1、變壓器差動保護的工作原理
與線路縱差保護的原理相同，都是比較被保護設(shè)備各側(cè)電流的相位和數(shù)值的大小。
2、變壓器差動保護與線路差動保護的區(qū)別：
由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不相等再加上變壓器各側(cè)電流的相位往往不相同。因此，為了保證縱差動保護的正確工作，須適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器的變比，及各側(cè)電流相位的補償使得正常運行和區(qū)外短路故障時，兩側(cè)二次電流相等。 例如圖8-5所示的雙繞組變壓器
3.變壓器縱差動保護的特點
1 、勵磁涌流的特點及克服勵磁涌流的方法
(1)勵磁涌流：
在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電等情況下在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電等情況下，變壓器勵磁電流的數(shù)值可達變壓器額定6～8倍變壓器勵磁電流通常稱為勵磁涌流。
(2)產(chǎn)生勵磁涌流的原因
因為在穩(wěn)態(tài)的情況下鐵心中的磁通應(yīng)滯后于外加電壓90°，在電壓瞬時值u=0瞬間合閘，鐵芯中的磁通應(yīng)為-Φm。但由于鐵心中的磁通不能突變，因此將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通+Φm，如果考慮剩磁Φr，這樣經(jīng)過半過周期后鐵心中的磁通將達到2Φm+Φr，其幅值為如圖8-6所示。此時變壓器鐵芯將嚴(yán)重飽和，通過圖8-7可知此時變壓器的勵磁電流的數(shù)值將變得很大，達到額定電流的6～8倍，形成勵磁涌流。
(3)勵磁涌流的特點：
①勵磁電流數(shù)值很大，并含有明顯的非周期分量，使勵磁電流波形明顯偏于時間軸的一側(cè)。
②勵磁涌流中含有明顯的高次諧波，其中勵磁涌流以2次諧波為主。
③勵磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。
表8-1 勵磁涌流實驗數(shù)據(jù)舉例
(4)克服勵磁涌流對變壓器縱差保護影響的措施：
①采用帶有速飽和變流器的差動繼電器構(gòu)成差動保護;
②利用二次諧波制動原理構(gòu)成的差動保護;
③利用間斷角原理構(gòu)成的變壓器差動保護;
④采用模糊識別閉鎖原理構(gòu)成的變壓器差動保護。
2、 不平衡電流產(chǎn)生的原因
(1)穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流
①變壓器兩側(cè)電流相位不同
電力系統(tǒng)中變壓器常采用Y，d11接線方式，因此，變壓器兩側(cè)電流的相位差為30°，如下圖所示，Y側(cè)電流滯后△側(cè)電流30°，若兩側(cè)的電流互感器采用相同的接線方式，則兩側(cè)對應(yīng)相的二次電流也相差30°左右，從而產(chǎn)生很大的不平衡電流。
②電流互感器計算變比與實際變比不同
由于變比的標(biāo)準(zhǔn)化使得其實際變比與計算變比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流。
【實例分析1】由電流互感實際變比與計算變比不等產(chǎn)生的不平衡電流分析
在表8-2中，變壓器型號、變比、Y,d11 接線。計算由于電流互感器的實際變比與計算不等引起的不平衡電流。計算結(jié)果如表8-2。由表8-2可見，由于電流互感器的實際變比與計算變比不等，正常情況將產(chǎn)生0.21A的不平衡電流。
表8-2 計算變壓器額定運行時差動保護臂中的不平衡電流
③變壓器各側(cè)電流互感器型號不同
由于變壓器各側(cè)電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流(歸算至同一側(cè))也就不同，從而在差動回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。
④變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭
變壓器帶負荷調(diào)整分接頭，是電力系統(tǒng)中電壓調(diào)整的一種方法，改變分接頭就是改變變壓器的變比。整定計算中，差動保護只能按照某一變比整定，選擇恰當(dāng)?shù)钠胶饩€圈減小或消除不平衡電流的影響。當(dāng)差動保護投入運行后，在調(diào)壓抽頭改變時，一般不可能對差動保護的電流回路重新操作，因此又會出現(xiàn)新的不平衡電流。不平衡電流的大小與調(diào)壓范圍有關(guān)。
(2)暫態(tài)情況下的不平衡電流
暫態(tài)過程中不平衡電流的特點：
①暫態(tài)不平衡電流含有大量的非周期分量，偏離時間軸的一側(cè)。
②暫態(tài)不平衡電流最大值出現(xiàn)的時間滯后一次側(cè)最大電流的時間(根據(jù)此特點靠保護的延時來躲過其暫態(tài)不平衡電流必然影響保護的快速性，甚至使變壓器差動保護不能接受)。
8.3.3減小不平衡電流的措施
(1)減小穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流
變壓器差動保護各側(cè)用的電流互感器，選用變壓器差動保護專用的D級電流互感器;當(dāng)通過外部最大穩(wěn)態(tài)短路電流時，差動保護回路的二次負荷要能滿足10%誤差的要求。
(2)減小電流互感器的二次負荷
這實際上相當(dāng)于減小二次側(cè)的端電壓，相應(yīng)地減少電流互感器的勵磁電流。減小二次負荷的常用辦法有：減小控制電纜的電阻(適當(dāng)增大導(dǎo)線截面，盡量縮短控制電纜長度);采用弱電控制用的電流互感器(二次額定電流為lA)等。
(3)采用帶小氣隙的電流互感器
這種電流互感器鐵芯的剩磁較小，在一次側(cè)電流較大的情況下，電流互感器不容易飽和。因而勵磁電流較小，有利于減小不平衡電流。同時也改善了電流互感器的暫態(tài)特性。
(4)減小變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流采用相位補償
如變壓器為Y，d11接線其相位補償?shù)姆椒ㄊ菍⒆儔浩餍切蝹?cè)的電流互感器接成三角形，將變壓器三角形側(cè)的電流互感器接成星形，如圖8-10(a)所示，以補償30°的相位差。圖8-10(b)為星形側(cè)的一次電流和三角形側(cè)的一次電流，及其相位關(guān)系。采用相位補償接線后，變壓器星形側(cè)電流互感器二次回路側(cè)差動臂中的電流分別為(右上圖紅色)，它們剛好與三角形側(cè)電流互感器二次回路中的電流同相位，如圖8-10(c)所示。這樣，差動回路中兩側(cè)的電流的相位相同。
②數(shù)值補償
變壓器星形側(cè)電流互感器變比
變壓器三角形側(cè)電流互感器變比
③軟件校正
微機保護中采用軟件進行相位校正
(5)減小電流互感器由于計算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同而引起的不平衡電流采用數(shù)值補償
①采用自耦變流器。
②利用BCH型差動繼電器中的平衡線圈。
③在變壓器微機保護的軟件中采用補償系數(shù)使差動回路的不平衡電流為最小。
(6)由變壓器兩側(cè)電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流
在差動保護的整定計算中加以考慮。
(7)由變壓器帶負荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流
在變壓器差動保護的整定計算中考慮。
在穩(wěn)態(tài)情況下，變壓器的差動保護的不平衡電流可由下式?jīng)Q定
(8)減小暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響
①差動保護采用具有速飽和特性的中間變流器，
②選用帶制動特性的差動繼電器或間斷角原理的差動繼電器等，利用其它方法來解決暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響問題。
8.3.4 和差式比率制動式差動保護原理
1.雙繞組變壓器比率制動的差動保護原理。
(1)和差式比率制動的動作判據(jù)
①差動電流：
②制動電流：
③差動保護動作的第一判據(jù)：
④制動比率系數(shù)：
⑤外部故障時，保護可靠地不動作。應(yīng)滿足如下判據(jù)：
⑥差動保護動作的第二判據(jù)
2.比率制動特性的整定
(1)最小啟動電流Iact0
(2)拐點制動電流Ibrk0可選取
(3)最大制動系數(shù)Kbrk.max和制動特性斜率S
①最大制動系數(shù)
②比率制動特性曲線如下圖
③比率制動系數(shù)的整定值D取0.3～0.5
④比率制動特性的斜率S，由上圖可知
當(dāng)Ibrk0
即比率制動特性的折線BC過坐標(biāo)原點，在任何制動電流下有相同的制動系數(shù)。
(4)內(nèi)部故障靈敏度校驗
在系統(tǒng)最小運行方式下，計算變壓器出口金屬性短路的最小短路電流(周期分量)，同時計算相應(yīng)的制動電流，由相應(yīng)的比率制動特性查出對應(yīng)與的起動電流則靈敏系數(shù)
要求Ksen>2.0
3.三繞組變壓器比率制動的差動保護原理。
對于三繞組變壓器，其差動保護的原理與雙繞組變壓器的差動保護原理相同，但差動電流和制動電流及最大不平衡電流應(yīng)做相應(yīng)的更改。差動電流和制動電流分別為
在有的變壓器差動保護直接取三側(cè)中最大電流為制動電流，即
最大不平衡電流的計算公式如下：
在微機保護中，考慮采用數(shù)值補償系數(shù)后誤差非常小Δm≈0，則上式為
4.勵磁涌流閉鎖原理
采用二次諧波制動原理
在變壓器勵磁涌流中含有大量的二次諧波分量，一般約占基波分量的40%以上。利用差電流中二次諧波所占的比率作為制動系數(shù)，可以鑒別變壓器空載合閘時的勵磁涌流，從而防止變壓器空載合閘時保護的誤動。
在差動保護中差電流的二次諧波幅值用表示，差電流中二次諧波所占的比率可表示為如下式：
如選二次諧波制動系數(shù)為定值D3，那么只要大于定值D3，就可以認為是勵磁涌流出現(xiàn)，保護不應(yīng)動作。在值小于D3，同時滿足比率差動其他判據(jù)時才允許保護動作。
∴比率差動保護的第三判據(jù)應(yīng)滿足下式
二次諧波制動系數(shù)D3，有0.15、0.2、0.25三種系數(shù)可選 。
5.差動速斷保護
(1)采用差動速斷保護的原因
一般情況下比率制動原理的差動保護能作為電力變壓器主保護，但是在嚴(yán)重內(nèi)部故障時，短路電流很大的情況下，TA嚴(yán)重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴(yán)重惡化，TA的二次側(cè)基波電流為零，高次諧波分量增大，反應(yīng)二次諧波的判據(jù)誤將比率制動原理的差動保護閉瑣，無法反映區(qū)內(nèi)短路故障，只有當(dāng)暫態(tài)過程經(jīng)一定時間TA退出暫態(tài)飽和比率制動原理的差動保護才動作，從而影響了比率差動保護的快速動作，所以變壓器比率制動原理的差動保護還應(yīng)配有差動速斷保護，作為輔助保護以加快保護在內(nèi)部嚴(yán)重故障時的動作速度。差動速斷保護是差動電流過電流瞬時速動保護。
(2)差動速斷的整定值按躲過最大不平衡電流和勵磁涌流來整定
6.變壓器比率差動保護程序邏輯框圖
(1)變壓器差動保護程序邏輯框圖
2)變壓器差動保護程序邏輯原理
在程序邏輯框圖中D1=Iact0、D2=KrelId/Ibrk為比率制動系數(shù) 整定值，D3為二次諧波制動系數(shù)整定值?？梢姳嚷什顒颖Ｗo動作的三個判據(jù)是“與”的關(guān)系(圖8-14中的與門Y2)，必須同時滿足才能動作于跳閘。而差動速斷保護是作為比率差動保護的輔助保護。其定值為D4=Iact.s，在比率差動保護不能快速反映嚴(yán)重區(qū)內(nèi)故障時，差動速斷保護應(yīng)無時延地快速出口跳閘。因此這兩種保護是“或”的邏輯關(guān)系(圖8-14中 的或門H3)。比率差動保護在TA二次回路斷線時會產(chǎn)生很大的差電流而誤動作，所以必須經(jīng)TA斷線閉鎖的否門再經(jīng)與門Y3才能出口動作。當(dāng)TA斷線時 與門Y3被閉鎖住，不能出口動作。
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