论文部分内容阅读
摘要：主变差动保护是变压器的主要保护手段，基本原理是反应被保护变压器各端流入和流出电流的差，在保护区内故障，差动回路中的电流值大于整定值，差动保护瞬时动作，而在保护区外故障，主变差动保护则不应动作。现对其进行了研究探讨。
关键词：主变差动保护；原理；分析；原因；改进方法
Abstract: The main transformer differential protection is the main transformer protection method, the basic principle is to protect the response has been the transformer inflow and outflow of current poor, in protection area fault, differential circuit the set values greater than the current value, differential protection instantaneous, and in fault protection zones, the main transformer differential protection action it should not be. Now the for the study.
Key Words: the main transformer differential protection; Principle; Analysis; Reason; Improvement methods
中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：
1主变差动保护的动作原理
变压器差动保护是变压器的主保护，一般较大型变压器都装有差动保护。差动保护主要保护变压器内部线圈匝间短路，它的动作原理是利用变压器高低压两侧的两组差动保护专用电流互干器完成，差动保护的保护范围就是两组互感器之间的部分。变电所的主变微机差动保护：微机型主变差动保护由二次谐波制动的比率差和差动速断组成。
电磁式继电器构成的变压器差动保护在正常情况和外部故障时，理想情况下流入差动继电器的电流Ij=0，保护装置不动作。电磁式继电器构成的变压器差动保护在正常情况和外部故障时，理想情况下流入差动继电器的电流Ij=0，保护装置不动作。但实际上变压器的差动保护在近端外部短路（保护区外）时，由于短路电流很大，构成差动保护的各侧TA的电压等级不同，变比、容量和磁饱和特性不一致，即使采用平衡线圈等方法进行补偿，各侧TA之间的变比有可能不匹配，流入差动继电器的不平衡电流，可能会使差动保护误动作。同时，当投入空载变压器或外部故障切除电压时，一旦铁芯饱和，相应出现数值很大的励磁涌流。由于励磁涌流只存在于一次绕组中，经TA变换后流入差动继电器，也造成差动保护误动作。采用主变微机差动保护可避免外部短路时的不平衡电流和励磁涌流造成的变压器差动保护误动。当变压器轻微故障时，例如匝间短路的圈数很少时，不带制动量，使保护在变压器轻微故障时具有较高的灵敏度。而在较严重的区外故障时，有较大的制动量，提高保护的可靠性。差动速断是在较严重的区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。实际上是由差动过流继电器完成的，与电磁式的差动速断没有区别。
2 主变差动保护分析
一般来说，在主变差动保护所用电流互感器选择时，除应选带有气隙D级铁芯互感器外，还应适当地增大电流互感器变比，以降低短路电流倍数，这样可以有效削弱励磁涌流，减少差动回路中产生的不平衡电流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作尤为有效。下面将通过实例进行分析：
一台三相三绕组降压变压器，容量Se=40.5MVA，电压110±2×2.5%kV/385±2×2.5%kV/11kV，接线方式：Ydd11- 11，变压器额定电流：213A/608A/2130A。主变差动保护采用BCH- 2型差动继电器。已确定110kV 侧为基本侧。主变差动保护部分整定值如下（计算过程略）：差动线圈的计算匝数：Wcd.js=6.3 匝，实际匝数向下取整，取 Wcd.js=6 匝；继电器的实际动作电流：Idz=10A；灵敏度 K1m=2.1。该变电所曾发生10kV线路出线处因外力破坏导致三相金属性短路，10kV线路电流速断动作，相继引起主变差动保护误动作。我们初步分析因短路点离保护太近，又是最严重的三相金属性短路，短路电流极大，当外部故障切除，电压恢复时，出现数值很大的励磁涌流，从而使差动回路产生的不平衡电流大于整定电流值而导致主变差动保护误动作。但如果提高保护定值，如保护定值增大为 11A，则灵敏度变小 K1m=1.91＜2，不能满足灵敏度的要求。为防止主变差动保护因不平衡电流的影响造成的保护误动作，在选择保护用电流互感器时，除应选带有气隙的D级铁芯互感器外，适当增大电流互感器变比，这样可以降低短路电流倍数，减少差动回路中产生的不平衡电流，有效削弱励磁涌流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作不失为有效的方法之一。
3影响主变差动保护的原因及改进方法
影响主变差动保护的有以下因素：差动保护因为其具有的选择性好、灵敏度高等一系列优点成为变压器、电动机、母线及短线路等元件的主保护。这几种差动保护原理是基本相同的，但主变差动保护还要考虑到变压器接线组别、各侧电压等级、CT变比等因素的影响。所以同其它差动保护相比，主变差动保护实现起来要更复杂一些。变压器变比的影响：因为变压器变比不同，造成正常情况下，主变高低压侧一次电流不相同。
比如：假设变压器变比为110KV/10KV，不考虑变压器本身励磁损耗的理想情况下，流进高压侧电流为1A，则流出低压侧为11A。这很好理解，三相视在功率S= UI。不考虑损耗，高低压侧流过功率不变，各侧电压不同，自然一次电流也不同。CT变比的影响：还是用上面的举例，如果变压器低压侧保护CT的变比是高压侧CT变比的11倍，就可以恰好抵消變压器变比的影响，从而做到正常情况下，流入保护装置的电流大小相同。
但现实情况是，CT变比是根据变压器容量来选择，况且CT变比都是标准的，同样变压器变比也是标准化的，这三者的关系根本无法保证上述的理想比例。假设变压器容量为 20MKVA，110KV侧CT 变比为200/5，低压侧CT变比如果为2200/5 即可保证一致。但实际上低压侧CT变比只能选2000/5 或2500/5，这自然造成了主变高低压侧CT二次电流不同。
变压器接线组别的影响：变压器不同的接线组别，都会导致变压器高低压侧电流相位不同。以工程中常见的而言，低压侧电流将超前高压侧电流30度。另外如果Y侧为中性点接地运行方式，当高压侧线路发生单相接地故障时，主变Y 侧绕组将流过零序故障电流，该电流将流过主变高压侧CT，相应地会传变到CT二次，而主变侧绕组中感应出的零序电流仅能在其绕组内部流过，而无法流经低压侧开关CT。主变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，用以比较的主变高低压侧电流幅值是相等，相位相反或相同（由差流计算采取的是矢量加和矢量减决定，不过一般是让其相位相反），从而在理论上保证差流为0。
主变为Y接线，高压侧CT二次采用△接线，低压侧CT二次采用Y接线，由保护CT完成相角的归算同时消除零序电流分量的影响。电流由主变高压侧传变到低压侧时，相位前移30度，低压侧CT接成Y/Y，角度没有偏移。高压侧CT接成Y，CT二次侧比一次侧也即主变高压侧相位也前移了30度。这样就保证了高低压侧CT的二次电流同相位。高压侧CT 接成Y后，电流幅值增大了倍，在选择CT变比时，要考虑到这个因素，尽量让流入差动继电器的主变高低压侧电流相等。因为CT都是标准变比，通常不能保证高低压侧二次电流相等，对此一般采取在外回路加装电流变换器（可以理解为一个多变比抽头的小CT）或着对具有速饱和铁芯的差动继电器，调整它的平衡线圈的匝数。不过这两种方法，精度都不高。微机保护同传统保护相比，保护原理并没有太大的变化，主要是实现的方法和计算的精度有了很大提高。早期有些微机差动保护，可能是运算速度不够的缘故，相角归算还是采用外部CT接线来消除，如DSA早期某型号产品。而现在的微机差动保护，CT 都是采取 Y/Y 接线，相角归算由内部完成：通过电流矢量相减消除相角误差。主变差动为分相差动，对于Y11接线，同低压侧IAl 相比较运算的并不是高压侧Iah，而是Iah*=Iah- Ibh（矢量减），这样得到的线电流Iah*，角度左移30度，同低压侧Ial 同相位。对于Y-11接线，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：Iah*=Iah- Ibh、Ibh*=Ibh- Ich 、Ich*=Ich- Iah（都为矢量减）。对于Y1接线 ，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：Iah*=Iah- Ich；Ibh*=Ibh- Iah 、Ich*=Ich- Ibh（都为矢量减）。通过减超前相或滞后相电流的不同，从而实现相角滞后或前移30度。主变变比和CT变比造成的误差都是幅值上的差异，这方面的处理，对于微机保护而言，是非常容易的，输入量或相位归算后的中间量乘以相应的某个比例系数即可。当然这个系数对Y侧，还要考虑到内部矢量相减，同时造成的幅值增大了倍。
4总结
目前国内绝大部分厂商的微机差动保護，是以一侧为基准，一般为高压Y侧，把另一侧的电流值通过一个比例系数换算到基准侧。采取这种方法，装置定值和动作报告都是采用有名值，比如差动速断定值是18A等等。
参考文献
[1] 孙悦林.简易电器一次接线对主变差动保护的影响[Z].2009.
[2] 宋星洋.主变差动的保护原理[Z].2008.
关键词：主变差动保护；原理；分析；原因；改进方法
Abstract: The main transformer differential protection is the main transformer protection method, the basic principle is to protect the response has been the transformer inflow and outflow of current poor, in protection area fault, differential circuit the set values greater than the current value, differential protection instantaneous, and in fault protection zones, the main transformer differential protection action it should not be. Now the for the study.
Key Words: the main transformer differential protection; Principle; Analysis; Reason; Improvement methods
中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：
1主变差动保护的动作原理
变压器差动保护是变压器的主保护，一般较大型变压器都装有差动保护。差动保护主要保护变压器内部线圈匝间短路，它的动作原理是利用变压器高低压两侧的两组差动保护专用电流互干器完成，差动保护的保护范围就是两组互感器之间的部分。变电所的主变微机差动保护：微机型主变差动保护由二次谐波制动的比率差和差动速断组成。
电磁式继电器构成的变压器差动保护在正常情况和外部故障时，理想情况下流入差动继电器的电流Ij=0，保护装置不动作。电磁式继电器构成的变压器差动保护在正常情况和外部故障时，理想情况下流入差动继电器的电流Ij=0，保护装置不动作。但实际上变压器的差动保护在近端外部短路（保护区外）时，由于短路电流很大，构成差动保护的各侧TA的电压等级不同，变比、容量和磁饱和特性不一致，即使采用平衡线圈等方法进行补偿，各侧TA之间的变比有可能不匹配，流入差动继电器的不平衡电流，可能会使差动保护误动作。同时，当投入空载变压器或外部故障切除电压时，一旦铁芯饱和，相应出现数值很大的励磁涌流。由于励磁涌流只存在于一次绕组中，经TA变换后流入差动继电器，也造成差动保护误动作。采用主变微机差动保护可避免外部短路时的不平衡电流和励磁涌流造成的变压器差动保护误动。当变压器轻微故障时，例如匝间短路的圈数很少时，不带制动量，使保护在变压器轻微故障时具有较高的灵敏度。而在较严重的区外故障时，有较大的制动量，提高保护的可靠性。差动速断是在较严重的区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。实际上是由差动过流继电器完成的，与电磁式的差动速断没有区别。
2 主变差动保护分析
一般来说，在主变差动保护所用电流互感器选择时，除应选带有气隙D级铁芯互感器外，还应适当地增大电流互感器变比，以降低短路电流倍数，这样可以有效削弱励磁涌流，减少差动回路中产生的不平衡电流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作尤为有效。下面将通过实例进行分析：
一台三相三绕组降压变压器，容量Se=40.5MVA，电压110±2×2.5%kV/385±2×2.5%kV/11kV，接线方式：Ydd11- 11，变压器额定电流：213A/608A/2130A。主变差动保护采用BCH- 2型差动继电器。已确定110kV 侧为基本侧。主变差动保护部分整定值如下（计算过程略）：差动线圈的计算匝数：Wcd.js=6.3 匝，实际匝数向下取整，取 Wcd.js=6 匝；继电器的实际动作电流：Idz=10A；灵敏度 K1m=2.1。该变电所曾发生10kV线路出线处因外力破坏导致三相金属性短路，10kV线路电流速断动作，相继引起主变差动保护误动作。我们初步分析因短路点离保护太近，又是最严重的三相金属性短路，短路电流极大，当外部故障切除，电压恢复时，出现数值很大的励磁涌流，从而使差动回路产生的不平衡电流大于整定电流值而导致主变差动保护误动作。但如果提高保护定值，如保护定值增大为 11A，则灵敏度变小 K1m=1.91＜2，不能满足灵敏度的要求。为防止主变差动保护因不平衡电流的影响造成的保护误动作，在选择保护用电流互感器时，除应选带有气隙的D级铁芯互感器外，适当增大电流互感器变比，这样可以降低短路电流倍数，减少差动回路中产生的不平衡电流，有效削弱励磁涌流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作不失为有效的方法之一。
3影响主变差动保护的原因及改进方法
影响主变差动保护的有以下因素：差动保护因为其具有的选择性好、灵敏度高等一系列优点成为变压器、电动机、母线及短线路等元件的主保护。这几种差动保护原理是基本相同的，但主变差动保护还要考虑到变压器接线组别、各侧电压等级、CT变比等因素的影响。所以同其它差动保护相比，主变差动保护实现起来要更复杂一些。变压器变比的影响：因为变压器变比不同，造成正常情况下，主变高低压侧一次电流不相同。
比如：假设变压器变比为110KV/10KV，不考虑变压器本身励磁损耗的理想情况下，流进高压侧电流为1A，则流出低压侧为11A。这很好理解，三相视在功率S= UI。不考虑损耗，高低压侧流过功率不变，各侧电压不同，自然一次电流也不同。CT变比的影响：还是用上面的举例，如果变压器低压侧保护CT的变比是高压侧CT变比的11倍，就可以恰好抵消變压器变比的影响，从而做到正常情况下，流入保护装置的电流大小相同。
但现实情况是，CT变比是根据变压器容量来选择，况且CT变比都是标准的，同样变压器变比也是标准化的，这三者的关系根本无法保证上述的理想比例。假设变压器容量为 20MKVA，110KV侧CT 变比为200/5，低压侧CT变比如果为2200/5 即可保证一致。但实际上低压侧CT变比只能选2000/5 或2500/5，这自然造成了主变高低压侧CT二次电流不同。
变压器接线组别的影响：变压器不同的接线组别，都会导致变压器高低压侧电流相位不同。以工程中常见的而言，低压侧电流将超前高压侧电流30度。另外如果Y侧为中性点接地运行方式，当高压侧线路发生单相接地故障时，主变Y 侧绕组将流过零序故障电流，该电流将流过主变高压侧CT，相应地会传变到CT二次，而主变侧绕组中感应出的零序电流仅能在其绕组内部流过，而无法流经低压侧开关CT。主变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，用以比较的主变高低压侧电流幅值是相等，相位相反或相同（由差流计算采取的是矢量加和矢量减决定，不过一般是让其相位相反），从而在理论上保证差流为0。
主变为Y接线，高压侧CT二次采用△接线，低压侧CT二次采用Y接线，由保护CT完成相角的归算同时消除零序电流分量的影响。电流由主变高压侧传变到低压侧时，相位前移30度，低压侧CT接成Y/Y，角度没有偏移。高压侧CT接成Y，CT二次侧比一次侧也即主变高压侧相位也前移了30度。这样就保证了高低压侧CT的二次电流同相位。高压侧CT 接成Y后，电流幅值增大了倍，在选择CT变比时，要考虑到这个因素，尽量让流入差动继电器的主变高低压侧电流相等。因为CT都是标准变比，通常不能保证高低压侧二次电流相等，对此一般采取在外回路加装电流变换器（可以理解为一个多变比抽头的小CT）或着对具有速饱和铁芯的差动继电器，调整它的平衡线圈的匝数。不过这两种方法，精度都不高。微机保护同传统保护相比，保护原理并没有太大的变化，主要是实现的方法和计算的精度有了很大提高。早期有些微机差动保护，可能是运算速度不够的缘故，相角归算还是采用外部CT接线来消除，如DSA早期某型号产品。而现在的微机差动保护，CT 都是采取 Y/Y 接线，相角归算由内部完成：通过电流矢量相减消除相角误差。主变差动为分相差动，对于Y11接线，同低压侧IAl 相比较运算的并不是高压侧Iah，而是Iah*=Iah- Ibh（矢量减），这样得到的线电流Iah*，角度左移30度，同低压侧Ial 同相位。对于Y-11接线，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：Iah*=Iah- Ibh、Ibh*=Ibh- Ich 、Ich*=Ich- Iah（都为矢量减）。对于Y1接线 ，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：Iah*=Iah- Ich；Ibh*=Ibh- Iah 、Ich*=Ich- Ibh（都为矢量减）。通过减超前相或滞后相电流的不同，从而实现相角滞后或前移30度。主变变比和CT变比造成的误差都是幅值上的差异，这方面的处理，对于微机保护而言，是非常容易的，输入量或相位归算后的中间量乘以相应的某个比例系数即可。当然这个系数对Y侧，还要考虑到内部矢量相减，同时造成的幅值增大了倍。
4总结
目前国内绝大部分厂商的微机差动保護，是以一侧为基准，一般为高压Y侧，把另一侧的电流值通过一个比例系数换算到基准侧。采取这种方法，装置定值和动作报告都是采用有名值，比如差动速断定值是18A等等。
参考文献
[1] 孙悦林.简易电器一次接线对主变差动保护的影响[Z].2009.
[2] 宋星洋.主变差动的保护原理[Z].2008.