继电保护新原理与新技术-新型变压器保护

继电保护新原理与新技术新型变压器保护变压器保护部份•变压器差动保护需要解决的主要问题•励磁涌流识别原理•工频变化量的比率差动保护•Y／△-11接线变压器电流相位补偿的新方法变压器差动保护需要解决的主要问题•变压器的励磁涌流将可能导致差动保护的误动。所以除差动电流速断保护外，其它的差动保护都要经励磁涌流判据闭锁。•而传统的励磁涌流闭锁三相差动保护的方法又将导致空投在故障变压器上时差动保护不能快速跳闸。变压器差动保护需要解决的主要问题•变压器有70%左右的故障是匝间短路，为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度比率制动特性中的起动电流往往整定得较小，例如整定成(0.3~0.5)倍的额定电流。而且初始部份没有制动特性。但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中有可能造成差动保护的误动。变压器差动保护需要解决的主要问题dIrIcdqdI无制动由于①起动电流整定成(0.3~0.5)倍的额定电流。②动作特性的初始部份无制动特性运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者二次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护的误动。cdqdI励磁涌流识别原理•谐波制动原理。利用差电流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保护的判据。当时分相闭锁差动保护。式中、分别取为0.15和0.2。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。133122IKIIKI或2K3K励磁涌流识别原理•波形判别原理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。tbSSSKS＋＋SSbKtS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miirmiiderdrddtdtdIIIIIIIIIIII11erermaxI2I3.075.0I2I6.025.1变压器的工频变化量的比率差动保护ΣΔI：为各支路工频变化量电流的向量和Σ|ΔI|：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。dthIdtI变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性0ΔIdΔIr0.750.2Ie2Ie0.6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。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高，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）工频频变化量差工频变化量差动常规差动稳态比率差动继电器•稳态比率差动元件由低值比率差动（灵敏）和高值比率差动（不灵敏）两个元件构成。为了减少在区外短路和区外短路切除时由于变压器各侧TA暂态和稳态特性不一致、TA饱和程度不一致而产生的误动，因此稳态低值比率差动装置采用初始带制动的比率制动特性。稳态低值比率差动元件的动作方程如下：稳态低值比率差动继电器miidmiirercdqdeeberderecdqdeerbdercdqdrdIIIIIIIIIKIIIIIIIIIIKIIIIII11112161.05.5675.065.01.05.05.02.0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TA饱和判据闭锁以防止在TA饱和时误动。Icdqd0.5Ie06IeIdIrKb10.750.2Icdsd变压器差动保护TA饱和判据由于TA的暂态、稳态饱和与变压器的励磁涌流有相类似之处，当短路电流中的暂态分量中有偏于时间轴一侧的直流分量，使得磁通对励磁电流变化的磁滞回线不与坐标原点对称，因此励磁电流的正负半周波形不对称即有一定分量的偶次谐波分量。而在稳态短路电流中无直流分量，故磁通对励磁电流变化的磁滞回线与坐标原点对称，因此励磁电流的正负半周波形对称此时偶次谐波分量较小但有一定的奇次谐波分量。因此，可以利用二次电流中的谐波含量来识别TA的暂态与稳态饱和。变压器差动保护TA饱和判据另外装置将浮动门槛技术运用到稳态比率差动的制动电流中。采取上述两个措施来保证在变压器发生区外故障中出现TA饱和、区外故障切除再恢复过程中差动各侧TA的暂态特性出现差异、变压器出现扰动性负荷（如钢厂负荷）时差动各侧TA的暂态与稳态特性出现差异等情况下，稳态低值比率差动保护不会误动作。稳态高值比率差动继电器和差动电流速断为了保证区内故障的快速切除，以及区内短路TA饱和时差动保护也能切除故障。只有低值比率差动元件（灵敏）带有TA饱和判据，高值比率差动元件（不灵敏）不设TA饱和判据。用较高的制动系数及浮动门槛抗TA饱和。另外针对变压器区内的严重故障，装置还设有动作快速的差动速断元件。稳态高值比率差动继电器ereerdIIIIII6.12.16.16.0动作方程动作特性1.2Ie1.6Ie0IdIr0.6Icdsd变压器区外故障并伴随TA饱和采用了TA饱和判据没有采用TA饱和判据变压器区内故障并伴随TA饱和RCS-978零序比率差动和分侧比率差动继电器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。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。100II零序比率差动继电器cwdcworcdqdnrbdnrcdqddIIIIIIIIIIIKIIIII002010002010000000},,max{5.05.0I0cdqd0.5In0I0dI0rK0bl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）实例电流相位补偿的新方法•目前国内外对Y/△-11接线变压器相位补偿方法都是采用Y△的补偿方法。其原理是Y/△-11接线变压器由于△侧接线作了一个顺相序的两相电流相减导致两侧电流产生相位差。因此设法把Y侧电流也作一个顺相序的两相电流之差，就可实现相位补偿。在模拟型保护中是将Y侧TA接成△接线实现电流相减的。而在微机保护中是在软件中实现电流相减。电流相位补偿新方法•上述这种补偿方法实际上在Y和△两侧都做了个两相电流差的计算。这样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。•为解决上述问题采用由△→Y电流相位补偿的新方法。这种方法是国内外首创。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。为求得零序电流的平衡，将Y侧电流减去零序电流。△侧Y侧3/)(3/)(3/)(△△△△△△△△△bcCabBcaAIIIIIIIIIYYcYCYYbYBYYaYAIIIIIIIII000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。空投变压器于匝间故障(B相2.5%匝间故障)Δ-YY-Δ谢谢！