比率制动式差动保护.docx

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比率制动式差动保护

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，具体参数如下：

主变高压侧电压U高=220KV,主变低压侧电压U低=110KV,变压器容量Sn=240000KVA,

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’=nhI”/I2”=nlI2’=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，因此我们只要计算出此斜线的斜率，就等于算出了比率制动系数。

以p点为例：

计算出斜线pc的斜率K=pa/ac=（pb-ab）/（ob-of）；举例说明一下：

差动保护有关定值整定如下：

最小动作电流Iopo=2,最小制动电流Iopo=5,比率制动系数k=；按照做差动保护比率制动系数的方法，施加高压侧电流I1=6A,180度，低压侧电流I2=6A,0度，固定I1升I2,当I2升到的时候保护动作，计算一下此时的比率制动系数。

由于两圈变差动的制动电流为（I1+I2）/2,因此，Izd=+6）/2=,所以K=（9.4-6-2）/==;

2、谐波制动：

当差动电流中的谐波含量达到一定值的时候，我们的装置就判此电流为非故障电流，进行谐波闭锁。

500kv一下等级的变压器之进行二次谐波判别，500kv及以上变压器，则还需进行5次谐波判别。

以二次谐波为例：

二次谐波系数=差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值。

当谐波系数大于整定值时，保护被闭锁；小于整定值时，保护被开放；根据经验，二次谐波制动比可整定为~；

五、不平衡电流

实际上，差动保护比率制动也好，谐波制动也好，归根结底都是要躲过变压器的不平衡电流，而不平衡电流，也正是可能引起差动保护误动的最重要因素之一。

产生变压器不平衡电流有以下几个重要的原因：

1、由变压器励磁涌流Ily所产生的不平衡电流；

励磁涌流主要是由于在变压器空投时产生的含有大量高次谐波含量的电流，其中以2次谐波为主。

我们的800变压器差动保护中有“二次谐波制动系数”一项定值，用来防止此原因造成的差动误动。

二次谐波制动系数：

差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值；

根据经验，此系数可整定为15%~25%

2、由于变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流；

由于变压器常采用Y，d11的接线方式，因此，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次侧电流由于相位不同，也会有一个差电流流入我们的保护装置。

为了消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星星侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联结方式后即可把二次电流的相位校正过来。

但我们的保护要求现场二次侧电流互感器的接线都接为星形接线，因此，一次侧为Y，d11的接线方式的变压器将产生差流，差动保护靠程序将此不平衡电流补偿掉，具体方法如下：

如图所示为Y，d11两卷变压器两侧绕组及电流互感器接线方式及其中通过的一次、二次电流流向：

（各电流均为向量值）

其中：

IA,IB,IC表示流过变压器高压侧一次绕组的电流；

Ia,Ib,Ic表示流过变压器低压侧一次绕组的电流；

IAＹ’,IBＹ’,ICＹ’表示流过变压器高压侧电流互感器二次侧的电流；

Ia△,Ib△,Ic△表示流过变压器低压侧电流互感器的一次侧电流；

各电流关系如下：

Ia=Ia△+Ib<=>Ia△=Ia-Ib

Ib=Ib△+Ic<=>Ib△=Ib-Ic

Ic=Ic△+Ia<=>Ic△=Ic-Ia

向量图：

为了消除相位上带来的差异：

Iah’=IAＹ-IBＹ

Ibh’=IBＹ-ICＹ

Ich’=ICＹ-IAＹ

为了消除幅值上带来的差异：

Iah=Iah’/=（IAＹ-IBＹ）

Ibh=Ibh’/=（IBＹ-ICＹ）

Ich=Ich’/=（ICＹ-IAＹ）

而低压侧电流保持不变

Ial=Ia△

Ibl=Ib△

Icl=Ic△

其中：

Iah，Ibh，Ich表示保护装置中实际采到的高压侧电流；

Ial，Ibl，Icl表示保护装置中实际采到的高压侧电流；

向量图

因此，差动保护的高、低压侧电流相位一致，高压侧电流幅值不变。

3、由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流

由于两侧的电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比，而变压器的变比也是一致的，因此，三者的关系很难满足nl2/nl1=nB的要求，此时差动回路中将有电流流过。

当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，通常都是利用它的平衡线圈Wph、来消除此茶电流的影响。

4、由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流

由于两侧电流互感器型号不同，他们的饱和特性、励磁电流（归算置同一侧）也就不同，因此，在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。

此时应采用电流互感器的通行系数。

5、由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流

带负荷调整变压器的分接头，是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法，实际上改变分接头就是改变变压器的变比nB。

如果差动保护已按照某一变比调整好，则当分接头改换时，就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。

对由此而产生的不平衡电流，应在总差动保护的整定值中予以考虑。

六、整定计算

差动电流的定值整定比较复杂，需要考虑的各种因素很多，这里只对一些定值做一个简单的介绍，仅作参考：

1、最小动作电流的整定

差动最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，即

＝Krel（Ker+ΔU+Δm）IN/na（87）

式中：

IN——变压器额定电流；

na——电流互感器的变比；

Krel——可靠系数，取～1.５；

Ker——电流互感器的比误差，10P型取×2，5P型和TP型取×2；

ΔU——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（百分值）；

Δm——由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取。

在工程实用整定计算中可选取＝～IN／na。

一般工程宜采用不小于0.3IN/na的整定值。

根据实际情况（现场实测不平衡电流）确有必要时也可大于0.5IN/na。

2、最小制动电流的整定

最小制动电流宜取

＝～IN/na。

3、不平衡系数的整定

平衡系数通常是以高压侧为基准尽心计算的。

Kph=1Kpm=Ih/ImKpl=Ih/Il

式中：

Kph——高压侧平衡系数

Kpm——中压侧平衡系数

Kpl——低压侧平衡系数

Ih——高压侧二次额定电流

Im——中压侧二次额定电流

Il——低压侧二次额定电流

下面以一实例计算一下变压器的平衡系数：

一电厂主变各侧参数如下：

高压侧电压等级110KV,变比600/5，电抗器侧电压等级,变比1000/5，机尾侧电压等级,变比4000/5，则各侧平衡系数计算如下：

高压侧二次电流i1=Sn/×110×600/5）A

电抗器侧二次电流i2=Sn/××1000/5）A

机尾侧二次电流i3=Sn/××4000/5）A

高压侧平衡系数k1定为1，则

电抗器侧平衡系数k2为：

i1/i2=

机尾侧平衡系数k3为：

i1/i3=

由于我们差动保护定值平衡系数的整定范围为——4，电抗器侧的平衡系数超范围，因此三侧平衡系数可同时乘以3，得出k1=3,k2=,k3=,