220KV电炉变压器差动保护动作原因的分析及解决方Word文件下载.docx
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（3）励磁涌流波形之间出现间断。
经录波分析可以发现，冶炼电炉变合闸励磁涌流大，而且衰减时间长。
当冶炼电炉变合闸时，其励磁涌流对220KV主变及其两侧差动互感器来说相当于经历了一个暂态的过渡过程，特别是励磁涌流中的非周期分量对主变差动互感器的影响就更大。
2.2过渡过程中非周期分量对电流互感器的影响
电流互感器的铁心具有非线性特性，当电流互感器一次侧通过大电流而使铁心饱和时，其励磁电流大大增加；
特别是当一次侧电流中包含有很大成分的非周期分量时，电流互感器的励磁电流中也包含有很大成分的非周期分量，使其波形偏于时间轴的一侧。
当两个差动电流互感器励磁特性不一至时，电流互感器的饱和时间曲线不同，如图4，因此两个差动电流互感器达到饱和的时间不同，由此产生的流入差动保护装置的不平衡电流（既两个差动电流互感器励磁电流的差值）
2.3电流互感器二次负荷对电流互感器特性的影响
在稳态运行时，电流互感器二次负荷应满足10%误差曲线的要求，只要电流互感器二次实际负荷小于10%误差曲线允许的负荷，电流互感器的测量误差即在10%以内。
二次负荷越大，电流互感器铁心就越容易饱和。
差动保护装置为减少不平衡电流，应尽量降低电流互感器二次负荷。
在保护装置一定的情况下，增大电流互感器二次侧连接导线截面是降低二次侧负载阻抗的有效方法。
220KV主变差动电流互感器二次侧负载阻抗计算如下：
（1）1.220KV侧电流互感器二次负载阻抗R1
R1=RB+RD+RS
式中，RB——微机保护装置的回路电流，计算RB=0.04Ω
RD—二次导线电阻，计算得RD=1.62Ω
RS——接触电阻，RS=0.1Ω
所以R1=RB+RD+RS=1.76Ω
根据铭牌给出的参数，计算二次允许负载阻抗R=1.6Ω<
R1
（2）2.35KV侧电流互感器二次负载阻抗R2：
经计算二次实际负载阻抗R1=1.02Ω
根据铭牌给出的参数，计算二次允许负载阻抗R=0.8Ω<
R2
由以上计算可知：
220KV主变两侧二次侧实际负载阻抗都大于其允许负载，这将使电流互感器误差增大，铁心更易饱和。
（3）采取的措施
为降低电流互感器二次侧实际负载阻抗，将220KV侧电流互感器二次导线更换为6mm2，35KV侧电流互感器二次导线更换为4mm2，电流互感器二次实际负载阻抗（计算略）均小于允许值。
电流互感器二次侧实际负载阻抗减少，满足10%误差曲线的要求，减轻了铁心的饱和，使两个差动电流互感器的饱和曲线靠近。
实际上，增大电流互感器二次侧导线截面后，主变差动保护再未出现动作跳闸。
但微机差流报告仍然出现，这说明减低电流互感器二次负载阻抗可以减少不平衡差流，但对电流互感器铁心在暂态情况的饱和情况没有根本改变。
因为主变两侧差动电流互感器型号、规格、生产厂家不同，所以电流互感器铁心的饱和特性有较大差别，通过分析微机差动跳闸报告和差流报告我们也可以发现，两侧差动电流互感器铁心饱和呈现无规律状况。
另外铁心剩磁的影响有时也加重铁心的饱和。
3解决方案
为最终消除不平衡差流，确保主变安全运行，提出两种解决方案：
（1）.更换35KV侧差动电流互感器，使其铁心饱和特性尽可能和220KV侧差动电流互感器相同。
（2）.采用具有快速饱和特性的中间变流器（BLH）接入差动回路。
BLH的铁心极易饱和，非周期分量不易通过BLH变换到二次侧，可以成功的消除不平衡电流中非周期分量的影响
避雷器故障引发主变差动保护动作的事故分析
陈智雄福建省莆田电业局（351100）
1 事故经过
10月3日2#主变带全所负荷，忽然主变差动保护动作，全所失压，经对主变进行检查，发现器身外观正常，主变油温也正常，用2500V摇表测量高压侧对地、高压侧对低压侧、低压侧对地之间的直流绝缘电阻，发现其绝缘性能完好，初步推测该主变未有内部故障，对二次回路检查也未见异常。
我们决定对该主变进行试送电，主变空载运行时，未见任何异常现象，当我们准备把35kV出线梧江388线投入运行时，主变差动保护动作，又引起全所再次失压。
2 原因分析
事故的再次发生，对主变35kV侧出线的阀式避雷器进行了分析。
该避雷器为FZ-35型，现场测量绝缘电阻，发现35kV出线侧A相绝缘电阻较B、C相小得多，查看事故录波器的电流波形图，发现35kV侧A相电流异常，即A相避雷器发生了放电现象，随着磁场熄弧，又放电，如此反复，使避雷器的放电间隙失去磁场熄弧功能。
当我们把35kV出线试送电时，由于操作过电压的作用，使避雷器发生了热崩现象，电流越来越大，致使主变差动保护动作。
由于检查不周，分析不力，致使事故再次发生：
①差动保护作为主变的主保护，保护一动作，必须对该主变进行油化验，绝缘电阻测试，一、二次回路检查等等。
②如果该主变的一切试验数据均能通过，还必须检查电流互感器等设备（包括电流互感器、避雷器等），只有确认一切设备完好，才可以判断该主变保护属于误动作。
即使误动作，也应找出其原因。
③主变出线的避雷器最好采用金属氧化物避雷器，并加装在线监测仪，以便及时发现避雷器缺陷，防止事故的发生。
④根据"
三不放过"
原则，在还没有证实是否是由于继电器的故障，就判断差动保护动作是由于继电器的误动作引起的，这太盲目了，是不可取的，也是不应该的
具有比率制动特性的变压器差动保护原理及整定
1
比率制动差动保护特性
随着计算机技术在继电保护领域日益广泛的应用，比率制动特性的差动保护作为双圈及三圈变压器的主保护具有动作可靠，实时数据采集、计算、比较、判断等较为方便简单等优点，得到用户的认可。
所谓比率制动特性差动保护简单说就是使差动电流定值随制动电流的增大而成某一比率的提高。
使制动电流在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用。
而在内部故障时，制动作用最小。
图1中曲线1为差动回路的不平衡电流，它随着短路电流的增大而增大。
根据差动回路接线方法的不同，在整定时，通过调整不平衡比例系数使得计算机在实时计算时的Ibp最小。
曲线2是无制动时差动保护的整定电流，它是按躲过最大不平衡电流Ibpmax来整定的。
曲线3为变压器差动保护区内短路时的差电流，它随短路电流的增大而线性的增大。
曲线4为具有制动特性的差动继电器的差动保护特性。
在无制动时，曲线3与曲线2相交于B点，这时保护的不动作区为OB′，即保护区内短路时的短路电流必须大于OB′所代表的电流值时，保护才能动作。
在有制动时，曲线3与曲线4相交于A点，短路电流只要大于OA′所代表的电流值，保护即能动作。
OA′<
OB′，这说明在同样的保护区内短路状态下，有制动特性的差动保护比无制动特性的差动保护灵敏度要高。
在实际的变压器差动保护装置中，其比率制动特性如下图2所示:
图2中平行于横坐标的AB段称为无制动段，它是由启动电流和最小制动电流构成的，动作值不随制动电流变化而变化。
我们希望制动电流小于变压器额定电流时无制动作用，通常选取制动电流等于被保护变压器高压侧的额定电流的二次值。
即:
Izd=Ie/nLH
图2中斜线的斜率为基波制动斜率，当区外故障时短路电流中含有大量生产非周期分量，制动Izdo增大，当动作电流Idzo大于启动电流时，制动电流和动作电流的交点D必落在制动区内。
当区内故障时，差电流即动作电流为全部短路电流，制动电流则为流过非电源侧的短路电流，数值较小，平行于纵、横轴的二直线交点必落在动作区内，差动保护可靠动作。
2
比率制动式差动保护的整定
在比率制动式差动保护的整定计算时，通常按以下原则选取:
2.1
Icdsd即差动速断电流
当变压器空载投入或变压器外部故障切除后电压恢复时，励磁涌流高达额定电流的6～8倍，当差动保护电流互感器选择合适时，变压器外部短路流过差动回路的不平衡电流小于变压器空载投入时的励磁涌流。
因此，在整定时可只考虑躲过变压器空载投入电网时励磁涌流。
在整定时可只考虑躲过变压器空载投入电网时励磁涌流，即:
Icdsd=（6～8）Isb/nLH
式中Isb——变压器的额定电流（基本侧）;
nLH——变压器基本侧电流电流互感器的变流比。
2.2
Kph即平衡系数
用来对主变各侧因CT变比不同引起的误差进行校正，以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以Kph来进行差流判断。
Kph=I2nL/I2nH
式中I2nL——流入保护装置低压侧二次电流;
I2nH——流入保护装置高压侧二次电流。
2.3
Icdqd差动启动电流
应躲过变压器最大负荷情况下的不平衡电流，并要保证变压器内部故障时有足够的灵敏度，一般为0.3～0.4倍的额定电流值。
Icdqd=0.3～0.4I2nL
2.4
Izd最小制动电流
一般取变压器高压侧额定电流的二次值。
Izd=In/nLH
In——变压器高压侧额定电流;
nLH——变压器高压侧电流互感器变流比。
2.5
Kjzd
基波制动斜率（既比率制动系数），可按下式计算:
Kjzd=Kk（ktx×
Fi+ΔU+0.1）
Kk——可靠系数，取1.3～1.5;
Ktx——电流互感器同型系数，取1。
Fi——电流互感器10%误差曲线。
满足误差取0.1。
ΔU——变压器调压引起的相对误差，一般取相邻二档变压比的百分数。
2.6
Kxzd谐波制动系数
根据变压器涌流的大小及系统中二次谐波在基波中的含量来整定。
一般在10%～25%之间选取。
Kxzd=0.1～0.25
比率制动系数的选取为比率制动式差动保护动作可靠性的关键。
因不同容量、不同型号变压器的铁心，励磁特性也不同，故由Kk、Izd
min等决定的差动特性不同，还要根据各自的运行经验及厂家设备说明书中的整定范围内来选项取
T60变压器差动保护原理分析及整定
河北国华定洲发电厂张立港
摘 要：
叙述了变压器差动保护动作原理，与国内外采用其它曲线的差动保护的动作特性进行了比较，并对T60保护中的差动保护主要定值进行了整定。
关键词：
变压器；
差动保护；
整定计算；
比例差动
Abstract：
TheworkingprincipleofT60transformerdifferentialprotectionisdescribed,andiscomparedwiththatofotherdomesticandforeigndifferentialprotectionswithdifferentcurves.ThemainsettingsofthedifferentialprotectioninT60protectionaredecided.
Keywords：
transformer；
differentialprotection；
settingcalculation；
ratiodifferential
T60变压器管理继电器是美国GE公司最新型的UR系列保护装置。
该保护装置建立在公共平台上，其通用的用户界面、硬件采用的模块化设计、可组合的输入/输出（I/O）结构和快速的网络能力，适用于电站综合自动化。
它综合了SR745差动保护、MIF过流保护和MIV电压保护的先进原理、技术和成熟的运行经验，在硬件结构、保护原理、通讯及辅助功能等方面做了较大改进，保护功能更加完善，具有灵活性，可扩展、升级。
1变压器比率差动保护原理
T60变压器管理继电器最基本的保护由谐波制动的双斜率三拐点比例差动保护和差动速断保护组成。
保护原理与国内主流差动保护装置除在特性曲线上存在较大的差别外，还有一些自己的特点：
根据各侧TA的容量裕度自动选择基本侧，差动电流取两侧电流的向量和，制动电流取两侧电流的最大值；
还采用新的涌流的制动方法，在二次谐波的计算方法及基本侧的选取上有较大的改进；
为了防止过激磁时保护误动，设置了五次谐波制动。
1.1比率差动保护的特性曲线
从变压器保护原理可知，由于外部故障时变压器差动保护有较大的不平衡电流，保护装置容易误动；
同时流出电流对变压器小匝数匝间短路时的保护灵敏度也有影响。
采用比率制动的差动保护，既能在外部短路时有可靠的制动作用，又能在内部短路时有较高的灵敏度，但是它对内部短路时流出电流的适应能力较差，对励磁涌流和过激磁也需采取其他特殊措施。
1.1.1单斜率特性曲线
国内传统保护装置的动作特性通常是单斜率特性曲线，对于变压器差动保护，既要考虑由于各种因素产生的不平衡电流，又要求能反映具有流出电流的小匝数内部故障。
在选择斜率时应充分考虑TA的饱和特性，使其在发生区外故障有较大的穿越电流时保护装置不误动。
根据这个原则整定的曲线，如果发生区内轻微故障，保护装置的灵敏度很低，不能快速反应，甚至造成保护拒动；
只有发展为严重故障后，保护才能动作。
由上述分析可知，当外部短路电流较小时，TA的幅值误差还较小，允许选取较小的制动系数。
当变压器发生较小的匝间断路时，制动电流中具有穿越性负荷电流，其值不会很大，为了提高内部短路有流出电流时的灵敏度，采用三折线的比率制动特性。
第二斜率选择较大值，以确保外部短路电流很大时，保护不误动。
其动作特性更符合TA的饱和特性，这样既可以使发生区内轻微故障时，保护装置有较高的灵敏度，也可以使其在发生区外故障有较大的穿越电流时保护装置不误动。
但是，这种动作曲线在拐点附近曲线上部的区域是一个误动区。
1.1.2双斜率两拐点特性的曲线
GE公司的SR745保护及其他国外保护中一般采用双斜率两拐点特性的曲线，其动作特性如图1所示。
在拐点上直接由第1斜率跳变为第2斜率，这样在拐点附近就容易造成保护拒动或误动。
第1斜率的设定主要是考虑区内故障时动作的灵敏性，第1斜率应大于非周期分量引起的TA误差产生的不平衡电流，拐点需大于变压器最大的（正常）运行电流值，该值介于变压器强冷下的最大额定电流和最大非常情况过负荷电流之间，第2斜率段可以防止严重穿越性故障产生大差动电流使TA饱和时装置误动。
在较大的穿越电流时铁心容易饱和，TA穿越电流引起的差流特性如图1饱和曲线3所示。
在拐点附近的区域称为动作的模糊区，由于TA的特性是缓慢、连续变化的，所以严格来讲拐点左边的1区域为误动区，拐点右边的2区域为拒动区，并且整定计算时不容易找到一个合适的、准确的拐点值。
1.1.3双斜率三拐点特性的曲线
T60保护装置中采用了双斜率三拐点比例差动元件保护，其动作曲线如图2所示。
差动电流为两侧电流的向量和，制动电流取两侧电流的最大值。
在差动电流Id对制动电流Ires的坐标图上动作特性为曲线ABCDE。
采用这种曲线可以很好地防止外部故障时产生的不平衡电流引起的保护误动。
第1段AB与Ires轴平行，其纵坐标Iop为保护的最小动作电流，表示无制动状态下的动作电流；
第2段BC为斜线，其延长线经过坐标原点0,这样它的斜率就是制动系数，可以保证在区内故障时有较高的灵敏度；
第3段DE为斜线，其延长线也经过坐标原点0,可以防止严重穿越性故障产生大差动电流使TA饱和时装置误动；
在第2拐点和第3拐点之间的CD段为变换区域，是不定次方函数曲线，继电器自动计算，使曲线在两拐点之间平滑变换，使保护装置的动作特性更接近TA的饱和特性曲线。
这样既可以使发生区内轻微故障时保护装置有较高的灵敏度，也可以使其在发生区外故障有较大的穿越电流时保护装置不误动，并且消除了拐点附近的曲线上部的误动和下部的拒动区。
1.2动态励磁涌流二次谐波制动
T60最基本的保护元件为谐波制动的双斜率双拐点比例差动元件，还采用新的涌流制动方法。
其二次谐波的计算方法比SR745有较大的改进。
为了防止在变压器空载合闸时产生的励磁涌流引起保护误动，采用了改进型动态的励磁涌流二次谐波制动的方法。
以往保护中二次谐波的制动量只与二次谐波的幅值有关系，在T60中综合考虑了二次谐波和基波的大小和相位。
因为二次谐波的旋转速度比基波快2倍，二次谐波和基波分量之间的相位差不断变化，因此其制动特性是动态变化的。
二次谐波和基波的变化如图3所示。
合成二次谐波比的计算公式为：
在涌流情况下，如果二次谐波跌到＜20%，合成的二次谐波比的相角接近+90°
或90°
；
如果二次谐波比＞20%,相角在90°
内，则相角不起作用。
即若二次谐波比＞20%,制动有效；
否则制动量和延时取决于相角，制动时间受合成的二次谐波比的控制。
1.3比率差动保护增加了检测TA饱和的元件
当在发电机出口近处发生短路时，往往会在故障电流中产生较大的直流分量，或者给升压变压器充电时励磁涌流会非常大且持续时间很长。
为了防止保护装置在这些情况下误动，T60装置中比率差动保护增加了检测TA饱和的元件，当检测到TA饱和后装置继续检测中性点侧和机端侧电流的相位，如果判断为区内故障时，则发跳闸令。
TA饱和的检测元件按图4中的流程工作。
图4中，SC的判别公式为：
式中，Ires为制动电流；
Id为差动电流；
S1为第1斜率；
B1为第1拐点。
NORMAL是该流程的起始状态，当NORMAL状态时，饱和控制字SAT=0，然后用保护装置运算饱和条件SC来判断TA是否饱和。
若在NORMAL状态时SC=1，则表明发生了外部故障，流程进入到区外故障状态，并将SAT置为1。
如果差动电流减小到斜率1以下且持续时间超过200ms，该程序将返回到NORMAL状态；
在区外故障时，如果差动保护动作标志字DIF=1，则流程进入到区外故障且TA饱和状态，在该状态下T60将保持SAT置为1，且闭锁保护装置出口；
只有DIF返回100ms，那么该流程返回区外部故障状态，即可有效防止区外故障或升压变压器充电时保护装置误动。
1.4制动电流
其它厂家保护中制动电流一般为各侧电流绝对值和的一半，该保护中取最大侧电流的绝对值。
发生区外故障时，
动电流大，保护装置不容易误动。
多侧电源的变压器，发生区内故障时制动电流大，降低了保护的灵敏度；
单侧电源的变压器发生区内故障时，制动电流与动作电流相等，如果要求灵敏系数Ksen≥2，则斜率必须＜0.5。
2整定计算
变压器差动保护由双斜率比例差动保护和差动速断保护组成，作为变压器内部故障的主保护，主要反映变压器油箱内部、套管和引出线的相间和接地短路故障，以及绕组的匝间短路故障。
保护自动选择TA容量较小侧为基本侧，整定计算前首先选择基本侧。
2.1最小动作电流
依据DL/T684-1999《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》（《导则》）5.1.3.3，最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，即：
式中Krel——可靠系数，一般取1.3～1.5，此处取1.5；
Ker——TA比误差，选用的TA为5P级，取0.01×
2；
Δμ——变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值。
取2×
2.5%=0.05；
Δm——TA变比未匹配产生的误差，由于用软件平衡，取0。
在工程实用整定计算中可选取Iop.min=（0.2～0.5）Ie/nTA。
一般工程宜采用≥0.3Ie/nTA，因此取最小启动电流为0.3倍变压器额定电流。
2.2斜率1
根据T60说明书，斜率1应大于非周期分量引起的TA误差产生的不平衡电流。
式中Kap——非周期分量系数，两侧同为P级TA取1.5～2.0，取2.0；
Kcc——同型系数，Kcc=1.0；
Ker——比误差，取0.1。
又依据《导则》，制动电流小于0.8～1.0倍额定电流时，差动保护不必具有制动特性。
因此取斜率1为30%时，拐点1为1.0。
2.3拐点2
根据T60说明书5.5.4，拐点2应小于由于直流分量和剩磁引起TA饱和的电流值。
为使变压器绕组内部故障获得较高的灵敏度，希望当制动电流小于2.5～3倍变压器额定电流时，制动量不要增加太快；
另外由于拟合曲线起始部分变化较慢，接近第1斜率，因此取最小值2.5倍变压器额定电流为拐点2的电流。
2.4拐点3
根据T60说明书，拐点3是第2斜率的起点，应小于仅由交流分量引起TA饱和的电流值。
因保护用TA为5P20，20倍额定电流时误差不超过5%，为使绕组内部短路获得较高的灵敏度，区外故障有足够的制动电流，因此取5倍变压器额定电流为拐点3对应的电流值。
2.5斜率2
根据T60说明书，斜率2应大于最严重外部故障（即一侧TA饱和，另一侧未饱和）情况下产生的斜率，此值可高达95%～98%。
考虑电厂实际情况，如最大外部短路电流未达到低压侧TA额定电流饱和区，可依据《导则》5.1.3.3的第2种整定方法：
考虑与斜率1配合，斜率2取60%。
2.6比例差动元件灵敏度校验
纵差保护的灵敏系数按最小运行方式下变压器负荷侧区内两相金属性短路考虑，这时只有系统提供的短路电流I1。
差动电流Id为两侧电流的向量和的绝对值，制动电流Ires取最大侧电流的绝对值。
根据制动电流Ires，利用保护装置的调试软件在自动生成的动作特性曲线上查得对应的动作电流
3总结
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