主变保护基本原理

1、2022-3-16主变保护基本原理主讲：江卫良主讲：江卫良深圳南瑞科技有限公司深圳南瑞科技有限公司2022-3-16变压器保护基本原理1提纲o变压器保护概述变压器保护概述o常规差动保护基本理论常规差动保护基本理论o纵差保护（比率差动、差动速断、采纵差保护（比率差动、差动速断、采样值差动）原理样值差动）原理o零序、分侧（或分相）差动保护原理零序、分侧（或分相）差动保护原理2022-3-16变压器保护基本原理2变压器保护概述o 电力变压器的分类电力变压器的分类n 按接线形式分：普通变和自耦变按接线形式分：普通变和自耦变 （三相、分相）（三相、分相）n 按绕组数分：三卷变和两卷变按绕组数分：三卷变和

2、两卷变 n 按用途分：升压变、降压变和系统联络变按用途分：升压变、降压变和系统联络变 o 电力变压器的结构电力变压器的结构n 铁芯、绕组、外壳、油箱、油、套管、引线、冷却器铁芯、绕组、外壳、油箱、油、套管、引线、冷却器n 有载调压有载调压 o 变压器的绕组接线图（普通变、自耦变）变压器的绕组接线图（普通变、自耦变）2022-3-16变压器保护基本原理3变压器保护概述o 变压器的常见故障变压器的常见故障n 油箱内：相间短路、接地短路、匝间短路等油箱内：相间短路、接地短路、匝间短路等n 油箱外：套管和引出线上发生相间短路和接地短路油箱外：套管和引出线上发生相间短路和接地短路 o 变压器的不正常运行

3、状态变压器的不正常运行状态n 外部相间短路引起的过电流外部相间短路引起的过电流n 外部接地短路引起的过电流和中性点过电压外部接地短路引起的过电流和中性点过电压n 由于负荷超载引起的过负荷由于负荷超载引起的过负荷n 由于漏油等原因引起的油面下降由于漏油等原因引起的油面下降2022-3-16变压器保护基本原理4差动保护基本原理o 常规差动保护理论基础常规差动保护理论基础n基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 :对于任一集中参数电路中的任一闭合面，在任对于任一集中参数电路中的任一闭合面，在任一时刻，通过该闭合面的所有支路电流的代数和等于零。一时刻，通过该闭合面的所有支路电流的代数和等于零。 n关键词关键

4、词:集中参数电路集中参数电路,闭合面闭合面,同一时刻同一时刻,所有支路所有支路,代数和代数和集中参数电路I1I2.In01）（tInii2022-3-16变压器保护基本原理5差动保护基本原理o 常规差流的计算常规差流的计算n 正常情况下正常情况下,差流为零差流为零;故障情况下故障情况下,形成新的电流支路形成新的电流支路,平衡关系被打破，产生差流平衡关系被打破，产生差流n 不考虑不考虑TA传变误差和传变误差和TA饱和饱和,不需要制动不需要制动n 实际应用中实际应用中,需要考虑需要考虑TA传变误差、传变误差、TA饱和等因素的饱和等因素的影响影响, 使用带比率制动的差动保护使用带比率制动的差动保护n

5、iiIId12022-3-16变压器保护基本原理6差动保护基本原理o 差动保护的应用差动保护的应用n 发电机完全纵差、母线差动是基于基尔霍夫电发电机完全纵差、母线差动是基于基尔霍夫电流定律流定律的的n 不考虑分布电容的情况下，线路差动是基于霍不考虑分布电容的情况下，线路差动是基于霍夫电流定律的，但是长线路具有分布参数，不夫电流定律的，但是长线路具有分布参数，不能忽略分布电容的影响，要进行补偿能忽略分布电容的影响，要进行补偿n 变压器纵差不是基于基尔霍夫电流定律变压器纵差不是基于基尔霍夫电流定律的的n 差动保护反映的是电流的平衡关系差动保护反映的是电流的平衡关系2022-3-16变压器保护基本原

6、理7差动保护基本原理o 变压器纵差基本原理变压器纵差基本原理（包括：比率差动、差动速断、（包括：比率差动、差动速断、采样值差动）采样值差动）n基于变压器原理基于变压器原理 理想变压器：理想变压器：U1*I1=U2*I2 即：即：I1*n+I2=0 n为一次和二次绕组匝数比为一次和二次绕组匝数比n反应的是能量的平衡反应的是能量的平衡n平衡系数和匝数比、平衡系数和匝数比、TA变比有变比有关关2022-3-16变压器保护基本原理8变压器差动保护o 变压器零序差动基变压器零序差动基本原理本原理n 基于基尔霍夫电流定律基于基尔霍夫电流定律n 主要用于自耦变主要用于自耦变n 平衡系数只与平衡系数只与TA变

7、比有变比有关关o 变压器分侧差动基变压器分侧差动基本原理本原理2022-3-16变压器保护基本原理9变压器差动保护o变压器纵差保护的特点变压器纵差保护的特点n 励磁涌流励磁涌流n Y/转换转换n 各侧平衡系数的调节各侧平衡系数的调节n 有载调压引起的不平衡电流有载调压引起的不平衡电流n 可反映相间、接地、匝间短路故障可反映相间、接地、匝间短路故障2022-3-16变压器保护基本原理10变压器差动保护o变压器零序、分侧差动保护的特点变压器零序、分侧差动保护的特点n 不怕励磁涌流不怕励磁涌流n 不需不需Y/转换转换n 各侧平衡系数只与各侧平衡系数只与TA变比有关，与电压等级无关变比有关，与电压等级

8、无关n 有载调压不会引起不平衡电流有载调压不会引起不平衡电流n 零差：可反映单相接地短路，不反映相间短路零差：可反映单相接地短路，不反映相间短路n 分侧差动：可反映相间、接地短路，不反映匝间短路分侧差动：可反映相间、接地短路，不反映匝间短路2022-3-16变压器保护基本原理11变压器差动保护oY-转换原理转换原理n 为什么要进行为什么要进行Y-转换转换n Y- 和和 - Y的区别的区别t 对涌流制动特性的影响对涌流制动特性的影响t 消除零序电流消除零序电流n PRS-778采用采用Y- 转转换换2022-3-16变压器保护基本原理12变压器差动保护oY/-11转换示例转换示例n 矢量图矢量图

9、n 差流计算差流计算（已乘了平衡系数）（已乘了平衡系数）Ida=（Iha-Ihb）+IlaIdb=（Ihb-Ihc）+IlbIdc=（Ihc-Iha）+Ilcn注意：差流放大了注意：差流放大了 倍倍n差流、制动电流定值都要相应放差流、制动电流定值都要相应放大大 倍倍IhaIhbIhcIlaIlbIlcIha-IhbIhb-Ihc30Ihc-Iha332022-3-16变压器保护基本原理13变压器差动保护o 各侧平衡系数计算示例各侧平衡系数计算示例n和电压等级成正比，和和电压等级成正比，和TA变比成正比变比成正比n和二次额定电流成反比和二次额定电流成反比n和变压器容量无关和变压器容量无关n由于采

10、用由于采用Y-转换，转换， 侧要放侧要放大大 倍倍n以高压侧为基准，其他侧平衡系数计算公式：以高压侧为基准，其他侧平衡系数计算公式：n例如：某变压器例如：某变压器/ -12-12-11接线，高、中、低压侧额接线，高、中、低压侧额定电压定电压220kV、110kV、10kV，TA变比：变比：600/1、1000/1、2000/1，则高、中、低压侧平衡系数分别为：，则高、中、低压侧平衡系数分别为： 1、0.833、0.262331,*1122或KKUKUKIIKKTAHnHTAinininHphi2022-3-16变压器保护基本原理14变压器差动保护o差动速断保护差动速断保护n 在纵差保护区内发生

11、严重故障时，快速切除故障在纵差保护区内发生严重故障时，快速切除故障n 不经励磁涌流闭锁，靠定值躲不经励磁涌流闭锁，靠定值躲n 不经不经TA断线闭锁断线闭锁n 区外故障区外故障TA严重饱和时，经严重饱和时，经TA饱和闭锁饱和闭锁2022-3-16变压器保护基本原理15变压器差动保护o 比率差动保护比率差动保护n经励磁涌流闭锁：二次谐波、波形识别经励磁涌流闭锁：二次谐波、波形识别n经经TA断线闭锁，可选择：断线闭锁，可选择：t闭锁闭锁t不闭锁不闭锁t小电流闭锁，大电流不闭锁小电流闭锁，大电流不闭锁n区外故障区外故障TA轻微饱和，可利用比率制动特性制动轻微饱和，可利用比率制动特性制动n区外故障区外故

12、障TA严重饱和时，设专门的严重饱和时，设专门的TA饱和闭锁元件：利用制动电饱和闭锁元件：利用制动电流与差动电流表现的时序一致性来判别是否饱和流与差动电流表现的时序一致性来判别是否饱和 t故障：差流和制动电流突变量同时出现故障：差流和制动电流突变量同时出现tTA饱和：先出现制动电流突变量，几毫秒后出现差流饱和：先出现制动电流突变量，几毫秒后出现差流2022-3-16变压器保护基本原理16变压器比率差动保护o动作特性曲线动作特性曲线2022-3-16变压器保护基本原理17变压器比率差动保护o励磁涌流特征励磁涌流特征n 尖脉冲，偏向时间轴一侧，不对称尖脉冲，偏向时间轴一侧，不对称n 波形不连续，有间

13、断角波形不连续，有间断角n 含有丰富的谐波分量含有丰富的谐波分量2022-3-16变压器保护基本原理18比率差动保护o 励磁涌流制动原理一励磁涌流制动原理一:二次谐波复合制动二次谐波复合制动n 对对 / 接线变压器，差流反映接线变压器，差流反映 形接线侧两相电流相量形接线侧两相电流相量差差,故当差流二次谐波未能制动时，可进一步用两个相故当差流二次谐波未能制动时，可进一步用两个相电流中的二次谐波进行制动，这就大大提高了涌流制动电流中的二次谐波进行制动，这就大大提高了涌流制动的可靠性。的可靠性。 n 采用涌流复合制动逻辑：在变压器无故障时采用采用涌流复合制动逻辑：在变压器无故障时采用“或或”逻辑制

14、动方式可靠地避开涌流，空投于故障变压器时自逻辑制动方式可靠地避开涌流，空投于故障变压器时自动转换为分相制动方式。动转换为分相制动方式。 n 二次谐波定值、波形不对称定值越小躲励磁涌二次谐波定值、波形不对称定值越小躲励磁涌流能力越强，保护越不容易动作流能力越强，保护越不容易动作 2022-3-16变压器保护基本原理19比率差动保护o 励磁涌流制动原理二：波形识别励磁涌流制动原理二：波形识别n故障时，有如下表达式成立：故障时，有如下表达式成立：o （4-3）o式中：式中： 为为 的半波积分值，的半波积分值， 为为 的半波积分值；的半波积分值； o为波形不对称系数。为波形不对称系数。 为差流导数前半

15、波某一点的数值，为差流导数前半波某一点的数值， o为差流导数后半波对应点的数值。为差流导数后半波对应点的数值。o一般整定为一般整定为0.10.2之间，一般推荐取之间，一般推荐取0.12。 n波形不对称定值波形不对称定值Kb越小躲励磁涌流能力越强，保护越不容易动作越小躲励磁涌流能力越强，保护越不容易动作 SKSb*S2TiiIIS2TiiIIbkiI2TiI2022-3-16变压器保护基本原理20采样值差动保护o采样值差动采样值差动n 采样值与稳态量的区别：采样值与稳态量的区别：采样值差动是微机保护特有的一种差动保护。它将传统的相量转变为各采样点（瞬时值）的比率差动，并依靠多点重复判断来保证可靠性。n 理论基础与常规差动相同理论基础与常规差动相同n R取取S规则规则n 模糊区模糊区IrId2022-3-16变压器保护基本原理21采样值差动保护o 采样值差动本身具备识别励磁涌流和外部故障TA饱和的能力，不需要另外附加励磁涌流闭锁判据。o 其数据窗小于一个周波，故可快速切除绝大多数非轻微的变压器相间及接地故障。o 它的设置主要是为一般的非轻微变压器内部故障提供一个“速动段”，有助于消除二