Sepam-T87-变压器差动保护原理与整定

2007年PAE应用方案文集监控与保护-1-SepamT87变压器差动保护原理与整定柯三兵（电力监控与补偿滤波产品应用工程师/北京/13601249723）摘要：本文叙述了T87变压器差动保护动作原理，与国内外采用其它曲线的差动保护的动作特性进行了比较，并对T87保护中的差动保护主要定值进行了整定计算。0前言T87变压器微机差动保护继电器是Schneider公司最新型的80系列双绕组变压器微机差动保护装置,可以对变压器进行差动保护、过电流保护、零序接地保护及过欠电压保护。该保护装置建立在公共平台上，其通用的用户界面、硬件采用的模块化设计、可组合的输入/输出(I/O)结构和快速的网络能力，适用于电站综合自动化。它综合了原2000系列保护的先进原理、技术和成熟的运行经验，在硬件结构、保护原理、通讯及辅助功能等方面做了较大改进，保护功能更加完善，具有灵活性强，可扩展、升级等突出特点。原边绕组1副边绕组2图1：T87差动保护TA接线图2：差动保护原理图2007年PAE应用方案文集监控与保护-2-定义：原边绕组1：相电流：I1,I2,I3额定电流：In1测量电压：V1,V2,V2orU21,U32额定电压：Un1TA额定一次电流:In副边绕组2:相电流:I'1,I'2,I'3额定电流:In2额定电压:Un2TA额定一次电流:In'接线组别：原副边电流的相角偏移S：变压器额定容量1变压器比率差动保护原理变压器差动保护由双斜率比例差动保护和差动速断保护组成，作为变压器内部故障的主保护，主要反映变压器油箱内部、套管和引出线的相间和接地短路故障，以及绕组的匝间短路故障。T87变压器差动保护继电器最基本的保护由谐波制动的双斜率二拐点比例差动保护和差动速断保护组成。保护原理与国内主流差动保护装置除在特性曲线上存在较大的差别外，还有一些自己的特点：差动电流取两侧电流的向量和，制动电流取两侧电流的最大值；还采用新的涌流与TA饱和的制动方法；为了防止变压器过激磁时保护误动，设置了五次谐波制动。除了这些传统的制动方法外,该保护还采用了最先进的神经网络及自适应制动技术。1.1比率差动保护的特性曲线从变压器保护原理可知，由于外部故障时变压器差动保护有较大的不平衡电流，保护装置容易误动；同时流出电流对变压器小匝数匝间短路时的保护灵敏度也有影响。采用比率制动的差动保护，既能在外部短路时有可靠的制动作用，又能在内部短路时有较高的灵敏度。1.2单斜率特性曲线国内传统保护装置的动作特性通常是单斜率特性曲线，对于变压器差动保护，既要考虑由于各种因素产生的不平衡电流，又要求能反映具有流出电流的小匝数内部故障。In2Un23In1Un13S2007年PAE应用方案文集监控与保护-3-在选择斜率时应充分考虑TA的饱和特性，使其在发生区外故障有较大的穿越电流时保护装置不误动。根据这个原则整定的曲线，如果发生区内轻微故障，保护装置的灵敏度很低，不能快速反应，甚至造成保护拒动；只有发展为严重故障后，保护才能动作。由上述分析可知，当外部短路电流较小时，TA的幅值误差还较小，允许选取较小的制动系数。当变压器发生较小的匝间断路时，制动电流中具有穿越性负荷电流，其值不会很大，为了提高内部短路有流出电流时的灵敏度，采用三折线的比率制动特性。第二斜率选择较大值，以确保外部短路电流很大时，保护不误动。其动作特性更符合TA的饱和特性，这样既可以使发生区内轻微故障时，保护装置有较高的灵敏度，也可以使其在发生区外故障有较大的穿越电流时保护装置不误动。但是，这种动作曲线在拐点附近曲线上部的区域是一个误动区。1.3双斜率两拐点特性的曲线Schneider公司的T87保护及其他国外保护中一般采用双斜率两拐点特性的曲线，其动作特性如图1所示。在拐点2上由第1斜率变为第2斜率。第1斜率的设定主要是考虑区内故障时动作的灵敏性，第1斜率应大于非周期分量引起的TA误差产生的不平衡电流，拐点需大于变压器最大的（正常）运行电流值，该值介于变压器强冷下的最大额定电流和最大非常情况过负荷电流之间，第2斜率段可以防止严重穿越性故障产生大差动电流使TA饱和时装置误动,在较大的穿越电流时铁心容易饱和。图3：T87差动保护曲线图中：Id：差动电流It：制动电流Iop.min：低值启动电流设定值,取0.3~1In1。Id/It：第一段制动直线斜率，取15%~50%。Id/It2：第二段制动直线斜率,取50%~100%。013450123跳闸动作区Iop.minId/It设定Id/It2设定18It/In1Id/In1Id/It2max(100%)Id/It2min(50%)Id/Itmax(50%)Id/Itmin(15%)Idsmin(30%)Idsmax(100%)拐点1拐点22007年PAE应用方案文集监控与保护-4-其计算公式如下:其中，绕组1计算的匹配电流（去除零序电流，以免外部区域接地时保护误动）：绕组2计算的匹配电流(去除零序电流)：与接线组别有关对于常见的Dyn11双绕组变压器：11点接线方式。1.4T87差动保护逻辑框图'3J3Jabs3Id'2J2Jabs2Id'1J1Jabs1Id'3Jabs,3Jabsmax3It'2Jabs,2Jabsmax2It'1Jabs,1Jabsmax1It/In1i3i2i131i3J3/In1i3i2i131i2J2/In1i3i2i131i1J1/In23i3'i2'i1'i3'J3'/In23i3'i2'i1'i2'J2'/In23i3'i2'i1'i1'J1'接线组别11In23i2'i3'J3'In23i1'i2'J2'In23i3'i1'J1'接线组别02007年PAE应用方案文集监控与保护-5-三相任一相差动电流大于设定值，即动作于跳开变压器两侧开关。2差动保护的制动T87设计了非常合理和全面的制动，对于比例差动适用，高定值差动速断则不受制动条件的限制。对二次及五次谐波制动有常规制动方式或自适应制动两种方式可选(只能选一)。2.1常规二次谐波制动为了防止变压器上电时励磁涌流或外部故障引起电流互感器饱和而引起差动保护误动，针对故障特点设计的二次谐波制动功能，正常运行时，二次谐波分量很小。二次谐波制动的判据(采用常规保护避开涌流技术比较困难)：Icd2K2×Icd式中，Icd——差动电流的基波分量Icd2——差动电流中的二次谐波分量K2——二次谐波制定系数二次谐波制定系数设定范围:5%--40%，一般取0.15。比率差动传统或自适应制动&相1幅值调整相位调整相2相31CT断线监视I11涌流抑制涌流抑制P87T_1_118&高值设定点Id1Idmax相111接线组别=0Un1In1=Un2In2测试模式P87T_1_41CT断线P87T_1_39跳闸输出P87T_1_3高设定值动作P87T_1_33比例差动动作P87T_1_34I2I3I'1I'2I'3I1I2I3I'1I'2I'3I1I2I3I'1I'2I'3测试模式(sft2841)相2相32007年PAE应用方案文集监控与保护-6-若变压器上电时的二次谐波分量15%，可采用下面的变压器上电闭锁。三相联锁：on/off，设定为on(单相动作，则三相都动作)。2.2常规五次谐波制动为了防止变压器过励磁引起差动保护误动而设计。五次谐波制动的判据如下(采用常规保护避开涌流技术比较困难)：Icd5K5×Icd式中，Icd——差动电流的基波分量Icd5——差动电流中的5次谐波分量K5——5次谐波制定系数五次谐波制定系数设定范围:5%--40%，一般取0.25。三相联锁：on/off，设定为off(单相动作,则只闭锁该相差动)。2.3自适应制动自适应制动适应于变压器涌流小于8培In时的制动，这种制动方式为施耐德公司独有，采用最先进的人工神经网络算法，通过分析2次与5次谐波的比率及差动电流与穿越电流，确保在变压器合闸,变压器过励磁，及各种外部故障引起CT饱和等异常情况下，差动保护闭锁.保护内部已记忆了各种故障数据，并能自学习新的故障，能智能判断各种故障情景，并调整内部闭锁参数。它有四个输入，内部的各种门槛值，出厂时均己设定，可不用设定差动速断及比率制动保护二段斜率，能优化各种配置，保证各种故障下的敏感性与保护的稳定性。图4：自适应制动的框图Idh2Idh1Idh5Idh1Ith12007年PAE应用方案文集监控与保护-7-从上图可看出如果二次谐波的比率增加，则差动保护启动电流也抬高，这样就能保证在变压器上电或CT饱和时，差动保护的稳定性。从上图,可看出如果五次谐波的比率增加，则差动保护动作电流也会抬高，这样就能保证在变压器过励磁时，差动保护的稳定性。2.4差动CT断线闭锁差动CT断线时，闭锁差动保护，它不同于普通后备保护的CT断线闭锁，有自己的算法，下图为原理图：H502468101202468101214It/InId/In0%20%30%图6：五次谐波变化与Id/It的关系H20246810121402468101214It/InId/InH2=0%H2=15%H2=20%H2=25%图5：二次谐波变化与Id/It的关系2007年PAE应用方案文集监控与保护-8-判据:1比率差动动作2原边存在剩余电流3非故障相正序电流故障相正序电流4故障相瞬时电流=0延时：0.2s(固定)2.5涌流闭锁只有当励磁涌流的二次谐波比例小于15%时，才激活该闭锁(常规或自适应)，原理图如下：Isinrush设定范围：1%~10%In，Isinrush空载电流3差动保护的整定计算原理3.1最小动作电流Iop.min依据DL/T684-1999《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》（《导则》）5.1.3.3，最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，即式中，Kre——可靠系数，一般取1.3～1.5，此处取1.5；Ker——TA比误差，选用的TA为5P级，取0.01×2；(I1,I2,I3)采样(I’1,I’2,I’3)采样I(1),I’(1)I(o),I’(o)CT断线检测闭锁比率差动0T图7：CT断线闭锁原理框图涌流闭锁连锁max(It1,It2,It3)IsinrushIt1,It2,It310T闭锁2007年PAE应用方案文集监控与保护-9-Δμ——变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值。取2×2.5%=0.05；Δm——TA变比未匹配产生的误差，由于用软件平衡，取0。在工程实用整定计算中可选取Iop.min=（0.2～0.5）Ie/nTA。一般工程宜采用≥0.3Ie/nTA，因此取最小启动电流为0.3倍变压器额定电流。3.2比率制动保护I段斜率1I段是针对较小内部故障电流(如匝间断路电流)而设,但国内保护没有这段.斜率1应大于非周期分量引起的TA误差产生的不平衡电流。式中，Kap——非周期分量系数，两侧同为P级TA取1.5～2.0，取2.0；Kcc——同型系数，Kcc=1.0；Ker——比误差，取0.1。又依据《导则》，制动电流小于0.8～1.0倍额定电流时，差动保护不必具有制动特性。因此取斜率1为30%时，拐点1为1.0。3.3比率制动保护II段斜率2斜率2应大于最严重外部故障（即一侧TA饱和，另一侧未饱和）情况下产生的斜率，此值可高达95%～98%,可依据《导则》5.1.3.3的第2种整定方法：考虑与斜率1配合，斜率2取60%。ABB公司定为1。西门子公司定为0.5~0.7。拐点2的确定:拐点2是第II段的起点，国内称拐点电流，一般而言对单功率方向的变压器，其适当的设定值为X轴上2~2.5处，是用来确定变压器通过大负荷电流时，因各种误差而引起的差动电流。3.4差动速断保护为了提高内部严重故障时保护动作的可靠性和动作速度，差动速断保护不受各闭锁条件的限制，而是