变压器差动保护新旧原理的比较

资源类型:pdf 资源大小:454.00KB 文档分类:工业技术 上传者:亓建国

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【作者】 黄伟 

【关键词】变压器差动保护 励磁涌流 正序有功功率差动保护 

【出版日期】2005-04-25

【摘要】通过对变压器差动保护传统原理的比较与分析,说明这种新的正序有功功率差动保护的优点和缺点。

【刊名】湖南电力

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0 前 言  电力变压器的可靠性直接关系到整个系统的安全运行 ,因此对它的保护要求很高。变压器的主保护是差动保护 ,它是按比较各侧电流大小和相位而构成的一种保护 ,这种保护在变压器内部故障时动作 ,而变压器正常运行和外部故障时不动作。但随着电力系统规模的扩大 ,电压等级的提高 ,传统的保护原理很难满足保护的要求。同时 ,随着人们对电力系统的研究和认识的不断加深 ,及新知识的运用 ,这些都促使了新的保护原理的不断出现。文中分别介绍了传统的差动保护的原理和近来人们提出的正序有功功率差动保护原理 ,在此基础上通过分析和比较 ,总结出 2种保护原理的优缺点 ,并提出了一些实现新、旧原理优势互补的建议。1 变压器差动保护的原理  变压器差动保护是变压器电量保护中的主保护 ,其原理接线如图 1所示。当变压器内部故障时 ,就会有差动电流流过差动回路 ,变压器在正常运行或外部故障时 ,当差动回路流过的不平衡电流超过差动保护值时 ,这时继电器动作 ,跳开变压器各电源侧的断路器。导致继电器的误动作 ,造成差动回路中不平衡电流的因素主要有 :a.由变压器励磁涌流 Ily所产生的不平衡电流 ;b.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 ;c.由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 ;d.由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流。a.双绕组变压器正常运行时  b.三绕组变压器区内故障时图 1 比率制动差动保护原理  为了躲开差动回路中的不平衡电流 ,差动保护启动电流的整定原则为 :a.为了防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作 ,保护装置的启动电流应大于变压器的最大负荷电流 If.max。当负荷电流不能确定时 ,可采用变压器的额定电流 Ie.B,引入可靠系数 Kk,则保护装置的启动电流为 :Idz =Kk If.max 。b.躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流 ,此时继电器的启动电流应为 Idz.j=Kk Ibp.max,其中 Ibp.max 为保护外部短路时的最大不平衡电流。c.上述原则考虑的变压器差动保护的启动电流 ,都必须能够躲开变压器励磁涌流的影响。当变压器差动保护采用波形鉴别或二次谐波制动的原理构成时 ,它本身就具有躲开励磁涌流的性能 ,一般无需另作考虑。而当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时 ,虽然可以利用励磁涌流中的非周期分量使铁芯饱和 ,来避免励磁涌流的影响 ,但根据运行经验 ,差动继电器的启动电流仍需整定为 Idz.j ≥1 .3Ie B/ nl,才能躲开励磁涌流的影响。对于各种原理的差动保护 ,其躲开励磁涌流影响的性能 ,最后还应经过现场的空载合闸试验加以检验。2 变压器励磁涌流制动原理2 .1 变压器励磁涌流数学模型王祖光、王维俭等人研究的变压器励磁涌流的近似表达式如下 :当Φ >Φs 时 ,i =(Φ -Φs) /L =Um〔cosα -cos(ωt+α) - ( Bs- Br) Bm〕/χ≥ 0当Φ <Φs时 ,i =0。涌流中的间断角及谐波分量大小由非周期分量中 cosα及饱和磁通 Bs与剩磁 Br决定。其波形如图2所示。图 2 单相变压器涌流波形  由数学模型及录波可知典型涌流波形为偏向一边的具有较大间断角的半波波形。无论是间断角原理还是谐波制动原理的变压器保护均以图 2为依据。随着微机保护的发展 ,为了更准确方便地识别涌流波形 ,孙志杰等人根据差电流导数的前半波和后半波作对称比较以识别励磁涌流和故障电流。2 .2 对称涌流及其对差动保护的影响对于 Y/△接线的变压器 ,由于差电流反映两相电流之差 ,即无论高压侧还是低压侧其流入差回路的电流均为变压器单相线圈电流之差。在 Y/△接线的变压器空投时 ,其差电流就是 Y侧两相电流差。董洁等人经过大量的动模实际录波亦的确捕捉到了对称涌流 ,如图 3所示。该研究认为若不对对称涌流进行适当认真的处理 ,基于单相变压器涌流波形分析的谐波制动原理以及间断角原理的主变保护将在对称涌流情况下有发生误动的可能。图 3亦证明了在对称涌流情况下可能出现较小的间断角 ,且间断角难以整定 ,以致引起误动。另外间断角原理的涌流制动方法还应考虑图 3中 b相电流由于 CT暂态过程引起的间断角消失 ,以致引起涌流误动。通常采用一阶导数加门坎的方法恢复或扩大涌流间断角 ,此种方法对单相变压器涌流适合 ,但对由△接线引起的对称涌流 (如图 3中 c相 )并不适合。三相变压器涌流经△接线后二次谐波的含量亦有可能出现 1相小于 5 %的情况 ,这使得谐波制动原理的变压器差动保护无法整定或引起误动。图 3 三相变压器涌流2 .3 变压器励磁涌流判别原理变压器在励磁涌流时 ,由于励磁电流主要成分分为无功电流 ,所以变压器的有功消耗在除去负载损耗后仍然是很小的。电力变压器在故障情况下的有功损耗因故障类型而有所不同 ,当油箱内发生短路故障时 ,短路点的弧光放电会消耗大量的能量 ,这就造成了变压器消耗的有功功率急剧上升 ,且随着故障的进一步发展有逐渐增大的趋势 ;而当故障发生在保护区外时 ,变压器的有功消耗虽然会因有大量的穿越功率流经绕组而有所增加 ,但其增量主要表现为负载损耗的增加 ,而且在外部故障切除后 ,总的损耗又返回到正常的范围内。实际变压器故障时 ,三相的电气量是不对称的 ,孙鸣等人研究利用对称分量法来解决。该研究认为在对称分量法的 3个序网中 ,只有正序网中含有电源 ,与正常运行时的等效电路状态基本一致。下面是正序有功差动保护原理的动作方程式W( 1) =‖ P1( 1) + P2 ( 1) + P3 ( 1) | -β21( 1) VP1 N -β22 ( 1) VP2 N -β23 ( 1) VP3N| >ε(下转第 5 3页上接第 48页 )式中 ,W( 1) 为正序有功差额 ,P1( 1) ,P2 ( 1) ,P3 ( 1) 为从变压器高、中、低侧流入的正序有功功率 ,β1( 1) ,β2 ( 1) ,β3 ( 1) 为变压器高、中、低压侧的正序负载系数 ,β1( 1) =I1( 1) /I1N,β2 ( 1) =I2 ( 1) /I2 N,β3 ( 1) =I3 ( 1) /I3 N,I1( 1) ,I2 ( 1) ,I3 ( 1) 为变压器 3侧测得的电压算出的各侧正序电流 ,I1N,I2 N,I3 N 为变压器 3侧各侧额定电流 ,△ P1N,△ P2 N,△ P3 N 为变压器高、中、低压侧额定工况下的短路损耗。3 正序有功功率差动保护原理与传统差动保护的比较  正序有功功率差动保护原理经仿真证明了正序功率差动保护不仅能区别空载合闸和故障排除后电压恢复过程中的励磁涌流与故障电流的不同 ,而且对于保护区内的对称和非对称故障也能正确动作。同时单一的正序功率差动保护也存在着一些不足 ,如变压器端口三相短路可能出现动作不确定性 ,以及内部匝间短路故障灵敏度不高等缺陷。而传统富的运行经验 ,其有效性已得到实践的充分检验 ,但其在判别励磁涌流方面存在不足。如果这 2种保护原理有机结合起来 ,可能会实现较为理想的动作行为。实现的方法是采用正序有功功率差动保护作为励磁涌流的判据 ,在励磁涌流情况下将保护闭锁。在故障情况下 ,由比例制动差流保护作为动作判据 ,判断是内部故障还是外部故障 ,内部故障情况下产生跳闸信号。保护装置在正常运行状态时执行主程序的人机对话、巡检、通信等工作 ,在检测到差流或相电流突变时启动故障处理程序。在外部故障时 ,满足差动比例制动条件 ,由比例制动差流保护闭锁保护出口。在励磁涌流时 ,满足励磁涌流判据 ,由正序有功功率差动保护闭锁保护出口。在内部故障时 ,保护出口动作 ,断开电源。4 结 语  由于变压器励磁绕组的非线性电气特性 ,使得对变压器励磁涌流和内部故障电流的区别成了变压器保护研究的一个难点 ,也成了提高变压器差动保护动作成功率的关键。传统的励磁涌流判据采用单一的电流量或电压量作为励磁涌流判据 ,含有的信息量少 ,必然存在一定的局限。多年来对变压器保护的研究着重于如何在励磁涌流情况下将电流差动闭锁 ,例如波形对称原理、小波变换原理、电压制动原理等等。而正序功率差动保护由于同时采用电压量和电流量作为励磁涌流的判据 ,含有更多的信息 ,所以能更好反映变压器的工作状态 ,将此判据和运行比较成熟的比率制动电流差动保护判据相结合构成变压器主保护 ,可以预见能够显著地提高保护动作的正确率。变压器差动保护新旧原理的比较@黄伟$广东中山电力设计院!广东中山528403变压器差动保护;;励磁涌流;;正序有功功率差动保护通过对变压器差动保护传统原理的比较与分析,说明这种新的正序有功功率差动保护的优点和缺点。〔1〕贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理〔M〕北京:中国电力出版社,1991. 〔2〕王祖光.间断角原理的变压器差动保护〔J〕.电力系统自动化,1979,3(1). 〔3〕梁俊涛.基于正序有功功率的变压器纵差保护的研究〔M〕.合肥:合肥工业大学,2002. 〔4〕王维俭,侯炳蕴.大型机组继电保护理论基础〔M〕.第2版.北京:水利电力出版社,1989. 〔5〕孙志杰,陈云仑.波形对称原理的变压器差动保护〔J〕.电力系统自动化,1996,20(4). 〔6〕孙鸣,江海峰,丁明〔J〕.变压器差动保护的新原理研究.煤炭学报,2003,28(3):311~315.

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