变压器纵差保护

变压器纵差保护（精选7篇）

变压器纵差保护 篇1

电力变压器是电力系统中普遍使用且十分重要的电气主设备。变压器的故障包括单相绕组的匝间短路、绕组及引出线的相间短路、中性点接地侧的单相接地短路、铁芯烧坏等。变压器的不正常运行方式有变压器外部故障 (相间、接地) 时引起的过电流、中性点过电压、变压器长时间过负荷、过励磁、油面降低、温度过高等。

1 电力变压器的保护配置

为了保证变压器的安全运行, 应按照变压器可能发生的故障和不正常运行方式, 装设灵敏、快速、可靠和选择性好的完善的保护装置。根据《技术规程》的规定, 变压器一般应装设如下继电保护装置:1) 反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护;2) 反应变压器绕组、引出线、套管内短路的纵联差动保护或电流速断保护;3) 反应变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护 (或电流速断保护) 后备的过电流保护 (低电压启动过电流保护、复合电压启动的过流保护、负序过电流保护) ;4) 反应大电流接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护、零序过电压保护;5) 反应变压器对称过负荷的过负荷保护;6) 反应变压器过励磁的过励磁保护;7) 其他非电量保护, 如温度保护等。另外, 由于大型变压器在电力系统中的重要性, 目前国家电力部门相关规程要求电气故障的保护实行主保护和后备保护双重化配置, 以确保变压器及系统的安全稳定运行。

2 变压器纵差保护的基本原理

变压器的纵联差动保护 (简称纵差保护) 用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障, 广泛运用于各种大中型变压器保护中, 是变压器的主保护之一。纵差保护是通过比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位在故障前后的变化而实现保护的。为了实现这种比较, 在变压器两侧各装设一组电流互感器T A l、TA2, 其二次侧按环流法连接 (通常变压器两端的电流互感器一次侧的正极性端子均置于靠近母线的一侧, 而二次侧的同极性端子相连接组成差动臂, 再将差动继电器的线圈跨接在差动臂上) , 构成纵差保护。变压器的纵差保护与输电线路的纵差保护相似, 工作原理相同, 但由于变压器具有变比和接线组别等特殊情况, 为了保证变压器纵差保护的正常运行, 必须选择好变压器两侧电流互感器的变比和接线方式, 保证变压器在正常运行和外部短路时两侧的二次电流大小相等、方向相同。其保护范围为两侧电流互感器TAl、TA2之间的全部区域, 包括变压器的高、低压绕组、套管及引出线等。

3 变压器差动保护的性能特征

3.1 变压器差动保护的特征

3.1.1差动速断及比率差动保护性能。

3.1.1.1差动速断保护实质上为反应差动电流的过电流继电器, 用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸, 典型出口动作时间小于15ms。

3.1.1.2比率差动保护的动作特性, 能可靠躲过外部故障时的不平衡电流。

3.1.2采用软件调整变压器各侧电流的平衡系数方法, 把各侧的额定电流都调整到保护装置的额定工作电流 (5A或1A) 。

3.1.3采用可靠的电流互感器断线报警闭锁功能, 保证装置在电流互感器断线及交流回路故障时不误动。

3.1.4采用变压器接线方式整定的方法, 使软件适用于变压器的任一接线方式。

3.1.5该装置算法的突出特点是在较高采样率的前提下, 保证了在故障全过程对所有继电器的并行实时计算, 装置有很高的固有可靠性及动作速度。

3.2 变压器纵差保护与发电机纵差保护的不同

变压器纵差保护与发电机纵差保护一样, 也可采用比率制动方式或标积制动方式达到外部短路不误动和内部短路灵敏动作的目的。但是变压器纵差保护在以下几方面显著不同于发电机纵差保护: (1) 变压器各侧额定电压和额定电流各不相等, 因此各侧电流互感器的型号一定不同, 而且各侧三相接线方式不尽相同, 所以各侧相电流的相位也可能不一致, 这将使外部短路时不平衡电流增大, 所以变压器纵差保护的最大制动系数比发电机的大, 灵敏度相对较低。 (2) 变压器高压绕组常有调压分接头, 有的还要求带负荷调节, 使变压器纵差保护已调整平衡的二次电流被破坏, 不平衡电流增大, 这将使变压器纵差保护的最小动作电流和制动系数都要相应的加大。 (3) 对于定子绕组的匝间短路, 发电机纵差保护完全没有保护作用。变压器各侧绕组的匝间短路, 通过变压器铁芯磁路的耦合, 改变了各侧电流的大小和相位, 使变压器纵差保护对匝间短路起保护作用。 (4) 无论变压器绕组还是发电机定子绕组的开焊故障, 完全纵差保护均不能动作, 但变压器还可依靠瓦斯保护或压力保护。 (5) 变压器纵差保护范围除包括各侧绕组外, 还包括变压器的铁芯, 即变压器纵差保护区内不仅有电路还有磁路, 这就违反了纵差保护的理论基础——基尔霍夫电流定律。对于仅包括电路的纵差保护对象 (如发电机、电动机、母线、电抗器等) 本身没有故障时, 不管外部发生什么扰动, 恒有诸端电路的相量和为零。

4 电力变压器的纵差保护技术

4.1 变压器调压分接头位置改变而产生的不平衡电流

电力系统中常用调整变压器调压分接头位置的方法来调整系统的电压。调整分接头位置实际上就是改变变压器的变比, 其结果必然将破坏两侧电流互感器二次电流的平衡关系, 产生了新的不平衡电流, 需要重新改变平衡绕组匝数来予以平衡。但对于带负荷调整变压器分接头, 由于是根据系统运行的要求随时都可进行的, 所以在纵差保护中不可能采用改变平衡绕组匝数的方法来及时加以平衡。因此, 在带负荷调压的变压器纵差保护中, 应在整定计算时加以考虑, 即用提高保护动作电流的方法来躲过这种不平衡电流的影响。

4.2 变压器接线组别的影响及其补偿措施

三相变压器的接线组别决定了变压器两侧的电流相位关系, 以常用的Y, d11接线的电力变压器为例, 高、低压侧电流之间就存在着30零的相位差。这时, 即使变压器两侧电流互感器二次电流的大小相等, 也会在差动回路中产生不平衡电流。为了消除这种不平衡电流的影响, 就必须消除变压器两侧电流的相位差。 (1) 常规保护的补偿方法。通常都是将两侧电流互感器按“相位补偿法”进行连接, 即将变压器星形接线侧电流互感器的二次绕组接成三角形, 而将变压器三角形接线侧电流互感器的二次绕组接成星形, 以便将电流互感器二次电流的相位校正过来。

4.3 变压器励磁涌流的影响及防止措施

由于变压器的励磁电流只流经它的电源侧, 故造成变压器两侧电流不平衡, 从而在差动回路内产生不平衡电流。在正常运行时, 此电流很小, 一般不超过变压器额定电流的3%~5%。外部故障时, 由于电压降低, 励磁电流也相应减小, 其影响就更小。因此, 由正常励磁电流引起的不平衡电流影响不大, 可以忽略不计。但是, 当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时, 可能出现很大的励磁涌流, 其值可达变压器额定电流的6~8倍。因此, 励磁涌流将在差动回路中引起很大的不平衡电流, 可能导致保护的误动作。励磁涌流, 就是变压器空载合闸时的暂态励磁电流。

摘要：变压器内部的电气故障形式主要有各侧绕组的匝问短路、中性点直接接地侧绕组的单相接地短路、内部引线和套管故障、各侧绕组相间短路等。据统计, 变压器保护正确动作率远低于发电机保护和2 2 0～500kV线路保护。本文主要分析电力变压器的纵差保护技术。

关键词：电力,变压器,纵差保护

参考文献

[1]邵玉槐主编.电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社, 2008.6:98-99

[2]阎伟, 吴波, 张晓青等编著.电工实用技术入门与提高[M].人民邮电出版社, 2010.06:67-68

[3]中国建筑业协会电气分会主编.建筑供配电新技术[M].中国建筑工业出版社, 2010.02:102

纵差保护在电力变压器中的应用 篇2

1 变压器纵差保护基本原理

变压器具有两个或更多个电压等级, 构成纵差保护所用电流互感器的额定参数各不相同, 由此产生的纵差保护不平衡电流将比发电机的大得多, 纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的, 根据KCL基本定理, 当被保护设备无故障时恒有各流入电流之和必等于各流出电流之和。

当被保护设备内部本身发生故障时, 短路点成为一个新的端子, 此时电流大于0, 但是实际上在外部发生短路时还存在一个不平衡电流。事实上, 外部发生短路故障时, 因为外部短路电流大, 非凡是暂态过程中含有非周期分量电流, 使电流互感器的励磁电流急剧增大, 而呈饱和状态使得变压器两侧互感器的传变特性很难保持一致, 而出现较大的不平衡电流。因此采用带制动特性的原理, 外部短路电流越大, 制动电流也越大, 继电器能够可靠制动。

另外, 由于纵差保护的构成原理是基于比较变压器各侧电流的大小和相位, 受变压器各侧电流互感器以及诸多因素影响, 变压器在正常运行和外部故障时, 其动差保护回路中有不平衡电流, 使纵差保护处于不利的工作条件下。为保证变压器纵差保护的正确灵敏动作, 必须对其回路中的不平衡电流进行分析, 找出产生的原因, 采取措施予以消除。

2 不平衡电流产生的原因

2.1 励磁涌流的影响

变压器在正常运行时, 它的励磁电流只流过变压器的电源测, 因此, 通过电流互感器反映到差动回路中就不能被平衡。在正常情况下, 变压器励磁电流不过为变压器额定电流的2%~3%;在外部故障时, 由于电压降低, 励磁电流也相应减少, 其影响就更小。在实际整定时可以不必考虑。

但是, 在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时, 则可能产生数值很大的励磁涌流, 其数值可达变压器额定电流的6~8倍。励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量。励磁涌流的大小与合闸瞬间外加电压的相位, 铁芯中剩磁的大小和方向以及铁芯的特性有关。若正好在电压最大值时合闸, 则不会出现励磁涌流, 而只有正常时的电流。但对于三相变压器而言, 由于三相电压相位不同, 无论在任何瞬间合闸, 至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。励磁涌流可分解成各次谐波, 以二次谐波为主, 同时在励磁涌流波形中还会出现间断角。

2.2 绕组连接方式不同的影响

变压器各侧绕组的连接方式不同, 如双绕组变压器采用Y, d接线, 三绕组变压器采用Y, y, d接线时, 各侧电流相位就不同。这时, 即使变压器各侧电流互感器二次电流大小能相互匹配, 但不调整, 相位差也会在差动回路中产生很大的不平衡电流。

2.3 实际变比与计算变比不同的影响

由于电流互感器选用的是定型产品, 其变比都是标准化的, 很难与通过计算得出的变比相吻合, 这样就会在主变差动回路中产生不平衡电流。

2.4 改变调压档位引起的不平衡电流

电力系统中带负荷调整变压器分接头是调节系统电压的重要手段。改变调压档位实际上就是改变变压器的变比。而差动保护已按照某一变比调整好, 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。此时不可能再用重新选择平衡线圈匝数的方法来消除这个不平衡电流, 这是因为变压器的分接头是经常在改变, 而差动保护的电流回路在带电时是不可能进行操作的。因此, 对由此产生的不平衡电流, 通常是根据具体情况提高保护动作的整定值加以克服。

2.5 型号不同产生的不平衡电流

由于变压器各侧电流互感器的型号不同, 它们的饱和特性和励磁电流就不相同, 因此, 在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。

3 变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法

3.1 电流互感器变比产生的不平衡电流

3.1.1 采用自耦变流器进行补偿。

通常在变压器一侧电流互感器装设自耦变流器, 将LH输出端接到变流器的输入端, 当改变自耦变流器的变比时, 可以使变流器的输出电流等于未装设变流器的LH的二次电流, 从而使流入差动继电器的电流为零或接近为零。

3.1.2 利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿。

通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线圈, 接入差动电流, 另外还绕一个平衡线圈和一个二次线圈, 接入二次电流较小的一侧。适当选择平衡线圈的匝数, 使平衡线圈产生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势, 则在二次线圈里就不会感应电势, 因而差动继电器中也没有电流流过。采用这种方法时, 按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数, 但实际上平衡线圈只能按整数进行选择, 因此还会有一残余的不平衡电流存在, 这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。

3.2 变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流

对于由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流可以通过改变LH接线方式的方法来克服。对于变压器Y形接线侧, 其LH采用△形接线, 而变压器△形接线侧, 其LH采用Y形接线, 则两侧LH二次侧输出电流相位刚好同相。但当LH采用上述连接方式后, 在LH接成△形侧的差动一臂中, 电流又增大了3倍, 此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流, 就必须将该侧LH的变比扩大3倍, 以减小二次电流, 使之与另一侧的电流相等。

3.3 变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生的不平衡电流

在变压器外部故障的暂态过程中, 使纵差保护产生不平衡电流的主要原因是一次系统的短路电流所包含的非周期分量, 为消除它对变压器纵差保护的影响, 广泛采用具有不同特性的差动继电器。

对于采用带速饱和变流器的差动继电器是克服暂态过程中非周期分量影响的有效方法之一。根据速饱和变流器的磁化曲线可以看出, 周期分量很轻易通过速饱和变流器变换到二次侧, 而非周期分量不轻易通过速饱和变流器变换到二次侧。因此, 当一次线圈中通过暂态不平衡电流时, 它在二次侧感应的电势很小, 此时流入差动继电器的电流很小, 差动继电器不会动作。

另外, 采用具有磁力制动特性的差动继电器。这种差动继电器是在速饱和变流器的基础上, 增加一组制动线圈, 利用外部故障时的短路电流来实现制动, 使继电器的起动电流随制动电流的增加而增加, 它能可靠地躲开变压器外部短路时的不平衡电流, 并提高变压器内部故障时的灵敏度。因此, 继电器的启动电流随着制动电流的增大而增大。通过正确的定值整定, 可以使继电器的实际启动电流不论在任何大小的外部短路电流的作用下均大于相应的不平衡电流, 变压器纵差保护能可靠躲过变压器外部短路时的不平衡电流。

参考文献

[1]张静雅.双绕组变压器的纵联差动保护及整定[J].江西冶金, 2010-04-30.

[2]苗世洪, 刘沛.变压器纵差保护接线正确性的实验方法研究[J].上海电力学院学报, 2000-01-20.

变压器纵差保护 篇3

纵差保护是一切电气主设备的主保护, 它灵敏度高、选择性好, 在变压器保护上运用较为成功。但是变压器纵差保护一直存在励磁涌流难以鉴定的问题, 虽然已经有几种较为有效的闭锁方案, 又因为超高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进、磁化特性的改善等因素, 变压器纵差保护的固有原理性矛盾更加突出。

1 变压器纵差保护基本原理

纵差保护在发电机上的应用比较简单, 但是作为变压器内部故障的主保护, 纵差保护将有许多特点和困难。变压器具有两个或更多个电压等级, 构成纵差保护所用电流互感器的额定参数各不相同, 由此产生的纵差保护不平衡电流将比发电机的大得多, 纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的, 根据KCL基本定理[1], 当被保护设备无故障时恒有各流入电流之和必等于各流出电流之和。

当被保护设备内部本身发生故障时, 短路点成为一个新的端子, 此时电流大于0, 但是实际上在外部发生短路时还存在一个不平衡电流。事实上, 外部发生短路故障时, 因为外部短路电流大, 特别是暂态过程中含有非周期分量电流, 使电流互感器的励磁电流急剧增大, 而呈饱和状态使得变压器两侧互感器的传变特性很难保持一致, 而出现较大的不平衡电流。因此采用带制动特性的原理, 外部短路电流越大, 制动电流也越大, 继电器能够可靠制动。

2 纵差保护不平衡电流分析

2.1 稳态情况下的不平衡电流

变压器在正常运行时纵差保护回路中不平衡电流主要是由电流互感器、变压器接线方式及变压器带负荷调压引起。

2.1.1 由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生

正常运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零, 则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等, 即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但是[1], 实际上由于电流互感器的变比都是根据产品目录选取的标准变比, 而变压器的变比是一定的, 因此上述条件是不能得到满足的, 因而会产生不平衡电流。

2.1.2 由变压器两侧电流相位不同而产生

变压器常常采用两侧电流的相位相差30°的接线方式 (对双绕组变压器而言) 。此时, 如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式 (即均采用Y形接线方式) , 则二次电流由于相位不同, 也会在纵差保护回路产生不平衡电流。

2.1.3 由变压器带负荷调整分接头产生

在电力系统中, 经常采用有载调压变压器, 在变压器带负荷运行时利用改变变压器的分接头位置来调整系统的运行电压。改变变压器的分接头位置, 实际上就是改变变压器的变化[2]。如果纵差保护已经按某一运行方式下的变压器变比调整好, 则当变压器带负荷调压时, 其变比会改变, 此时, 纵差保护就得重新进行调整才能满足要求, 但这在运行中是不可能的。因此, 变压器分接头位置的改变, 就会在差动继电器中产生不平衡电流, 它与电压调节范围有关, 也随一次电流的增大而增大。

2.2 暂态情况下的不平衡电流

2.2.1 由变压器励磁涌流产生

变压器的励磁电流仅流经变压器接通电源的某一侧, 对差动回路来说, 励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流[3]

因此, 它必然给纵差保护的正确工作带来不利影响。正常情况下, 变压器的励磁电流很小, 故纵差保护回路的不平衡电流也很小。在外部短路时, 由于系统电压降低, 励磁电流也将减小。因此, 在正常运行和外部短路时励磁电流对纵差保护的影响常常可忽略不计。但是, 在电压突然增加的特殊情况下, 比如变压器在空载投入和外部故障切除后恢复供电的情况下, 则可能出现很大的励磁电流, 这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称励磁涌流。

2.2.2 由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生

纵差保护是瞬动保护, 它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。因此, 必须考虑外部故障暂态过程的不平衡电流对它的影响。在变压器外部故障的暂态过程中, 一次系统的短路电流含有非周期分量, 它对时间的变化率很小, 很难变换到二次侧, 而主要成为互感器的励磁电流, 从而使互感器的铁心更加饱和。

2.2.3 变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法

从上面的分析可知, 构成纵差保护时, 如不采取适当的措施, 流入差动继电器的不平衡电流将很大, 按躲开变压器外部故障时出现的最大不平衡电流整定的纵差保护定值也将很大, 保护的灵敏度会很低。若再考虑励磁涌流的影响, 保护将无法工作。因此, 如何克服不平衡电流, 并消除它对保护的影响, 提高保护的灵敏度, 就成为纵差保护的中心问题。

(1) 由电流互感器变比产生的不平衡电流的克服方法

对于由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流可采用2种方法来克服:一是采用自耦变流器进行补偿。通常在变压器一侧电流互感器 (对三绕组变压器应在两侧) 装设自耦变流器, 将LH输出端接到变流器的输入端, 当改变自耦变流器的变比时, 可以使变流器的输出电流等于未装设变流器的LH的二次电流, 从而使流入差动继电器的电流为零或接近为零。二是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿。通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线圈, 接入差动电流, 另外还绕一个平衡线圈和一个二次线圈, 接入二次电流较小的一侧。适当选择平衡线圈的匝数, 使平衡线圈产生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势, 则在二次线圈里就不会感应电势, 因而差动继电器中也没有电流流过。采用这种方法时, 按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数, 但实际上平衡线圈只能按整数进行选择, 因此还会有一残余的不平衡电流存在, 这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。

(2) 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流的克服方法

对于由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流可以通过改变LH接线方式的方法 (也称相位补偿法) 来克服。对于变压器Y形接线侧, 其LH采用△形接线, 而变压器△形接线侧, 其LH采用Y形接线, 则两侧LH二次侧输出电流相位刚好同相。但当LH采用上述连接方式后, 在LH接成△形侧的差动一臂中, 电流又增大了3倍, 此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流, 就必须将该侧LH的变比扩大3倍, 以减小二次电流, 使之与另一侧的电流相等。

由于励磁涌流产生的不平衡电流仍然是纵差保护的重点, 不平衡电流的影响导致纵差保护方案的设计也不尽相同。因此, 在实践的变压器差动保护中, 应结合不同方案进行具体的设计。

参考文献

[1]许实章.电机学[M].北京:机械工业出版社.1995.[1]许实章.电机学[M].北京:机械工业出版社.1995.

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社, 1996.[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社, 1996.

[3]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:水利电力出版社, 1992.[3]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:水利电力出版社, 1992.

[4]周玉兰, 詹荣荣.全国电网继电保护与安全自动装置运行情况与分析[J].电网技术, 2004.[4]周玉兰, 詹荣荣.全国电网继电保护与安全自动装置运行情况与分析[J].电网技术, 2004.

变压器纵差保护 篇4

1 实现变压器纵差保护的疑难剖析

与正常运行的变压器相比, 故障以及之后的极短时间内, 输入输出的电流变化很大。基于此提出实现纵差保护需要解决的问题如下:

1.1 变压器两侧电流的变化

当传输功率损耗不计时, 变压器输入输出端功率相同, 变压后两侧电流大小不同。另外, 接线组别为YN, d11时, 会出现30°的相位角偏移, 相位和大小的差异决定了出入侧电流之和∑I较大。

1.2 稳态不平衡电流大

第一, 电源侧激磁电流会导致纵差保护中不平衡电流的出现;第二, 改变分接头以满足系统运行方式及负荷变化时, 变压器两侧电流差值的改变增大了电流不平衡度;第三, 变压器两侧TA的变比不同, 也增大了差动保护中的不平衡电流。

1.3 暂态不平衡电流大

(1) 两侧差动TA包括变比在内的各项参数不同:由各侧TA终端引至保护盘TA的电缆引起的二次负载差距较大。不同型号差动TA暂态特性不同;差动TA二次负载大小的不同使得各回路呈现不同的暂态特征, 从而可能在纵差保护中产生很大的不平衡电流。

(2) 空投变压器的励磁涌流:空投变压器时产生的励磁涌流的大小, 与变压器结构有关, 与合闸前变压器铁芯中剩磁的大小及方向有关, 与合闸角有关。合闸角α=0, 剩磁ΦS=0.9Φm时, 在合闸后的极短时间内, 通过变压器铁芯中的综合磁通量的变化曲线为右图所示的曲线Φ。

由图1可以看出:当初始合闸角等于0°、变压器铁芯中的剩余磁通ΦS=0.9Φm时, 铁芯中的最大磁通达2.9Φm, 从而使通过铁芯的电流过度饱和, 励磁电流的增量十分巨大, 这种现象就是通常所说的涌流, 或励磁涌流。

2 变压器差动保护误动作原因分析及解决措施

2.1 错误的整定值选择

包括错误的差动速断定值以及二次谐波制动的比率差动定值。差动速断的定值选取原则是避开能够导致涌流现象发生的电流与满负荷情况下的不平衡电流, 取两者中较大者作为定值。通常定值的大小选取为 (5~6) Ie, 该值的选取是由非电力系统的定值部门利用实践经验确定, 而非由电力系统相关计算部门得到, 两者的错节容易导致在空载合闸工况时, 保护出现错误动作。额定情况下可计算得到差动电流和制动电流, 但现场变压器为非额定工况运行, 在系数、误差以及互感器变比的影响下会导致差电流的形成, 导致比率差动保护误动作。另外, 对于变压器差动保护来说, 如果错误的选择二次电流互感器 (TA) 接线方式整定值, 将会导致高压侧相位角无法转移, 造成高低压两侧电流的不平衡, 致使差动保护误动。

2.2 正常运行时差动保护误动原因分析

(1) TA二次回路连线接触不良或短时开路。

(2) TA二次回路中由于一相接触不良而产生电弧, 该电弧的产生将会导致三相之间短路或者接地。

(3) TA二次电缆芯线 (相线) 外层绝缘保护失效, 导致变压器组正常工作发生短路故障。

(4) 差动TA二次回路多点接地, 接地点距离较远导致两两之间地电位相差太大。

2.3 区外故障切除后暂态电流导致的误动

区外故障被切除时, 变压器电流在极短时间内由极大降低到额定值以下。在此期间表现出的暂态特征为极短时间内差动TA电流发生相位的变化, 该特征主要由电流自由分量导致。两侧差动TA的电流之差的大小与暂态特征持续的时间的长短与暂态特性的差异有关。当差动元件拐点电流整定值超过差动元件中的小电流值时, 差动元件缺少激励从而无法完成制动等动作。此时, 若初始动作电流定值偏小, 保护容易误动。

2.4 区外故障时的误动

区外故障时TA误动的情况有两种, 一种是近区故障, 另一种是远区故障。第一种情况下误动多因TA一侧饱和, 差动保护存在较大电流差;远区故障误动多是由本文2.1所述, 多种原因导致的不合理整定值以及其他诸多因素所致。

2.5 防止变压器纵差保护误动采取的措施

(1) 严防TA二次回路接触不良或开路。

(2) 严格执行反措要求。

(3) 确保差动TA二次电缆绝缘的有效性。

(4) 纵差保护用TA的选择。

(5) 合理的整定值。

3 结论

本文通过对这些故障原因的分析, 提出了影响变压器纵差保护运行可靠性的原因, 并针对不同的原因提出了与之对应的解决方案。经实践验证, 本文提出的解决方案可有效提高纵差保护可靠性, 降低变压器纵差动保护误动引发的机组非正常停机事故发生概率。

摘要：本文从导致变压器纵差保护误动的原因入手, 针对性的提出相应的解决方案, 并在实践中检验了方案的可行性, 确保了变压器纵差保护功能的稳定与可靠性。

关键词：变压器纵差保护,误动原因,解决方案

参考文献

[1]王维检.发电机变压器继电保护应用 (第二版) [M].北京:中国电力出版社, 2003 (1-11) .

变压器纵差保护 篇5

纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的, 是变压器内部故障的主保护。纵差保护主要保护变压器内部线圈匝间短路, 它的动作原理是利用变压器高低压两侧的两组差动保护专用电流互干器完成。它是利用保护区内发生短路故障时变压器两侧电流在差动回路中引起的不平衡电力而动作的一种保护。另外, 由于纵差保护的构成原理是基于比较变压器各侧电流的大小和相位, 受变压器各侧电流互感器等诸多因素影响, 变压器在正常运行和外部故障时, 其动差保护回路中存在不平衡电流, 导致纵差保护处于不利的工作条件下。

2 纵差保护不平衡电流分析

不平衡电流产生的原因及克服方法:

2.1 稳态情况下不平衡电流产生的原因及克服方法

1) 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流。由于变压器经常采用两侧电流的相位相差30°的接线方式。所以, 即使变压器两侧的电流大小相等, 但是反映到差动继电器中也会出现不平衡电流。为了消除这种产生不平衡电流的影响, 通常是将变压器星形侧的三个电流互感接成三角形状, 而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形状, 在确定联接方式后为了保证差动回路中没有电流, 就必须将该侧电流互感器的变比加大把二次电流的相位校正过来。2) 由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流。由于电流互感器都是标准化的定型产品的, 其变比也是根据产品目录选取的标准变比而定, 而且各变压器的变比也不可能完全相同, 因此, 两侧互感器的变比与变压器的变比很难满足要求, 难免差动回路中有电流产生。所以在实际选择互感器时, 一般根据互感器的定型产品来确定一个比较接近的变比。3) 由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流。由于变压器两侧电流互感器的型号不同, 导致它们的饱和特性、励磁电流也不相同, 所以在外部故障时差动回路中所产生的不平衡电流就较大。虽然两侧电流互感器型号不同, 但其伏安特性曲线和拐点电压应该相似或相同。这种情况下, 不光要采用电流互感器的同型系数, 还要满足电流互感器的10%误差曲线的要求, 通过采用电流互感器的同型系数来修正并适当提高差动保护的动作电流。4) 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常用方法。如果差动保护已按照一定的变比调整好时 (如利用平衡线圈) , 那么当分接头改变时就会产生新的不平衡电流, 此时如果用重新选择平衡线圈的方法来消除这个不平衡电流是不可能的。因此改变变压器的分接头位置, 这实际上也就是改变了变压器的变比。而差动保护的电流回路在带电的情况下是不能操作的, 为了避免不平衡电流的影响, 应在纵差动保护提高保护的动作整定值。

2.2 暂态情况下的不平衡电流产生的原因及克服方法

变压器在暂态情况下产生不平衡电流的原因主要有两种:一是由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生。因为纵差保护是瞬动保护, 它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。因此, 变压器两侧电流互感器的铁芯特性及饱和程度不同就会导致变压器外部故障暂态穿越性短路电流的产生。要解决这个问题, 就要在差回路中接入速饱和中间变流器SBH。采用直流分量使速饱和变流器饱和。这时, 交流分量电流由于难以转换到速饱和变流器的副边, 因此差动继电器不会动作。二是由变压器励磁涌流产生。变压器的励磁涌流由于仅流经变压器的电源测, 因此, 通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡, 在正常情况下, 变压器励磁电流不过为变压器额定电流的2%~3%;在外部故障时, 由于电压降低, 励磁电流也相应减少。但是, 在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时, 则可能产生数值很大的励磁涌流。

由于变压器纵差保护一直存在励磁涌流难以鉴定的问题, 再加上励磁涌流产生的不平衡电流仍然是纵差保护的重点, 所以下面我们会着重对励磁涌流进行分析。

3 变压器励磁涌流的特点和防范措施

变压器的励磁电流仅流经变压器接通电源的某一侧在变压器空载投入电源或外部故障切除后的电压恢复过程中, 由于变压器铁芯中的磁通急剧增大, 使铁芯瞬间饱和, 出现数值很大的冲击励磁电流 (可达5~10倍的额定电流) , 称为励磁涌流。

3.1 变压器励磁涌流的特点

励磁涌流的特点:1) 励磁电流数值很大, 可达额定电流的8~10倍倍, 并含有明显的非周期分量, 使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧;2) 励磁涌流中含有大量的直流分量及高次谐波分量, 其波形偏向时间轴一侧, 其中励磁涌流以2次谐波为主;3) 励磁涌流的波形出现间断角;4) 励磁涌流具有衰减特性, 一般情况下, 变压器容量越大, 衰减的持续时间越长, 但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。

3.2 克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施

目前防止励磁涌流的影响, 国内广泛采用BCH型具有速饱和变流器的继电器。

当外部故障时, 所含非周期分量的最大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快单方面饱和, 导致传变性能变坏, 致使不平衡电流难于传变到差动继电器的差动线圈上, 以此保证差动保护不会误动。

当内部故障时, 虽然速饱和变流器一次线圈的电流也含有一定的非周期性分量, 但它衰减得非常快快, 一般经过1.5~2个周波就能衰减完毕, 以后速饱和变流器在一次线圈中通过的完全是周期性的短路电流, 能在二次线圈中产生很大的感应电动势, 并使执行元件中的相应电流也较大, 从而保证继电器能够灵敏地动作。速饱和变流器正是利用容易饱和的性能来躲过变压器外部短路不平衡电流和空载合闸励磁涌流的非周期分量影响。

此外, 减小励磁涌流还可以采用以下措施:一是采用内部短路电流和励磁涌流波形的差别 (有无间断角) 来躲过励磁涌流, 即间断角鉴别法。这种方法是将差电流进行微分, 再将微分后的电流进行全波整流, 利用整流后的波形在动作整定值下存在时间长短以此来判断是内部故障, 还是励磁涌流。二是利用二次谐波制动。保护装置在变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时, 利用二次谐波分量进行制动;内部故障时, 利用基波做;外部故障时, 利用比例制动回路躲过不平衡电流。

4 结语

综上所述, 在变压器纵差保护中存在不平衡电流是不可避免的。为了保证变压器差动保护动作的选择性和灵敏性, 针对产生不平衡电流的各种原因, 必须采取措施严格防范和克服纵差保护中的不平衡电流问题, 从而使变压器安全稳定运行。

摘要：电力变压器是电力系统的重要组成元件, 它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。本文通过简要阐述变压器纵差保护工作原理, 分析了纵差保护不平衡电流, 针对产生不平衡电流的不同原因, 对症下药, 提出相应有效的防范措施和克服方法。

关键词：变压器纵差保护,不平衡电流,励磁涌流

参考文献

[1]陈曾田.电力变压器保护.[M]北京:中国电力出版社, 1989.

变压器纵差保护 篇6

地铁电力系统是地铁安全运营的基础,要求供配电安全可靠,同时,由于运营中采用大量自动运行监控系统,对于电能质量要求高,还要考虑长期使用的经济性。但地铁电力系统结构复杂,供配电设备众多,运行情况变动大,因此受到外界供电系统影响和地铁运营客流的变化,都可能造成各种不同的故障和不正常运行状态。在地铁供配电系统运行最常见的故障中,对供电系统危害最大的是各种形式的短路,它有可能引起整个供电网络的崩溃,造成巨大的经济损失和不良社会影响。为此, 地铁供电系统设置了复杂高效的继电保护设备。为实现远程集中调试控制,还设置了电力设备远程监控系统,以实现对电力系统的分层控制和集中调试,确保电力系统的安全可靠运行。

1地铁35kV供电系统

1.1供电系统简介

地下车站35kV主接线形式采用单母线分段运行的方式, 正常时两进线分别为2台变压器独立供电,母联开关在自投位置,2台回路分列运行,同时供电。任意一进线发生故障停电时,进线开关在保护装置的控制下动作跳开,母联开关自动投入使用,保证全所在一路进线有电的情况下能够承载全站一、 二级负荷。35kV采用交联聚乙烯电缆输电,电缆敷设在上下行隧道间隔墙的电缆支架上。35kV供电系统的中性点接地设置110/35kV主所内,自接地变压器的中性点引出经过接地电阻接地,其中接地变压器兼所用电变压器。

1.2接线方式

图1为标准站变电所接线方式,其中,QF1、QF2为2路主进线开关,QF4、QF5为2路出线开关,QF3为母联开关。QS为三工位隔离接地开关,FV为防雷保护器。交流开关柜选择可靠性高、体积小的SF6气体绝缘金属封闭开关柜(GIS),断路器采用真空断路器。

1.3继电保护

35kV继电保护必须满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性要求,同时在设计上还应采用简单高效的配置。35kV进线开关的继电保护有线路差动保护、过电流保护、零序电流保护,其中35kV进线电缆主保护采用光纤纵差保护,后备保护由上级的阶段式电流保护完成。

2差动保护

2.1纵联保护

单一测量点的继电保护系统不可能进行精确的距离保护, 特别是本线路末端和下级线路的始端,如同时采集本线路始末端的数据,再进行对比分析,就可以区分出是保护区内还是区外故障,从而实现速动性和选择性。此种保护必须在保护区的始末端安装相同的采样检测装置,同时还要将两侧数据进行传送,存在着纵向的信息联系,保护装置据此进行对比分析,才能进行正确的判断。

2.2纵联保护通道

纵联保护所利用通道有4种:导引线纵联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护、光纤纵联保护。光纤保护通道采用专用的光纤线路,与输电线之间完全独立,当电力系统发生任何故障时,都不会对光纤通道的信息传输造成干扰。光纤通道带宽很大,可以让信息的传送更快速及时,能够容纳更多的信息量, 可以实现两侧电流波形的对比,使保护装置的判断更加准确。

2.3纵联电流差动保护

纵联电流差动保护通过设置在线路始末端的检测器,同时采集本侧电流的波形和相位,通过光纤通道分别传送到对侧保护装置,每侧的保护装置根据本侧和对侧的数据进行对比分析,判断出是保护区内还是区外故障。保护装置判断的依据不是已设定的电流定值、延时时间、电流方向等,而是根据基尔霍夫电流定律:,流入1个节点电流向量和等于0。这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量,类似于差动保护,因此称为差动纵联保护。其有良好的选择性,能灵敏、快速地切除保护区内的故障。为了保证差动算法的正确性,保护必须比较同一时刻两端电流值,这要求线路两端对各电流数据进行同步处理,要保证2个异地时钟的统一与同步,常用数据通道同步方法与全球定位系统GPS同步时钟同步方法。

2.4纵联电流差动保护的制动特性

根据基尔霍夫电流定律,在正常运行时,流入被保护的线路的电流等于流出的电流,而在线路内部发生短路故障时,两侧保护装置将会检测到不同电流,这个差值就是内部的故障电流。电流互感器存在一定的误差和饱和,当被保护线路流过保护区外的短路电流时,两侧保护装置会产生较大的不平衡电流,可能引起误动作。为防止这种情况的发生,一般纵联电流差动保护都带有比率制动特性,动作特性如图2所示。

四线段比率差动的动作方程如下:

式中,为本侧和对侧分相(A、B、C)电流的相量,电流的方向均为指向线路;IOP.MIN为分相差动启动电流定值,必须躲过在正常运行时的最大不平衡电流;K1、K2为两段比率制动的制动率;IINT为两段比率差动特性交点处的电流差动值,取额定电流的4倍;ISat.MIN为差动速断电流定值。

可以看出,纵差保护动作特性由四线段组成。这种动作特性的优点是:在区内故障电流小时,它具有较高的动作灵敏度; 而在区外故障时,它具有较强的躲过暂态不平衡差流的能力。

2.5动作逻辑

动作逻辑如图3所示。从长期的运行经验可知,合理设置保护的各定值,图2所示的动作特性可以完全满足保护的灵敏度及可靠性要求。

2.6TA断线监视

差动保护设置“TA断线监视”功能,正常运行过程中,若差电流长时间存在不返回,则TA断线动作闭锁差动保护,防止再发生区外故障时差动保护误动。

2.7保护定值

进线柜差动保护定值如表1所示。

3故障时性能分析

3.1差动保护区外部故障时的性能分析

设在进线的保护区外故障,即变压器高压侧发生两相短路,进线差动保护流入线路的电流等于流出线路的电流,有:。所以,进线差动保护区外部故障时,进线差动保护不动作。

3.2差动保护区内部故障时的性能分析

设在保护区内,即进线线路上发生单相对地短路,35kV系统接地采用经过接地变压器初级线圈中性点经小电阻接地,参数计算如下:

(1)接地变压器的阻抗:

式中,UK(%)为变压器短路电压百分值,取6.09;UN为变压器的额定电压,取35kV;SN为变压器容量,取500kVA。

代入公式计算:

(2)线路阻抗:

输电线路电阻忽略不计,线路阻抗为0.04Ω/km。

式中,X0为每千米线路阻抗值(Ω/km);L为线路长度(km)。

(3)接地电阻:

接地变和线路阻抗远小于固定的接地电阻,所以接地短路电阻以100Ω计。

。而进线差动保护动作值为50A,所以进线差动保护区内故障时,保护可靠动作。

4结语

变压器纵差保护 篇7

阳煤集团内部电网是1座110kV站为中心, 以35kV电压等级为主构成的供电网络。矿110kV站两个独立电源点分别来自市供电局海落湾站和长岭站, 内部有25座35kV变电 (厂) 站, 其中矿110kV站是内网中唯一的1座枢纽中转和转供站, 馈出各矿电源均为双回线路至各矿一级站, 各区域站室之间供电都是由一级站向二、三级站室转供, 因此该站设备的稳定运行对于阳煤集团安全供电起着举足轻重的作用。

2 主变跳闸原因初步分析

2009年底至2010年初矿110kV站主变压器连续发生3次跳闸事故, 原因都是由于外部供电局系统发生零序短路接地造成的, 按照主变压器纵差主保护的原理进行分析都无法找到误动作的原因。究竟是主变压器确实发生了内部故障, 还是保护装置存在二次接线和稳定性方面的问题, 一段时间内困绕着我们, 同时对系统是一个极大的安全隐患, 一旦在负荷高峰时刻矿110kV站发生一台运行中的变压器事故跳闸后果是不堪设想的。

我公司通过多次组织相关管理技术人员进行事故分析, 同时要求主变保护厂家南瑞科技公司到现场进行技术指导并参与分析, 最终我们找到了多次发生事故的隐患点就是由于目前矿110kV站主变压器使用的保护装置存在逻辑上的缺陷造成的。

矿110kV站1#、2#主变压器安装南瑞城乡型号为DSA2323的纵差保护装置、0#主变压器安装型号为DSA2321纵差保护装置。矿站主变压器的接线组别为Y/Y-12型, 其中一台主变压器110kV侧通过接地刀闸直接接地, 另一台主变压器高压侧中性点不接地;低压35kV侧通过接地变-消弧线圈接地。

3 主变跳闸原因分析及解决方法

3.1 原因分析

3次事故都是发生在110kV侧直接接地的主变压器上, 因此基本可以判断为主变压器是由于零序电流启动造成跳闸的, 该保护动作有两个大的疑点:一是该零序电流是由于供电局外部110kV系统接地引起的, 已经大大超出了主变压器纵差主保护的保护范围;二是做为主变的纵差主保护是通过比较高、低压互感器差流来判断的即使是引起差流也应该是互相抵消的。

3.2 原因探讨

变压器差动保护的保护范围, 是变压器各侧的电流互感器之间的一次连接部分, 主要反应以下故障:变压器引出线及内部绕组线圈的相间短路;变压器绕组严重的层间短路故障;大电流接地系统中, 线圈及引出线的接地故障;变压器CT故障。

3.2.1 差动保护动作跳闸原因分析

一次设备原因, 变压器内部故障, 变压器套管至CT, 间引出线故障, 电流互感器故障。

二次设备原因:差动电流互感器, 二次开路或短路;差动回路两点接地短路;直流两点接地;保护装置误动;二次接线错误或定值整定错误。

3.2.2 动作现象及原因分析 (一次)

差动保护动作跳闸的同时, 如果同时有瓦斯保护动作, 即使只报轻瓦斯信号, 变压器内部故障的可能性极大;差动保护动作跳闸前如变压器套管、引线、CT有异常声响及其它故障现象, 则说明一次故障可能性极大;差动保护动作跳闸的同时, 如果主变后备保护也启动, 则说明差动保护范围内一次设备故障的可能性极大。

3.2.3 动作现象及原因分析 (二次)

(1) 差动保护动作后, 如其它保护未启动, 而当时差动保护回路及二次回路上有人工作, 则可能属于人为因素误动。

(2) 先发生直流一点接地后, 如差动保护再动作而其它保护未启动, 则说明直流两点接地短接了差动继电器接点跳闸的可能性较大。

(3) 如差动保护动作前巡视CT时有异常声响或差动二次回路上有打火现象则说明差动CT二次开路的可能性较大。

(4) 如差动保护动作后, 经一、二次检查无异常, 也无工作人员工作, 则保护装置误动的可能性较大。

(5) 如差动保护动作后, 如有线路保护动作掉牌, 经差动回路一、二次检查无异常则保护定值整定不当或二次接线错误的可能性较大 (一般出现这种情况的可能性较小) 。

DSA2323纵差保护装置当变压器为Y/Y-12型式时区外发生接地故障产生保护误动已经确定。但是到底是什么原因引起的保护装置误动?这个问题使我们的技术人员很长时间没有头绪。

3.3 解决方法

按我站发生故障实际情况与厂家认真讨论分析后认定:三次主变跳闸为本装置设计运算程序存在漏洞所致, 厂家提出程序升级要求, 升级完善后装置的硬件和原理不变, 保护定值中差动速断、比率差动理论上增加1.732倍;0#主变也存在同样的问题需要一并进行升级完善。其升级后的运算及纵差动作电流及原理计算如下。

矿站主变升级的说明:软件型号:DSA-2323 (2321) , 版本:V 1.01, 变压器型号:Y-Y-△, 改造前差动算法:高压侧接入:IA、IB、IC, 低压侧接入:Ia、Ib、Ic, 差动电流:Icda、Icdb、Icdc, Icda=IA+Ia, Icdb=IB+Ib, Icdc=Ic+Ic。

存在问题:若变压器中性点接地, 在进线接地时会存在零序电流Io, 导致变压器差动动作。

软件更改后算法:高压侧参与差动计算电流:IA‘、IB‘、IC‘, IA‘=IA-IB, IB‘=IB-Ic, Ic‘=Ic-IA。低压侧参与差动计算电流:Ia、Ib、IC, Ia‘=Ia-Ib, Ib‘=Ib-Ic, Ic‘=IcIa。可以滤去零序电流, 曲线和斜率不变, 即制动曲线不变, 但定值 (速断、比率差动) 为原来的1.732倍。

通过对装置的技术升级后彻底杜绝了此类由于外部故障导致的主变压器纵差动作的隐患, 为阳煤集团电网的健康和稳定提供了技术保障。

摘要：本文主要通过对矿站主变DSA纵差保护装置动作原因分析介绍, 从而提出解决主变跳闸的一些建议。

关键词：保护,主变,纵差保护,零序

参考文献

[1]朱雪凌.电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社.

[2]张保全, 尹项根.电力系统继电保护[M].中国电力出版社.