RCS-978变压器保护工作原理.doc

技术报告RCS-978变压器保护工作原理国内变压器保护的型号种类繁多，各个生产厂家都有自已独特的产品，种类虽多，但基本原理一样。其中国电南自和南京南瑞两个厂家的主变保护的功能十分强大、特点十分鲜明。南京南瑞RCS-978变压器成套保护原理如下：理论知识比率制动式差动保护与发电机、变压器及母线差动保护（纵差保护）相同，变压器纵差保护的构成原理也是基于克希荷夫第一定律，即=0，物理意义是：变压器正常运行或外部故障时，流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应该动作。当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作。但是有很多因素造成了在正常或外部短路故障时其不等于0。变压器两侧电流的大小及相位不同变压器正常运行时，若不计传输损耗，则流入功率应等于流出功率。但由于两侧的电压不同，其两侧的电流不会相同。超高压、大容量变压器的接线方式，均采用YN，d方式。因此，流入变压器电流与流出变压器电流的相位不可能相同。当接线组别为YN，d11时，变压器两侧电流的相位差30度。流入变压器的电流大小和相位与流出电流大小和相位不同，则就不可能等于0或很小了。在大小不等方面，我们可以引入平衡系数的概念。平衡系数(ph)算法：高压侧：变压器绕组星形接线1/3变压器绕组角形接线1中压侧：变压器绕组星形接线Mct*Mdy/(Hct*Hdy*3)变压器绕组角形接线Mct*Mdy/(Hct*Hdy)低压侧：变压器绕组星形接线Lct*Ldy/(Hct*Hdy*3)变压器绕组角形接线Lct*Ldy/(Hct*Hdy)装置中差流计算值=输入值*平衡系数例：CT变比H：1200/5 M：1200/5 L：2000/5PT变比H：230/100 M：115/100 L：37.5/100变压器星星角接线，CT二次星星星接线 计算得Ph高=0.577 Ph中=0.289 Ph低=0.272在相位不同方面，我们引入相位软件补偿。变压器各侧电流相位补偿变压器接线组别对差动保护的影响对于Y/Y0接线的变压器，由于一二次绕组对应的电压相位相同，故一二次两侧对应相电流的相位几乎完全相同，而常用的Y/d11接线的变压器，由于三角形侧的线电压与星形侧相应相的线电压相位相差30。由于变压器中平衡绕组（形绕组）的存在，当Y形绕组中性点接地运行，系统发生接地故障时，Y形侧各相电流中含有零序电流，形绕组或不接地的Y形绕组中无零序电流，因此必须对Y形绕组各相电流进行处理，以消除零序电流对差动保护的影响。1、 TA接线原则：变压器各侧TA二次都按Y型接线。在进行差动计算时由软件对变压器Y型侧电流进行相位校正及电流补偿。相位校正：如Y型侧TA二次三相电流采样值为Ia Ib Ic ，则软件按下式可求得用作差动计算的三相电流IA IB IC 。用软件实现Y/转换，其高压侧转换相量图如下：由相量图可见：经软件相位转换后的 就与低压侧（形侧）的电流 同相位了。励磁涌流的影响变压器的高低压侧是通过电磁联系的，故仅在电源的一侧存在励磁电流，这励磁电流将全部流入差动回路。在正常运行情况下，其值很小，小于变压器额定电流的3%。当变压器空载合闸时，会出现励磁涌流，在电压为0时刻合闸时，变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，这时出现数值很大的冲击励磁电流（可达510倍）。实际情况下，现场遇到这么大的涌流机会较小。单相变压器励磁涌流的分析为考虑空载合闸的最严重条件，同时有利于简化分析工作，假设电源内阻抗为0，不计合闸回路电阻。 u1 Isd Lm u2合闸大电源电压为 u=umSin(t+)当二次侧开路的空载变压器突然合到电压为u的无穷大系统上，忽略变压器漏抗压降，设变压器的变比为1：1，则有d/dt= umSin(t+)即 =umumCos(t+) /+C=um/LCosCos(t+) (BsBr)/Bm0L合闸回路的基波电抗由以上公式可以看出当=0时有最大的暂态磁通，因此=0时，产生最大涌流峰值（对单相变压器）。在通常的励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波，因此励磁涌流不是标准的正弦波。励磁涌流的大小与合闸瞬间的电压相位、铁芯剩磁大小和方向、电源容量、变压器容量及铁芯材料等因数有关。分析：这么大的一个电流，一定会超过差动门槛值，此时应该有一个判断逻辑来判断一个大电流到底是否是励磁涌流。从试验和理论分析得知，励磁涌流含有大量的高次谐波，以二次谐波的分量最大，四次以上谐波分量很小。因此，国内目前采用的防励磁涌流的措施主要有以下几种方法：二次谐波比例制动波形对称原理间断角原理其它方法（模糊识别）二次谐波比例为了在变压器空投时防止励磁涌流引起差动保护误动, 其动作判据为：I Id * XB 2；其中：I为差动电流中的二次谐波含量；Id为变压器差动电流；XB2为差动保护二次谐波制动系数，PST-1202定为0.15差动速断的引入:为什么要用差动速断?当变压器内部或变压器引出线套管(在差动保护范围内)发生严重故障时,由于TA饱和二次电流的波形将发生严重畸变,其中含有大量的谐波分量,使涌流判别元件误判成励磁涌流引起的差流,使差动保护拒动或延缓动作,严重损坏变压器.为克服差动保护上述缺点,设置差动速断元件.差动速断元件反映的也是差流,与差动保护不同的是它只反映差流的有效值,不管差流的波形是否畸变及含有谐波分量的大小,只要差流的有效值超过整定值,就将迅速动作,跳开变压器各侧开关,把变压器从电网中切除.差动速断的判据:IDISD操作步骤:一、 采样值高中低三侧分别加入到A、B、C、N端子加电流：Ia：1A Ib：2A Ic：3A加电压 ：Ua：10V Ub：20V Uc：30V检查采样值A、B、C、N正确。二、 差动门槛*1.2Aa. 接线： 测试仪的Ia, Ib, Ic 分别接装置的2D-1 ，2D-6 ，2D-11（分别是高中低电流A相），测试仪的IN接入装置的2D-4，再用短线将2D-4与2D-9和2D-13连接（将高中低三侧N相相连）。b. 加量高压侧A相加入0.951.2/PH高=1.98A 差动不动，慢慢升至动作值就是门槛值了。中压侧A相加入0.951.2/PH中=3.94A 差动不动，慢慢升至动作值就是门槛值了。低压侧A相加入0.951.2/PH低=4.19A 差动不动，慢慢升至动作值就是门槛值了。2.2制动系数（K1=0.5 K2=0.7）以高低侧0.5段为例选取高压侧为制动电流，做0.5段曲线时，高压侧电流从2-6（以坐标为基准）之间中选两个电流点。注意IZD=Max(|I1|,|I2|,) IDZ=|I1+I2|取点原则：1、 Izd，装置认为电流最大的为制动电流，我们选高压侧为制动电流根据曲线拐点Ie高和3Ie高和平衡系数算出高压侧输入电流值，固定高压侧电流，装置认为电流最大的为制动电流，我们选定高压侧为制动电流。2、中低侧加与高压侧差180度的电流，然后降低电流直至动作。3、记录各侧动作值根据PH系数计算出各侧计算电流Icd=IH-ILIzd=IHK=(Icd2-Icd1)/(Izd2-Izd1) 第一点设I1=3 测试仪加入3/PH高=5.2A 0度（加在高压侧A相） I2 180度（加在低压侧A相） I3 (补偿电流) 测试仪加入3/PH低=11A 0度（加在低压侧C相）假设I1和I2角度相差180度,同时这样IZD=I1 ID=I1-I2以下来计算理论上的I2大小：K=0.5计算得出I2=1.33,满足条件.则测试仪加入电流为1.3/PH低=4.78A注意：在实际加量时，I2加的要大于4.78A,这样IZD在斜线以下，不动作，然后逐渐降低，直到动作为止，记录动作时的I2值。假设动作时，I2=4.74A.再转换到此坐标上,4.74PH低=4.740.272=1.29此时得到第一点的坐标(3,3-1.29)第二点设I1=5 测试仪加入5/PH高=8.67A 0度（加在高压侧A相） I2 180度（加在低压侧A相） I3 (补偿电流) 测试仪加入5/PH低=18.38A 0度（加在低压侧C相）假设I1和I2角度相差180度,同时这样IZD=I1 ID=I1-I2K=0.5计算得出I2=2.35, 满足条件.则测试仪加入电流为2.3/PH低=8.46A注意：在实际加量时，I2加的要大于8.46A,这样IZD在斜线以下，不动作，然后逐渐降低，直到动作为止，记录动作时的I2值。假设动作时，I2=8.48A.再转换到此坐标上,8.48PH低=8.480.272=2.306.此时得到第二点的坐标(5,5-2.306)根据两点的坐标,计算K值.K=0.492 所以,刚才在做2个点时,应加I3进行补偿,根据以上的补偿公式,在做高低或中低,即Y/时需要补偿,而且做A相差动时应补偿C相,做B相差动时应补偿A相,做C相差动时应补偿B相.而做高中侧差动时不需要补偿. 以高低侧0.7为例第一点:设I1=7 测试仪加入7/PH高=12.13A 0度（加在高压侧A相） I2 180度（加在低压侧A相） I3 (补偿电流) 测试仪加入7/PH低=25.7A 0度（加在低压侧C相）假设I1和I2角度相差180度,同时这样IZD=I1 ID=I1-I2以下来计算理论上的I2大小：K=0.7计算得出I2=3.17,满足条件.则测试仪加入电流为3.1/PH低=11.4A注意：在实际加量时，I2加的要大于11.4A,这样IZD在斜线以下，不动作，然后逐渐降低，直到动作为止，记录动作时的I2值。假设动作时，I2=11.5A.再转换到此坐标上,11.5PH低=11.50.272=3.13此时得到第一点的坐标(7,7-3.13)第二点:设I1=8 测试仪加入8/PH高=13.86A 0度（加在高压侧A相） I2 180度（加在低压侧A相） I3 (补偿电流) 测试仪加入8/PH低=29.4A 0度（加在低压侧C相）假设I1和I2角度相差180度,同时这样IZD=I1 ID=I1-I2以下来计算理论上的I2大小：K=0.7计算得出I2=3.48,满足条件.则测试仪加入电流为3.4/PH低=12.5A注意：在实际加量时，I2加的要大于12.5A,这样IZD在斜线以下，不动作，然后逐渐降低，直到动作为止，记录动作时的I2值。假设动作时，I2=12.6A.再转换到此坐标上,12.6PH低=12.60.272=3.43此时得到第一点的坐标(8,8-3.43)根据两点的坐标,计算K值.K=0.7符合要求.3.二次谐波制动系数: (以PW30为例)在谐波窗口,接线IA加在高压侧A相,变量选IA,选一相对值表示,自动,初始值20%,终值14%,变化时间2S,加IA大小只要大于差动门槛值而小于速断定值即可.4.差动速断定值可以利用二次谐波制动原理.以高压侧为例,在高压侧A相加电流验证速断定值,同时在高压侧B相加频率为100HZ的电流,大小只要保证大于A相所加电流的15%即可,这样逐渐提高IA来验证差动速断定值.三、 复合电压闭锁方向过流（投复压方向压板，看控制字中方向指向）复合电压闭锁（方向）过流保护本保护反应相间短路故障，可作为变压器的后备保护。交流回路采用90接线， 本侧TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线后若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。本保护包括以下元件： 1)复合电压元件，电压取自本侧的TV或变压器各侧TV，动作判据为： min(Uab,Ubc,Uca)Ufx；以上两个条件为“或”的关系；其中：Uab、Ubc、Uca为线电压； Uddy为低电压定值； U2为负序电压； Ufx为负序电压定值；2)功率方向元件，电压电流取自本侧的TV和TA，动作判据为：a) 若方向由控制字选择为正向：UabIc UbcIa UcaIb三个夹角（电流落后电压时角度为正），其中任一个满足式45-135最大灵敏角为-45，动作特性为： b) 若方向由控制字选择为反向，则动作区与正向相反。c) 复压功率方向与控制字选择 如右图： TA的正极性端指向母线 当定值单中,复压方向控制字为负时,功率方向指向系统（母线）保护动作区22545，最大灵敏角为135； 当定值单中,复压方向控制字为负时,复压功率方向指向变压器， 保护动作区45-135，最大灵敏角为-45； 3)过流元件，电流取自本侧的TA。动作判据为： IaIfgl； IbIfgl； IcIfgl；其中：Ia,Ib,Ic为三相电流； Ifgl为过电流定值； 90接线 以IA-UBC为例:定值为:低电压60V,负序电压6V,过流5A,控制字指向为正.校验低电压定值电流IA取1.55=7.5A,方向加在45(最灵敏角)电压初始值都是57.74正序(00,-1200,1200)然后同时降低Uabc,到34.4左右动作即60/1.732时.校验负序电压定值电流IA取1.55=7.5A,方向加在45(最灵敏角)电压初始值都是57.74正序(00,-1200,1200)然后降低任意单相电压到39.74以下动作.因为此时负序恰好为6V.57.74-36=39.74V扫两侧边界(-45o,135o)电流IA取1.55=7.5A,方向加在-47(非动作区)电压先加正常值三相都57.74正序(00,-1200,1200),然后将此状态锁住,将三相电压大小改为30V,再解锁,逐渐改变电流的相位,到-450左右应动作,另一侧边界按相同方法来做.校验电流定值电压全部30V, 正序(00,-1200,1200),电流IA初始给4A, 方向加在45(最灵敏角),逐渐提高电流幅值,到5A左右动作.四.复合电压闭锁过流保护本保护反应相间短路故障，可作为变压器的后备保护。本保护包括以下元件： 1)复合电压元件，电压取自本侧的TV或变压器各侧TV，动作判据为： min(Uab ,Ubc ,Uca)Ufx ；以上两个条件为“或”的关系；其中：Uab、Ubc、Uca为线电压； Uddy为低电压定值； U2为负序电压； Ufx为负序电压定值；2)过流元件，电流取自本侧的TA。动作判据为： IaIfgl ； IbIfgl ； IcIfgl ；以上三个条件为“或”的关系，其中：Ia,Ib,Ic为三相电流； Ifgl为过电流定值； 复合电压闭锁过流保护的校验与带方向的相比,除了不需要扫边界以外,其余的一样,不再叙述.五. 零序（方向）过流保护本保护反应单相接地故障，可作为变压器的后备保护。交流回路采用0接线， 电压电流取自本侧的TV和TA。TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线后若电压恢复正常，本保护