【正文】 時，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 保護延時動作。⑶ 大型變壓器差動保護中 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，現(xiàn)代變壓器的飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在~ 倍之間，此時涌流的最小二磁諧波含量有時可能低至 l0%以下，此時差動保護可能會誤動 ⒉ 間斷角原理 間斷角原理的變壓器差動保護率先由我國于 60 年代提出并制成樣機，據(jù)此原理實現(xiàn)的模擬式保護裝置至今已得到廣泛應(yīng)用。但是，用微機實現(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差動電流中 的涌流最小間斷角為 75176。 ,而間斷角差動保護中的涌流閉鎖判據(jù)仍取間斷角 ?65?d? 。由于微機保護是采樣離散數(shù)據(jù) ,這就需要較高的采樣率。 一般每周波采樣點數(shù)要在 72 點以上 ,這對微機保護的硬件要求是較高的。 (2) 取多大的電流門坎計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 ,這就需要微機保護中的模數(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 ,用微機來實現(xiàn)間斷角原理的變壓器差動保護存在一些困難 ,迄今為止未見 實際裝置問世。 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，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)一般裝有靜補電容，在變壓器低壓側(cè)出口發(fā)生內(nèi)部短路時，靜補電容放電，其放電電流流向短路故障點，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，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的動作時間。 (2) 間斷角原理的變壓器差動保護采用分相涌流判別方法，在變壓器各種內(nèi)部故障時能較快動作。當變壓器空載合閘于內(nèi)部故障時，間斷角原理的變壓器差動保護能較清楚地從勵磁 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，保護跳閘時間在 40 m s 以內(nèi) )。而二次諧波原理的變壓器差動保護必須等到二次諧波含量衰減到整定值以下才能動作，因此保護跳閘時間較慢 (大于 200 ms)。 (3) 間斷角原理的變壓器差動保護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)變壓器過激磁時差動保護的閉鎖判據(jù)，動模試驗一也證實了這一點。 變壓器過激磁時，勵磁電 流 ?I 很大，且含有較大的二次及五次諧波，此時二次諧波涌流判據(jù)不能閉鎖差動保護，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，波形對稱原理實現(xiàn)的變壓器保護有以下特點： （ 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，保護能夠瞬時動作。 （ 2）對變壓器剩磁的適應(yīng)能力強，當變壓器有 0. 9 倍最大磁通剩磁時，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）計算的冗余度大，波形對稱原理計算，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，選擇各種保護時要根據(jù)實際的系統(tǒng)運行狀態(tài)和負荷要求選用，做到因地制宜。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 31 頁 第四章 RCS978 系列變壓器成套保護裝置的認識 RCS— 978數(shù)字式變壓器成套保護裝置 ,它集成了一臺主變的全套電量保護 ,對每臺主變采用雙套 主保護、雙套后備保護的配置原則 ,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，主保護和后備保護可共用同一 TA。 裝置中差動保護采用了獨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) ,反時限過激磁保護的動作特性針對不同的變壓器過勵磁倍數(shù)曲線進行配合。主保護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 ,后備保護配置靈活、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，分別進入 CPU 板和管理板，經(jīng)過濾波， AD 轉(zhuǎn)換后，進入 DSP。 DSP1 進行后備保護的運算， DSP2進行主保護的運算，結(jié)果傳給 32 位 CPU。 32 位 CPU進行保護的邏輯運算及出口跳閘，同時完成事件記錄、錄波、打印、保護部分的后臺通訊及與人機 CPU的通訊。管理板工作過程類似，只是32 位 CPU 判斷保護啟動后，只開放出口繼電器正電源。另外，管理板還進行主 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)計說明書（論文） 第 32 頁 保護工作原理 主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷進入采樣程序，在采樣程序中進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)的計算，根據(jù)是否滿足起動條件而進入正常運行程序或故障計算程序。硬件自檢內(nèi)容包括 RAM、 E2PROM、跳閘出口三極管等。 正常運行程序進行裝置的自檢，裝置不正常時發(fā)告警信號，信號分兩種，一種是運行異常告警，這時不閉鎖裝置，提醒運行人員進行相應(yīng)處理；另一種為閉鎖告警信號，告警同時將裝置閉鎖，保護退出。故障計算 程序中進行各種保護的算法計算，跳閘邏輯判斷。 圖 保護程序結(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，同時開放 CPU 板相應(yīng)的保護元件，起動后進入故障計算程序。只有在管理板相應(yīng)的起動元件動作，同時 CPU 板對應(yīng)的保護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)的保護元件動作，裝置會報警，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)比率差動保護和差動速斷保護。 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。 相 電流起動： 當三相電流最大值大于整定值時動作。此起動元件用來開放相應(yīng)側(cè)的過流保護。 零序電流起動： 當零序電流大于整定值時動作。此起動元件用來開放相應(yīng)側(cè)的零序過流保護。 零序電壓起動： 當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。等等 變壓器差動各側(cè)電流相位差補償和平衡 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準化的定型產(chǎn)品，所以實際選用的變比一般均與計算變比不完一致。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 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 ,可明確區(qū)分涌流和故障的特征 ,大大加快保護的動作速度 。對于變壓器空投 ,上述調(diào)整方法不會產(chǎn)生對稱性涌流 ,保證差動保護在空投時不誤動。 穩(wěn)態(tài)比率差動保護 縱差保護所用 P級電流互感器在外部短路的暫 態(tài)過程中，由于嚴重的非線性飽和特性不一致，造成縱差保護電流不平衡，使差動電流增大，制動電流減小，造成差動保護誤動作。 RCS978穩(wěn)態(tài)比率縱差差動保護設(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)高值比率差動保護的動作特性 穩(wěn)態(tài)比率差動保護按相判別，滿足以上條件時動作。 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行過激磁閉鎖。為防止在 TA飽和時差動保護的誤動 ,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)計說明書（論文） 第 35 頁 為避免區(qū)內(nèi)故障時 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 ,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)外故障時的 TA飽和 ,而在區(qū)內(nèi)故障 TA飽和時能夠快速動作。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 TA 的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和，而在區(qū)內(nèi)故障 TA 飽和時能可靠正確動作。 差動保護在過勵磁狀態(tài)下的閉鎖判據(jù) 由于在變壓器過激磁時 ,變壓器勵磁電流將激增 ,可能引起差動保護誤動作，因此 變壓器過勵磁對差動保護的影響要消除，此外還要解決過勵磁保護如何更好的反映實際工況等問題。 RCS978裝置的差動保護設(shè)有五次諧波制動功能，同時還設(shè)置有定時限和反時限動作特性的過勵磁保護。 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，差流基本上是工頻正弦波。而勵磁涌流時，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)計說明書（論文） 第 36 頁 故障時，有如下表達式成立： ??? SkS b