差动保护-1课件

变压器差动保护原理变压器差动保护原理基本原理:基尔霍夫电流定律I1I2I3I4I1+I2+I3+I4=0

∑I=0差动保护基础：

定义：

电流流入节点(保护对象)，方向为正电流流出节点(保护对象)，

方向为负保护对象：

线路，变压器，发电机/电动机，母线

基本原理:基尔霍夫电流定律I1I2I3I4I1+I2基本原理：

比较电流IF∆IIDiff=│I1+I2│

IP1IS1IS2IP2外部故障或负载保护对象保护对象IDiff=│I1+I2│IS1IS2IP1IS1IS2IP2内部故障∆II1FI2F假定：CT-ratio:1/1

IP1=I1F

IP2=I2F

IDiff=│IP1+IP2│=│I1F+I2F│

跳闸假定：CT-ratio:1/1

IP1=IF

IP2=-IF

IDiff=│IP1+IP2│=IF-IF=0

不跳闸差动保护要求:1)内部故障(故障落在两个CT之间)跳闸

2)外部故障不跳闸基本原理：比较电流IF∆IIDiff=│I1+I2│基本原理：制动电流比较(1/2)假定:CT变比为1/1

IDiff=│IS1+IS2│=│(1+ε1)·IP1+(1+ε2)·IP2│=│0.95·IP1–1.05·IP1│=0.1·IP1正常运行:IP1=IN

IDiff=0.1·IP1=0.1·IN外部故障:

设定:IP1=10·IN

IDiff=0.1·IP1=1·IN

IFIDiff=0.1·IP1IP1IS1=

0.95·IP1IS2=

1.05·IP2IP2=-IP1例：外部故障，CT为线性误差保护对象∆ICt2:

ε2=+5%Ct1:

ε1=-5%由于通常情况下定值IDiff>小于额定电流，

在外部故障电流很大的情况下将产生误跳!抑制特性就必不可少！基本原理：制动电流比较(1基本原理:制动电流比较(2/2)在如下假定条件下：

│ε1│=│ε2│andI1=I2

传统的差动保护特性应该是：

IDiff=IDiff>+ε1·I1+ε2·I2

=IDiff>+2·ε1·I1withIDiff>=settingIDiff>IDiff=

│IS1+IS2│IRest=│IS1│+│IS2│IN综合特性BlockTrip由于CT变比不同产生的线性误差定值设定，考虑磁化电流或充电电流影响210IRest

IFIDiff=

│IS1+IS2│

IDiff=0.1·IP1IP1IS1=

0.95·IP1IS2=

1.05·IP2IP2=-IP1例:外部故障，CT为线性误差保护对象IDiffCT2:

ε2=+5%CT1:

ε1=-5%IRest=│IS1│+│IS2│

IRest=2·IP1基本原理:制动电流比较基本原理:3相系统的测量回路制动电流差流传统差动保护L1L2L33相系统的基本回路:发电机

/电动机/

电抗基本原理:3相系统的测量回路制动电流差流传统差动保护L1L变压器差动保护特性

对于3相变压器，由于矢量组变换的原因产生了N·30°的相移(0≤N≤11)

高压侧和低压侧CT一次电流值不同

外部故障时的零序电流也会产生差动电流

要考虑变压器分接头的改变，

以及励磁电流

暂态电流

涌流

CT饱和变压器差动保护特性对于3相变压器，由于矢量组变换的原因3相变压器:一次值I1L1I1L2I1L3I2*L1=-I1L1·ku/√3+I1L2·ku/√3I2L1I2L3I1L1容量：100MVA

，矢量组：

Yd5

低压侧:20kV,2887A高压侧:110kV,525A1L11L21L32L12L22L3I1L2I2L2I1L3I2*L1I2*L3I2*L2750/1A3000/1AkU=U1N/U2N=110kV/20kV=5.5

kWinding=w1/w2=kU/√3I2*L3I2*L25·30°I2*L1I1L1ku/√3-I1L1ku/√3I1L2ku

/√33相变压器:一次值I1L1I1L2I1L3I2*L1=3相变压器:二次值I2L1sec=0.96A,-150°I1L1sec=0.7A,0°IDiffL1=│I1L1sec+I2L1sec│=0.5A3相变压器:二次值I2L1sec=0.96A,-传统的变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(1/2)额定负载(无故障): 0.70A·23Wdg=0.555A·29Wdg, IR=0.555·√3=0.96A匹配变压器

-向量组自适应

-电流值自适应

-零序电流处理传统差动保护L1制动电流差流L2L3容量:100MVA,矢量组:YNd5

低压侧:20kV

高压侧:110kV750/1A3000/1AILoad=

525A0.7A0.96A29Wdg.23

Wdg.2887AIR传统的变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(1/2)额定负传统的变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(2/2)高压侧单相故障: 5.73A·23Wdg=4.550A·29Wdg, IR=4.55A匹配变压器

-向量组自适应

-电流值自适应

-零序电流处理传统差动保护L1制动电流差流L2L3~~~容量:100MVA,矢量组:YNd5

低压侧:20kV

高压侧:110kV750/1A3000/1AIP=

4300A3I05.73A4.55A29Wdg.23

Wdg.13655AIR传统的变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(2/2)高压侧单数字式变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(1/2)I1BI1CI1AI2L1P

I2L2P

I1L1P1L11L21L32L12L22L3

comparison

∆I

Io–

handlingI2L2SI2L1SI2L3SI2BI2CI2AVector

group

adaptationCurrentvalueadaptation

CT1Io–

handlingI1L2SI1L1SI1L3SI2L3P

Currentvalueadaptation

CT2I1L2PI1L3P容量:100MVA,矢量组:YNd5

低压侧:20kV

高压侧:110kV数字式变压器差动保护CT1

750/1ACT2

3000/1A数字式变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(1/2)I1BI数字式变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(2/2)7UT6差动保护装置中变压器和CT数据的参数设定数字式变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(2/2)7UT6变压器差动保护的跳闸特性CT误差，

变压器分接头的改变，磁化电流CT-误差因变压器分接头改变引起的误差变压器励磁电流IDiff=f(IRest)IRest=|I1|+|I2|2.08.09.03.07.02.5slope1slope2IDiff>01.04.05.03.06.001.00.52.01.5跳闸区域闭锁区域总误差45°特性：InO=保护对象的额定电流变压器差动保护的跳闸特性CT误差，变压器分接头的改变，磁化暂态电流(包含谐波)

-变压器涌流(1of2)2次谐波.2次谐波.3次和5次谐波.i1tiDiff=i1iDiff=i1ti1涌流i1i2=0YYt=0涌流i1I2=0Y∆t=0i1i2-T1-T2合上T2，与T1并列运行t=0

T2涌流iDiff=i1+

i2t=0i1暂态电流(包含谐波)

-变压器涌流涌流，交叉闭锁，过激磁[V/Hz](2of2)

区分涌流条件判据：为评估二次谐波I2har相对于基波IDiff的比率。

交叉闭锁的时间限制。

交叉闭锁涌流条件的可靠反应。在整定延时之后跳闸。

区分过激磁判据[V/Hz]：为评估3次谐波或5次谐波相对于基波的比率。交叉闭锁=Yes(全相闭锁)OR

≥1L1-blockL2-blockL3-blockIDiff>跳闸闭锁

闭锁时间可整定滤波窗口1周波t1P2P3PiRUSH

=

iDiff单相涌流定值t15%不闭锁闭锁00L1-blockL2-blockL3-block交叉闭锁=No(分相闭锁)

IDiff,L1>跳闸闭锁IDiff,L2>

跳闸闭锁IDiff,L3>跳闸闭锁涌流，交叉闭锁，过激磁[V/Hz](23cycles

CrossBlocking涌流内部故障IDiff>>IDiff>变压器发展性故障时的涌流示意图3cycles

CrossBlocking涌流内部故障I暂态电流(包含谐波)(1/2)

-过激磁和CT

饱和5次谐波偶次和奇次谐波过激磁(U/f)UTr>UNi1i2

内部故障：高压侧CT

饱和i1I2

≈0LVHV外部故障：低压侧CT

饱和i1i2LVHViDiff=i1+

i2iDiff=i1+

i2iDiff=i1偶次和奇次谐波暂态电流(包含谐波)暂态电流(包含谐波)(2/2)

-过激磁和CT

饱和0A24810612021437UT6的跳闸特性跳闸区域6716IDiff>>145IDiff>附加稳定区45°闭锁区域饱和起始点BDC外部故障时的，Add-on附加稳定区的工作原理暂态电流(包含谐波)add-on附加稳定区示意图附加稳定区45°闭锁跳闸add-on附加稳定区示意图附加稳定区45°闭锁跳闸变压器差动保护的应用某一侧1½断路器7UT613

7UT633三卷变单相或三相7UT613

7UT633两卷变

单相或三相7UT612

7UM62双侧1½断路器7UT635发变组单元接线Y∆G

3~7UT635变压器差动保护的应用某一侧1½7UT613

7UT633变压器差动保护原理变压器差动保护原理基本原理:基尔霍夫电流定律I1I2I3I4I1+I2+I3+I4=0

∑I=0差动保护基础：

定义：

电流流入节点(保护对象)，方向为正电流流出节点(保护对象)，

方向为负保护对象：

线路，变压器，发电机/电动机，母线

基本原理:基尔霍夫电流定律I1I2I3I4I1+I2基本原理：

比较电流IF∆IIDiff=│I1+I2│

IP1IS1IS2IP2外部故障或负载保护对象保护对象IDiff=│I1+I2│IS1IS2IP1IS1IS2IP2内部故障∆II1FI2F假定：CT-ratio:1/1

IP1=I1F

IP2=I2F

IDiff=│IP1+IP2│=│I1F+I2F│

跳闸假定：CT-ratio:1/1

IP1=IF

IP2=-IF

IDiff=│IP1+IP2│=IF-IF=0

不跳闸差动保护要求:1)内部故障(故障落在两个CT之间)跳闸

2)外部故障不跳闸基本原理：比较电流IF∆IIDiff=│I1+I2│基本原理：制动电流比较(1/2)假定:CT变比为1/1

IDiff=│IS1+IS2│=│(1+ε1)·IP1+(1+ε2)·IP2│=│0.95·IP1–1.05·IP1│=0.1·IP1正常运行:IP1=IN

IDiff=0.1·IP1=0.1·IN外部故障:

设定:IP1=10·IN

IDiff=0.1·IP1=1·IN

IFIDiff=0.1·IP1IP1IS1=

0.95·IP1IS2=

1.05·IP2IP2=-IP1例：外部故障，CT为线性误差保护对象∆ICt2:

ε2=+5%Ct1:

ε1=-5%由于通常情况下定值IDiff>小于额定电流，

在外部故障电流很大的情况下将产生误跳!抑制特性就必不可少！基本原理：制动电流比较(1基本原理:制动电流比较(2/2)在如下假定条件下：

│ε1│=│ε2│andI1=I2

传统的差动保护特性应该是：

IDiff=IDiff>+ε1·I1+ε2·I2

=IDiff>+2·ε1·I1withIDiff>=settingIDiff>IDiff=

│IS1+IS2│IRest=│IS1│+│IS2│IN综合特性BlockTrip由于CT变比不同产生的线性误差定值设定，考虑磁化电流或充电电流影响210IRest

IFIDiff=

│IS1+IS2│

IDiff=0.1·IP1IP1IS1=

0.95·IP1IS2=

1.05·IP2IP2=-IP1例:外部故障，CT为线性误差保护对象IDiffCT2:

ε2=+5%CT1:

ε1=-5%IRest=│IS1│+│IS2│

IRest=2·IP1基本原理:制动电流比较基本原理:3相系统的测量回路制动电流差流传统差动保护L1L2L33相系统的基本回路:发电机

/电动机/

电抗基本原理:3相系统的测量回路制动电流差流传统差动保护L1L变压器差动保护特性

对于3相变压器，由于矢量组变换的原因产生了N·30°的相移(0≤N≤11)

高压侧和低压侧CT一次电流值不同

外部故障时的零序电流也会产生差动电流

要考虑变压器分接头的改变，

以及励磁电流

暂态电流

涌流

CT饱和变压器差动保护特性对于3相变压器，由于矢量组变换的原因3相变压器:一次值I1L1I1L2I1L3I2*L1=-I1L1·ku/√3+I1L2·ku/√3I2L1I2L3I1L1容量：100MVA

，矢量组：

Yd5

低压侧:20kV,2887A高压侧:110kV,525A1L11L21L32L12L22L3I1L2I2L2I1L3I2*L1I2*L3I2*L2750/1A3000/1AkU=U1N/U2N=110kV/20kV=5.5

kWinding=w1/w2=kU/√3I2*L3I2*L25·30°I2*L1I1L1ku/√3-I1L1ku/√3I1L2ku

/√33相变压器:一次值I1L1I1L2I1L3I2*L1=3相变压器:二次值I2L1sec=0.96A,-150°I1L1sec=0.7A,0°IDiffL1=│I1L1sec+I2L1sec│=0.5A3相变压器:二次值I2L1sec=0.96A,-传统的变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(1/2)额定负载(无故障): 0.70A·23Wdg=0.555A·29Wdg, IR=0.555·√3=0.96A匹配变压器

-向量组自适应

-电流值自适应

-零序电流处理传统差动保护L1制动电流差流L2L3容量:100MVA,矢量组:YNd5

低压侧:20kV

高压侧:110kV750/1A3000/1AILoad=

525A0.7A0.96A29Wdg.23

Wdg.2887AIR传统的变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(1/2)额定负传统的变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(2/2)高压侧单相故障: 5.73A·23Wdg=4.550A·29Wdg, IR=4.55A匹配变压器

-向量组自适应

-电流值自适应

-零序电流处理传统差动保护L1制动电流差流L2L3~~~容量:100MVA,矢量组:YNd5

低压侧:20kV

高压侧:110kV750/1A3000/1AIP=

4300A3I05.73A4.55A29Wdg.23

Wdg.13655AIR传统的变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(2/2)高压侧单数字式变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(1/2)I1BI1CI1AI2L1P

I2L2P

I1L1P1L11L21L32L12L22L3

comparison

∆I

Io–

handlingI2L2SI2L1SI2L3SI2BI2CI2AVector

group

adaptationCurrentvalueadaptation

CT1Io–

handlingI1L2SI1L1SI1L3SI2L3P

Currentvalueadaptation

CT2I1L2PI1L3P容量:100MVA,矢量组:YNd5

低压侧:20kV

高压侧:110kV数字式变压器差动保护CT1

750/1ACT2

3000/1A数字式变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(1/2)I1BI数字式变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(2/2)7UT6差动保护装置中变压器和CT数据的参数设定数字式变压器差动保护

矢量组和电流值的匹配(2/2)7UT6变压器差动保护的跳闸特性CT误差，

变压器分接头的改变，磁化电流CT-误差因变压器分接头改变引起的误差变压器励磁电流IDiff=f(IRest)IRest=|I1|+|I2|2.08.09.03.07.02.5slope1slope2IDiff>01.04.05.03.06.001.00.52.01.5跳闸区域闭锁区域总误差45°特性：InO=保护对象的额定电流变压器差动保护的跳闸特性CT误差，变压器分接头的改变，磁化暂态电流(包含谐波)

-变压器涌流(1of2)2次谐波.2次谐波.3次和5次谐波.i1tiDiff=i1iDiff=i1ti1涌流i1i2=0YYt=0涌流i1I2=0Y∆t=0i1i2-T1-T2合上T2，与T1并列运行t=0

T2涌流iDiff=i1+

i2t=0i1暂态电流(包含谐波)

-变压器涌流涌流，交叉闭锁，过激磁[V/Hz](2of2)

区分涌流条件判据：为评估二次谐波I2har相对于基波IDiff的比率。

交叉闭锁的时间限制。

交叉闭锁涌流条件的可靠反应。在整定延时之后跳闸。

区分过激磁判据[V/Hz]：为评