变压器比率差动保护

实验三变压器比率差动保护
1、变压器的内部故障可以分为：油箱内和油箱外故障。

油箱内故障主要有绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁心的损耗等。

油箱外故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路等。

变压器中的保护主要有：
瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、外部相间短路时过电流保护，复合电压起动过电流保护，负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，阻抗保护、外部接地短路时零序电流保护、过负荷保护、过励磁保护等。

2、差动保护中问题
（1）差动保护中要考虑电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时差动回路中电流为零。

（2）需要躲开差动回路中的不平衡电流。

1）由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流，主要时变压器空载投入和外部故障切除后，数值很大，而正常运行和外部故障时都很小。

措施：采用速饱和铁心的差动继电器、鉴别短路电流和励磁涌流波形、利用二次谐波制动等。

2）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流。

3）由计算变比和实际变比不同而产生的不平衡电流。

4）电流互感器型号不同而产生的不平衡电流。

5）变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流。

以上不平衡电流2、3项可以选择电流互感器二次线圈的接法和变比以及平衡线圈来消除，而其它几项实际上不可能消除的。

3、速饱和变流器的差动继电器
一次线圈中流过周期分量时，在二次侧感应的电势大，继电器动作，一次线圈中流过非周期分量时，在二次侧感应的电势小，继电器不动作。

4、具有磁力制动的差动继电器
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，能够可靠躲开外部故障时的不平衡电流。

5、具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器
一、实验目的
1.了解比率差动保护、增量差动保护的动作特性；
2．熟悉变压器的接线钟点数，掌握各种接线形式的电流补偿方法；
3. 熟悉比率差动保护、差流速断保护、差流越限保护的原理；
4. 熟悉比率差动保护的逻辑组态方法。

二、实验原理及逻辑框图
比率制动式差动保护是变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，它由比率差动、差流速断、差流越限告警组成。

1．比率差动保护
比率差动保护能反映变压器内部相间短路故障、高（中）压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，该保护需要考虑励磁涌流和过励磁运行工况，同时也要考虑TA断线、TA饱和、TA暂态特性不一致的情况。

由于变压器联结组不同和各侧TA 变比的不同，变压器各侧电流幅值相位也不同，差动保护首先要消除这些影响。

本保护装置利用数字的方法对变比和相位进行补偿，以下说明均基于已消除变压器各侧电流幅值相位差异的基础之上。

（1）比率差动动作方程
⎪⎩⎪
⎨
⎧>-+-+≥≤<-+≥≤>e
res e res res e op op
e res res res res op op res res op op I I I I I I S I I I I I I I S I I I I I I 6),6(6.0)6(6),(,0.0.0.0.0.0
.0.当当当 (3-1) op I 为差动电流，0.op I 为差动最小动作电流整定值，res I 为制动电流，0.res I 为最小制动电
流整定值，S 为比率制动系数整定值，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。

对于两侧差动：
.
.
12|I +I |
O P I = (3-2)
.
.
12|I I |
2res I -=
(3-3)
1∙
I ，2∙
I 分别为变压器高、低压侧电流互感器二次侧的电流。

对于三侧及以上数侧的差动：
...
12k |I +I +I |O P I =+
(3-4)
...
12k max |I ||I ||I |res
I ⎡⎤
=⎢⎥⎣⎦
，，，
(3-5)
式中：43<<K ，.
.
.
12k I I I ，
，，分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。

（2）比率差动动作特性如图3-1所示：
res
res.0e
图3-1 比率差动动作特性
（3）比率差动保护逻辑图如图3-2所示：
图3-2 比率差动保护逻辑图
（4）励磁涌流判据
变压器差动保护所感受到的励磁涌流包括空投变压器、区外故障切除恢复性涌流，和应涌流和带负荷投运变压器时的励磁涌流。

三相变压器在上述工况中各相所感受到的励磁涌流的大小不一致，也就是说各相中的谐波含量与基波的比值不一致，但是总有一相电流中的二次谐波与基波的比值较大。

所以利用“或“闭锁的方式来识别励磁涌流。

动作方程：
2.op I > K 2*1.op I (3-6)
式中：2.op I 为差流中的二次谐波，1.op I 差流中的基波，K2为整定的二次谐波系数。

如果某相差流满足上式，同时闭锁三相差动。

（5）TA 饱和判据
变压器由于各侧的电压等级不一致，所以各侧选用的TA 的变比不一致，当发生故障时，各侧TA 表现的暂态特性也不一致，导致区外故障时，由于TA 的暂态特性不一致差动保护可能动作，所以必须投入可靠的TA 饱和判据。

（6）TA 断线判据
TA 断线判据分为两种情况，一种为未引起差动保护启动的TA 断线判别，一种为引起差动保护启动的TA 断线判别。

引起差动保护启动的TA 断线判别：
当三相电流都大于0.2倍的额定电流时，启动TA 断线判别程序，满足下列条件认为TA 断线： a ．本侧三相电流中至少一相电流不变； b ．最大相电流小于1.2倍的额定电流； c ．任意一相电流为零。

未引起差动保护启动差动保护的TA 断线判别： 满足下列条件认为TA 断线，延时10S 发TA 断线信号： a ．零序电流大于0.1倍的额定电流； b ．最大相电流小于0.25倍的额定电流； c ．任意一相电流为零。

通过定值“TA 断线闭锁差动”控制TA 断线判别出后是否闭锁差动保护。

当“TA 断线闭锁差动”整定为“0”时，判别出TA 断线后不闭锁差动保护，整定为“1”时，判别出TA 断线后闭锁差动保护。

2．差流速断保护
由于比率差动保护需要识别变压器的励磁涌流和过励磁运行状态，当变压器内部发生严重故障时，不能够快速切除故障，对电力系统的稳定带来严重危害，所以配置差流速保护，用来快速切除变压器的严重的内部故障。

当任一相差流电流大于差动速断整定值时差流速断保护瞬时动作，跳开各侧断路器。

差流速断保护逻辑图如3-3所示：
图3-3 差流速断保护逻辑图
3. 差流越限告警
当任一相差流电流大于差流越限整定值时差流越限保护延时动作，报差流越限信号。

差流越限保护逻辑图如图3-4所示：
图3-4 差流越限保护逻辑图
三、实验内容
1.首先用导线将端子“合闸断线＋”与端子“合闸断线-”短接，将端子“跳闸断线＋”与端子“跳闸断线-”短接，并将端子“UA＋”与端子“UA-”短接, 将端子“Ia＋”与端子“Ia-”短接。

装置接线检查无误后，合上单相漏电断路器，保护装置得电，控制回路可操作。

再合上三相漏电断路器使整个实验装置上电。

2.修改保护定值：进入微机变压器保护装置菜单“定值”→“定值”中，按确认键后，分别进行“差流速断保护”，“比率差动保护”，“ TA断线”，“差流越限告警”的定值设置，修改
3.投入保护压板。

将比率差动保护的硬压板(用导线将端子“开入＋”接到端子“比率差动压板”)和软压板（进入“定值”→“压板”中，分别进入→“差流速断保护”，“比率差动保护”“差流速断保护软压板”“差流越限保护”将其保护软压板投入后→按“确认”后显示压板
4.参考“变压器实验系统的故障模拟”中的短路故障的实验模拟方法模拟变压器的相间短路故障。

5.记录WBH-820系列微机变压器保护装置中记录的短路故障的故障相电流、正常相电流及保护的整定值，并制作相应的表格。

表3-1：变压器比率差动保护实验数据表。