【正文】 時(shí)，由于電感和電容的諧振使短路電流中的諧波含量明顯增加，有可能引起二次諧波制動的差動 保護(hù)延時(shí)動作。⑶ 大型變壓器差動保護(hù)中 15% ~17%的制動比是按照一般飽和磁通為 倍額定磁通幅值時(shí)合閘涌流的大小來考慮的，但由于變壓器制造技術(shù)的提高和制造材料的改進(jìn)，現(xiàn)代變壓器的飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在~ 倍之間，此時(shí)涌流的最小二磁諧波含量有時(shí)可能低至 l0%以下，此時(shí)差動保護(hù)可能會誤動 ⒉ 間斷角原理 間斷角原理的變壓器差動保護(hù)率先由我國于 60 年代提出并制成樣機(jī)，據(jù)此原理實(shí)現(xiàn)的模擬式保護(hù)裝置至今已得到廣泛應(yīng)用。但是，用微機(jī)實(shí)現(xiàn)間斷角原理存在兩大問題需要解決： (1) 考慮變壓器空載合閘時(shí)差動電流中 的涌流最小間斷角為 75176。 ,而間斷角差動保護(hù)中的涌流閉鎖判據(jù)仍取間斷角 ?65?d? 。由于微機(jī)保護(hù)是采樣離散數(shù)據(jù) ,這就需要較高的采樣率。 一般每周波采樣點(diǎn)數(shù)要在 72 點(diǎn)以上 ,這對微機(jī)保護(hù)的硬件要求是較高的。 (2) 取多大的電流門坎計(jì)算涌流間斷角和波寬。若門坎取得太小 ,則涌流間斷角處的電流幅值很小 ,這就需要微機(jī)保護(hù)中的模數(shù)變換回路具有很高的轉(zhuǎn)換精度 。反之 ,若門坎太大 ,則間斷角和波寬的判據(jù)就有可能變成不合適了。 因此 ,用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)間斷角原理的變壓器差動保護(hù)存在一些困難 ,迄今為止未見 實(shí)際裝置問世。 但從應(yīng)用原理上講，相比二次諧波來說，間斷角還是有很大的優(yōu)勢的： (1) 利用了勵磁涌流明顯的波形特征 ,清楚地區(qū)分了變壓器內(nèi)部故障和勵磁涌流。 變壓器差動電流的 3 種典型波形 ,如圖 所示。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 29 頁 圖 變壓器差動電流典型波形 由圖 可見，勵磁涌流波形與變壓器內(nèi)部故障時(shí)短路電流波形有明顯區(qū)別，前者的間斷角較大、波寬較小，而后者的間斷角很小、波寬較大。另外，間斷角原理的涌流判據(jù)步 {未涉及到涌流的具體波形和幅值，而是利用了涌流波形的鮮明 特征，因此，它對不同的涌流均能正確識別。 而二次諧波原理的涌流判據(jù)僅利用了電流的一次諧波含量的多少來區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流。在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，以下情況下均可能出現(xiàn)二次諧波電流： ① 電流互感器 CT 的飽和。 ② 超高壓長輸電線路的分布電容或電纜線路電容的分布特性。 ③ 500 kV電力變壓器的低壓側(cè)一般裝有靜補(bǔ)電容，在變壓器低壓側(cè)出口發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)，靜補(bǔ)電容放電，其放電電流流向短路故障點(diǎn)，并含有較大幅值的二次諧波電流。 ④ 目前所采用的二次諧波制動比一般取巧 15%一 17%，這 是根據(jù)飽和磁通為工作磁通幅值的 1. 4 倍來考慮的?，F(xiàn)代變壓器由于制造技術(shù)和材料的改進(jìn)，飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在 1. 2 到 1. 3，甚至低至 1. 15，在此情況下，涌流的最小二次諧波可能低至 7%。 由此可見，二次諧波并不是區(qū)分變壓器內(nèi)部短路和空載合閘的明確特征，在許多情況下，變壓器內(nèi)部短路時(shí)均可能有較大的二次諧波電流存在，這必然延緩了差動保護(hù)的動作時(shí)間。 (2) 間斷角原理的變壓器差動保護(hù)采用分相涌流判別方法，在變壓器各種內(nèi)部故障時(shí)能較快動作。當(dāng)變壓器空載合閘于內(nèi)部故障時(shí)，間斷角原理的變壓器差動保護(hù)能較清楚地從勵磁 涌流中識別內(nèi)部短路電流，因此能較迅速地切除變壓器內(nèi)部故障 (在變壓器空載合閘 )幾出口內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)跳閘時(shí)間在 40 m s 以內(nèi) )。而二次諧波原理的變壓器差動保護(hù)必須等到二次諧波含量衰減到整定值以下才能動作，因此保護(hù)跳閘時(shí)間較慢 (大于 200 ms)。 (3) 間斷角原理的變壓器差動保護(hù)具有一定的抗變壓器過激磁能力。 理論分析表明，在一定條件下，間斷角原理的變壓器差動保護(hù)有 1. 26倍以上的抗過激磁能浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁 力，因此一般不需要附設(shè)變壓器過激磁時(shí)差動保護(hù)的閉鎖判據(jù)，動模試驗(yàn)一也證實(shí)了這一點(diǎn)。 變壓器過激磁時(shí)，勵磁電 流 ?I 很大，且含有較大的二次及五次諧波，此時(shí)二次諧波涌流判據(jù)不能閉鎖差動保護(hù)，必須附設(shè)其它過激磁閉鎖判據(jù) (如五次諧波電流判據(jù) )。 ⒊ 波形對稱原理 相比上述兩種原理，波形對稱原理實(shí)現(xiàn)的變壓器保護(hù)有以下特點(diǎn)： （ 1）變壓器空載合閘至內(nèi)部故障或外部故障切除轉(zhuǎn)化為內(nèi)部故障，保護(hù)能夠瞬時(shí)動作。 （ 2）對變壓器剩磁的適應(yīng)能力強(qiáng)，當(dāng)變壓器有 0. 9 倍最大磁通剩磁時(shí)，不需要附加判據(jù)，裝 置完全能正確動作。 （ 3）零電流的門坎值容易解決。電流互感器因涌流的作用飽和 而產(chǎn)生反向電流，反向電流隨涌流的大小而變化。波形對稱原理很容易解決這一問題。 （ 4）計(jì)算的冗余度大，波形對稱原理計(jì)算，特征非常明顯，無論是數(shù)據(jù)還是角度，其冗余量都很大。允許數(shù)據(jù)有一定的偏差 。即使有 ?30 數(shù)據(jù)干擾，仍可正確動作。 總之，選擇各種保護(hù)時(shí)要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷要求選用，做到因地制宜。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 31 頁 第四章 RCS978 系列變壓器成套保護(hù)裝置的認(rèn)識 RCS— 978數(shù)字式變壓器成套保護(hù)裝置 ,它集成了一臺主變的全套電量保護(hù) ,對每臺主變采用雙套 主保護(hù)、雙套后備保護(hù)的配置原則 ,極大的提高了安全性和可靠性。 可提供一臺變壓器所需要的全部電量保護(hù)，主保護(hù)和后備保護(hù)可共用同一 TA。 裝置中差動保護(hù)采用了獨(dú)特的差動二次電流相位調(diào)整方法、可靠的勵磁涌流及 TA飽和判據(jù) ,反時(shí)限過激磁保護(hù)的動作特性針對不同的變壓器過勵磁倍數(shù)曲線進(jìn)行配合。主保護(hù)包括高靈敏度的工頻變化量比率差動、穩(wěn)態(tài)比率差動、差動速斷、零序比率差動和過激磁保護(hù) ,后備保護(hù)配置靈活、完善 ,其跳閘出口采用整定方式。另外 ,裝置還具有完善的錄波打印和事件報(bào)文功能 ,并配有后臺管理分析軟件。 硬件原理說明 圖 裝置的工作過程如下：電流、電壓首先經(jīng)過隔離互感器傳變至二次側(cè)，轉(zhuǎn)化成小電壓信號，分別進(jìn)入 CPU 板和管理板，經(jīng)過濾波， AD 轉(zhuǎn)換后，進(jìn)入 DSP。 DSP1 進(jìn)行后備保護(hù)的運(yùn)算， DSP2進(jìn)行主保護(hù)的運(yùn)算，結(jié)果傳給 32 位 CPU。 32 位 CPU進(jìn)行保護(hù)的邏輯運(yùn)算及出口跳閘，同時(shí)完成事件記錄、錄波、打印、保護(hù)部分的后臺通訊及與人機(jī) CPU的通訊。管理板工作過程類似，只是32 位 CPU 判斷保護(hù)啟動后，只開放出口繼電器正電源。另外，管理板還進(jìn)行主 變故障錄波，錄波數(shù)據(jù)可通過通訊口輸出或打印輸出。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 32 頁 保護(hù)工作原理 主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷進(jìn)入采樣程序，在采樣程序中進(jìn)行模擬量采集與濾波，開關(guān)量的采集、裝置硬件自檢、外部異常情況檢查和起動判據(jù)的計(jì)算，根據(jù)是否滿足起動條件而進(jìn)入正常運(yùn)行程序或故障計(jì)算程序。硬件自檢內(nèi)容包括 RAM、 E2PROM、跳閘出口三極管等。 正常運(yùn)行程序進(jìn)行裝置的自檢，裝置不正常時(shí)發(fā)告警信號，信號分兩種，一種是運(yùn)行異常告警，這時(shí)不閉鎖裝置，提醒運(yùn)行人員進(jìn)行相應(yīng)處理；另一種為閉鎖告警信號，告警同時(shí)將裝置閉鎖，保護(hù)退出。故障計(jì)算 程序中進(jìn)行各種保護(hù)的算法計(jì)算，跳閘邏輯判斷。 圖 保護(hù)程序結(jié)構(gòu)框圖 裝置管理總起動元件及 CPU 板起動元件 裝置管理板設(shè)有不同的起動元件，起動后開放出口正電源，同時(shí)開放 CPU 板相應(yīng)的保護(hù)元件，起動后進(jìn)入故障計(jì)算程序。只有在管理板相應(yīng)的起動元件動作，同時(shí) CPU 板對應(yīng)的保護(hù)元件動作后才能跳閘出口；否則無法跳閘。管理板的起動元件未動作，而 CPU 板對應(yīng)的保護(hù)元件動作，裝置會報(bào)警，不會出口跳閘。各起動元件的原理如下： 穩(wěn)態(tài)差流起動： cdpdd II ?max? 三相差動電流最大值 max?dI 大于差動電流起動整定值 cdpdI 動作。此起動元件用來開放穩(wěn)態(tài)比率差動保護(hù)和差動速斷保護(hù)。 工頻變化量差流起動： d thdtd III ???? 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 33 頁 md IIII??? ???????? ...21 工頻變化量差流起動元件不受負(fù)荷電流影響，靈敏度很高，起動定值由裝置內(nèi)部設(shè)定。此起動元件用來開放工頻變化量比率差動保護(hù)。 相 電流起動： 當(dāng)三相電流最大值大于整定值時(shí)動作。此起動元件用來開放相應(yīng)側(cè)的過流保護(hù)。 零序電流起動： 當(dāng)零序電流大于整定值時(shí)動作。此起動元件用來開放相應(yīng)側(cè)的零序過流保護(hù)。 零序電壓起動： 當(dāng)開口三角零序電壓大于整定值動作。此起動元件用來開放相應(yīng)側(cè)的零序過壓保護(hù)。等等 變壓器差動各側(cè)電流相位差補(bǔ)償和平衡 變壓器兩側(cè)額定電壓不同，裝設(shè)在兩側(cè)的電流互感器型號就不同，致使它們的飽和特性和勵磁電流也不相同。而且電流互感器都是標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn)品，所以實(shí)際選用的變比一般均與計(jì)算變比不完一致。因此會在差動回路中引起 較大的不平衡電流。 在 RCS978保護(hù)中是選用平衡系數(shù)來完成的。即變壓器各側(cè) TA二次電流相位由軟件自調(diào)整 ,各側(cè)電流平衡系數(shù)調(diào)整范圍可達(dá) 16倍。裝置采用三角形向星形變化來調(diào)整差流平衡 ,對于變壓器帶故障空投 ,故障相的電流表現(xiàn)為故障特征 ,而非故障相的電流表現(xiàn)為勵磁涌流特征 ,由于勵磁涌流閉鎖判據(jù)采用分相制動差動保護(hù) ,可明確區(qū)分涌流和故障的特征 ,大大加快保護(hù)的動作速度 。對于變壓器空投 ,上述調(diào)整方法不會產(chǎn)生對稱性涌流 ,保證差動保護(hù)在空投時(shí)不誤動。 穩(wěn)態(tài)比率差動保護(hù) 縱差保護(hù)所用 P級電流互感器在外部短路的暫 態(tài)過程中，由于嚴(yán)重的非線性飽和特性不一致，造成縱差保護(hù)電流不平衡，使差動電流增大，制動電流減小，造成差動保護(hù)誤動作。 RCS978穩(wěn)態(tài)比率縱差差動保護(hù)設(shè)置兩個按相判別的特性，一個為比率制動特性可調(diào)的靈敏的三折線特性，另一個有固定特性的高值高比率特性。 穩(wěn)態(tài)比率差動動作方程：浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 34 頁 (421) (422) 其中 eI 為變壓器額定電流， mI......1 分別為變壓 器各側(cè)電流， cdpdI 為穩(wěn)態(tài)比率差動起動定值， dI 為差動電流， rI 為制動電流， blk 為比率制動系數(shù)整定值（ ?? blk ） ,推薦整定為?blk 。 圖 圖 穩(wěn)態(tài)高值比率差動保護(hù)的動作特性 穩(wěn)態(tài)比率差動保護(hù)按相判別，滿足以上條件時(shí)動作。 式 421所描述的 穩(wěn)態(tài)比率差動的動作特性采用三折線（如圖 ） ,勵磁涌流閉鎖判據(jù)采用差電流二次、三次諧波閉鎖。采用差電流五次諧波進(jìn)行過激磁閉鎖。為防止在 TA飽和時(shí)差動保護(hù)的誤動 ,裝置利用各側(cè)相電流二次和三次諧波判斷 TA飽和的措施 ,此判據(jù)在變壓器單側(cè)有電流的情況下不起作用。即 比率差動保護(hù)經(jīng)過 TA飽和判別， TA 斷線判別 (可選擇 )，勵磁涌流判別后出口。它可以保證靈敏度，同時(shí)由于 TA 飽和判據(jù)的引入，區(qū)外故障引起的 TA 飽和不會造成誤動。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 35 頁 為避免區(qū)內(nèi)故障時(shí) TA飽和延緩或誤閉鎖穩(wěn)態(tài)比率差動 ,裝置設(shè)有一高比率、高啟動定值的比率差動保護(hù) ,只經(jīng)過差電流二次諧波涌流判據(jù)閉鎖 ,利用其本身的制動特性抗區(qū)外故障時(shí)的 TA飽和 ,而在區(qū)內(nèi)故障 TA飽和時(shí)能夠快速動作。其比率差動的動作特性采用兩折線 (如圖 )。穩(wěn)態(tài)高值比率差動的動作方程為式 422。 即比率差動保護(hù)只經(jīng)過 TA 斷線判別 (可選擇 )，勵磁涌流判別即可出口。它利用其比率制動特性抗區(qū)外故障時(shí) TA 的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和，而在區(qū)內(nèi)故障 TA 飽和時(shí)能可靠正確動作。 差動保護(hù)在過勵磁狀態(tài)下的閉鎖判據(jù) 由于在變壓器過激磁時(shí) ,變壓器勵磁電流將激增 ,可能引起差動保護(hù)誤動作，因此 變壓器過勵磁對差動保護(hù)的影響要消除，此外還要解決過勵磁保護(hù)如何更好的反映實(shí)際工況等問題。 RCS978裝置的差動保護(hù)設(shè)有五次諧波制動功能，同時(shí)還設(shè)置有定時(shí)限和反時(shí)限動作特性的過勵磁保護(hù)。 其判據(jù)為： stxbth IkI 155 ?? 式中 stI1 、 thI5 分別為每相差動電流中的基波和五次諧波， xbk5 為五次諧波制動系數(shù)。 當(dāng)過激磁倍數(shù)大于 ,解除五次諧波閉鎖。 勵磁涌流判別原理 ⒈ 利用諧波識別勵磁涌流 RCS978 系列變壓器成套保護(hù)裝置采用三相差動電流中二次諧波、三次諧波的含量來識別勵磁涌流，判別方程如下： stxbnd IkI 122 ?? stxbnd IkI 133 ?? 其中 ndI2 、 ndI3 分別為每相差動電流中的二次諧波和三次諧波、 stI1 為對應(yīng)相的差流基波，xbk2 、 xbk3 分別為二次諧波和三次諧波制動系數(shù)整定值。推薦 xbk2 整定為 ， xbk3 整定為 。 當(dāng)三相中某一相被判別為勵磁涌流，只閉鎖該相比率差動元件。 ⒉ 利用波形畸變識別勵磁涌流 故障時(shí)，差流基本上是工頻正弦波。而勵磁涌流時(shí)，有大量的諧波分量存在，波形發(fā)生畸變，間斷，不對稱。利用算法識別出這種畸變，即可 識別出勵磁涌流。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 36 頁 故障時(shí)，有如下表達(dá)式成立： ??? SkS b