【文章內(nèi)容簡介】 變流器失去作用。為了防止誤動，需要提高裝置的動作電流整定值，其結(jié)果使裝置的靈敏度降低，甚至有時不能滿足要求。另外動作電流整定值提高以后，當(dāng)變壓器出現(xiàn)輕微故障(如匝間短路)時，因短路電流較小，不足使裝置動作，將使故障繼續(xù)擴(kuò)大，造成變壓器的損壞程度愈來愈嚴(yán)重。(2)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，暫態(tài)短路電流中也含有非周期分量，由于速飽和變流器的作用會延遲裝置的動作時間，其結(jié)果也會使故障的影響擴(kuò)大。鑒于以上原因，近年來國內(nèi)有些變壓器開始采用帶二次諧波制動的比率差動保護(hù)裝置(以下簡稱比率差動保護(hù)裝置)。該裝置為了避開勵磁涌流的影響，利用勵磁涌流中含有大量的二次諧波的獨有特點，設(shè)有二次諧波制動。為了避免外部短路電流在差動回路引起不平衡電流的影響，該裝置還設(shè)有與變壓器兩側(cè)電流向量之和成正比的比率制動，其起動電流小，靈敏度:高，加之該裝置的思維方式在微機由很容易!實現(xiàn)，因此該裝置愈來愈得到人們?yōu)榍嗖A。為了合理地應(yīng)用該裝置，本文將其原理予以介紹。目前比率差動保護(hù)裝置的型式有晶體型、整流型和微機型。雖然各自的構(gòu)造有所不同，但是原理基本相同，現(xiàn)以下圖所示的整流型比率差動裝置原理方框圖為例予以說明和 差 流 形 成 回 路比 率 制 動二次諧波制動差 流 動 作速 斷比較出 口比 率 差 動 保 護(hù) 裝 置 原 理 方 框 圖 上圖中的、為變壓器差動回路高、低壓臂的電流， 、分別稱為制動電流、差動電流。流進(jìn)比率制動回路后轉(zhuǎn)化為與其成正比的制動電壓。正常運行或外部短路時，若 = ，則 = 2，即制動電流為負(fù)荷電流(折算至裝置側(cè)——下同)或外部短路電流的2倍。內(nèi)部出現(xiàn)故障時，制動電流于短路電流(變壓器為兩側(cè)電源供電時)或等于短路電流(變壓器為單側(cè)電源供電時)。分別流進(jìn)動作回路、二次諧波制動回路和速斷元件。流進(jìn)動作回路后將中的基波含量轉(zhuǎn)化為與其成正比的動作電壓,正常運行或外部出現(xiàn)故障時理論上為零。內(nèi)部出現(xiàn)故障時等于短路電流。流進(jìn)二次諧波制動回路后將中的二次諧波含量轉(zhuǎn)化為與其成正比的制動電壓。由上述各回路形成的 、和進(jìn)入差動元件的比較回路。當(dāng)正常運行或外部故障或有勵磁涌流時， 或 該元件不動作。當(dāng)內(nèi)部故障時，,，該元件動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障出現(xiàn)很大的短路電流時可能引起電流互感器飽和，使中也有較大的二次諧波含量，致使差動元件拒動，但是由于比率差動裝置設(shè)有速斷元件，當(dāng)達(dá)到一定值時該元件動作。比率差動裝置中差動元件的動作電流與制動電流的關(guān)系用下圖中曲線1所示的比率制動特性曲線表示。 上圖中的稱為差動元件的動作電流，為有比率制動作用的最小制動電流。當(dāng)。時，無比率制動作用，=。當(dāng)。時，與的增量△成正比，其斜率稱為比率制動系數(shù)。由于變壓器兩側(cè)電流互感器的選擇無法使 = ，為此在采用晶體型和整流型裝置時需在差動回路高壓臂(或在低壓臂或在高、低壓臂—本文是以在高壓臂進(jìn)行說明的)加裝自耦變流器。微機型裝置由于本身的功能無需加裝自耦變流器。由于變壓器調(diào)壓范圍、電流互感器誤差以及自耦變流器誤差等因素的影響，在正常運行或外部故障時，中總有一個不大的不平衡電流(見上圖中的曲線2)。為了防止誤動作，在選擇差動元件的動作電流。和比率制動系數(shù)時要避免不平衡電流的影響，即如圖所示，所選擇的比率制動特性曲線上各點的動作電流均比對應(yīng)的不平衡電流要大。.變壓器差動保護(hù)雖然能保護(hù)變壓器內(nèi)部和外部故障,動作迅速，靈敏度高，但接線復(fù)雜，多用于大容量重要的變壓器作主保護(hù)，它并不能保護(hù)所有內(nèi)部故障,如變壓器油面降低,匝間短路等，因為匝間電流常小于動作電流,因此,常采用瓦斯保護(hù),對變壓器內(nèi)部故障全面保護(hù)。在油侵式變壓器油箱內(nèi)發(fā)生故障時，由于故障點的局部高溫使變壓器油溫升高油內(nèi)空氣被排除形成上升氣泡,若故障點產(chǎn)生電弧，則變壓器和其他絕緣材料分解出大量氣體，這些氣體自油箱流向油枕上部,故障越嚴(yán)重，產(chǎn)生氣體越多。 當(dāng)氣體繼電器KG輕瓦斯觸點閉合，通過繼電器1KS，延時發(fā)出預(yù)警信號,重瓦斯觸點閉合后,經(jīng)信號繼電器2 KS ，連接片XB接通中間繼電器KM,作用于斷路器跳閘，,出口中間繼電器KM具有自保持功能，利用KM第三對觸點進(jìn)行自鎖,以保證斷路器可靠跳閘，其中按鈕SB用于解除自鎖,如不用按鈕，也可用斷路器1 ，使重瓦斯保護(hù)退出工作。瓦斯保護(hù)動作后，應(yīng)從氣體繼電器上部排出口收集氣體。根據(jù)氣體的數(shù)量、顏色、化學(xué)成分、可燃性等，判斷保護(hù)動作的原因和故障的性質(zhì)。瓦斯保護(hù)和差動保護(hù)均為變壓器的主保護(hù)，在較大容量的變壓器上需同時采用，瓦斯保護(hù)接線非常簡單，靈敏度高，動作迅速，但它不能保護(hù)油箱外的引出線和套管上的故障，只能靠差動保護(hù)動作于跳閘，因此，瓦斯保護(hù)不能單獨作為變壓器的主保護(hù)，必須和差動保護(hù)共同作為變壓器的主保護(hù)。 變壓器相間短路的后備保護(hù)既是變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，又是相鄰母線或線路的后備保護(hù)。根據(jù)變壓器容量的大小和系統(tǒng)短路電流的大小，變壓器相間短路的后備保護(hù)可采用過電流保護(hù)、低電壓啟動的過電流保護(hù)和復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)。變壓器過電流保護(hù)的裝設(shè)可按以下原則確定：對于單側(cè)電源的變壓器，后備保護(hù)裝設(shè)于電源側(cè)，作為差動保護(hù)、瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)或相鄰元件的后備保護(hù)。對于多側(cè)電源的變壓器。后備保護(hù)應(yīng)裝設(shè)于變壓器各側(cè)。其作用為：（1）、作為變壓器差動保護(hù)的后備。要求它動作后起動總出口繼電器。對于零序過電流保護(hù)，由于變壓器中性點接地而使零序電流分布發(fā)生變化，往往會使零序電流的靈敏度降低，因此要求在變壓器的兩側(cè)均裝設(shè)能動作于出口的零序電流保護(hù)段。但該保護(hù)段對變壓器各側(cè)的故障均能滿足靈敏度的要求。（2）、變壓器各側(cè)裝設(shè)的后備保護(hù)，主要作為各側(cè)母線和線路的后備保護(hù)，故要求只動作于跳開本側(cè)的斷路器。（3）、作為變壓器斷路器與其電流互感器之間死區(qū)故障的后備保護(hù)。一、低電壓閉鎖起動的過電流保護(hù)簡單的過電流保護(hù)的動作值，是按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定的，因此保護(hù)裝置的靈敏度不高，而且受保護(hù)接線方式和故障類型的影響較大。低電壓起動的過電流保護(hù)，其過電流元件動作值是按大于變壓器額定電流整定的，而低電壓元件動作值是按正常運行時最低工作電壓整定的，因此它的靈敏度有所提高。低壓元件的作用是保證在一臺變壓器突然切除或電動機自起動時不動作，因而電流元件的整定值就可以不再考慮可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，而是按大于變壓器的額定電流整定，即 = 低壓元件的起動值應(yīng)小于在正常運行情況下母線上可能出現(xiàn)的最低工作電壓，同時，外部故障切除后，電動機自起動的過程中，保護(hù)須返回，根據(jù)運行經(jīng)驗，低電壓繼電器的動作電壓為= —變壓器的額定線電壓。對低壓元件進(jìn)行靈敏度校驗，應(yīng)為 = ——在220KV母線上發(fā)生三相短路時計算得流經(jīng)保護(hù)的最大短路電流。對于升壓變壓器，如果低壓元件只接于某一側(cè)的電壓互感器上，則當(dāng)另一側(cè)故障時，往往不能滿足上述靈敏度的要求。此時可考慮采用兩套低壓元件分別接在變壓器兩側(cè)的電壓互感器上，其觸點采用并聯(lián)方式。當(dāng)電壓互感器回路發(fā)生斷線時，低壓繼電器將誤動作。因此，在低壓保護(hù)中一般應(yīng)裝設(shè)電壓回路斷線的信號裝置，以便及時采出信號，由運行人員加以處理。已知如圖所示,某變壓器一次接線圖,其中變壓器參數(shù)為:容量 = 120 MVA 接線 yn，d11 電壓 242 ﹪/35 KV = 14%發(fā)電機參數(shù)為：容量P =100 MW 電壓U= 35 KV = 基準(zhǔn)容量 =100 MVA 計算變壓器各側(cè)額定電流 ，并選擇電流互感器變比 對于yn，d11 變壓器= = = 286。 = = =1983式中 ——變壓器額定容量 （KVA）， ——變壓器高、低壓側(cè)的額定電流 （A），——變壓器高、低壓側(cè)的額定電壓 （KV）電流互感器變比選擇：220KV側(cè) = 選 35KV 側(cè) 選 計算差動回路各臂在額定負(fù)荷下的電流 = = = = = =式中 ， ——高、低壓臂的額定電流 （A）。 ， ——高、低壓側(cè)電流互感器二次接線系數(shù)。 ， ——高、低壓側(cè)電流互感器一次額定電流 （A）。因為 所以 選220KV側(cè)為基本側(cè)。短路計算1）當(dāng)220KV側(cè)發(fā)生三相短路故障時的最大短路電流 = =262 （A） ( 1 ) = =819 （A） ( 2 ) ——基準(zhǔn)容量。 ——220KV電壓級基準(zhǔn)電流。2）當(dāng)35KV側(cè)發(fā)生三相短路故障時的最大短路電流 = =1652 （A） ( 3 ) = =14120 （A） ( 4 ) ——基準(zhǔn)容量。 ——35KV電壓級基準(zhǔn)電流。歸算到基本側(cè)的電流為 = （A） ( 5 ) 所以, A確定差動元件的動作電流正常運行時，為防止裝置在制動電流為 時誤動作，要求大于負(fù)荷電流為 時的不平衡電流 ，即 = =（ ） ( 6 )式中 ——可靠系數(shù)， 。 ——變壓器調(diào)壓范圍引起得誤差，取 。 ——正常運行時電流互感器的誤差，取 。 ——正常運行時自耦變壓器的誤差，取 。 將上述各值代入式中得 = 目前我國各型保護(hù)裝置的 =5 ~ A因此 = ~ A實取 = 1 A (更偏向安全)確定比率制動系數(shù) 外部故障發(fā)生最大短路電流 時，為了防止誤動作，要求裝置的動作電流大于差動回路的最大不平衡電流 ，即= =（+ + ） ( 7 )式中 一故障時電流互感器的誤差 (取= ) 一故障時自耦變流器的誤差 (取= 0. 1)其余參數(shù)同前將上述各值代入( 7 )式得 = 0. 3 2 5 ( 8 )此時裝置的制動電流= 2，根據(jù)比率制動系數(shù)的定義，在圖中可求出: = ( 9 )將( 8 )式代入上式得 = （10）由前述得知 = l A。 = 5 ~ A 并考慮 15 A將上述各值代入 ( 10 ) 式得 0. 159實取=0. 2 (更偏向安全)校驗差動元件最小靈敏系數(shù) 按下式計算 = （11）式中 一保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生兩相金屬性短路時的最小短路電流。 一發(fā)生 時，差動元件的動作電流。由于牽引變壓器一般為單側(cè)電源供電，內(nèi)部故障時差動元件的制動電流=，因此此時可由圖求出: = ( — }+ ( 12 )將上式代入( 11 )式得 = （13）由前述得知: = l A， = 5 ~ A ，=0. 2 因此≥ (14)根據(jù)“規(guī)范”要求不得小于2，由(14)式可見:只要≤ , 就能滿足要求。將=0. 2代入( 14 ) 式得≥ 5所以滿足靈敏度的要求。從圖所示的比率制動特性曲線可見，差動元件的起動電流將減小，因此，根據(jù)(11)式，其將更高。這說明采用比率差動保護(hù)裝置時靈敏度是相當(dāng)高的。 確定二次諧波制動系數(shù) 根據(jù)有關(guān)試驗數(shù)據(jù)表明:勵磁涌流中的二次諧波含量與基波含量之比均在20%以上，因此取 = 0. 20確定速斷元件動作電流 , 為了防止空投變壓器時發(fā)生誤動作， 應(yīng)大于最大的勵磁涌流，一般按下式計算：對于220KV側(cè) =8 = 8 = （A） ——高壓臂的額定電流。對于35KV側(cè)= 8 = 8 = （A） ——低壓臂的額定電流 220KV側(cè)方向低電壓閉鎖過電流保護(hù)整定計算 1)、電流元件定值整定計算按躲過變壓器額定電流整定，即 = = = （A） (15) 式中，—可靠系數(shù)，取1. 2—1. 3?！祷叵禂?shù)。 —變壓器高壓側(cè)額定電流。2)、電壓閉鎖元件定值整定計算低電壓元件的起動值應(yīng)小于在正常運行情況下母線可能出現(xiàn)的最低工作電壓。同時，在外部故障切除后電機自起動過程中，保護(hù)必須返回。根據(jù)運行經(jīng)驗，低電壓繼電器的動作電壓為= = 220 =154 （KV） (16)—變壓器的額定線電壓。3)、靈敏度校驗對于電流元件，當(dāng)35KV側(cè)為正常運行方式，在220KV母線上發(fā)生三相短路時計算得流經(jīng)保護(hù)的最小短路電流為= A，則 = = (17) 4)、動作時間整定已知220