【文章內(nèi)容簡介】 護是能靈敏地區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障的。 由于變壓器空載合閘會產(chǎn)生幅值可達(dá)額定電流數(shù)倍至十?dāng)?shù)倍的勵磁電流，這樣就很難與變壓器內(nèi)部短路電流相區(qū)別，從而導(dǎo)致差動保護誤動。因此變壓器差動保護的主要矛盾集中在鑒別勵磁涌流和內(nèi)部故障上。能否正確區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)部故障。 而由于勵磁涌流問題的復(fù)雜性，對這一問題不斷 深入研究，目前已經(jīng)有了多種識別勵磁涌流的方法，國內(nèi)外應(yīng)用中比較成熟的主要是利用變壓器的電流量識別勵磁涌流于內(nèi)故障電流的方案，包括二次諧波制動原理、間斷角原理、小波變換方法等等。 每種原理，方法都有各自的優(yōu)缺點和不同的應(yīng)用范圍。在變壓器差動保護中具體采用什么樣的原理方法才能更好的實現(xiàn)差動保護的目標(biāo)，關(guān)系到很多問題。變壓器差動保護經(jīng)過了長時間的發(fā)展，目前國內(nèi)外主要還是集中于研究以下個方面的問題： 1）正確識別勵磁涌流和內(nèi)部故障時的短路電流。變壓器空載合閘或外部短路故障河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 切除電壓突然恢復(fù)時，變壓器有很大的勵磁電流即 勵磁涌流通過，因該勵磁涌流僅在變壓器的一側(cè)流通，故流入差動回路。變壓器內(nèi)部短路故障時，差動回路流入的是很大的短路電流。顯然，作為縱差動保護，勵磁涌流作用下不應(yīng)動作，短路電流作用下保護應(yīng)可靠動作。 2）外部短路故障切除電壓突然恢復(fù)的暫態(tài)過程中，應(yīng)保證縱差動保護不發(fā)生誤動作。應(yīng)當(dāng)注意在這個暫態(tài)過程中，一方面變壓器存在勵磁涌流，勵磁涌流的非周期分量將使一側(cè)電流互感器 (勵磁涌流僅在變壓器一側(cè)流通 )的誤差特別是角誤差增大 。另一方面變壓器負(fù)荷電流的存在。這兩方面的因素導(dǎo)致差動回路不平衡電流的增大，變壓器微機差動保護這種 情況下不應(yīng)誤動。 3）應(yīng)解決好區(qū)外短路故障時差動回路中的不平衡電流和保護靈敏度之間的矛盾。區(qū)外短路故障時，由于縱差動保護各側(cè)電流互感器變比不匹配、有載調(diào)壓變壓器抽頭的改變、電流互感器誤差特別是暫態(tài)誤差的影響，差動回路中流過數(shù)值不小的不平衡電流，為保證縱差動保護不誤動，動作電流應(yīng)高于區(qū)外短路故障時的最大不平衡電流，這勢必要影響到內(nèi)部故障時保護的靈敏度。作為縱差動保護，既要保證區(qū)外短路故障差動回路流過最大不平衡電流時不發(fā)生誤動作，又要在內(nèi)部短路故障時保證一定的靈敏度。 由于勵磁涌流在數(shù)值上可與內(nèi)部故障時的短路 電流相比擬，因此容易造成差動保護誤動作；所以要變壓器保護能夠躲過勵磁涌流，同時對短路電流又能夠正確反映，使差動保護可靠動作。這是變壓器差動保護所要解決的首要問題。針對該問題提出了各種區(qū)分勵磁涌流與內(nèi)故障的判別原理。 用于區(qū)分勵磁涌流與內(nèi)部故障的原理主要有二次諧波判別原理，間斷角判別原理，磁通量判別原理和波形對稱原理。目前，在系統(tǒng)中配置的變壓器保護主要是采用勵磁涌流中的二次諧波制動原理和勵磁涌流間斷角制動原理來防止變壓器差動保護誤動作。間斷角制動原理在 CT 嚴(yán)重飽和時，由于出現(xiàn)反向電流，會出現(xiàn)間斷角消失。在小電 流情況下，由于電流中諧波含量和系統(tǒng)頻率的變化對間斷角測量的影響較大，造成間斷角測量不準(zhǔn)確，容易引起系統(tǒng)震蕩時的誤動。利用二次諧波電流鑒別勵磁涌流的方法在常規(guī)保護中有非常成功的應(yīng)用和豐富的實踐經(jīng)驗，而且目前國內(nèi)外實際投入運行的變壓器保護大都采用該原理，因而在實用化方面相對成熟一些，所以本課題研究選用了最常用的二次諧判別原理。 二次諧波的原理是：在變壓器的勵磁涌流中含有較大的二次諧波分量（大約30%~70%），但在變壓器內(nèi)部或外部故障的短路電流中，二次諧波所占比例較少。利用上述特點，構(gòu)成帶有二次諧波制動的差動保 護，可以有效躲過勵磁涌流的影響。當(dāng)然這種原理也存在缺陷，在變壓器內(nèi)部不對稱故障情況下，尤其在變壓器附近裝有無功補償設(shè)備時，也會在故障電流中產(chǎn)生較大的 2 次諧波分量，使差動保護被制動，直到 2次諧波分量衰減后才能動作，從而延長了切除故障時間。這對于大型變壓器而言，是河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 不允許的，應(yīng)采用加速措施來改善變壓器差動保護的速動性。典型的加速措施有以下幾種： （ 1）差動速斷：當(dāng)差動電流大于變壓器最大可能的勵磁電流時立即跳閘出口； （ 2）低壓加速：這一原理的依據(jù)是內(nèi)部故障時，變壓器端部殘余電壓較低；而出現(xiàn)勵磁涌流時，變壓器端電壓 較高。這樣當(dāng)變壓器端電壓小于變壓器出現(xiàn)勵磁涌流的最小端電壓時取消勵磁涌流判據(jù)，僅有比率特性決定是否跳閘； （ 3）記憶相電流加速：這一原理利用故障前一周期的相電流同時與空載勵磁電流和最大負(fù)荷電流比較，根據(jù)結(jié)果來區(qū)分勵磁涌流和故障電流，決定是否應(yīng)該取消勵磁涌流判據(jù)。其中差動速斷判據(jù)原理簡單，可靠性較高，在電力系統(tǒng)的主變差動保護中廣泛采用。 圖 給出了變壓器差動保護單相原理接線，其中變壓器 T 兩側(cè)電流?I?、 ??I 流入變壓器為其 電流正方向。當(dāng)變壓器正常運行或外部故障時，必有 0??? ??? II ，若電流互感器 CTl, CT2 變比合理選擇，則在理想狀態(tài)下有 021 ??? III d ??? （實際是不平衡電流 )，差動繼電器 KD 不動作，此時 1I? 與 2I? 反相。當(dāng)變壓器發(fā)生短路故障時，比有 KIII ??? ? ??? (短路電流 )，于是 dI? 為流過的相應(yīng)短路電流， KD 動作，此時 1I? 與 2I? 同相位 (假設(shè)變壓器兩側(cè)均有電源 )，將變壓器從電網(wǎng)中切除。為使差動保護發(fā)揮應(yīng)有性能，在接線上注意如下幾點： 圖 變壓器差動保護單相原理接線 (1) 由于變壓器 YN, d 接線的關(guān)系，變壓器兩側(cè)電流間存在相位移動，為保證正常運行或外部短路故障時 1I? 與 2I? 有反相關(guān)系，所以必須進行相位校正。 (2) 變壓器兩側(cè) CT 變比不 同，為保證外部短路故障時差動繼電器電流盡量小， 1I?與 2I? 應(yīng)相等，為此應(yīng)進行幅值校正 (在軟件中對計算出的各側(cè)電流乘以相應(yīng)的電流平衡系數(shù)，達(dá)到電流的平衡 )。 (3)YN 側(cè)保護區(qū)外接地故障時，圖 中 K 點接地，零序電流 3I0僅在變壓器一河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 側(cè)流通，流過電流互感器 CTl，為保證差動保護不動作， 1I? 電流中應(yīng)扣除相應(yīng)零序電流分量。根據(jù)上述分析，裝置對 A. B, C 相分別進行差電流 ( cdI )的計算 : LHcd III ?? （ ） 其中 : HI — 變壓器高壓側(cè)端電流 LI — 變壓器低壓側(cè)電流， HI ,LI 均是經(jīng)過幅值和相位校正后電流互感器二次側(cè)電流的有效值。 裝置差動 保護的判據(jù)為 : selcd II ? (4. 1. 2) 式中 selI 為差動速斷最小動作電流 (差動速斷保護定值 )， selI 的設(shè)定必須躲過變壓器空載投入或差動區(qū)外部故障時穿越電流造成的不平衡電流以及變壓器差動保護二次回路斷線線時在差動回路中引起的差動電流的影響。 ． 2 二次諧波閉鎖的比率差動保護 ． 比率差動 保護的基本工作原理 所謂比率差動保護簡單說就是使差動電流定值隨制動電流的增大而成一定比率的提高，使制動電流在不平衡電流較大的外部故障時有制動作用，而在內(nèi)部故障時，制動作用最小。比率差動保護較差動速斷保護有較高的靈敏度。 圖 給出了差動保護中各電流的特性曲線。 圖 比率差動中各電流特性曲線 曲線 1 為差動回路的不平衡電流，它隨著短路電流的增大而增大。根據(jù)差動回路接線方法的不同，在整定時，通過調(diào)整不平衡比例系數(shù)使得計算機在實時計算時的 bpI 最小。 曲線 2 是無制動時差動保護的整定電流，為一定值。它是按躲過最大不平衡電流 來整定的。 曲線 3為差動保護區(qū)內(nèi)短路時的差電流，它隨短路電流的增大而線性增大。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 曲線 4為具有制動特性的差動繼電器的差動保護特性。 在無制動時，曲線 3 與曲線 2 相交于 B 點，這時保護的不動作區(qū)為 OB39。，即保護區(qū)內(nèi)短路故障時的短路電流必須大于 OB’所代表的電流值時，保護才動作。 在有制動時，曲線 3 于曲線 4 相交于 A 點，短路斷流只要大于 OA’所代表的電流值，保護即能動作。以 AO? 在實際的變壓器差動保護裝置中，其比率制動特性如圖 所示 : 圖 比率制動特性 圖 . 2. 2 中平行于橫坐標(biāo)的 AB 段稱為無制動段，它是由啟動電流 qI ，和最小制動電流 (又稱拐點電流 )構(gòu)成的，動作值不隨制動電流變化而變化。當(dāng)制動電流小于變壓器額定電流時，因無制動作用，通常選取制動電流等于被保護變壓器高壓側(cè)的額定電流的二 次值。 圖 . 2. 2 中斜線的斜率為基波制動斜率，當(dāng)區(qū)外故障時，短路電流中含有大量非周期分量，制動電流 ozdI. 增大，動作電流 (即差動電流定值 ) ocdI. 隨 ozdI. 。按 BC 段的基波制動斜率相應(yīng)增大，當(dāng) ocdI. 大于啟動電流 qI 時，制動電流和動作電流的交點 D 必落在制動區(qū)。當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時，差動電流為全部短路電流，制 動電流則為流過非電源側(cè)的短路電流，數(shù)值較小，平行于縱軸、橫軸的兩直線交點必落在動作區(qū)內(nèi)，差動保護可靠動作。 根據(jù)上述分析，可得比率差動動作判據(jù) : 當(dāng)制動電流 zdI 小于拐點電流 時 : qcd II ? （ ） 當(dāng)制動電流 I}大于或等于拐點電流 時 : ? ? ? ? BCzdzdqcd KIIII ???? m in.； （ ） 其中制動電流 zdI 可取 : 對于雙繞組變壓器 : 2/)( LHzd III ?? 。 () 對于三繞組變壓器 : ),( LMHzd IIIM A XI ? 。 () 而啟動電流 qI 、拐點電流 以及制動系數(shù) 的定值整定時 根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 及性能要求計算設(shè)定的。 在變壓器空載合閘或外部短路故障切除，電壓突然恢復(fù)時，變壓器有很大的勵磁電流即勵磁涌流通過，因該勵磁涌流僅在變壓器的一側(cè)流通，故流入差動回路。變壓器內(nèi)部短路故障時，差動回路通過的很大的短路電流。顯然，作為差動保護，勵磁涌流作用下保護不應(yīng)動作，短路電流作用下保護應(yīng)可靠動作。為此必須正確識別勵磁涌流和短路電流。二次諧波制動是常用的區(qū)分勵磁涌流和短路電流的方法。 分析和實踐表明，勵磁涌流中含有明顯的二次諧波和偶次諧波，二次諧波的含量在一般 情況下不低于基波分量的 15%，而短路電流中幾乎不含有二次諧波分量。所以可通過計算差動電流中二次諧波含量來區(qū)分勵磁涌流和短路電流。 分相計算差動電流中的基波 ，和二次諧波分量 ，二次諧波制動判據(jù)如下 : . KII cdcd ?? () 其中 KZ 為二次諧波制動比率系數(shù)，一般取 0. 15～ 0. 20 三相中 任一相滿足閉鎖制動條件，則閉鎖三相比率差動保護。 CT/PT斷線閉鎖 前文提到的差動保護定值整定，應(yīng)躲過電流互感器二次回路斷線時在差動回路中引起的差動電流的影響。所以在 CT 斷線時做出相應(yīng)處理，這里采用 CT斷線閉鎖差動保護及零序電流保護的措施。同樣 PT 斷線是也會引起零序電壓計算的錯誤，所以在 PT斷線是采用閉鎖零序電壓保護。 CT斷線最明顯的特征是電流下降，在微機保護中，只要有合理的判斷，不難解決電流互感器二次回路斷線時變壓器差動保護誤動問題。 正常情況下判斷 CT 斷線是通過檢查高、 (中、 )低各側(cè)電流，如果其中某側(cè)有一相無電流，即認(rèn)為該相斷線。為防止變壓器故障時 CT斷線誤閉鎖，裝置設(shè)置一門檻電流 ctI ，只有所有相的電流小于 ctI 時才開放 CT 斷線檢查。 ctI 按最大負(fù)荷電路整定，則判據(jù)如下 : ??????????8/8/1,,8/5,,m i nm a xm a xctctCLBLALCHBHAHctCLBLALCHBHAHctIIIIIIIIIIIIIIIIIII個小于中有個大于中有 （ ） 其中， maxI ， minI 分別為 A, B, C 相電流的最大值和最小值 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 AHI 、 BHI 、 CHI 、 ALI 、 BLI 、 BLI 分別為差動保護 A, B, C 相高壓側(cè)和低壓側(cè)經(jīng)過相位和幅值校正過的電流值。 根據(jù)小于 8/ctI 的電流為 A 相、 B 相或是 C 相，可確定時 A 相、 B 相或是 C 相 CT 斷線。 PT斷線分三相失壓 (對稱斷線 )和不對稱斷線。針對不同的情況有兩個判據(jù) : ①存在一線電壓小于 70 V，且某一相電流大于 0. 04 nI (nI 人為變壓器的額定電流 )，用于檢測三相失壓和不對稱斷線 。 ②負(fù)序電壓大于 8V，用于檢測不對稱斷線。 CT/PT 斷線后發(fā)出告警信號，并選擇閉鎖相應(yīng)保護。 ． 3 瓦斯保護 瓦斯保護范圍