比率制动系数 二次谐波制动系数
二次谐波制动
二次谐波制动
利用二次谐波制动原理防止励磁涌流造成差动保护误动作是目前最普遍应用的方法
二次谐波制动原理的实质是：利用差动元件差电流中的二次谐波分量作为制动量，区分出差流是故障电流还是励磁涌流，实现躲过励磁涌流.
二次谐波制动比越大，与基波电流相比，单位二次谐波电流产生的作用相对越小；而二次谐波制动比越小，单位二次谐波电流产生的制动作用相对越大。
在对具有二次谐波制动的差动保护进行定值整定时，二次谐波制动比整定值越大，该保护躲过励磁涌流的能力越弱；反之，二次谐波制动比整定值越小，保护躲励磁涌流的能力越强
变压器励磁涌流中除基波分量外，还含有显著的非周期分量和二次谐波分量，其中二次谐波分量电流大于基波分量的20％。
在短路电流中，除基波分量外，只有非周期分量和极少量的高次谐波电流分量。
当二次谐波分量电流达到基波分量电流的20％及以上时，继电器可靠制动，即二次谐波制动。
4 P"
当变压器内部短路，除基波分量外，只有非周期分量和极少量的高次谐波电流分量，二次谐波成份很低，所以继电器不能够制动。
（谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。
当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。
谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。
谐波可以I区分为偶次与奇次性，第3、5、7
次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz 时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz）。
变压器差动保护的基本原理及逻辑图
变压器差动保护的基本原理及逻辑图1、变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。
2、变压器差动保护与线路差动保护的区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。
因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。
例如图8-5所示的双绕组变压器，应使8.3.2变压器纵差动保护的特点1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法（1）励磁涌流：在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。
（2）产生励磁涌流的原因因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。
但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。
此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点：①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。
②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。
③励磁涌流的波形出现间断角。
表8-1 励磁涌流实验数据举例（4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施：采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护；②利用二次谐波制动原理构成的差动保护；③利用间断角原理构成的变压器差动保护；④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。
2、不平衡电流产生的原因（1）稳态情况下的不平衡电流①变压器两侧电流相位不同电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。
35KV负荷变电站各个保护定置配置原则
1
-30°灵敏角投退（ALM2）
0
电流II段电压投退（UBS2）
1
电流II段方向投退（DBS2）
0
3.电流Ⅲ段保护
电流Ⅲ段定值（Idz3）
与变压器高压侧III段定置相同（注：需则算为进线定值）
延时方式(YSFS)
0
电流Ⅲ段时限（T3）
1
电流Ⅲ段电压定值（Udz3）
70
-30°灵敏角投退（ALM3）
比率制动系数（S）
一般取0.5
谐波制动系数（K2）
一般取0.2
差动平衡系数（Kb）
Kb＝1.732*（Un低*N低）/（Un高*N高）
TA断线闭锁投退（TABS）
1
TA二次接线(TAJX)
根据现场接线设置1
4. 差流越限保护
差流越限定值（Iyx）
0.5倍的最小动作电流
差流越限时限（Tyx）
5～10S
进线不投重合闸
重合闸同期角（Ach）
进线不投重合闸
重合闸方式（Mch）
进线不投重合闸
抽取电压相别（TUx）
进线不投重合闸
遥控合闸方式（Myh）
进线不投重合闸
6.零序电流保护（R1版）
零序电流定值（I0dz）
一般不投0.12
零序电流时限（T0）
一般不投5
零序电流跳闸（I0TZ）
一般不投0
7．零流I段
保护（R2版）
0.1
零序时限(Tlx)
10
跳闸控制字(LXTZ)
0
8低电压保护
低电压定值(Udy)
50
低电压时限(Tdy)
0.5
9过电压保护
过电压定值(Ugy)
3南瑞厂用电保护装置整定导则解析
1． 厂用变压器保护与测控装置整定说明 1.1 额定电流和平衡系数的计算（1）定值中的Ie 为根据变压器最大额定容量归算到本侧CT 二次的等值额定电流值, 即等值额定电流值考虑了接线系数，为Y →Δ变换后的额定电流值。
计算公式如下： 对应变压器的Y 侧（例如第一侧），经过变换后等值额定电流增大3，即：对应变压器的Δ侧（例如第二侧），则为：（2）装置通过变压器容量，变压器各侧额定电压和各侧CT 变比及接线方式的整定，装置自动进行各侧平衡系数的计算，通过软件进行Y ／Δ转换及平衡系数调整。
平衡系数的内部算法如下：以Kmode=1为例:对于变压器Y 接线侧S CT U K n ph 11113⨯⨯=对于变压器Δ接线侧SCT U K n ph 21223⨯⨯=若报“平衡系数错”，这说明平衡系数太大，最好改变CT 变比以满足要求。
这样更能保证差动保护的性能。
对Y 侧最大平衡系数应小于4，对△侧最大平衡系数应小于41.2 差动保护2MVA 及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求时，应装设纵差保护，保护宜采用三相三继电器式接线，瞬时动作于各侧断路器跳闸。
（1）差动保护启动电流的整定cdqd I 为差动保护最小动作电流值，应按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流整定，即：e er rel cdqd I m U K K I )(∆+∆+≥式中：e I 为变压器二次额定电流；rel K 为可靠系数（一般取1.3~1.5）；er K 为电流互感器的比误差，取0.10；U ∆为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（百分值）；m ∆为由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，可取为0.05。
在工程实用整定计算中可选取cdqd I =（0.3~0.8）e I ，并应实测最大负载时差回路中的不平衡电流。
注意装置的差动电流起动值的整定计算是以变压器的二次额定电流为基准。
若在实际1111213CT U CT S I n e ⨯⨯⨯=2122223CT U CT S I n e ⨯⨯⨯=的整定计算中差动起动电流整定值是归算到变压器某一侧的电流有名值，则将这一有名值除以变压器这一侧的变压器二次额定电流，即为保护装置的整定值（标幺值）。
比率制动式差动保护
变压器差动保护一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）；二：差动保护的定义由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述：1、图一所示：为一两圈变变压器，具体参数如下：主变高压侧电压U高=220KV,主变低压侧电压U低=110KV,变压器容量Sn=240000KVA,I1’：流过变压器高压侧的一次电流；I”：流过变压器低压侧的一次电流；I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流；I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流；nh：高压侧电流互感器CT1变比；nl：低压侧电流互感器CT2变比；nB：变压器的变比；各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2”I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB2、区内：CT1到CT2的范围之内；3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地）单相接地故障以及匝间、层间短路故障；四：差动的特性1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图：下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性：o：图二的坐标原点；f：差动保护的最小制动电流；d：差动保护的最小动作电流；p：比率制动斜线上的任一点；e：p点的纵坐标；b：p点的横坐标；动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时，由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此，图中阴影部分，即差动保护的动作区；制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区；比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们只要计算出此斜线的斜率，就等于算出了比率制动系数。
整定计算(凯发)
天津凯发阻抗保护计算：1、第一象限：（1）分点角度arctga = X／（R+X／tg75）arctga=22.700～分点： Z=R.sin1050／sin(75-a)200 Z=8.13分点～900： Z=X／sina600 Z=3.752、第二象限：（2）分点角度当分点(2)在第一象限时分点角度 arctga=X／(X／tg65-1)分点～900 Z=sin65 /（sina-65）900 ～1800 Z=Sin65 ／Sin(a-75)当分点(2)在第二象限时分点角度 arctga =1800-arctg[X/(1-X/tg65)]arctga=99.10900～分点： Z=X/cos(a-90)分点～1800 Z=Sin75／Sin(a-75)3、第三象限：（３）分点角度arctga= arctg[1／（1/tg25+1）]+1800arctga=197.601800～分点 Z= sin105／sin(255-a)1900 Z=1.066分点～2700 Z=1／cos(270-a)240 0 Z=1.154、第四象限：（4）分点角度arctga =3600- arctg[1／(R-1／tg75)]arctga=359.52700～分点 Z=1／sin(360-a)300 0 Z=1.154分点～3600 Z=R*sin75／sin(a-255)差动保护计算：二次谐波制动的比率差动保护1.比率差动电流保护装置比率差动电流保护动作方程如下式I cd>ICD (I zd<IGD1)I cd>ICD+K1(I zd-IGD1) (IGD1≤I zd<IGD2)I cd>ICD+K1(IGD2-IGD1)+K2(I zd-IGD2)(I zd≥IGD2)式中, I cd—差动电流I zd —制动电流ICD —差动电流动作门槛定值IGD1 —制动电流拐点1定值IGD2 — 制动电流拐点2定值 K1 — 比率制动系数1 K2 — 比率制动系数2装置的动作特性曲线如图所示V-V 变压器变压器两侧电流平衡关系（CT 二次侧）⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡βαI I nT nT K I I B A1001112 其中： nT 1—变压器高压侧CT 变比 nT 2—变压器低压侧CT 变比21W W K =—变压器高低压侧绕组匝数比A 相差动电流 αI K n TnT I I A cd 12+=A 相制动电流 αI K n TnTI I A zd 1221-=B 相差动电流、制动电流计算方法类似。
比率差动
二次谐波制动的比率差动保护作为变压器的线圈和引出线的相间短路以及线圈匝间短路的主保护。
用比率制动躲过外部故障，用基波量作为保护动作量，并配有CT断线检测功能，在CT断线时瞬时闭锁差动保护，并同时发告警信号。
CT断线闭锁差动保护可根据需要整定选择。
当任一相差动电流大于整定值时，差动保护动作。
返回系数大于0.95，动作时间小于40ms。
其动作判据为：Id>Idset2+Kr(Izd-Izd0)其中：Id为差动电流，Kr为比率系数，Idset2为差动启动门槛，Izd为制动电流，Izd0为制动整定值。
利用差动电流中的二次谐波躲过空载合闸时的励磁涌流。
当差流中的二次谐波电流比率大于整定时，闭锁差动保护。
二次谐波制动判据为：I2d>Ks*I1d其中：I1d、I2d——差动电流的基波量、二次谐波量；Ks——谐波制动系数。
一般取0.1~0.3。
Id 差动速断动作区Idset1 比率差动动作区Idset2制动区Izd0 Iz 图5.1差动保护动作特性曲线动作判据Id>Idset2+Kr(Izd-Izd0)其中：Id为差动电流，Kr为比率系数，Idset2为差动启动门槛，Izd为制动电流，Izd0为制动整定值差动电流 Id＝︱I1-Ih︱制动电流Izd＝︱I1+Ih︱/2按这个判据,把定值代进去,未知量取一个满足判据的值用源加电流动作;未知量取一个不满足判据的值用源加电流不动作,就验证了比率差动；未知量取一个满足判据的值用源加电流动作,同时加二次谐波,谐波比率大于定值时不动作就验证了二次谐波制动功能；差动电流 Id＝︱I1-Ih︱制动电流Izd＝︱I1+Ih︱/2在高低测加电流,让满足判据不就动作了先做比例差动动作,再加二次谐波才能制动。
《电力系统继电保护实用技术问答(第二版)》第六章
第六章电力变压器保护1．电力变压器的不正常工作状态和可能发生的故障有哪些?一般应装设哪些保护?答：变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。
变压器内部故障系指变压器油箱里面发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路，单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路，单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。
变压器外部故障系指变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地(通过外壳)短路，引出线之间发生的相间故障等。
变压器的不正常工作状态主要包括：由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。
为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证电力系统安全连续运行，变压器一般应装设以下继电保护装置：(1)防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。
(2)防御变压器绕组和引出线多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的(纵联)差动保护或电流速断保护。
(3)防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护(或电流速断保护)后备的过电流保护(或复合电压起动的过电流保护、或负序过电流保护)。
(4)防御大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。
(5)防御变压器对称过负荷的过负荷保护。
(6)防御变压器过励磁的过励磁保护。
2．变压器差动保护的不平衡电流是怎样产生的(包括稳态和暂态情况下的不平衡电流)?答：变压器差动保护的不平衡电流产生的原因如下。
1．稳态情况下的不平衡电流(1)由于变压器各侧电流互感器型号不同，即各侧电流互感器的饱和特性和励磁电流不同而引起的不平衡电流。
它必须满足电流互感器的10％误差曲线的要求。
(2)由于实际的电流互感器变比和计算变比不同引起的不平衡电流。
(3)由于改变变压器调压分接头引起的不平衡电流。
2．暂态情况下的不平衡电流(1)由于短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁电流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。
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谐波制动系数是指二次（或五次）谐波电流与基波（工频）电流的比值，比值超过设定值（谐波制动系数）就闭锁差动保护
差动保护由于要考虑各种因素产生的不平衡电流，故灵敏度受到一定的影响。
而不平衡电流的大小与外部短路时的穿越电流有关，穿越电流越大，不平衡电流也越大。
所以在差动保护中引入一个能够反映穿越电流大小的制动电流，使保护的动作电流随着制动电流的增大而增大，从而具有了制动特性。
而制动系数是动作电流与制动电流的比值
现在的差动保护多数采用比率制动特性，制动电流具体大小有不同的取值方法，并且发电机、变压器和线路差动保护的制动电流的选取方法均有不同的考虑
穿越电流是指从电气元件的一侧流入再从另一侧流出的电流。
个人意见制动系数K=△Id/△Ir，是动作电流变化量与制动电流变化量的比值
制动电流=主变各侧电流有效值的和
每个不同的厂家都有自己的定义,二次谐波电流与动作电流的比值为二次谐波制动系数
一般取0.15 没有小于0.15的，也没有大于0.20的，一般后者居多
用户可以在0.15~0.25间先做5次空载合闸试验……或用谐波分析仪确定主变压器的励磁涌流中二次谐波含量比，并作为二次谐波制动比定值的整定依据
一般取0.15~0.20之间！如果小于0.15那有可能会造成保护拒动，大于0.20可能会误动新投变压器可以在0.20做5次空载合闸试验，如误动则进行调整到0.18，最低不要低于0.15。
做空载试验来测量，是最好的办法
谐波制动系数取小些，则变压器空充时（或外部故障切除后电压重建时）能更好地正确闭锁差动保护。
但是当内部故障时，故障瞬间电流含有多次谐波分量（包括二
次谐波），较小的谐波制动系数会延迟差动保护的动作时间。
反之正相反，若取较大的谐波制动系数，在内部故障时差动保护动作较迅速，但空载充电（或外部故障切除后电压重建时）差动保护较易误动。
说白了，就是保护灵敏性和可靠性的矛盾。
通常可取0.15。
在用测试仪测试时可能谐波制动系数误差偏大，我遇到过，后来经过分析发现部分测试仪的百分比是二次谐波与全电量的比值，和保护装置二次谐波与基波的比不同当制动电流变大时，要抬高制动系数一个主要目的就是防止CT饱和。
制动电流大，制动效应增强是正确的制动逻辑，有些自适应的意思。
传统的电磁式差动继电器的制动曲线是类似指数曲线形式的，就有着很明显的这种自适应效应。
微机保护方程化特性后，近似用了多段制动来模拟。
一般高制动段的起始制动电流整定的较高，防止了很大的穿越性故障电流时的保护误动。
而在很大的穿越性电流下，差动回路不平衡电流的一个重要的可能来源就是CT饱和。
差动保护中，CT的铁心饱和特性，铁心的不平衡电流随着电流的增大而增大，所以，为了保护正确动作和提高差动的灵敏度，就需要制动量随着电流的增大逐步增大，这个也可以算是一个自适应保护了
制动电流大，制动效应增强是正确的制动逻辑，有些自适应的意思
装置的‘二次谐波制动系数’固定取为0.15，‘比率差动制动系数’固定取为0.5，‘零差比率制动系数’固定取为0.5。
比例系数是为了抗区外故障TA饱和母线区外故障，可能会引起TA饱和，这时差流较大，设置制动量，提高动作门槛，防止误动
在母差保护中，CT很多，型号、特性不尽相同，在正常运行和外部故障时，不平衡
电流比较大，为防止差动误动，所以设置了比例制动特性。
但是，比例制动特性仅仅能够保证所有CT均在10%误差范围之内时的可靠性，当外部故障，故障元件的CT流过非常大的故障电流（这是主要因素，其他因素还有故障电流中的非周期分量，CT剩磁等），使CT饱和甚至严重饱和，超过甚至远远超过10%误差曲线时，比例制动特性无法保证可靠不误动。
可以毫不夸张的说，外部故障时，故障元件的CT几乎100%饱和。
所以为防止外部故障CT饱和而引起母差误动，必须另外采取措施，例如高阻或中阻母差，在低阻母差中采用CT饱和检测技术等。
区外的时候他就呈现大系数，区内的时候就呈小系数！
大差是所有进出线路的电流之和,小差是一条母线上进出线路和母联电路之和
Id > Icdqd ……（Ir<=0.5Ie）
Id - Icdqd > Kbl*(Ir-0.5Ie) ……（0.5Ie<Ir<=3Ie）
Id - Icdqd - Kbl*2.5Ie > Ir - 3Ie ……（Ir>3Ie）
其中Id为差动保护动作电流，Ir为制动电流，Icdqp为差动保护电流启动值，Kbl 为比率差动制动系数，Ie为变压器的额定电流，Ir=0.5*(|I1|+|I2|+|I3|)，图中的阴影部分为保护动作区。
在差动保护的比率制动特性中，比率制动系数开始变化的点称拐点(knee point)，也有称折点的（break point)。
拐点对应两个电流：制动电流和动作电流。
在设定时，第一拐点的制动电流取0.5-1倍的额定电流比较合适，而对应的动作电流即为整定电流值（最小动作电流），目的是保证故障电流小于额定电流时差动保护有足够的灵敏度。
第二拐点的制动电流取2.5倍额定电流，一般在这个电流下，CT不会饱和，即使CT含有较大的剩磁或故障电流中含有较大的非周期分量电流，第一折线的比率制动系数可以适当选小一些，而第二折线的比率制动系数则适当选大一些，
目的是保证在CT不饱和的工况下，内部故障有较高的灵敏度，而在CT有可能饱和的工况下，外部故障有较高的可靠性。