变压器纵差保护的基本原理-文档资料

1、变压器纵差保护的基本原理前言：纵差保护是一切电气主设备的主保护，它灵敏度高、 选择性好， 在变压器保护上运用较为成功。 但是变压器纵差保护 一直存在励磁涌流难以鉴定的问题， 虽然已经有几种较为有效的 闭锁方案， 又因为超高压输电线路长度的增加、 静止无功补偿容 量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进、磁化特性的改善等因 素，变压器纵差保护的固有原理性矛盾更加突出。1 变压器纵差保护基本原理1.1 纵差保护在发电机上的应用比较简单，但是作为变压器 内部故障的主保护， 纵差保护将有许多特点和困难。 变压器具有 两个或更多个电压等级， 构成纵差保护所用电流互感器的额定参 数各不相同， 由此产生的纵差保护

2、不平衡电流将比发电机的大得 多，纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原 理构成的，根据KCL基本定理，当被保护设备无故障时恒有各流 入电流之和必等于各流出电流之和。1.2 当被保护设备内部本身发生故障时，短路点成为一个新 的端子，此时电流大于 0，但是实际上在外部发生短路时还存在 一个不平衡电流。事实上，外部发生短路故障时，因为外部短路 电流大， 非凡是暂态过程中含有非周期分量电流， 使电流互感器 的励磁电流急剧增大， 而呈饱和状态使得变压器两侧互感器的传 变特性很难保持一致， 而出现较大的不平衡电流。 因此采用带制 动特性的原理，外部短路电流越大，制动电流也越大，继电器能 够可

3、靠制动。1.3 由于纵差保护的构成原理是基于比较变压器各侧电流 的大小和相位， 受变压器各侧电流互感器以及诸多因素影响， 变 压器在正常运行和外部故障时，其动差保护回路中有不平衡电 流，使纵差保护处于不利的工作条件下。 为保证变压器纵差保护 的正确灵敏动作， 必须对其回路中的不平衡电流进行分析， 找出 产生的原因，采取措施予以消除。2纵差保护不平衡电流分析2.1 稳态情况下的不平衡电流 变压器在正常运行时纵差保护回路中不平衡电流主要是由 电流互感器、变压器接线方式及变压器带负荷调压引起。由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。 正常运行时 变压器各侧电流的大小是不相等的。 为了满足正常运行或

4、外部短 路时流入继电器差动回路的电流为零， 则应使高、 低压两侧流入 继电器的电流相等， 即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变 压器的变比。 但是， 实际上由于电流互感器的变比都是根据产品 目录选取的标准变比， 而变压器的变比是一定的， 因此上述条件 是不能得到满足的，因而会产生不平衡电流。由变压器两侧电流相位不同而产生。 变压器经常采用两侧电 流的相位相差 30°的接线方式。此时，假如两侧的电流互感器 仍采用通常的接线方式， 则二次电流由于相位不同， 也会在纵差保护回路产生不平衡电流。由变压器带负荷调整分接头产生。 在电力系统中， 经常采用 有载调压变压器， 在变压器带负荷运行时

5、利用改变变压器的分接 头位置来调整系统的运行电压。 改变变压器的分接头位置， 实际 上就是改变变压器的变化。 假如纵差保护已经按某一运行方式下 的变压器变比调整好， 则当变压器带负荷调压时， 其变比会改变， 此时，纵差保护就得重新进行调整才能满足要求， 但这在运行中 是不可能的。因此，变压器分接头位置的改变，就会在差动继电 器中产生不平衡电流， 它与电压调节范围有关， 也随一次电流的 增大而增大。2.2 暂态情况下的不平衡电流由变压器励磁涌流产生 变压器的励磁电流仅流经变压器接通电源的某一侧， 对差动 回路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电 流。因此，它必然给纵差保护的正确工

6、作带来不利影响。正常情 况下，变压器的励磁电流很小， 故纵差保护回路的不平衡电流也 很小。在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也将减小。 因此，在正常运行和外部短路时励磁电流对纵差保护的影响经常 可忽略不计。但是，在电压忽然增加的非凡情况下，比如变压器 在空载投入和外部故障切除后恢复供电的情况下， 则可能出现很 大的励磁电流， 这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称励 磁涌流。由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生 纵差保护是瞬动保护， 它是在一次系统短路暂态过程中发出 跳闸脉冲。 因此，必须考虑外部故障暂态过程的不平衡电流对它 的影响。 在变压器外部故障的暂态过程中， 一次系统的短路电

7、流 含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难变换到二次侧， 而主要成为互感器的励磁电流，从而使互感器的铁心更加饱和。3 变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法cn从上面的分析可知， 构成纵差保护时， 如不采取适当的措施， 流入差动继电器的不平衡电流将很大， 按躲开变压器外部故障时 出现的最大不平衡电流整定的纵差保护定值也将很大， 保护的灵 敏度会很低。 若再考虑励磁涌流的影响， 保护将无法工作。 因此， 如何克服不平衡电流， 并消除它对保护的影响， 提高保护的灵敏 度，就成为纵差保护的中心问题。由电流互感器变比产生的不平衡电流的克服方法 对于由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平 衡电

8、流可采用 2 种方法来克服：一是采用自耦变流器进行补偿。 通常在变压器一侧电流互感器装设自耦变流器，将LH输出端接到变流器的输入端， 当改变自耦变流器的变比时， 可以使变流器 的输出电流等于未装设变流器的 LH的二次电流，从而使流入差 动继电器的电流为零或接近为零。 二是利用中间变流器的平衡线 圈进行磁补偿。 通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线 圈，接入差动电流，另外还绕一个平衡线圈和一个二次线圈，接 入二次电流较小的一侧。 适当选择平衡线圈的匝数， 使平衡线圈 产生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势， 则在二次线圈里就 不会感应电势， 因而差动继电器中也没有电流流过。 采用这种方 法

9、时，按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数， 但实际上 平衡线圈只能按整数进行选择， 因此还会有一残余的不平衡电流 存在，这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流的克服方法： 对于由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流可以通过改变LH接线方式的方法来克服。对于变压器 Y形接线侧， 其LH采用形接线，而变压器形接线侧，其LH采用Y形接线， 则两侧LH二次侧输出电流相位刚好同相。但当LH采用上述连接 方式后，在LH接成形侧的差动一臂中，电流又增大了3倍，此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流， 就必须将该侧LH的变比扩大3倍，以减

10、小二次电流，使之与另 一侧的电流相等。由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生的不平衡电流 的克服方法：在变压器外部故障的暂态过程中， 使纵差保护产生不平衡电 流的主要原因是一次系统的短路电流所包含的非周期分量， 为消 除它对变压器纵差保护的影响， 广泛采用具有不同特性的差动继 电器。对于采用带速饱和变流器的差动继电器是克服暂态过程中 非周期分量影响的有效方法之一。 根据速饱和变流器的磁化曲线 可以看出，周期分量很轻易通过速饱和变流器变换到二次侧，而非周期分量不轻易通过速饱和变流器变换到二次侧。因此，当一次线圈中通过暂态不平衡电流时，它在二次侧感应的电势很小， 此时流入差动继电器的电流很小，差动继电器不会动作。另外，采用具有磁力制动特性的差动继电器。这种差动继电器是在速饱和变流器的基础上， 增加一组制动线圈，利用外部故 障时的短路电流来实现制动， 使继电器的起动电流随制动电流的 增加而增加，它能可靠地躲开变压器外部短路时的不平衡电流， 并提高变压器内部故障时的灵敏度。 因此，继电器的启动电流随 着制动电流的增大而增大。