变压器纵联差动保护

1、第四节变压器纵联差动保护一、变压器纵联差动保护的原理对双绕组变压器实现纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。 纵差动保护的原理接线如下图所示。为了保证纵联差动保护的正确工作， 等，差回路电流为零。在保护范围内故障时， 值，保护动作。应使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次12 12应使X12nTA2 I 1nTA1nTA2或结论：适当选择两侧电流互感器的变比。 纵联差动保护有较高的灵敏度。二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流及减小不平衡电流的 措施在正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳态

2、 不平衡电流Ibp。1 .由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流思考：由于变压器常常采用 Y,dll的接线方式，因此，其两侧电流的相位差 30a此时， 如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同， 会有一个差电流流入继电器。如何消除这种不平衡电流的影响？而将变压器三角形解决办法：通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形， 侧的三个电流互感器接成星形。T.dJl/ajf吕IQiA mIliJ2. 由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流思考：变压器两侧电流互感器有电流误差I，在正常运行及保护范围外部故障时流入差回路中的电流不为零，为什么？为什么在正常运行时，不平衡

3、电流也很小为什么当外部故障时，不平衡电流增大？，原因：电流互感器的电流误差和其励磁1电流的大小、二次负载的大小及励磁阻抗有关， 而励磁阻抗又与铁芯特性和饱和程度有关。当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍数不同时都会使电流互感器励磁电流的差值增大。减少这种不平衡电流影响的措施：（1） 在选择互感器时，应选带有气隙的D级铁芯互感器，使之在短路时也不饱和。（2）选大变比的电流互感器，可以降低短路电流倍数。10%误差曲线为依据，进行导（3）在考虑二次回路的负载时，通常都以电流互感器的 线截面校验，不平衡电流会更小。最大可能值为：Ibp O.Ktxn TA3. 由计算

4、变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 思考：两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足nT皿nTnTA1 的关系?n TA 2n TA 1 ；方或原因：很难满足上述关系。减少这种不平衡电流影响的措施： 利用平衡线圈Wph来消除此差电流的影响。/ / 假设在区外故障时2 2，如下图所示，则差动线圈中将流过电流(/ / 的磁势为 Wcd( 2 2)。为了消除这个差动电流的影响，通常都是将平衡线圈 流较小的一侧，应使/ / /Wcd( 22)=W ph 24.带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流 思考：在电力系统中为什么采用带负荷调压的变压器会产生不平衡电流？ 原因：改变分接头的位置不仅改变了变压器的

5、变比，也破坏了变压器两侧电流互感器变比的比等于变压器变比的条件，故会产生不平衡电流。调整分接头产生的最大不平衡电流为U 1 d .maxn TA1 bp/2)，由它所产生Wph接入二次电总结：在稳态情况下需要被消除的不平衡电流有电流互感器误差， 平衡线圈的计算匝数与整定匝数不一致产生的不平衡电流，即Ibp =(Ktx 10%+ U+ wc%)Id max /nTA 要保证差动保护在正常运行及保护范围外部故障时不误动， 最大不平衡电流进行整定。三、暂态情况下的不平衡电流及减小其影响的措施1.外部短路时的不平衡电流 思考:在变压器差动保护范围外部发生故障的暂态过程中，为什么在差回路中将产生暂 态不

6、平衡电流？原因：变压器两侧电流互感器的铁芯特性及饱和程度不同。变压器调节分接头及差动保护的动作电流要躲开在差回路中接入速饱和中间变流器SBH，如下图所示。速饱和变流器是一个铁芯截面较小，易于饱和的中间变流器。 直流分量使速饱和变流器饱和。这时，交流分量电流难于转换到速饱和变流器的副边，差动继电器不会动作。计算变压器差动保护回路暂态不平衡电流引入一个非周期分量的影响系数Kfz。外部短路时的暂态不平衡电流，在接入一级速饱和变流器时为IbpJ Kfz 10% Id max/ nTA式中Kfz非周期分量的影响系数，Kfz取1.52,在接入两级速饱和变流器时，非周期分量的影响系数取 1。2.由变压器励磁

7、涌流iLy所产生的不平衡电流变压器的励磁电流Il仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡，在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，它的影响就更小。但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流）。（又称为励磁涌流(1) 包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧;(2) 包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；波形之间出现间断，如图所示，在一个周期中间断角为a。(2) 鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别；(3) 利用二次谐波制动等。四、BCH 2型差动继电器1. 组成：电磁型电流继电器三柱铁芯：两边柱铁芯截面较小，是中间柱铁

8、芯截面的一半，易于饱和。差动线圈 Wed：接于变压器差动保护的差回路，当安匝磁势达到一定值时，二次线圈感应的某一电势值使电流继电器起动。两个平衡线圈 Wp hl、Wph2短路线圈Wd，工作线圈W2。AEttg厂仇沢f叫T - e,d. r.：Si!aa. J«»中2. BCH 2型差动继电器构成的变压器差动保护的整定计算(1) 确定基本侧。将变压器两侧电流互感器流入差回路的电流中较大的一侧作为基本 侧，计算步骤如表所示。变压器额定电压(kV)Ve.g (咼压)Ve.d （低压）变压器额定电流(A)ISee.g 73Ve.gISeI e.dLV3V,d变压器接线方式YA电流互

9、感器接线方式AY电流互感器计算变比 nTA.js75I e.d5电流互感器实际变比 nTA.sj75I e.d5流入差回路的电流(A)Ie.g 亦 Ig n ta .sjI e.d1I dnTA .sj(2) 确定差动保护的动作电流 躲过变压器的励磁涌流I dz= Kkle.T 躲外部短路时的最大不平衡电流I dzKkl bp. max =Kk(l bp.Ta+ I bp. A u+ I bp.ph)A f ph1、A f ph2I bp.ph A f phj d1.max+ A f phzI d2.max 平衡线圈的圆整误差，其值为f phW ph . js W ph. sjWp h.js

10、Wcd.zd躲开电流互感器二次断线产生的最大不平衡电流I dz Kkl fh.max取以上三条件计算结果中的最大值作为变压器差动保护一次动作电流。(3) 计算变压器差动保护基本侧差动线圈匝数基本侧继电器的动作电流为I dz.j.jb =氐1 d z.jb /n TA基本侧差动线圈的计算匝数Wcdjs(AW) dzIdz j jb60安匝I dz j jb差动线圈的实际匝数Wd.sj继电器实际动作电流和一次动作电流分别为I dz.s.jb =60(安匝)/Wd. sjIdz. jb.sj = I dz. s. jb n TA / K jx(4) 计算非基本侧平衡线圈匝数对双绕组变压器I 2e.f

11、j (Wph+VCd.zd )= I 2e.jb Wd.zd平衡线圈的实际匝数，采用四舍五入圆整。(5) 平衡线圈圆整误差的计算 f ph=( Vph.js - Wph.sj )/ ( W ph.js + WCd.zd )计算结果的变化范围在00.091内。若误差小于0.05，则以上计算结果有效；若误差大于0.05，则重新计算差动保护的动作电流。(6) 确定短路线圈匝数应选取对于大容量的变压器，涌流倍数小，衰减慢，要求切除内部故障的时间尽量短，较少的短路线圈匝数。相反，对于较小容量的变压器，应选用较多匝数的短路线圈，以便更有效地消除非周期分量电流的影响。(7) 灵敏度校验 保护范围内部短路最小

12、灵敏度应大于Km=l d.min / I dz式中 I d.min 保护范围内故障，流过基本侧的最小短路电流； I dz差动保护一次动作电流。五、带制动特性的差动保护1. BCH 1型差动继电器组成：三柱式铁芯电磁型电流继电器J差动线圈WCd,两个平衡线圈 Whi、Wh2制动线圈 W 工作线圈wz。各部分作用：差动线圈：通以电流产生磁通0 cd,在两个二次工作绕组上感应，的电势相串联，能使 电流继电器动作。铁芯：两边柱截面小，易于饱和，它的作用相当于一级速饱和变流器。制动线圈：通以电流产生的磁通0 zh在两边柱形成环路，在两个二次工作绕组上感应的 电势反向串联，合成电势为零，不会使电流继电器动

13、作。 它的作用是使两个边柱的铁芯饱和， 加大继电器的动作安匝。安匝制动曲线：继电器的动作安匝与制动安匝的关系曲线。当制动安匝磁势较小时，两边柱铁芯没有饱和，继电器的动作安匝不变，仍为60安匝。当制动安匝加大，铁芯开始饱和，动作安匝开始加大。 随着制动安匝磁势的加大，铁芯饱和程度变大，继电器动作安匝加 大，如图曲线1或2。o在制动线圈中流有短路电流，使铁芯饱和，增大了继电器的动作安匝。 外部故障时继电器不动。内部故障时，若 B侧无电源，制动线圈中没有短路电流，不起制动作用4K:打制动线圈应接干负荷侧， 外部故障有制动作用， 内部制动线圈的安装位置如下：f _ 对单侧电源的双绕组变压器 故障没有制

14、动作用。(2)负荷侧。(4)对于单侧电源的三绕组变压器,制动线圈应接于流过变压器最大穿越性短路电流的对于双侧电源的三绕组变压器，制动线圈一般接于无电源侧。对于双侧电源的双绕组变压器，制动线圈应接于大电源侧。当仅有小电源供电时,能保证保护装置的灵敏度。2. BCH一 1型差动保护的整定计算(1) 确定变压器的基本侧。与用BCH一 2型差动继电器时相同。(2) 计算差动保护的动作电流 躲开变压器空载投入时的励滋涌流：I dz jb =K:I e T 躲开电流互感器二次断线产生的不平衡电流(240MVA及以上容量变压器除外):I dz KkI fh.max 躲开未装制动线圈侧外部短路时的不平衡电流I

15、 bp：I dz jb=KJ bp取以上三条件计算结果中的最大值作为变压器差动保护一次动作电流。(3) 计算差动线圈匝数与用BCH一 2型继电器时相同。(4) 计算平衡线圈匝数与用BCH一 2型继电器时相同。(5) 校验平衡线圈圆整误差与用BCH一 2型继电器时相同。(6) 计算制动线圈匝数 Wh:Kh口 TA昱代!才血沁对于収绕组变压器，制功线圈辻瓢数为ff9(7)灵敏度校验首先求出保护范围内校验点短路时流过制动线圈的电流及制动安匝。依据 差动继电器最大安匝制动曲线2求出继电器的动作安匝，其值可近似为(AW)dz=tg0 2(AW)zh式中tg 0 2最大安匝制动曲线2的斜率，可取为1.4。

16、当计算出的动作安匝小于60安匝时，取60安匝。差动保护的灵敏度为1 d j min Wcd zd(AW) dzKmBCH一 1 型例题对一台容量为40.5MVA三相三绕组降压变压器进行差动保护整定计算。变压器的接线及各侧的短路电流如下图所示。电压：110± 2X 2.5 % kV/ 38.5 ± 2 X 2.5 % kV/ 11kV,接线方式为：Y, d11, d11，变压器的额定电流：213A/608A/2130A。图中标出的短路电流 均为归算到110kV侧的三相短路电流值。括号内的数字为最小三相短路电流值。dl点单相I接地时，丨d = 2.2kA。外部短路差回路通以最大

17、不平衡安匝数时，以保证继电器不动来确定制动线圈的匝数。解苜先乘用ECTt2蘇或継电器"确走基叙小由下喪可UA看出，：LlOkV电压级为棊亦妙屮数值名称-额定由压时112燹3d12韻宦电流(Ah31加eo8p213皿电流S感器接线亠Yr(213r国卩6CS/52130/5'电流互感器議磁T4ao/5p3000/5流入差回路中的电流a八313E 3130-刈 n<i +顶J53D00 / 5不平衡电流(曲门0卓4.61-4.05=0. 56*4.61-3.55=1.06(2) 差动保护的一次动作电流确定如下：1) 躲励磁涌流及电流互感器的二次断线I dz .jb=K<

18、I e-t=1.3 X 213=276(A)2) 躲d3点(外部)短路时的最大不平衡电流I dz jb = KkI bp. max = Kk(I bp. TA+ I bp. A u+ I bp.ph)=1.3 X (0.1+0.05+0.05+0.05) X 1350=483.75(A)从以上计算可知，以躲外部短路最大不平衡电流为计算条件，差动保护的动作电流取为Idz jb=438.75(A)(3) 计算差动线圈匝数及实际动作电流为Igg尸陰经空©二9. 54&0fS丄 dsjjt丄曲 jjb 9、差动线圈的实际匝数应向小调整，取Wd, zd=6(匝)继电器的实际动作电流为I

19、 dz.j.jb.sj =60/6=10(A)(4) 灵敏度校验.以d2点短路为计算条件，即K访Ire/ I沪讯"少=1冷4 <2 (不台理下面采用BCH-1型差动继电器,制动线圈放在35KV侧.1)2)I确定基本侧 同BCH-2型继电器,以110KV为基本侧. 计算差动保护的起动电流.1) 躲励磁涌流I dzjb=KkI e t=1.5 X 213=319.5(A)2) 躲d2点(外部)短路时的最大短路电流产生的不平衡电流dz jb = Kkl bp .max = Kk(l bp .Ta+ I bp. A u+ I bp.ph)=1.3 X (0.1+0.05+0.05) X

20、 965=250(A)(3)计算差动线圈匝数及实际动作电流为扁询4=际1|zZg二 4册£ "93 (A)0E叽60安匝 60_你、丄七j.jb.jb丄呵沖岔差动线圈的实际匝数向小调整，整定匝数取为8匝.实际动作电流I dz.j.jb.sj =60/8=7.5(A)(4) (4)计算非基本侧平衡线圈的匝数.1) 1)35KV侧平衡线圈匝数的计算琢浹詰e二 阵g二从"瞰川4 trj按四舍五人取整,35弊侧平衡线圈匝数为1匝“2) WKV侧平衡线圈匝数的计算I叫呵=牢型吧廿笫尹心卸9砂取10KV侧平衡线圈匝数为 2匝(5) (5)平衡线圈的误差 f ph.35=( V

21、ph.js - Wph.sj )/ ( W ph.js + WCd.zd) =(1.1-1)/(1.1+8)=0.012<0.05 f ph.10 =(Wph.js - Wph.sj)/ ( W ph.js + WCd.zd )=(2.36-2)/(2.36+8)=0.035<0.05(6) (6)计算制动线圈匝数十 M曲)W曲卡=Wg才09制动线圈的实际匝数应向上调整(7) (7)灵敏度校验.在校验点 动安匝为，取 Wzh.js =3 匝.呼)a = 4.05x3=12.15$ 匝(10KV母线)电路时，流过制动线圈的电流为负荷电流，制查BCH-1型继电器最大安匝制动曲线2或计算相应的动作安匝得(AWdz=tg 0 2(AW)Zh=12.15 X 1.4=17 安匝 <60 安匝继电嚣ffi动作妄廳衣60安匝“（A叫7叽单相接地短路貝融®校验"毗山