主变保护基本原理

1、主变保护基本原理第一页，共24页。提纲o变压器保护概述变压器保护概述o常规差动保护基本理论常规差动保护基本理论o纵差保护（比率差动、差动速断、采纵差保护（比率差动、差动速断、采样值差动）原理样值差动）原理o零序、分侧（或分相）差动保护原理零序、分侧（或分相）差动保护原理第二页，共24页。变压器保护概述o电力变压器的分类电力变压器的分类o按接线形式分：普通变和自耦变按接线形式分：普通变和自耦变 （三相、分相）（三相、分相）o按绕组数分：三卷变和两卷变按绕组数分：三卷变和两卷变 o按用途分：升压变、降压变和系统联络变按用途分：升压变、降压变和系统联络变 o电力变压器的结构电力变压器的结构o铁芯、绕

2、组、外壳、油箱、油、套管、引线、冷却器铁芯、绕组、外壳、油箱、油、套管、引线、冷却器o有载调压有载调压 o变压器的绕组接线图（普通变、自耦变）变压器的绕组接线图（普通变、自耦变）第三页，共24页。变压器保护概述o变压器的常见故障变压器的常见故障o油箱内：相间短路、接地短路、匝间短路等油箱内：相间短路、接地短路、匝间短路等o油箱外：套管和引出线上发生相间短路和接地短路油箱外：套管和引出线上发生相间短路和接地短路 o变压器的不正常运行状态变压器的不正常运行状态o外部相间短路引起的过电流外部相间短路引起的过电流o外部接地短路引起的过电流和中性点过电压外部接地短路引起的过电流和中性点过电压o由于负荷超

3、载引起的过负荷由于负荷超载引起的过负荷o由于漏油等原因引起的油面下降由于漏油等原因引起的油面下降第四页，共24页。差动保护基本原理o常规差动保护理论基础常规差动保护理论基础o基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 :对于任一集中参数电路中的任一闭合面，在任一时刻，对于任一集中参数电路中的任一闭合面，在任一时刻，通过该闭合面的所有支路电流的代数和等于零。通过该闭合面的所有支路电流的代数和等于零。 o关键词关键词:集中参数电路集中参数电路,闭合面闭合面,同一时刻同一时刻,所有支路所有支路,代数和代数和集中参数电路I1I2.In01）（tInii第五页，共24页。差动保护基本原理o常规差流的计算常规差流的

4、计算o正常情况下正常情况下,差流为零差流为零;故障情况下故障情况下,形成新的电流支路形成新的电流支路,平平衡关系被打破，产生差流衡关系被打破，产生差流o不考虑不考虑TA传变误差和传变误差和TA饱和饱和,不需要制动不需要制动o实际应用中实际应用中,需要考虑需要考虑TA传变误差、传变误差、TA饱和等因素的影响饱和等因素的影响, 使用带比率制动的差动保护使用带比率制动的差动保护niiIId1第六页，共24页。差动保护基本原理o差动保护的应用差动保护的应用o发电机完全纵差、母线差动是基于基尔霍夫电发电机完全纵差、母线差动是基于基尔霍夫电流定律流定律的的o不考虑分布电容的情况下，线路差动是基于霍不考虑分

5、布电容的情况下，线路差动是基于霍夫电流定律的，但是长线路具有分布参数，不夫电流定律的，但是长线路具有分布参数，不能忽略分布电容的影响，要进行补偿能忽略分布电容的影响，要进行补偿o变压器纵差不是基于基尔霍夫电流定律变压器纵差不是基于基尔霍夫电流定律的的o差动保护反映的是电流的平衡关系差动保护反映的是电流的平衡关系第七页，共24页。差动保护基本原理o变压器纵差基本原理（包括：比率差动、差动速断、采样值差动）n基于变压器原理 理想变压器：U1*I1=U2*I2 即：I1*n+I2=0 n为一次和二次绕组匝数比n反应的是能量的平衡n平衡系数和匝数比、TA变比有关第八页，共24页。变压器差动保护o变压器

6、零序差动基本原理n基于基尔霍夫电流定律n主要用于自耦变n平衡系数只与TA变比有关o变压器分侧差动基本原理第九页，共24页。变压器差动保护o变压器纵差保护的特点变压器纵差保护的特点o励磁涌流励磁涌流oY/转换转换o各侧平衡系数的调节各侧平衡系数的调节o有载调压引起的不平衡电流有载调压引起的不平衡电流o可反映相间、接地、匝间短路故障可反映相间、接地、匝间短路故障第十页，共24页。变压器差动保护o变压器零序、分侧差动保护的特点变压器零序、分侧差动保护的特点o不怕励磁涌流不怕励磁涌流o不需不需Y/转换转换o各侧平衡系数只与各侧平衡系数只与TA变比有关，与电压等级无关变比有关，与电压等级无关o有载调压不

7、会引起不平衡电流有载调压不会引起不平衡电流o零差：可反映单相接地短路，不反映相间短路零差：可反映单相接地短路，不反映相间短路o分侧差动：可反映相间、接地短路，不反映匝间短路分侧差动：可反映相间、接地短路，不反映匝间短路第十一页，共24页。变压器差动保护oY-转换原理n为什么要进行Y-转换nY- 和 - Y的区别t对涌流制动特性的影响t消除零序电流nPRS-778采用Y- 转换第十二页，共24页。变压器差动保护oY/-11转换示例n矢量图n差流计算（已乘了平衡系数）Ida=（Iha-Ihb）+IlaIdb=（Ihb-Ihc）+IlbIdc=（Ihc-Iha）+Ilcn注意：差流放大了 倍n差流、

8、制动电流定值都要相应放大 倍IhaIhbIhcIlaIlbIlcIha-IhbIhb-Ihc30Ihc-Iha33第十三页，共24页。变压器差动保护o各侧平衡系数计算示例各侧平衡系数计算示例o和电压等级成正比，和和电压等级成正比，和TA变比成正比变比成正比o和二次额定电流成反比和二次额定电流成反比o和变压器容量无关和变压器容量无关o由于采用由于采用Y-转换，转换， 侧要放大侧要放大 倍倍o以高压侧为基准，其他侧平衡系数计算公式：以高压侧为基准，其他侧平衡系数计算公式：o例如：某变压器例如：某变压器/ -12-12-11接线，高、中、低压侧额定电压接线，高、中、低压侧额定电压220kV、110k

9、V、10kV，TA变比：变比：600/1、1000/1、2000/1，则，则高、中、低压侧平衡系数分别为：高、中、低压侧平衡系数分别为： 1、0.833、0.262331,*1122或KKUKUKIIKKTAHnHTAinininHphi第十四页，共24页。变压器差动保护o差动速断保护差动速断保护o在纵差保护区内发生严重故障时，快速切除故障在纵差保护区内发生严重故障时，快速切除故障o不经励磁涌流闭锁，靠定值躲不经励磁涌流闭锁，靠定值躲o不经不经TA断线闭锁断线闭锁o区外故障区外故障TA严重饱和时，经严重饱和时，经TA饱和闭锁饱和闭锁第十五页，共24页。变压器差动保护o比率差动保护比率差动保护n

10、经励磁涌流闭锁：二次谐波、波形识别经励磁涌流闭锁：二次谐波、波形识别n经经TA断线闭锁，可选择：断线闭锁，可选择：t闭锁闭锁t不闭锁不闭锁t小电流闭锁，大电流不闭锁小电流闭锁，大电流不闭锁n区外故障区外故障TA轻微饱和，可利用比率制动特性制动轻微饱和，可利用比率制动特性制动n区外故障区外故障TA严重饱和时，设专门的严重饱和时，设专门的TA饱和闭锁元件：利用制动电流与差饱和闭锁元件：利用制动电流与差动电流表现的时序一致性来判别是否饱和动电流表现的时序一致性来判别是否饱和 t故障：差流和制动电流突变量同时出现故障：差流和制动电流突变量同时出现tTA饱和：先出现制动电流突变量，几毫秒后出现差流饱和：

11、先出现制动电流突变量，几毫秒后出现差流第十六页，共24页。变压器比率差动保护o动作特性曲线第十七页，共24页。变压器比率差动保护o励磁涌流特征励磁涌流特征o尖脉冲，偏向时间轴一侧，不对称尖脉冲，偏向时间轴一侧，不对称o波形不连续，有间断角波形不连续，有间断角o含有丰富的谐波分量含有丰富的谐波分量第十八页，共24页。比率差动保护o励磁涌流制动原理一励磁涌流制动原理一:二次谐波复合制动二次谐波复合制动o对对 / 接线变压器，差流反映接线变压器，差流反映 形接线侧两相电流相量差形接线侧两相电流相量差,故当差流二次谐波未能制动时，可进一步用两个相电流中的故当差流二次谐波未能制动时，可进一步用两个相电流

12、中的二次谐波进行制动，这就大大提高了涌流制动的可靠性。二次谐波进行制动，这就大大提高了涌流制动的可靠性。 o采用涌流复合制动逻辑：在变压器无故障时采用采用涌流复合制动逻辑：在变压器无故障时采用“或或”逻逻辑制动方式可靠地避开涌流，空投于故障变压器时自动转辑制动方式可靠地避开涌流，空投于故障变压器时自动转换为分相制动方式。换为分相制动方式。 o二次谐波定值、波形不对称定值越小躲励磁涌流能力二次谐波定值、波形不对称定值越小躲励磁涌流能力越强，保护越不容易动作越强，保护越不容易动作 第十九页，共24页。比率差动保护o励磁涌流制动原理二：波形识别励磁涌流制动原理二：波形识别o故障时，有如下表达式成立：

13、故障时，有如下表达式成立：o （4-3）o式中：式中： 为为 的半波积分值，的半波积分值， 为为 的半波积分值；的半波积分值； o为波形不对称系数。为波形不对称系数。 为差流导数前半波某一点的数值，为差流导数前半波某一点的数值， o为差流导数后半波对应点的数值。为差流导数后半波对应点的数值。o一般整定为一般整定为0.10.2之间，一般推荐取之间，一般推荐取0.12。 o波形不对称定值波形不对称定值Kb越小躲励磁涌流能力越强，保护越不容易动作越小躲励磁涌流能力越强，保护越不容易动作 SKSb*S2TiiIIS2TiiIIbkiI2TiI第二十页，共24页。采样值差动保护o采样值差动采样值差动o采样值与稳态量的区别：采样值与稳态量的区别：采样值差动是微机保护特有的一种差动保护。它将传统的相量转变为各采样点（瞬时值）的比率差动，并依靠多点重复判断来保证可靠性。n理论基础与常规差动相同理论基础与常规差动相同nR取取S规则规则n模糊区模糊区IrId第二十一页，共24页。采样值差动保护o采样值差动本身具备识别励磁涌流和外部故障TA饱和的能力，不需要另外附加励磁涌流闭锁判据。o其数据窗小于一个周波，故可快速切除绝大多数非轻微的变压器相间及接地故障。o它的设置主要是为一般的非轻微变压