1、第四節(jié) 變壓器縱聯(lián)差動保護一、變壓器縱聯(lián)差動保護的原理縱聯(lián)差動保護是反應(yīng)被保護變壓器各端流入和流出電流的相量差。對雙繞組變壓器實現(xiàn)縱差動保護的原理接線如下圖所示。為了保證縱聯(lián)差動保護的正確工作，應(yīng)使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等，差回路電流為零。在保護范圍內(nèi)故障時，流入差回路的電流為短路點的短路電流的二次值，保護動作。 應(yīng)使 或 結(jié)論：適當選擇兩側(cè)電流互感器的變比。縱聯(lián)差動保護有較高的靈敏度。二、變壓器縱聯(lián)差動保護在穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流及減小不平衡電流的措施在正常運行及保護范圍外部短路穩(wěn)態(tài)情況下流入縱聯(lián)差動保護差回路中的電流叫穩(wěn)態(tài)不平衡電流Ibp。1由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生

2、的不平衡電流思考：由于變壓器常常采用Y,dll的接線方式, 因此, 其兩側(cè)電流的相位差30。此時，如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，會有一個差電流流入繼電器。如何消除這種不平衡電流的影響？解決辦法：通常都是將變壓器星形側(cè)的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個電流互感器接成星形。2由兩側(cè)電流互感器的誤差引起的不平衡電流 思考：變壓器兩側(cè)電流互感器有電流誤差I(lǐng)，在正常運行及保護范圍外部故障時流入差回路中的電流不為零，為什么？為什么在正常運行時，不平衡電流也很小 ？為什么當外部故障時，不平衡電流增大？原因：電流互感器的電流誤差和其勵磁電流的大小、二次負載

3、的大小及勵磁阻抗有關(guān)，而勵磁阻抗又與鐵芯特性和飽和程度有關(guān)。 當被保護變壓器兩側(cè)電流互感器型號不同，變比不同，二次負載阻抗及短路電流倍數(shù)不同時都會使電流互感器勵磁電流的差值增大。 減少這種不平衡電流影響的措施：（1）在選擇互感器時，應(yīng)選帶有氣隙的D級鐵芯互感器，使之在短路時也不飽和。（2）選大變比的電流互感器，可以降低短路電流倍數(shù)。（3）在考慮二次回路的負載時，通常都以電流互感器的10誤差曲線為依據(jù)，進行導(dǎo)線截面校驗，不平衡電流會更小。最大可能值為： 3由計算變比與實際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流 思考：兩側(cè)的電流互感器、變壓器是不是一定滿足 或 的關(guān)系？原因：很難滿足上述關(guān)系。減少這種不平衡電

4、流影響的措施：利用平衡線圈Wph來消除此差電流的影響。假設(shè)在區(qū)外故障時，如下圖所示，則差動線圈中將流過電流（），由它所產(chǎn)生的磁勢為Wcd()。為了消除這個差動電流的影響，通常都是將平衡線圈Wph接入二次電流較小的一側(cè)， 應(yīng)使Wcd()=Wph4帶負荷調(diào)變壓器的分接頭產(chǎn)生的不平衡電流思考：在電力系統(tǒng)中為什么采用帶負荷調(diào)壓的變壓器會產(chǎn)生不平衡電流？原因：改變分接頭的位置不僅改變了變壓器的變比，也破壞了變壓器兩側(cè)電流互感器變比的比等于變壓器變比的條件，故會產(chǎn)生不平衡電流。調(diào)整分接頭產(chǎn)生的最大不平衡電流為總結(jié)：在穩(wěn)態(tài)情況下需要被消除的不平衡電流有電流互感器誤差，變壓器調(diào)節(jié)分接頭及平衡線圈的計算匝數(shù)與整

5、定匝數(shù)不一致產(chǎn)生的不平衡電流，即 Ibp =(Ktx10%+U+fwc%)Idmax /nTA 要保證差動保護在正常運行及保護范圍外部故障時不誤動，差動保護的動作電流要躲開最大不平衡電流進行整定。三、暫態(tài)情況下的不平衡電流及減小其影響的措施 1外部短路時的不平衡電流 思考:在變壓器差動保護范圍外部發(fā)生故障的暫態(tài)過程中，為什么在差回路中將產(chǎn)生暫態(tài)不平衡電流？ 原因：變壓器兩側(cè)電流互感器的鐵芯特性及飽和程度不同。減少這種不平衡電流影響的措施：在差回路中接入速飽和中間變流器SBH，如下圖所示。速飽和變流器是一個鐵芯截面較小，易于飽和的中間變流器。直流分量使速飽和變流器飽和。這時，交流分量電流難于轉(zhuǎn)換

6、到速飽和變流器的副邊，差動繼電器不會動作。 計算變壓器差動保護回路暫態(tài)不平衡電流 引入一個非周期分量的影響系數(shù)Kfz。外部短路時的暫態(tài)不平衡電流，在接入一級速飽和變流器時為 Ibp/Kfz 10%Idmax/nTA式中Kfz非周期分量的影響系數(shù)，Kfz取1.52，在接入兩級速飽和變流器時，非周期分量的影響系數(shù)取1。 2由變壓器勵磁涌流ILy所產(chǎn)生的不平衡電流變壓器的勵磁電流IL僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，通過電流互感器反應(yīng)到差動回路中不能被平衡，在外部故障時，由于電壓降低，勵磁電流減小，它的影響就更小。但是當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時，則可能出現(xiàn)數(shù)值很大的勵磁電流(又稱為勵磁涌流

7、)。 變壓器的勵磁涌流ILy，其數(shù)值最大可達額定電流的68倍，同時包含有大量的非周期分量和高次諧波分量。 勵磁涌流具有以下特點：(1)包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時間軸的一側(cè)；(2)包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主；(3)波形之間出現(xiàn)間斷，如圖所示，在一個周期中間斷角為。 在變壓器縱差動保護中防止勵磁涌流影響的方法有： (1)采用具有速飽和鐵心的差動繼電器； (2)鑒別短路電流和勵磁涌流波形的差別； (3)利用二次諧波制動等 。四、BCH2型差動繼電器1. 組成：電磁型電流繼電器三柱鐵芯：兩邊柱鐵芯截面較小，是中間柱鐵芯截面的一半，易于飽和。差動線圈Wcd：接于變壓器差動保

8、護的差回路，當安匝磁勢達到一定值時，二次線圈感應(yīng)的某一電勢值使電流繼電器起動。兩個平衡線圈Wph1、Wph2短路線圈Wd工作線圈W2。2BCH一2型差動繼電器構(gòu)成的變壓器差動保護的整定計算(1)確定基本側(cè) 。將變壓器兩側(cè)電流互感器流入差回路的電流中較大的一側(cè)作為基本側(cè)，計算步驟如表所示。變壓器額定電壓(kV)Ve.g (高壓)Ve.d (低壓)變壓器額定電流(A)變壓器接線方式Y(jié)電流互感器接線方式Y(jié)電流互感器計算變比nTA.js電流互感器實際變比nTA.sj流入差回路的電流 (A)(2)確定差動保護的動作電流躲過變壓器的勵磁涌流 IdzKkIe.T躲外部短路時的最大不平衡電流 IdzKkIbp

9、. maxKk(Ibp.TA+ Ibp.u+ Ibp.ph)Ibp.phfph1Id1.max+fph2Id2.maxfph1、fph2平衡線圈的圓整誤差，其值為 躲開電流互感器二次斷線產(chǎn)生的最大不平衡電流 IdzKkIfh.max取以上三條件計算結(jié)果中的最大值作為變壓器差動保護一次動作電流。 (3)計算變壓器差動保護基本側(cè)差動線圈匝數(shù) 基本側(cè)繼電器的動作電流為 Idz.j.jb=KjxId z.jb/nTA 基本側(cè)差動線圈的計算匝數(shù)差動線圈的實際匝數(shù)Wcd.sj 。繼電器實際動作電流和一次動作電流分別為 Idz.s. jb=60(安匝)/Wcd. sj Idz. jb.sj= Idz. s.

10、 jb nTA / Kjx(4)計算非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù) 對雙繞組變壓器 I2e.fj(Wph+Wcd.zd)= I2e.jbWcd.zd平衡線圈的實際匝數(shù)，采用四舍五入圓整。(5)平衡線圈圓整誤差的計算 fph=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd) 計算結(jié)果的變化范圍在00.091內(nèi)。若誤差小于0.05，則以上計算結(jié)果有效；若誤差大于0.05，則重新計算差動保護的動作電流。 (6)確定短路線圈匝數(shù) 對于大容量的變壓器，涌流倍數(shù)小，衰減慢，要求切除內(nèi)部故障的時間盡量短，應(yīng)選取較少的短路線圈匝數(shù)。 相反，對于較小容量的變壓器，應(yīng)選用較多匝數(shù)的短路線圈，以便更有

11、效地消除非周期分量電流的影響。(7)靈敏度校驗 保護范圍內(nèi)部短路最小靈敏度應(yīng)大于2。 Klm=Id.min/ Idz 式中 Id.min保護范圍內(nèi)故障，流過基本側(cè)的最小短路電流； Idz差動保護一次動作電流。五、帶制動特性的差動保護 1BCH一1型差動繼電器 組成： 三柱式鐵芯電磁型電流繼電器差動線圈Wcd，兩個平衡線圈Wph1、Wph2制動線圈Wzh工作線圈Wgz。各部分作用：差動線圈：通以電流產(chǎn)生磁通cd，在兩個二次工作繞組上感應(yīng)，的電勢相串聯(lián)，能使電流繼電器動作。鐵芯：兩邊柱截面小，易于飽和，它的作用相當于一級速飽和變流器。制動線圈：通以電流產(chǎn)生的磁通zh在兩邊柱形成環(huán)路，在兩個二次工作

12、繞組上感應(yīng)的電勢反向串聯(lián)，合成電勢為零，不會使電流繼電器動作。它的作用是使兩個邊柱的鐵芯飽和，加大繼電器的動作安匝。安匝制動曲線：繼電器的動作安匝與制動安匝的關(guān)系曲線。當制動安匝磁勢較小時，兩邊柱鐵芯沒有飽和，繼電器的動作安匝不變，仍為60安匝。當制動安匝加大，鐵芯開始飽和，動作安匝開始加大。隨著制動安匝磁勢的加大，鐵芯飽和程度變大，繼電器動作安匝加大，如圖曲線1或2。 帶有制動線圈的變壓器差動保護原理接線如圖所示。以變壓器的電源側(cè)為基本側(cè)，負荷側(cè)為非基本側(cè)。非基本側(cè)接有平衡線圈。制動線圈接在負荷側(cè)。當保護范圍外部故障時，在制動線圈中流有短路電流，使鐵芯飽和，增大了繼電器的動作安匝。外部故障時

13、繼電器不動。內(nèi)部故障時，若B側(cè)無電源，制動線圈中沒有短路電流，不起制動作用 。 制動線圈的安裝位置如下：(1) 對單側(cè)電源的雙繞組變壓器，制動線圈應(yīng)接于負荷側(cè)，外部故障有制動作用，內(nèi)部故障沒有制動作用。(2) 對于單側(cè)電源的三繞組變壓器，制動線圈應(yīng)接于流過變壓器最大穿越性短路電流的負荷側(cè)。 (3) 對于雙側(cè)電源的三繞組變壓器，制動線圈一般接于無電源側(cè)。 (4) 對于雙側(cè)電源的雙繞組變壓器，制動線圈應(yīng)接于大電源側(cè)。當僅有小電源供電時，能保證保護裝置的靈敏度。 2BCH一1型差動保護的整定計算 (1)確定變壓器的基本側(cè)。與用BCH一2型差動繼電器時相同。 (2)計算差動保護的動作電流 躲開變壓器空

14、載投入時的勵滋涌流： Idzjb=KkIeT躲開電流互感器二次斷線產(chǎn)生的不平衡電流(240MVA及以上容量變壓器除外)： IdzKkIfh.max躲開未裝制動線圈側(cè)外部短路時的不平衡電流Ibp： Idzjb=KkIbp取以上三條件計算結(jié)果中的最大值作為變壓器差動保護一次動作電流。 (3)計算差動線圈匝數(shù)與用BCH一2型繼電器時相同。 (4)計算平衡線圈匝數(shù)與用BCH一2型繼電器時相同。 (5)校驗平衡線圈圓整誤差與用BCH一2型繼電器時相同。 (6)計算制動線圈匝數(shù)Wzh： 外部短路差回路通以最大不平衡安匝數(shù)時，以保證繼電器不動來確定制動線圈的匝數(shù)。（7）靈敏度校驗 首先求出保護范圍內(nèi)校驗點短

15、路時流過制動線圈的電流及制動安匝。依據(jù)BCH一1型差動繼電器最大安匝制動曲線2求出繼電器的動作安匝，其值可近似為 (AW)dz=tg2(AW)zh式中 tg2最大安匝制動曲線2的斜率，可取為1.4。當計算出的動作安匝小于60安匝時，取60安匝。差動保護的靈敏度為例題 對一臺容量為40.5MVA三相三繞組降壓變壓器進行差動保護整定計算。變壓器的接線及各側(cè)的短路電流如下圖所示。電壓：11022.5kV38.522.5kV11kV，接線方式為：Y，d11，d11，變壓器的額定電流：213A608A2130A。圖中標出的短路電流均為歸算到110kV側(cè)的三相短路電流值。括號內(nèi)的數(shù)字為最小三相短路電流值。

16、dl點單相接地時, 22kA。 (2)差動保護的一次動作電流確定如下:1)躲勵磁涌流及電流互感器的二次斷線Idzjb=KkIeT=1.3213=276(A)2)躲d3點(外部)短路時的最大不平衡電流IdzjbKkIbp. maxKk(Ibp.TA+ Ibp.u+ Ibp.ph)=1.3(0.1+0.05+0.05+0.05)1350=483.75(A)從以上計算可知,以躲外部短路最大不平衡電流為計算條件,差動保護的動作電流取為 Idzjb=438.75(A)(3)計算差動線圈匝數(shù)及實際動作電流為差動線圈的實際匝數(shù)應(yīng)向小調(diào)整,取Wcd，zd=6(匝)繼電器的實際動作電流為Idz.j.jb.sj=

17、60/6=10(A)(4)靈敏度校驗.以d2點短路為計算條件,即下面采用BCH-1型差動繼電器,制動線圈放在35KV側(cè).(1) (1) 確定基本側(cè) 同BCH-2型繼電器,以110KV為基本側(cè).(2) (2) 計算差動保護的起動電流.1) 1) 躲勵磁涌流 Idzjb=KkIeT =1.5213=319.5(A)2) 2) 躲d2點(外部)短路時的最大短路電流產(chǎn)生的不平衡電流IdzjbKkIbp. maxKk(Ibp.TA+ Ibp.u+ Ibp.ph)=1.3(0.1+0.05+0.05)965=250(A)(3) (3) 計算差動線圈匝數(shù)及實際動作電流為差動線圈的實際匝數(shù)向小調(diào)整,整定匝數(shù)取

18、為8匝.實際動作電流Idz.j.jb.sj=60/8=7.5(A)(4) (4) 計算非基本側(cè)平衡線圈的匝數(shù).1) 1) 35KV側(cè)平衡線圈匝數(shù)的計算取10KV側(cè)平衡線圈匝數(shù)為2匝(5) (5) 平衡線圈的誤差 fph.35=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd) =(1.1-1)/(1.1+8)=0.0120.05fph.10=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd) =(2.36-2)/(2.36+8)=0.0350.05(6) (6) 計算制動線圈匝數(shù)制動線圈的實際匝數(shù)應(yīng)向上調(diào)整,取Wzh.js =3匝.(7) (7) 靈敏度校驗.在校驗點(10KV母線)電路時,流過制動線圈的電流為負荷電流,制動安匝為 查BCH-1型繼電器最大安匝制動曲線2或計算相應(yīng)的動作安匝得(AW)dz=tg2(AW)zh=12.151.4=17安匝60安匝六、二次諧波制動的差動保護 變壓器的勵磁涌流中含有占基波3070的二次諧波分量，利用二次諧波制動躲過勵磁涌流。利用制動線圈躲開外部故障時最大不平衡電流。具有二次諧波制動的變壓器差動保護原