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1、继电保护新原理与新技术新型变压器保护第1页，本讲稿共32页变压器保护部份变压器保护部份变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护需要解决的主要问题励磁涌流识别原理励磁涌流识别原理工频变化量的比率差动保护工频变化量的比率差动保护Y-11接线变压器电流相位补偿的新接线变压器电流相位补偿的新方法方法第2页，本讲稿共32页变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护需要解决的主要问题变压器的励磁涌流将可能导致差动保护变压器的励磁涌流将可能导致差动保护的误动。所以除差动电流速断保护外，的误动。所以除差动电流速断保护外，其它的差动保护都要经励磁涌流判据闭其它的差动保护都要经励磁涌流判据闭锁。锁。而传
2、统的励磁涌流闭锁三相差动保护的而传统的励磁涌流闭锁三相差动保护的方法又将导致空投在故障变压器上时差方法又将导致空投在故障变压器上时差动保护不能快速跳闸。动保护不能快速跳闸。第3页，本讲稿共32页变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护需要解决的主要问题变压器有变压器有70%左右的故障是匝间短路，左右的故障是匝间短路，为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度比率制动特性中的起动电流往往整定度比率制动特性中的起动电流往往整定得较小，例如整定成得较小，例如整定成(0.30.5)倍的额定倍的额定电流。而且初始部份没有制动特性。但电流。而且初始部份没有制动特性。但运行
3、实践证明这样的差动保护往往在区运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中有可能外短路或短路切除的恢复过程中有可能造成差动保护的误动。造成差动保护的误动。第4页，本讲稿共32页变压器差动保护需要解决的主要问题变压器差动保护需要解决的主要问题 由于由于起动电流起动电流 整定成整定成(0.30.5)倍倍的额定电流。的额定电流。动作特性的初始部份无制动特动作特性的初始部份无制动特性性 运行实践证明这样的差动保护运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者二次回态或稳态
4、特性不一致或者二次回路时间常数的差异或者电流互感路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护的误动。器饱和造成保护的误动。第5页，本讲稿共32页励磁涌流识别原理励磁涌流识别原理谐波制动原理谐波制动原理。利用差电流中的二次和。利用差电流中的二次和三次谐波分量与基波分量的比值作为闭三次谐波分量与基波分量的比值作为闭锁差动保护的判据。锁差动保护的判据。当当 时分相闭锁差动保护。时分相闭锁差动保护。式中式中 、分别取为分别取为0.15和和0.2。三次谐波。三次谐波含量高闭锁差动保护主要是为了在供给含量高闭锁差动保护主要是为了在供给钢厂等非线性负荷较大的用户的变压器钢厂等非线性负荷较大的用户的变压器中防止
5、差动保护误动。中防止差动保护误动。第6页，本讲稿共32页励磁涌流识别原理励磁涌流识别原理波形判别原理波形判别原理 与门分相开放差动保护与门分相开放差动保护。式中式中 差电流的全周积分值。差电流的全周积分值。两个相距半周的差电流瞬时值两个相距半周的差电流瞬时值 之和的全周积分值。之和的全周积分值。大于大于1的常数。的常数。门槛值。门槛值。第7页，本讲稿共32页变压器的工频变化量的比率差动保护变压器的工频变化量的比率差动保护除常规的稳态量的比率差动保护外增加了除常规的稳态量的比率差动保护外增加了 工工频变化量的比率差动保护。其动作方程为频变化量的比率差动保护。其动作方程为第8页，本讲稿共32页变压
6、器的工频变化量的比率差动保护变压器的工频变化量的比率差动保护 II：为为各各支支路路工工频频变变化化量量电电流流的的向向量量和和|I|I|：为各支路工频变化量电流的标量和：为各支路工频变化量电流的标量和 :为固定门槛为固定门槛 :为为浮浮动动门门槛槛。浮浮动动门门槛槛的的设设置置可可防防止止在在系系统统发发生生振振荡荡时时或或频频率率有有偏偏移移时时保保护护误误动动 理理论论上上，工工频频变变化化量量比比率率差差动动制制动动系系数数可可取取较较高高的的数数值值，这这样样有有利利于于防防止止区区外外故故障障TATA饱饱和等因素所造成的差动保护误动。和等因素所造成的差动保护误动。第9页，本讲稿共3
7、2页变压器工频变化量比率差动继电器的变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性动作特性第10页，本讲稿共32页工频变化量比率差动继电器的优点工频变化量比率差动继电器的优点负荷电流对它没有影响。对稳态量的比率差动继电器，负荷电流对它没有影响。对稳态量的比率差动继电器，负荷电流是一个制动量。会影响内部短路的灵敏度。负荷电流是一个制动量。会影响内部短路的灵敏度。受过渡电阻影响小。受过渡电阻影响小。由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动。由于制动系数取得较高，在发生系数取得较高
8、，在发生区外各种故障、功率倒方向、区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现区外故障中出现TATA饱和与饱和与TATA暂态特性不一致等状暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。同时得到了兼顾。第11页，本讲稿共32页变压器发生轻微匝间短路变压器发生轻微匝间短路（C相相1.5%匝间短路）匝间短路）工频变化量差动常规差动第12页，本讲稿共32页稳态比率差动继电器 稳态比率差动元件由低值比率差动（灵敏）和高值 比率差动（不灵敏）两个元件构成。为了减少在区 外短路和区外短路切除时由于变压器各侧TA暂态 和稳态特性不一致、TA饱
9、和程度不一致而产生的 误动，因此稳态低值比率差动装置采用初始带制动 的比率制动特性。稳态低值比率差动元件的动作方程如下：第13页，本讲稿共32页稳态低值比率差动继电器动作方程：第14页，本讲稿共32页稳态低值比率差动继电器稳态低值比率差动继电器稳态低值比率差动保稳态低值比率差动保护要经过护要经过TA饱和判饱和判据闭锁以防止在据闭锁以防止在TA饱和时误动饱和时误动。第15页，本讲稿共32页变压器差动保护TA饱和判据由于TA的暂态、稳态饱和与变压器的励磁涌流有相类似 之处，当短路电流中的暂态分量中有偏于时间轴一侧的直 流分量，使得磁通对励磁电流变化的磁滞回线不与坐标原 点对称，因此励磁电流的正负半
10、周波形不对称即有一定分 量的偶次谐波分量。而在稳态短路电流中无直流分量，故 磁通对励磁电流变化的磁滞回线与坐标原点对称，因此励 磁电流的正负半周波形对称此时偶次谐波分量较小但有一 定的奇次谐波分量。因此，可以利用二次电流中的谐波含 量来识别TA的暂态与稳态饱和。第16页，本讲稿共32页变压器差动保护TA饱和判据另外装置将浮动门槛技术运用到稳态比率 差动的制动电流中。采取上述两个措施来 保证在变压器发生区外故障中出现TA饱和、区外故障切除再恢复过程中差动各侧TA 的暂态特性出现差异、变压器出现扰动性 负荷（如钢厂负荷）时差动各侧TA的暂态 与稳态特性出现差异等情况下，稳态低值 比率差动保护不会误
11、动作。第17页，本讲稿共32页稳态高值比率差动继电器和差动电流速断为了保证区内故障的快速切除，以及 区内短路TA饱和时差动保护也能切除 故障。只有低值比率差动元件（灵敏）带有TA饱和判据，高值比率差动元 件（不灵敏）不设TA饱和判据。用较 高的制动系数及浮动门槛抗TA饱和。另外针对变压器区内的严重故障，装 置还设有动作快速的差动速断元件。第18页，本讲稿共32页稳态高值比率差动继电器动作方程动作特性第19页，本讲稿共32页变压器区外故障并伴随TA饱和采用了TA饱和判据没有采用TA饱和判据第20页，本讲稿共32页变压器区内故障并伴随TA饱和RCS-978第21页，本讲稿共32页零序比率差动和分侧
12、比率差动继电器为了提高接地故障的灵敏度，针对自耦变压器，装置设有零序差动或分侧差动。现有零差保护存在的问题：零序TA极性不易校验 问题；在变压器区外三相短路或励磁涌流状态下，由于三相TA特性不一致和TA饱和程度不一致等 因素的影响，零差保护可能误动作的问题。第22页，本讲稿共32页零序比率差动继电器各侧零序电流均由装置自产得到，各侧TA二次零序电 流由软件调整平衡，这样可避免采用零序TA极性不易 校验等问题。装置在理论分析与实验的基础上，采用正序电流制动 与TA饱和判据相结合的方法，保证零差保护在变压器 区外三相短路、或励磁涌流情况下不误动。正序电流制动判据：，满足本判据开放保护。第23页，本
13、讲稿共32页零序比率差动继电器动作方程：动作特性：第24页，本讲稿共32页自耦变压器正常运行发生A相1匝对地短路（零差保护动作）实例第25页，本讲稿共32页自耦变压器区外出口三相短路并伴随TA饱和（零差保护不误动）实例第26页，本讲稿共32页电流相位补偿的新方法电流相位补偿的新方法目前国内外对目前国内外对Y/-11Y/-11接线变压器相位补接线变压器相位补偿方法都是采用偿方法都是采用Y Y 的补偿方法。其原的补偿方法。其原理是理是Y/-11Y/-11接线变压器由于接线变压器由于侧接线作侧接线作了一个顺相序的两相电流相减导致两侧了一个顺相序的两相电流相减导致两侧电流产生相位差。因此设法把电流产生
14、相位差。因此设法把Y Y侧电流也侧电流也作一个顺相序的两相电流之差，就可实作一个顺相序的两相电流之差，就可实现相位补偿。在模拟型保护中是将现相位补偿。在模拟型保护中是将Y Y侧侧TATA接成接成接线实现电流相减的。而在微机接线实现电流相减的。而在微机保护中是在软件中实现电流相减。保护中是在软件中实现电流相减。第27页，本讲稿共32页电流相位补偿新方法电流相位补偿新方法上述这种补偿方法实际上在上述这种补偿方法实际上在Y和和两侧都做了两侧都做了个两相电流差的计算。这样在空投变压器时如个两相电流差的计算。这样在空投变压器时如果两相都有涌流，两相电流相减后可能成为涌果两相都有涌流，两相电流相减后可能成
15、为涌流特征（例如二次谐波或间断角）不很明显但流特征（例如二次谐波或间断角）不很明显但幅值很大的电流。为了避免差动保护的误动，幅值很大的电流。为了避免差动保护的误动，采用了任一相差电流出现涌流特征时闭锁三相采用了任一相差电流出现涌流特征时闭锁三相的方法。但这样将造成空投在故障变压器上时的方法。但这样将造成空投在故障变压器上时差动保护不能快速跳闸的缺陷。差动保护不能快速跳闸的缺陷。为解决上述问题采用由为解决上述问题采用由Y电流相位补偿的电流相位补偿的新方法。这种方法是国内外首创。新方法。这种方法是国内外首创。第28页，本讲稿共32页电流相位补偿新方法电流相位补偿新方法由由Y相位补偿新方法：在软件中
16、将相位补偿新方法：在软件中将侧侧电流做一个反相序的两相电流之差。为求得电流做一个反相序的两相电流之差。为求得零序电流的平衡，将零序电流的平衡，将Y侧电流减去零序电流。侧电流减去零序电流。侧侧 Y侧侧第29页，本讲稿共32页电流相位补偿新方法电流相位补偿新方法采用采用Y相位补偿的新方法后，由于相位补偿的新方法后，由于Y侧没有进行两相电流差的计算，变压器侧没有进行两相电流差的计算，变压器空载合闸时各相有涌流时其特征都很明空载合闸时各相有涌流时其特征都很明显。有涌流时闭锁保护更加可靠。另外显。有涌流时闭锁保护更加可靠。另外当判别出涌流特征后可实行分相闭锁。当判别出涌流特征后可实行分相闭锁。当空投在故障变压器上时由于故障相肯当空投在故障变压器上时由于故障相肯定没有涌流特征所以故障相的差动保护定没有涌流特征所以故障相的差动保护没被闭锁可以快速跳闸。试验表明，空没被闭锁可以快速跳闸。试验表明，空投在故障变压器上保护动作时间小于投在故障变压器上保护动作时间小于40mS。第30页，本讲稿共32页空投变压器于匝间故障空投变压器于匝间故障(B相相2.5%匝间故障匝间故障)-Y-YY-Y-第31页，本讲稿共32页谢谢 谢谢！第32页，本讲稿共32页