RCS-978保护原理培训

南京南瑞继保电气有限公司RCS-978变压器保护原理介绍公司员工1200人，80%具有大学学历,300多位硕士、20余位博士。合同总额：2006年26亿致力于为中国电力系统的技术进步服务积极拓展海外市场.

公司情况简介(1)公司情况简介(2)·电力系统继电保护。·变电站综合自动化系统。·电力系统稳定控制。·发电机励磁系统。·直流输电的控制与保护。·软件平台的研制。硬件配置图先进的硬件核心采样及运算单元采用高速数字信号处理芯片（DSP）以及32位MC68332微处理器，精度高、速度快，保证了保护算法的实时计算（24点/周波）。输入、输出逻辑单元采用大规模可编程逻辑阵列，灵活性高、兼容性强，在同一硬件平台上可开发出多种保护装置。硬件结构主要内容变压器差动保护变压器后备保护变压器的过励磁保护TA二次回路断线与短路判别保护使用及调试变压器差动保护变压器差动保护需要解决的主要问题：（1）工频变化量、稳态高值、稳态低值的比率差动保护、零序比率差动和分侧比率差动保护（2）励磁涌流识别原理（3）变压器差动保护TA饱和判别（4）Y／△-11接线变压器电流相位补偿的新方法（5）高低压侧平衡系数稳态量低值差动保护首先规定TA的正极性端在母线侧，电流参考方向由母线流向变压器为正方向。稳态低值比率差动继电器动作方程：稳态低值比率差动继电器稳态低值比率差动保护要经过励磁涌流判据和过激磁判据闭锁。稳态低值比率差动保护要经过TA饱和判据闭锁以防止在TA饱和时误动。

区内故障时：如图示，各侧短路电流都是由母线流向变压器，和参考方向一致，为正值，所以差动电流很大，容易满足差动主程，差动保护动作。

区外故障时：如图示在低压母线上发生故障。高、中压侧短路电流由母线流向变压器，为正值。低压侧电流由变压器流向母线，为负值。把变压器看成电路上的一个节点，由节点电流定理，流入的电流等于流出的电流，即相量和为0，所以差动电流差动保护不动作。TA饱和对差动保护的影响（1）Ф

TA饱和对差动保护的影响（2）1）由磁化曲线，知道一次电流的波形，可以画出磁通的波形。2）由电磁感应定理：可由磁通φ画出e2波形。3）由于电流互感器二次侧相当于一个纯电阻回路，由：e2=R2i2

可得二次电流i2波形。TA严重饱和时的主要特征1）二次电流波形有严重缺损，显著非正弦。2）在短路后TA很快进入深饱和，以致二次绕组的感应电动势降为零。在相应的一段时间内二次电流为零，此时一次电流全部成为励磁电流。3）当一次电流全部成为励磁电流后其瞬时值下降时TA逐渐退出饱和，当它下降到零继而改变极性时铁心安全退出饱和，二次绕组的感应电动势增大，二次电流又几乎与一次电流相等，但这时铁心中有相当大的剩磁存在。4）当一次电流恢复初始的极性又上升时，由于有剩磁存在铁心又很快饱和，二次电流又降为零。5）在短路开始时铁心要维持磁通不变，或者说励磁回路的电感不允许其电流突变，一次电流全部变换为二次电流，TA无误差。这段时间虽短，一般为3－8ms,但可以被差动保护所利用。

区外故障伴随TA饱和会引起差动保护误动：

如图示在低压母线上发生故障。假设：I1＝1000AI2＝1000A则I3＝－2000A；如果TA没有饱和，则保护计算的差流：差动保护不会误动。但是由于低压侧TA饱和，测到的电流很小，假设为0，则保护计算的差动和制动电流为：满足差动方程，造成差动保护误动。TA饱和处理方法(1)为防止在变压器区外故障等状态下TA的暂态与稳态饱和所引起的稳态比率差动保护误动作，装置利用二次电流中的二次和三次谐波含量来判别TA是否饱和，所用的表达式如下：

其中Iφ2为电流中的二次谐波，Iφ3为电流中的三次谐波，Iφ1为电流中的基波，kφ2xb和kφ3xb为某一比例常数。 当与某相差动电流有关的电流满足以上表达式即认为此相差流为TA饱和引起，闭锁稳态比率差动保护。TA饱和处理方法(2)动作方程动作特性稳态高值比率差动继电器高值比率差动不受TA饱和判据影响。这样当区内严重故障同时TA饱和，低值差动闭锁，高值差动保护可以动作。高值和低值差动的配合1）区内轻微故障，TA不饱和：低值比率差动灵敏动作2）区内严重故障，TA饱和：低值闭锁，高值动作3）区外轻微故障，TA不饱和：差流为0，低值和高值都不动作4）区外严重故障，TA饱和：低值闭锁，高值差动由于定值比较高，差流进入不到动作区，也不会动作。链接：励磁涌流识别原理在正常运行时励磁电流比较小，一般不超过额定电流的3%。可是在变压器空载合闸（空投）和区外故障切除电压恢复时可能出现很大的励磁电流。励磁电流如潮水一样涌来，故称作励磁涌流励磁涌流的波形特征①励磁涌流的最大幅值很大，可能达到变压器额定电流的5~10倍。变压器容量越小，该倍数越大。②有很大的非周期分量。波形偏于时间轴的一侧，因此波形严重不对称。③有大量的谐波分量，尤其是二次谐波分量含量较大。二次谐波与基波分量的比值一般均大于0.15。④波形出现间断，间断角一般大于60o。励磁涌流的波形与合闸瞬间电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量和变压器容量的大小、铁芯材料的性质和磁化曲线、变压器的饱和磁密、合闸回路的阻抗和时间常数等因素有关。如果合闸时正好电压达到最大值，就不会出现非周期性的磁通，也就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。如果合闸时正好电压为零，励磁涌流最大。所以三相变压器中三相的励磁涌流大小是不一样的。考虑到变压器空投时电源三相电压互差1200，所以无论在何时合闸至少有二相会出现不同程度的励磁涌流。空投变压器时差动保护不误动

（实际500kV自耦变压器）励磁涌流识别原理一励磁涌流识别采用谐波制动和波形不对称两个原理。判为涌流后分相闭锁。谐波制动原理。利用差电流Id中的二次和三次谐波分量与基波分量的比值作为闭锁差动的判据。当

时分相闭锁差动保护。式中K2

、K3分别取为0.15和0.2。二次谐波含量高闭锁差动保护避免了励磁涌流情况下差动保护的误动。三次谐波含量高闭锁差动保护主要是为了在供给钢厂等非线性负荷较大的用户的变压器中防止差动保护误动。链接：励磁涌流识别原理二与门分相开放差动保护。式中

—差电流的全周积分值。

—两个相距半周的差电流瞬时值之和的全周积分值。

—大于1的常数。

—门槛值。

变压器的工频变化量的比率差动保护除常规的稳态量的比率差动保护外增加了工频变化量的比率差动保护。其动作方程为:工频变化量的物理解释∆I=IK-IN变压器的工频变化量的比率差动保护：为各支路工频变化量电流的相量和：为各支路工频变化量电流的标量和

:为固定门槛

:为浮动门槛。浮动门槛的设置可防止在系统发生振荡时或频率有偏移时保护误动理论上，工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值，这样有利于防止区外故障TA饱和等因素所造成的差动保护误动。变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性工频变化量比率差动继电器的优点负荷电流对它没有影响。对稳态量的比率差动继电器，负荷电流是一个制动量。会影响内部短路的灵敏度。受过渡电阻影响小。由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了重负荷下少匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高再加上采用浮动门槛技术，在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。变压器发生轻微匝间短路

（C相1.5%匝间短路）工频变化量差动常规差动工频变化量比率差动保护

工频变化量差动保护经过励磁涌流判据闭锁（谐波制动原理和波形不对称原理）。

工频变化量差动保护经过过激磁判据闭锁（差电流五次谐波含量）。电流相位补偿新方法由△→Y相位补偿新方法：在软件中将△侧电流做一个反相序的两相电流之差的运算。为求得零序电流的平衡，将Y侧电流减去零序电流。△侧Y侧RCS978采用Δ→Y折算其它厂家采用Y→Δ折算由Y→△折算存在的问题在空投变压器时如果两相都有涌流，两相电流相减后可能成为涌流特征（例如二次谐波或间断角）不很明显但幅值很大的电流。为了避免差动保护的误动，采用了任一相差电流出现涌流特征时闭锁三相的方法。但这样将造成空投在故障变压器上时差动保护不能快速跳闸的缺陷。电流相位补偿新方法采用△→Y相位补偿的新方法后，由于Y侧没有进行两相电流差的计算，变压器空载合闸时各相有涌流时其特征都很明显。有涌流时闭锁保护更加可靠。另外当判别出涌流特征后可实行分相闭锁。当空投在故障变压器上时由于故障相肯定没有涌流特征所以故障相的差动保护没被闭锁可以快速跳闸。试验表明，空投在故障变压器上保护动作时间小于40mS。差动保护高低压侧折算差动保护中的平衡系数的计算算变压器各侧一次额定电流：式中Sn为变压器最大额定容量，U1n为变压器计算侧额定电压（注意！：应以运行的实际电压为准，如220kV侧实际的运行电压为242kV，U1n应取242kV）。2.算变压器各侧二次额定电流：式中I1n为变压器计算侧一次额定电流，nLH为变压器计算侧TA变比。3.计算变压器各侧平衡系数：,其中。式中I2n为变压器计算侧二次额定电流，I2n_min为变压器各侧二次额定电流值中最小值，I2n_max为变压器各侧二次额定电流值中最大值。在计算中，若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，平衡系数的计算方法即以变压器各侧中二次额定电流为最大的一侧为基准，其平衡系数值为1，其它侧依次放大；若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值大于4，则取最小二次额定电流一侧平衡系数值为4，其它侧依次减小。装置为了保证精度，所能接受的最小系数Kph为0.25，因此差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16倍。1）例如：IHn=2A,IMn=10A,ILn=16A,则：Imin=2;Imax=16;Kb=4;K1=2/2*4=4；K2=(2/10)*4=0.8；K3=(2/16)*4=0.52）例如：IHn=2A,IMn=4A,ILn=6A,则：Imin=2;Imax=6;Kb=3;K1=2/2*3=3；K2=(2/4)*3=1.5；K3=(2/6)*3=1

为了提高接地故障的灵敏度，针对自耦变压器，装置设有零序差动或分侧差动。

零序差动保护可保护变压器Y侧的各种接地故障，分侧差动保护可保护变压器Y侧的各种接地故障和相间故障，但它们都不能保护变压器Y侧的匝间短路。

零序差动保护和分侧差动保护都不必经励磁涌流判据闭锁。零序比率差动和分侧比率差动保护零序比率差动和分侧比率差动保护原理现有零差保护存在的问题

零序TA极性不易校验问题。

在变压器区外三相短路或励磁涌流状态下，由于三相TA特性不一致和TA饱和程度不一致等因素的影响，零差保护可能误动作的问题。零序比率差动继电器

各侧零序电流均由装置自产得到，各侧TA二次零序电流由软件调整平衡，这样可避免采用零序TA极性不易校验等问题。

装置在理论分析与实验的基础上，采用正序电流制动与TA饱和判据相结合的方法，保证零差保护在变压器区外三相短路、或励磁涌流情况下不误动。

正序电流制动判据：，满足本判据开放保护。零序比率差动继电器动作方程：动作特性：自耦变压器正常运行发生A相1匝对地短路

（零差保护动作）实例自耦变压器区外出口三相短路并伴随TA饱和

（零差保护不误动）实例复合电压闭锁方向过流

过流保护主要作为变压器相间故障的后备保护。通过整定控制字可选择各段过流是否经过复合电压闭锁，是否经过方向闭锁，是否投入，跳哪几侧开关。

复合电压元件

复合电压元件：复合电压指相间电压低或负序电压高。对于变压器某侧复合电压元件可通过整定控制字选择是否引入其它侧的电压作为闭锁电压，例如对于I侧后备保护，装置分别设有控制字，如‘过流保护经II侧复压闭锁’等，来控制过流保护是否经其II侧复合电压闭锁；当‘过流保护经II侧复压闭锁’控制字整定为‘1’时，表示I侧复压闭锁过流可经过II侧复合电压起动；当‘过流保护经II侧复压闭锁’控制字整定为‘0’时，表示I侧复压闭锁过流不经过II侧复合电压起动。各段过流保护均有‘过流经复压闭锁’控制字，当‘过流经复压闭锁’控制字为‘1’时，表示本段过流保护经复合电压闭锁。TV异常对复合电压元件、方向元件的影响

TV异常对复合电压元件、方向元件的影响：装置设有整定控制字‘TV断线保护投退原则’来控制TV断线时方向元件和复合电压元件的动作行为。若‘TV断线保护投退原则’控制字为‘1’，当判断出本侧TV异常时，方向元件和本侧复合电压元件不满足条件，但本侧过流保护可经其它侧复合电压闭锁（过流保护经过其他侧复合电压闭锁投入情况）；若‘TV断线保护投退原则’控制字为‘0’，当判断出本侧TV异常时，方向元件和复合电压元件都满足条件，这样复合电压闭锁方向过流保护就变为纯过流保护；不论‘TV断线保护投退原则’控制字为‘0’或‘1’，都不会使本侧复合电压元件起动其它侧复压过流。本侧电压退出对复合电压元件、方向元件的影响：

本侧电