差动保护不平衡电流的产生机理及措施.pdf

电力电 D OI 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 4 1 2 0 3 3 差动保护不平衡电流的产生机理及措施 甘辉 霞 三峡大学 电气与新能源学院 湖北宜昌4 4 3 0 0 2 摘要 差动保护是变压器的主保护 具有选择性好 灵敏度高等一系列优点 从差动保护的基本原理人手 深入分析了几类差 动保护不平衡电流的产生的原因 结合差动保护在实际案例中的应用 探讨避免不平衡电流的技术措施及对策 具有一定的理 论 和实用 价值 关键词 变压器差动保护 不平衡电流 变压器 电流互感器 T A 中图分类号 T M 4 0 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 4 1 2 0 1 3 3 0 4 M e ch a n is m a n d Co u n t e r me a s u r e o f Un b a l a n ce d Cu r r e n t f 0 r Dif f e r e n t ia l Pr o t e ct io n GAN Hui x ia C o l l e g e o f E l e ct r ica l E n g i n e e r i n g R e n e w a b l e E n e r g y o f C h i n a T h r e e G o r g e s U n iv e r s i t y Y i ch a n g 4 4 3 0 0 2 C h in a Abs t r a ct Dif f e r e n t ia l p r o t e ct io n is t h e ma in p r o t e ct io n o ft h e ma in t r a n s f o r me r h a s t h e g o o d s e l e ct iv it y h ig h s e n s it iv it y a n d a s e ri e s o f a d v a n t a g e s S t a r t in g f r o m the b a s ic p ri n cip l e o f d if f e r e n t ia l p r o t e ct io n the a r t icl e a n aly z e d r e a s o n s o f s e v e r al cl a s s e s o f u n b ala n ce d cu r r e n t f o r dif f e r e n t ial p r o t e ct io n co mb in e d with t h e a p p l ica t io n in t h e a ct u al ca s e a n d d is cu s s e d h o w t o a v o id u n b ala n ce d cu r r e n t I t h a s a ce r t a in t h e o r e t ical a n d p r a ct ica l v alu e Ke y wo r d s d if f e r e n t i a l p r o t e ct i o n o f t r a n s f o r me r s u n b ala n ce d cu r r e n t t r a n s f o r me r s cu r r e n t t r a n s f o rme r s T A 0引言 差动保护作为变压器 电动机 母线及短线 路等元件的主保护 具有选择性好 灵敏度高等 一 系列优 点 这 几种差 动保 护原 理是基 本相 同 的 但变压器差动保护还要考虑到变压器接线组 别 各侧电压等级 电流互感器 T A 变比 极 性 励磁涌流等因素的影响 所以同其他差动保 护相 比 变压器差动保护实现起来要更复杂一 些 本文就深入分析了这几方面如何产生不平衡 电流的原因 结合实际工程应用 探讨差动保护 避免不平衡电流的技术措施 1 差动保护的基本原理 差动保护要考虑的一个基本原则是要保证正 常情况和区外故障时 用以比较的变压器高 低 压侧电流幅值是相等 相位相反或相同 从而在 理论上保证差流 不平衡电流 为0 t 流过 差动 继 电器 K D的 电流 不平 衡 电流 为 in iI 1 分别为变压器高压侧 低压侧T A二 次线 圈中流过的电流 参考方 向为母线指 向变压 器 理想情况下 被保护对象 变压器 正常运 行或外部短路时 流人继电器的 电流 为零 当 变压器内部发生短路 时 和 方 向相 同 流 人继电器的电流大于差动保护动作电流 保护动 作 因此 差动保护可靠动作的关键在于流过差 动线圈的不平衡电流 2 不平衡电流产生的因素及影响 2 1 变压器电压等级 绕组接线方式对不平衡电流 的影响 电力系统中带负荷调整变压器分接头是调节 收稿 13期 2 0 1 4 0 8 1 4 蟹圈曩 圈 电网 系统电压 的重要手段 改变调压档位实际上就是 改变变压器的变比嘲 变压器变比的归算方法是按 照额定或实际最有可能运行的电压来计算 的 这 样分接头位置改变后 会导致不平衡电流的产生 变压器 不同 的接线组别 除 Y 厂 Y 或 外 都会 导致 变压器 高低 压侧 电流相位 不 同 如 Y D 一 1 1 D侧 电压 电流相量超前 Y侧 3 0 造成主 变 T A二次侧 电流相量差并不为零 形成不平衡 电 流 对于接线组别带来的影响 可通过外部 T A接 线方式来解决 当主变为 Y 接线时 高压侧T A 二次采用 接线 低压侧T A 二次采用Y 接线 由 保护 T A完成相角的归算 同时消除零序电流分量 的 影 响 电流由变压器高压侧传变到低压侧时 相位 前移 3 O 低 压侧 T A接成 Y 角度 没有偏移 高压侧 T A 接成Y T A二次侧比一次侧 也即 变压器高压侧 相位也前移了3 0 这样就保证了 高低压侧T A的二次电流同相位 同时 高压侧 T A接成Y 后 电流幅值增大了 倍 向量图 见图 1 I c r i国 图1 变压器差动向量图 对于微机保护实现的方法和计算的精度有了 很大提高 变压器高 低压侧T A都是采取Y Y 接 线 相角归算 由内部程序完成 再通过 电流矢量 相减消除相角误差 2 2 T A对不平衡电流的影响 2 2 1 T A极性判别 为保证差动能够正常动作 变压器T A 必须采 用同名端接线 在实际工程中 由于差动T A极性 不对而导致差动保护误动的事情时有发生 因此 工程 中差动保护的接线 首先要注意 T A的极性 现场一般采用如下的方法进行判断 1 把T A一 次看作 负荷 根据 电流从 L 1 或 L 2 流入或是流出 来 判 断 电位 2 把 T A二次 看 作 电源 根 据 L 1 L 2 的电位判断K 1 K 2 的电位 电流由高电 位端流出 低电位端流人 测试人员在变压器 T A处 按照某个电流方 向 一般按正方向来 用电池组一极 固定 一极间断 点击的方式给T A 一次施加电流 同时观察T A二 次接人电流表指针偏转的方 向 反复几次 即可 判断出T A的极性 如果一次施加的是正方向电流 电流从 L 1 流进 L 2 流 出 电流表 电流表正极 接 K1 负极接 K 2 指针会先正偏 马上返回 因 为T A电感线圈储能后反向放电的过程 指针会反 偏 以上现象判断T A的L l 和K 1 为同名端 发电机起动运行后可以通过保护装置采样值 来判断T A的极性 这似乎大大方便了调试人员 在现场的工作 但值得注意的是 空载或小负荷 运行电流很小 采样值来判断T A 极性会有很大 的误差 电流达 到 0 3 A以上 时可 以准确判 断 但是如果T A极性接反 差动保护就会动作 所 以一般现场 必须按 照图 2的方 法检查所有 T A的 极性及其回路 2 2 2 T A的计算变比与实际变 比不一致 变压器高 低压侧电流不相等 为保证差流 为零 T A的变比应按照下式选择 每 孚 分别代表变压器一次侧 二次侧 的额 定电流 图2 现场T A极性测量图 甘辉霞 差动保护不平衡电流的产生 机理及措施 电力 国家规定 T A采用标准变 比 实际采用的 T A 变 比可能与该计算值不等 从而造成二次侧电流 相减结果不等于零 同时在实际的工程中 T A即 使型号匹配 也可能因为误差造成不平衡电流 影 响保护的可靠性 这种不平衡电流一般是利用中间 变流器的平衡线圈进行磁补偿 3 如图3 所示 图3平衡线圈接线图 d I 一1 2 3 通常在中间变流器 的铁心上绕有 主线 圈即差 动线圈w 接人差动电流 另外还绕一个平衡线 圈wp b 和一个二次线圈w 接人二次电流较小的 一 侧 适当选择平衡线圈的匝数 使平衡线圈产 生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势 则在 二次线圈W 里就不会感应电势 因而差动继 电器 中也没有 电流流过 采用这种方法 时 按公式计 算出的平衡线圈的匝数一般不是整数 但实际上 平衡线圈只能按整数进行选择 因此还会有残余 的不平衡电流存在 这在进行纵差保护定值整定 计算时应该予以考虑 2 2 3 T A的型号及饱和特性 虽然现场对差动保护用 T A的选型一般都是要 求变压器各 侧是 同型号 但因为变 比和容量都有 差别 致使 r A 的特性也不尽相同 因此当区外故 障穿越性 电流增大 可能导致 T A饱 和 T A饱和 特性不一致 造成不平衡电流增大 为了消除不 平衡 电流 通常采 用带 速饱 和变 流器 的差动 继 电 器 能有效克 服暂态过程 中非周 期分量 的影 响 根据速饱和变流器的磁化 曲线可 以看出 周期分 量很容易通过速饱和变 流器变换N 次侧 而非 周期分 量不 容易 通过 速饱 和变 流器变换 到二 次 侧 因此 当一次线圈中通过暂态不平衡 电流 时 它在二次侧感应的电势很小 此时流人差动 继电器的电流很小 差动继 电器不会动作 2 3 励磁涌流的影响 变压器空载投入和外部故障切除后 电压恢复 时 出现的励磁涌流其数值可达变压器额定电流 的 6 8 倍 励磁涌流会形成差动 回路 的不平衡电 流 并将使差动保护误动作 励磁涌流中含有大 量的非周期分量和高次谐波分量口 其中以二次谐 波分量为主 波形 中还会 出现间断角 为 了防止 励磁涌流对差动保护的影响 根据保护设计方案 的不 同大致有 如下 解决 方法 1 谐 波制 动原 理 2 波形判别原理 3 间断角闭锁原理 2 3 1 谐波制动原理 采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值 作为励磁涌流闭锁判据 即 1 2 1 1 其中 2 为每相差动电流中的二次谐波 l 为对 应相 的差流基 波 为二 次谐波制 动系数 整定 值 当 2 与 1 的比值大于 时 可靠制动差动保 护 当等于或小于 时 差动保护动作 2 3 2 波形判别原理 采用三相差动电流中的波形判别作为励磁涌 流识别判据 内部故障时有如下表达式成立 S S S S S 0 1 I 其 中Js 为差动电流的全周积分值 S 为差动电 流的瞬时值与差动电流半周前的瞬时值的全周积 分值 为某一固定常数 s 为门槛值 厶 为差电 流的全周积分值 为某一比例常数 当发生励磁涌流时以上波形判别关系式不成 立 差动保护不会误动 2 3 3 间断角闭锁原理 间断角 闭锁原理的变压器差动保护采用的判 据 间断角 6 5 波宽 1 4 0 若 间断角 6 5 则认为是励磁涌流 而非 变压器内部故障 此时立即闭锁比率差动继电 器 以防止其在变压器空载合闸和外部故障切除 电压恢复过程中误动 若波宽 1 4 0 并且间 断角 6 5 则短时开放比率差动继电器 一旦 6 5 则立即闭锁比率差动继电器 匿 薹 薹 圜圜巫 霾 电力 电网 3 结论 本文从变压器差动保护的基本原理人手 着 重分析了变压器电压等级 绕组接线方式 电流 互感器同名端 饱和特性 以及励磁涌流等三个 方面产生不平衡电流的原因 就如何避免不平衡 电流产生探讨 了相应 的措施 在实际工程具有一 定的实用价值 参考 文献 1 王维俭 电力系统继电保护原理 M 北京 清华大 学 出版社 1 9 9 1 2 魏勇刚 主变差动保护不平衡电流产生及应对措施 J 四川电力技术 2 0 0 5 5 2 8 2 9 3 廖婉婷 变压器纵差保护原理及不平衡电流分析 J 广西电业 2 0 0 7 7 7 2 7 3 4 王永青 T A饱和对继电保护影响的分析及对策 J 山 东电力技 术 2 0 0 6 3 4 8 5 0 作者简介 甘辉霞 女 1 9 7 4 年生 湖北公安人 大学本 科 高级工程师 研究领域 电力系统继电保护 已发表 论文7 篇 编辑 向飞 上接 第5 4页 向 0 I 图 3砂轮对刀件 2 1 2 砂轮对刀件的设计 为确保砂轮中心通过零件内孔中心 保证键 槽对内孔的对称度 设计制造砂轮对刀件 参见 图3 2 1 3 拼装夹具的设计 为适应零件在机床的安装和定位 设计制造 角 向定 位销 和定位件 利用 标准模 块拼 装一夹 具 使零件安装在工作台上稳定可靠 2 2长内键槽磨削加工操作过程 1 将拼装夹具固定于磨床工作台 按照零 件最大直径及砂轮磨轴的高度可调整量调整好拼 装夹具在工作台的高度位置 同时尽量将其置于 机床 主轴 中心 另应调整好 拼装夹具定位 中心线 与工作台移动方向一致 z轴 2 将零件 按 图 1 装夹要 求置