定律 :对于任一集中参数电路中的任一闭合面，在任 一时刻，通过该闭合面的所有支路电流的代数和等于零。 关键词:集中参数电路,闭合面,同一时刻,所有支路,代数和