变压器保护的调试

第四章 变压器保护的调试

第一节 变压器差动保护

一 基本概念

目前，国内生产及应用的变压器（主变、厂高变、发变组、高压启备变）微机型差动保护，主要由两部分构成，即分相差动元件和涌流判别元件。此外，用于超高压变压器的差动保护，尚有5次谐波制动元件，以防止变压器过激磁时差动保护误动。

在变压器内部严重故障时，为防止由于TA饱和、电流波形畸变而致使差动元件拒动或延缓动作，还设置有差动速断元件。 1差动元件的动作方程

微机变压器差动保护的差动元件，均采用分相差动，其动作具有比率制动特性。 动作方程为：

Idz?Idzo(Izd?Izd0)??????????????????(4?1)

(Izd?Izd0)????????????(4?2) Idz?Idzo?K(Izd?Izdo)式中：

Idz——差电流；

Idzo——差动元件的初始动作电流； Izd——制动电流； Izdo——拐点电流； K——比率制动系数。 2差动电流及制动电流的取得

变压器差动保护的差动电流（即动作电流），取各侧差动TA二次电流向量和的绝对值。对于双卷变压器

??I? I?Idz12对于三卷变压器或引入三侧电流的变压器

??I??I? Idz?I123式中：

?、I?、I?——为变压器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ侧差动TA的二次电流。 I123目前，变压器制动电流的取得有两种。其一种，对于二卷变压器，取两侧电流的向量差，即

??I?Izd?I122

对于三卷变压器或引入三个电流的变压器，取三个电流中最大（折算到同一侧）的电流

作为制动电流。即

?,I??Izd?maxI12,I3

另一种是：不管是两卷变压器还是三卷变压器，均取电流最大者作为制动量。

3差动元件的动作特性

在国内生产的微机型变压器差动保护中，差动元件的动作特性多采用具有二段折线型的动作特性曲线，如图4—1所示。

?? 111

K?tg?图4-1 变压器差动保护的动作特性

在图4-1中：

Idz0－初始动作电流； Izd0－拐点电流；

K?tg?－比率制动系数。 4涌流判别元件

为使在空投变压器时差动保护不误动，在所有的微机型变压器纵差保护中，均设置有涌流判别元件。

目前，在微机型保护装置中，采用较多的涌流判别元件有：二次谐波制动元件，波形对称判别元件及间断角一波宽鉴别元件。 （1）关于二次谐波制动

在变压器差动保护中，为衡量二次谐波制动的能力，采用一个专用的物理量，叫做二次谐波制动比。

所谓二次谐波制动比，是指在流过差动回路的差流中，含有基波电流及二次谐波电流，基波电流大于动作电流，而差动保护处于临界制动状态，此时差流中的2次谐波电流与基波电流的百分比，即

KZ2?I2??100%????????????????(4?3) I1?称二次谐波制动比。

在式4-3中：

KZ2——二次谐波制动比； I2ω——二次谐波电流； I1ω——基波电流。

差动保护被制动的条件是：二次谐波电流与基波电流之比大于整定的二次谐波制动比。 由定义可知：整定的二次谐波制动比越大，单位二次谐波电流所起到的制动作用越差，保护躲涌流的能力越差。反之亦反。 （2）波宽及间断角

理论分析及试验表明，变压器涌流波形往往偏于时间轴的一侧，且具有波形间断的特点。因此，可以由波形间断部分（间断角）的大小，来区分励磁涌流及故障电流。

图4—2是在差动保护中比较差动量与制动量大小的示意图。

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在图4—2中：

i—表示一个周期差流的采样波形，且将负半周反向变成正半周； Qjcp－在半个周期内差电流小于制动电流的角度，也叫间断角；

Qkcp－在半个周期内差电流大于制动电流的角度，也叫波宽。

I??——表示总的制动电流，它由固定制动门坎及制动电流产生的浮动门坎构成。

所谓间断角是指：在半个工频周期内差电流的瞬时值连续小于制动门坎的角度。而波宽的概念与间断角恰相反，它是指：在半个工频周期内，差电流的瞬时值连续大于制动门坎的角度。

设间断角为θjcp，波宽角为θkcp。则差动保护被开放（即允许动作于出口）的条件是：

?jcp??jcpH????????????(4?4)?kcp??kcpH????????????(4?5)

在式中：

θjcpH——间断角整定值； θkcpH——波宽的整定值。

相反，只有当实测的间断角大于间断角的整定值，而测量波宽小于整定值时，保护才被闭锁。

（3）波形对称问题

为将变压器空投时的励磁涌流同变压器内部故障区分开来，在PST—1200系列微机变压器保护装置中，采用波形对称原理。

该原理的实质是：将差动回路的差流进行微分（及除去直流分量）后，来比较一个工频周期内差流的两个半波的对称性。

设微分后差流前半波上某一点的采样值为Ii?，后半波上与前半波上某点相对称点的采样值为Iit?180，若

Ii??Iit?180?K??????????(4?6)

Ii??Iit?180则认为差流的波形是对称的。则产生差流的原因是故障而不是励磁涌流。 式（4—6）中：

K—不对称系数，一般K取2。 （4）关于5次谐波制动

为使变压器在过激磁时差动保护不误动，通常采用5次谐波电流制动差动保护。

同样，表征差动保护躲过过激磁能力的物理量，通常采用5次谐波制动比。其物理意义是：使差动保护处于临界动作状态（且差流中的基波分量远大于整定值）时差流中的5次谐波电流对其基波电流的百分比，即

Kzs?I5??100%????????????(4?7) I1?在式4-7中：

I5ω——5次谐波电流； I1ω——基波电流；

Kz5——5次谐波制动比。

5次谐波制动比越大，单位5次谐波电流的制动作用越弱，差动保护躲过激磁的能力越弱。反之亦反。 5差动保护的启动量

运行实践表明，为使微机型发电机及变压器差动保护动作可靠，不宜采用其他专用的启动闭锁元件，更不宜采用单一的突变量启动元件。

目前，微机型变压器差动保护装置的现状是：有不采用专用闭锁元件的（ 例如：WFBZ－01型装置、DGT801A型装置、WFB——100型发变组保护装置）；采用相电流突变量启动的（CSG300A型发电机变压器组保护装置； PST—1200系列保护装置均采用相电流突变量）；采用差流越限或零序电流越限启动的（WBZ—500系列保护装置）等。 6构成框图

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目前，在国内生产及应用的微机变压器保护装置，其差动保护逻辑框图如图4—3中的（a）、（b）、（c）所示。

差动速断A相差动≥1B相差动≥出口C相差动≥&信号A相涌流分相差动B相涌流≥1C相涌流（a)

A相差动＞差动速断B相差动C相差动≥A相涌流&B相涌流&≥分相差动C相涌流&5次谐波（b）

差动速断

图4—3 变压器差动保护逻辑框图

在图4—3中：

（a）表示涌流“或门”制动；

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（b）和（c）表示涌流分相制动（或判别）；（b）与（c）的不同是，（c）有启动元件。 二 调整试验

1差动通道平衡及平衡系数正确性检查 （1）关于平衡系数

变压器各侧的额定电压及接线方式不同，设置的差动TA变比就不同。另外，在国内运行的微机型差动保护中，其两侧（或三侧）差动TA的接线亦不一样。因此，在正常工况下，流入差动保护的各侧电流也不相同。为使正常工况及外部故障时差动保护不误动，应使在这些工况下差动保护各相差流等于零。微机保护可采用软件处理，将各侧不同大小及相位的电流折算成大小相等方向相反的等值电流，使得在正常工况下或外部故障时，流入差动保护的差流等于零。

将各侧不同的电流值折算成作用相同的电流，相当于将某一侧或某两侧的电流乘以修正系数。该系数叫平衡系数。

设有三卷变压器，其接线为Y0/Y0/d-11，其各侧的额定电压及差动TA的变比，分别为U高、n高、U中、n中、U低、n低，则各侧流入差动保护某相的电流分别为

I高?K1SeI中?3U高n高，K2SeSeI低?3U中n中，3U低n低

若以变压器低压侧为基准侧，以上述各式中：

Se——变压器额定容量；

K1、K2——分别为高压侧及中压侧差动TA的接线系数，当上述两侧差动TA的接线均为

1/2

Y形时，K1=K2=1；而当该两侧差动TA的接线均为Δ形时，K1=K2=3。

设以低压侧电流为基准，将其他两侧的电流折算到低压侧的平衡系数分别为K高低及K中低。则

K高低?K中低?U高n高??????????????????(4?8)

K1U低n低U中n中???????????????????(4?9)

K2U低n低目前，对于变压器接线方式为Y/d(或Y/Y/d)，而差动TA的接线方式为Y/Y(或Y/Y/Y)的微机型变压器差动保护，为防止变压器高压侧（或中压侧）区外接地故障时误动，要采取滤去零序电流分量的措施。滤去零序分量的方法是：通过软件计算，将高压侧（或高压侧、中压侧）差动TA二次两相电流之差引入某相差动保护中。即当变压器的接线为Y/△－11（或

??I?,I????Y/Y/△－11）时，则通入差动A相、B相及C相的电流，分别取Iabb?Ic及Ic?Ia。

凡采用上述处理的保护，在各侧平衡系数计算公式中（即式4—8及式4—9）K1、K2仍取3。

在有些型号的保护装置（例如WBZ—500系列）中，在软件计算时，对

??I?,I????Iabb?Ic及Ic?Ia均除了3之后引入装置中。因此，在计算平衡系数时，式（4—8）

及式（4—9）中的K1、K2均应取1。 （2）通道平衡情况检查 (Ⅰ)检查方法

以下，以Y0/Y0/d-11接线的三卷变压器为例，介绍检查方法。 试验接线如图4—4所示。

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