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1、变压器微机保护第1页，本讲稿共52页第一章 微机变压器保护的历史微机变压器保护经过二十多年的发展，以历经时代：微机变压器保护经过二十多年的发展，以历经时代：第一代以保护的微机化为代表，CPU为8位；第二代以提高保护性能和保护操作液晶界面为代表，CPU为16位；第三代以 汉化界面和提高通信性能（与综自系统等的联系）的运用为代表，CPU为32位；第四代以网络化、实时嵌入式系统和新型互感器的应用为标志。第2页，本讲稿共52页第二章 PST-1200系列数字式变压器保护的硬件本装置在总体设计及各模件设计上充分考虑可靠性要求，在采样数据传输、程序执行、信号指示、通信等方面尤其注重。经试验，在本装置任何端
2、子上实施4kV瞬变干扰脉冲，在装置任何部位实施15kV空间静电放电干扰或8kV接触静电放电干扰，本装置未出现数据传输错误，未出现CPU复位，未出现异常信号或异常液晶信息显示，保护不拒动、不误动，远高于国家标准要求。由于本装置在抗干扰能力上有充分考虑，故本装置组屏时，不需要安装另外的交、直流输入抗干扰模件。第3页，本讲稿共52页第一节机箱结构本系列装置外形为19英寸4U标准机箱，采用整面板、背插式结构。整面板上包括大屏幕液晶显示器、全屏幕操作键盘、信号指示灯等。第4页，本讲稿共52页第一节机箱结构背插式结构即插件从装置的背后插拔，各插座间的连线在整母板上，母板位于机箱的前部。而不使用端子绕线式，
3、提高了装置本体的抗干扰性能，同时减少人为的差错因素，保证了品质的一致性。该结构具有以下优点：一、各插件自带可插拔端子，母板上只有保护内部使用的5V和24V电压等级回路连线，强弱电完全分开，可大大减少外部电磁干扰在弱电侧的耦合，增强装置的抗干扰能力，提高其可靠性和安全性；二、可使母板连线按总线方式布置，使装置在功能配置上具有很强的灵活性，三、可取消交流变换模件的大电流端子，再不会出现电流端子顶不开导致的CT二次侧开路和分流问题，提高装置的可靠性。四、便于插件按模块化设计。五、可以根据用户的需要更换或增加部分模件，扩充或更改装置的功能；第5页，本讲稿共52页第一节机箱结构第6页，本讲稿共52页第二
4、节模数转换模块（）模/数转换模块(A/D)，由无源低通滤波、模/数转换(A/D)及微处理器构成。其中A/D采用14位高精度、高稳定性器件，精确工作电流可达0.04In，精确工作电压达0.2V，提高保护的测量精度。各模拟量经无源低通滤波，可有效滤除高次谐波，而对基波量的衰减不到1，且各通道模拟量的衰减率及相移皆能达到很好的一致性。第7页，本讲稿共52页第三节保护功能模块（CPU）保护功能模件(CPU)用于处理A/D模块传来的数据，执行设定的保护功能。保护功能模件(CPU)由A/D模块、状态量输入、状态量输出(用于跳合闸脉冲输出、告警信号输出、闭锁继电器的开放及其它信号输出)、微处理器MPU、随机
5、存储器RAM、程序存储器ROM、闪存FLASH MEMORY、电可擦除电可改写存储器EEPROM等构成。高性能的微处理器CPU(32位)，大容量的ROM(256K字节)、RAM(256K字节)及FLASH RAM(1M字节)，使得该CPU模件具有极强的数据处理及记录能力，可以实现各种复杂的故障处理方案和记录大量的故障数据，可记录1500条以上的事件和1248份事故录波报告(视故障的复杂程度而有所变化，通常可保存30份左右录波报告，内含定值、采样值、过程标志集以及与之相关的电气量计算值，等等)。C语言编制的保护程序，可使程序具有很强的可靠性、可移植性和可维护性，保护功能的扩展具有很好的开放性。各
6、种与CPU有关的器件集中于一块插件上，各输入、输出状态量皆经光耦隔离。第8页，本讲稿共52页第三节保护功能模块（CPU）本CPU模件设有两片微处理器，主处理器用于运行保护程序，辅助处理器用于监视主处理器工作状况。当本模件有器件出现异常，主处理器驱动闭锁继电器，切断状态量输出光耦输出侧的工作电源。当主处理器工作异常，辅助处理器驱动上述闭锁继电器。闭锁继电器的需掉电方能复归。双处理器相互监视，确保了装置工作的可靠性。CPU模件的端子主要用于接入该CPU上保护所需的压板及专用输入、输出信号等。CPU以太网RAMROMFLASH I/O端子信号母板信号出口信号、告警输出RS232至PC数据采集系统至M
7、MI时钟第9页，本讲稿共52页 第四节第四节 人机对话模件人机对话模件(MMI)人机对话模件(MMI)安装于装置整面板后，该模件是PS6000系列数字式保护产品的通用件，在上述产品中硬件和软件完全兼容。该模件包括：微处理器(32位)，大容量ROM(512K字节)、RAM(1M字节)、FLASH MEMORY(1M字节)，EEPROM，状态量输入、输出，通信控制器件，时钟，大屏幕液晶显示器(240128)，全屏幕操作键盘，信号指示灯等。本模件主要用于人机界面管理。主要功能为：键盘操作、管理液晶显示、信号灯指示、与调试计算机及变电站监控系统通信、GPS脉冲对时(分/秒脉冲对时)以及将控制信息传给C
8、PU、从各CPU模件获取信息。与各CPU的通信采用CAN 总线，速率为100Kbps，保护动作事件可以主动上传至MMI，突破了装置内部通信的瓶颈，提高装置内部信息传送的速度。第10页，本讲稿共52页第四节第四节 人机对话模件人机对话模件(MMI)对外通信有五个端口，一个设置在面板上，四个设置在通信接口模件的背板上。在面板上的为RS232串口（新方案为USB接口），用于和PC机连接。在通信接口模件的背板上的四路通信端口可根据需要设置成不同的物理接口。第11页，本讲稿共52页第五节通信接口模件第五节通信接口模件(COM)通信接口模件(COM)，主要有两种功能：本装置各CPU所需公共输入状态量(包括
9、GPS对时脉冲输入)由此模件经光电转换后接入装置母板，供各CPU模件共享。另一主要功能为MMI模件上的通信功能经本模件转换为相应物理接口输出，用于变电站自动化系统通信及打印通信。本模件通信接口可根据变电站通信系统的物理媒介选择不同的配置方式。当由本系列装置构成变电站自动化系统时，推荐采用以太网接口，全站构成以太网络通信系统，以克服以往产品的通信瓶颈，大大提高信息传输的实时性能。在采用以太网通信时，使用基于以太网的平衡式IEC8705103通信规约及其通用报文可以兼顾通信规约的兼容性和通信的效率。当本装置接入其它变电站自动化系统时，根据具体工程的特殊要求，在通信接口可设置成EIA 422/485
10、接口、CAN总线接口、LON WORK总线接口或光纤接口等，以满足不同的自动化系统需要。但由于它们的传输效率比较低(在系统节点比较大时尤其明显)，并且CAN总线和LON WORK总线缺少比较统一的通信规约，所以本公司不推荐这几种接口方式。第12页，本讲稿共52页第六节电源模件第六节电源模件(POWER)电源模件(POWER)，用于将变电站内直流电源转换为保护装置所需的工作电压。本模件输出一路5V，两路24V电压，5V电源用于装置数字器件工作，一路24V电源用于继电器驱动及各模件间相互信号交换，另一路24V电源输出装置，用于装置状态量输入使用。各电压等级电源相互独立，不共地。电源模件原理示意图见
11、图34。为增强电源模件的抗干扰能力，本模件的直流输入及引出端子的24V电源皆装设滤波器。第13页，本讲稿共52页第七节第七节 装置特点装置特点1、人性化 装置采用大屏幕全汉化液晶显示器，可显示158个汉字，显示信息多；事件和定值全部采用汉字显示或打印，摒弃了字符表述方式；定值以表格方式输出，录波数据可选择波形输出或数据输出；计算机界面的调试和分析软件Psview，不但能完成装置键盘上的功能，还能对保护录波数据分析；可独立整定32套定值，供改变运行方式时切换使用。2、大资源 保护功能模件（CPU）的核心为32位微处理器，配以大容量的RAM和Flash RAM，使得本装置具有极强的数据处理能力和存
12、储能力，可记录的录波报告为8至50个，可记录的事件不少于1000条。数据存入FLASHRAM中，装置掉电后可保持；A/D模件采用14位的A/D转换和无源低通滤波，使本装置具有极高的测量精度；采用CAN网作为内部通信网络，数据信息进出流畅，事件可随时上传。第14页，本讲稿共52页第七节第七节 装置特点装置特点3、高可靠性 装置采用背插式机箱结构和特殊的屏蔽措施，能通过IEC60255224标准规定的IV级（4kV10）快速瞬变干扰试验、IEC60255222标准规定的IV级（空间放电15kV，接触放电8kV）静电放电试验，装置整体具备高可靠性；组屏可不加抗干扰模件。4 、开放性 通信接口方式选择
13、灵活，与变电站自动化系统配 合，可实现远方定值修改和切换、事件记录及录波数据上传、压板遥控投退和遥测、遥信、遥控跳合闸。5 、透明化 记录保护内部各元件动作行为和录波数据；记录各元件动作时内部各计算值；可将数据在Psview软件上分析保护内部各元件动作过程。6 、免调试 在采样回路中，选用高精度、高稳定的器件，保证正常运行的高精度，避免因环境改变或长期运行而造成采样误差增大；细微的软件自动调整，提升装置精度；完善的自检功能，满足状态检修的要求；装置中无可调节元件，无需在现场调整采样精度，同时可提高装置运行的稳定性；第15页，本讲稿共52页第二章第二章PST-1200系列变压器保护的系列变压器保
14、护的原理及应用原理及应用第一节、变压器简介第一节、变压器简介1、根据用途分类：、根据用途分类：A电力变压器降压变升压变配电变联络变B电炉变压器 二次电压低，电流大C整流变压器工作电流波形为不规则的非正弦波D工频试验变压器E电抗器F调压器G矿用变压器H其它特种变压器(电磁式PT、CT)第16页，本讲稿共52页 第一节第一节 变压器简介变压器简介A额定容量（包括各侧容量）B相数（单相或三相）C频率D额定电压E绕组接线方式和联结组F变压器冷却方式G绝缘水平H负载特点I安装特点（户内或户外）J短路阻抗成本随阻抗增加而增加K负载损耗基本损耗（直流电阻）和附加损耗（涡流和漏磁）L空载损耗M空载电流电力变压
15、器的性能参数电力变压器的性能参数2、电力变压器的性能参数：、电力变压器的性能参数：第17页，本讲稿共52页 第一节第一节 变压器简介变压器简介A）两卷单相变压器数学模型电路B）三相变压器绕组联结方式 A B C A B C X Y ZX Y Z Y形 形C）自耦变压器A a X x第18页，本讲稿共52页 第二节第二节 变压器保护用变压器保护用TA及对及对 差动保护的影响差动保护的影响差动保护动作速度快（2030ms），变压器各侧电流互感器在传变电流时的暂态特性应尽可能的一致。以免出现过大的暂态不平衡电流，造成差动保护误动。目前，220Kv系统中大量使用P级电流互感器，500KV系统使用带暂态
16、特性的TP型电流互感器（T暂态，P保护）。TP型电流互感器有四种型号：有闭路铁心的TPS和TPX，有气隙铁心的TPZ和TPY；TPS型为底漏磁，其误差由励磁特性和匝数比偏差来确定，剩磁不限；TPX型在规定条件下峰值误差不超过10%，剩磁不限。铁心气隙对电流互感器的影响1、铁心气隙对暂态性能的影响(1)加长电流互感器到达饱和的时间，即比闭路铁心电流互感器有更长的时间保持电流线性传变关系，关键是使剩磁减小到饱和磁密的10%以下。(2)电流互感器励磁电抗显著减小，空载电流互感器的电流汲出效应严重，增大了差动保护的不平衡电流，相应地降低了该保护的灵敏度；在几个有气隙铁芯电流互感器并接的场合(如环形母线
17、、一个半断路器接线等)，汲出电流可能使断路器失灵保护误动作。(3)铁芯气隙使剩磁大大减小，因此在切除短路后电流互感器铁芯磁通由短路状态的很高值逐渐下降到很低的剩磁值使二次电流继续存在(残余电流)较长时间，这容易引起灵保护误动作。第19页，本讲稿共52页 第二节第二节 变压器保护用变压器保护用TA及对及对 差动保护的影响差动保护的影响2，气隙对电流互感器稳态性能的影响 由于气隙的存在使电流互感器励磁电流比闭路铁芯的大，稳态的电流互感器幅值误差和相角误差均加大，一般更多地影响测量仪表的精度，对灵敏的差动保护也有少许影响，即稳态平衡电流要略大些，动作整定值应稍作提高。3，有铁芯气隙电流互感器的优点和
18、缺点 与闭路铁芯的电流互感器作对比，有隙铁芯的电流互感器有以下优点：(1)剩磁大大减小，改善电流互感器暂态特性；(2)电流互感器时间常数减小，使铁芯截面缩小；(3)为避免饱和，在同一电流下闭路铁芯电流互感器尺寸大；(4)二次开路电压小(励磁电抗小)；(5)二次侧功率因数对为防止饱和而加大尺寸的影响，有隙铁芯电流互感器比闭路铁芯电流互感器小。第20页，本讲稿共52页 第二节第二节 变压器保护用变压器保护用TA及对及对 差动保护的影响差动保护的影响4、有隙铁芯BA的缺点：(1)励磁电流大，电流互感器误差大；(2)汲出电流大，残余电流延续时间长，易引起保护的误动或降低保护的灵敏度；（3）比闭路铁芯电
19、流互感器的机械强度低、价格高；(4)铁芯气隙使电流互感器二次漏电抗增大，影响电压(高阻抗)差动保护的整定值和灵敏度 (5)气隙的尺寸和结构可能经一段时间后会发生些微变化，影响特性的稳定。5、电流互感器的暂态饱和对差动保护的影响保护用电流互感器要求在规定的一次电流范围内，二次电流的合误差不超出规定值。对于有铁芯的电流互感器，形成误差的最主要因数是铁芯的非线性励磁特性及饱和。电流互感器的饱和可分为：稳态饱和：大容量短路稳态对称电流引起的饱和；暂态饱和：短路电流中含有非周期分量和铁芯存在剩磁而引起的饱和。第21页，本讲稿共52页 第二节第二节 变压器保护用变压器保护用TA及对及对 差动保护的影响差动
20、保护的影响两类饱和的特性有很大不同，引起的误差也差别很大。在同样的允许误差条件下，考虑暂态饱和要求的互感器铁芯截面可能是仅考虑稳态饱和的数倍互数十倍。A稳态饱和特性及对策当电流互感器通过的稳态对称短路电流产生的二次电动势超过一定值时，互感器铁芯将开始出现饱和其特点是：畸变的二次电流呈脉冲形，正负半波大体对称，畸变开始时间小于5ms（1/4周波）。二次电流有效值将低于未饱和的情况。对于反映电流值的保护，如过电流保护和阻抗保护等，饱和将使灵敏度降低，对于差动保护差电流取决于两侧互感器饱和特性的差异。第22页，本讲稿共52页 第二节第二节 变压器保护用变压器保护用TA及对及对 差动保护的影响差动保护
21、的影响B暂态饱和短路电流一般含有非周期分量，这将使电流互感器的变特性严重恶化，原因是电流互感器的励磁特性是按工频设计。在变单效频率很低的非周期分量时，铁芯的磁通（励磁电流）需要大大增加。是否考虑短路电流的暂态过程，电流互感器分为P和TP类，P类电流互感器要求AC情况下不饱和（纯交流）而TP类电流互感器要求整个工作情况下的总磁通=AC+DC不饱和，因此要求TP类的铁芯远大于P类。非周期分量导致互感器暂态饱和时二次电流波形是不对称的，开始饱和的时间较长，但铁芯有剩磁时，将加重饱和程度和缩短开始饱和时间。为了减缓暂态饱和对保护的影响，需要采取必要的措施。这种措施有两类，一类是保护装置具备减缓饱和影响
22、的能力，另一类是选择适当的电流互感器类型和参数。保护对电流互感器两大要求：保证保护的可依赖性。（不影响保护的可靠性）保证保护的安全性（不会导致保护误动或无选择动作）保护装置抗饱和的能力第23页，本讲稿共52页 第二节第二节 变压器保护用变压器保护用TA及对及对 差动保护的影响差动保护的影响对于变压器差动保护，未提出明确要求。电流互感器本身与电力变压器一样也是采用同样的原理，因此保护要区分饱和的原因是电流互感器还是变压器本身引起。目前国内的主变保护产品未采取合适的方法。有厂家采取了一些方法但效果不理想，存在差动保护误动的情况，特别是空载合闸于故障变压器时。暂态饱和与稳态饱和的波形特征不同采取措施
23、时也要区别对待。针对TA饱和问题，国内外提出一些判别TA饱和的方法：1、采用附加额外电路来检测TA饱和，现场工作不方便；2、提高定值，降低保护动作灵敏度；3、采用流出电流判别的比率差动保护；4、异步法TA饱和判别，利用TA饱和时电流波型中谐波含量高、波形明显不对称 等特征；5、时差法；TA饱和时，差动电流比制动电流落后；6、利用电压与差电流的变化不同步；母差外部故障时各支路的短路电流分布可能很不均匀，饱和情况可能不一致。为保证母差保护的正确性，要求母线保护装置必须采取措施，减缓暂态饱和的影响并不对电流互感器提出特殊要求。母线差动为标准的满足基尔霍夫定律因母线本身无电感铁芯电容等影响。第24页，
24、本讲稿共52页 第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护 A概述主保护：瓦斯保护和差动保护一、瓦斯保护 瓦斯保护为变压器本体内故障的一种主要保护，特别是铁心故障。无论差动保护还是其他内部短路保护如何改进，都不能代替瓦斯保护，当然瓦斯保护也不能代替差动保护，电气故障是瓦斯保护的反映较慢。瓦斯保护在运行中，误动较多，主要为回路和瓦斯继电器本身的故障率较高。对于保护装置，只起到记录动作信息和转换保护动作出口的作用。瓦斯保护的动作原理图为提高瓦斯保护的可靠性，XHJ和CKJ的动作电压有所不同。XHJ的动作电压较低，为额定电压的55%60%；CKJ的动作电压较高，为额定电压的65%70%；
25、XHJ的动作时间为10ms，CKJ的动作时间为20ms。（规程规定继电器的动作时间10ms。本设计方案能有效的防止因绝缘破坏和直流单点接地引起保护误动作。第25页，本讲稿共52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护一、比率制动式差动保护1 1、变压器纵差保护的构成原理及接线、变压器纵差保护的构成原理及接线TA1TA2IAIBIC与发电机、变压器及母线差动保护（纵差保护）相同，变压器纵差保护的构成原理也是基于克希荷夫第一定律，即其物理意义是：变压器正常运行或外部故障时，流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应该动作。当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有
26、流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作。第26页，本讲稿共52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护、实现变压器纵差保护的技术难点、实现变压器纵差保护的技术难点（）（）变压器两侧电流的大小及相位不同变压器正常运行时，若不计传输损耗，则流入功率应等于流出功率。但由于两侧的电压不同，其两侧的电流不会相同。超高压、大容量变压器的接线方式，均采用YN，d方式。因此，流入变压器电流与流出变压器电流的相位不可能相同。当接线组别为YN，d11时，变压器两侧电流的相位差300。流入变压器的电流大小和相位与流出电流大小和相位不同，则I=0就不可能等于或很小了。第27页，本讲稿共
27、52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护 变压器各侧电流相位补偿元件变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。电流互感器各侧的极性以母线侧为极性端。变压器各侧TA二次电流相位由软件调整，装置采用Y-Y-变化调整差流平衡。对于Y0/-11-11的接线，其校正方法如下：Ia=IA-IBIb=IB-ICIc=IC-IA平衡系数的平衡系数的计计算算高压侧绕组为Y型，高压侧平衡系数为高压侧绕组为型，高压侧平衡系数为中压侧绕组为Y型，中压侧平衡系数为 中压侧绕组为型，中压侧平衡系数为 低压侧绕组为Y型，低压侧平衡系数为 低压侧绕组为型，低压侧平衡系数为 第28页，本讲稿
28、共52页 第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护（2）、变压器带负荷调压为满足电力系统用户对电压质量的要求，在运行中，根据系统的运行方式及负荷工况，要不断改变变压器的分接头。变压器分接头的改变，相当于变压器两侧的变比发生了变化，将使两侧之间电流的差值发生变化，从而增大了其纵差保护中的不平衡电流。根据运行实际情况，变压器带负荷调压范围一般为上下5%。因此，由于带负荷调压，在纵差保护产生的不平衡电流可达5%的变压器额定电流。（3）、两侧差动TA的变比与计算变比不同变压器两侧差动TA的名牌变比，与实际计算值不同，将在纵差保护产生不平衡电流。另外，两侧TA的型号和变比不一，也将使差动保
29、护中的不平衡电流增大。由于两侧TA变比误差在差动保护中产生的不平衡电流可取6%变压器额定电流。2、稳态不平衡电流大（1）、变压器有激磁电流变压器铁心中的主要磁通是由激磁电流产生的，而激磁电流只流过电源侧，在实现的纵差保护中将产生不平衡电流。激磁电流的大小和波形，受磁路饱和的影响，并由变压器铁心材料的几何尺寸决定，一般为变压器额定电流的3%-8%。大型变压器的激磁电流相对较小。第29页，本讲稿共52页 第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护3、暂态不平衡电流大（1）、两侧差动TA型号、变比及二次负载不同与发电机纵差保护不同，变压器两侧差动TA的变比不同、型号不同；由各侧TA端子箱
30、引至保护盘TA二次电缆的长度相差很大，即各侧差动TA的二次负载相差很大。差动TA型号及变比不同，其暂态特性就不同；差动TA二次负载不同，二次回路的暂态过程就不同。这样，在外部故障或外部故障切除后的暂态过程中，由于两侧电流的自由分量相差很大，可能使两侧差动TA二次电流之间的相位发生变化，从而可能在纵差保护中产生很大的不平衡电流。第30页，本讲稿共52页 第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护（2）、空投变压器的励磁涌流空投变压器时产生的励磁涌流的大小，与变压器结构有关，与合闸前变压器铁心中剩磁的大小及方向有关，与合闸角有关；此外，尚与变压器的容量、距大电源的距离有关。多次测量表明
31、：空投变压器时的励磁涌流通常为其额定电流的2-6倍，最大可达8倍以上。由于励磁涌流只由充电侧流入变压器，对变压器纵差保护而言是一很大的不平衡电流。（3）、变压器过激磁在运行中，由于电源电压的升高或频率的降低，可能使变压器过激磁。变压器过激磁后，其励磁电流大大增加。使变压器纵差保护中的不平衡电流大大增加。（4）、大电流系统侧接地故障时变压器的零序电流当变压器高压侧发生接地故障时，流入变压器的零序电流因低压为小电流系统而流不出变压器。因此，对于变压器纵差保护而言，上述零序电流为一很大的不平衡电流。第31页，本讲稿共52页 第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护针对以上造成误差的情况
32、的相应措施针对以上造成误差的情况的相应措施、PST-1200PST-1200对各侧电流互感器型号及变比误差的解决措施对各侧电流互感器型号及变比误差的解决措施PST-1200对此选用平衡系数来完成，此平衡系数的计算是由保护装置的软件来完成。平衡系数的计算与的接线方式无关BL/BH应尽可能的小于16，这是保证装置最佳运行方式。若BL/BH大于16，在正常运行中会造成差流误差变大。、单相变压器励磁涌流的分析、单相变压器励磁涌流的分析为考虑空载合闸的最严重条件，同时有利于简化分析工作，假设电源内阻抗为0，不计合闸回路电阻。u1 Isd Lm u2合闸大电源电压为 u=umSin(t+)第32页，本讲稿
33、共52页单相变压器励磁涌流的分析单相变压器励磁涌流的分析当二次侧开路的空载变压器突然合到电压为u的无穷大系统上，忽略变压器漏抗压降，设变压器的变比为1：1，则有d/dt=umSin(t+)即 =umumCos(t+)/+C=um/LCosCos(t+)(BsBr)/Bm0L合闸回路的基波电抗由以上公式可以看出当=0时有最大的暂态磁通，因此=0时，产生最大涌流峰值（对单相变压器）。在通常的励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波，因此励磁涌流不是标准的正弦波。励磁涌流的大小与合闸瞬间的电压相位、铁芯剩磁大小和方向、电源容量、变压器容量及铁芯材料等因数有关。当变压器的容量越大，衰减越慢。励磁涌流的
34、特点：、偏于时间轴一侧，即励磁涌流中含有很大的直流分量；、波形是间断的，且间断角很大，一般大于150度；、由于波形间断，使其在一个周期内正半波与负半波不对称；、含有很大的二次谐波分量，不同时刻涌流中二次谐波分量与基播分量的百分比大于，有的达之多；、在同一时刻三相涌流之和近似为零。第33页，本讲稿共52页单相变压器励磁涌流的分析单相变压器励磁涌流的分析空投变压器（实际500kV自耦变压器）第34页，本讲稿共52页单相变压器励磁涌流的分析单相变压器励磁涌流的分析因此，国内目前采用的防励磁涌流的措施主要有以下几种方法：二次谐波比例制动波形对称原理间断角原理其它方法（模糊识别）二次谐波原理二次谐波原理
35、为了在变压器空投时防止励磁涌流引起差动保护误动,其动作判据为：I Id*XB 2；其中：I为差动电流中的二次谐波含量；Id为变压器差动电流；XB2为差动保护二次谐波制动系数；波形对称原理波形对称原理工作原理：采用波形对称算法，将变压器在空载合闸时产生的励磁电流和故障电流区分开来。将流入差动保护的差流进行微分将微分后的差流的前半波与后半波做对称比较|I1+I1+180|/|I1I1+180|K若满足上式，则为对称，否则为不对称。对于故障电流，主要为基波电流，上式恒成立。第35页，本讲稿共52页单相变压器励磁涌流的分析单相变压器励磁涌流的分析对于励磁涌流（主要为二次谐波电流），上式不成立以此区分故
36、障电流与励磁涌流对称涌流的特征对称涌流是由剩磁方向相同的两相涌流相减生成的电流，如b相负剩磁，b相电压负半波产生涌流，c相负剩磁，c相电压负半波产生涌流，b相和c相涌流方向相同。b、c相电压负半波相差120。由它们产生的涌流是两个峰值相差120，方向相同的单相涌流之差。对称涌流的间断角比单相涌流要小，最小可达30。对称涌流的系数可分为3段，中间是个较大的波形，其宽度为120。两头两个小波与中间方向相反，大小可能不一样，在一个周波内有间断角。90 270 0 180 360第36页，本讲稿共52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护、过励磁工况下，防止差动保护误动的技术措施、过
37、励磁工况下，防止差动保护误动的技术措施变压器过电压或过励磁时，（u/f）励磁电流急剧增大，波形严重畸变。当电压达到额定电压的120%140%时，励磁电流可增至额定电流的10%43%（大概）。这个电流将作为不平衡电流流入差动保护的动作回路，完全可能使差动保护误动作。防误措施是增设五次谐波制动回路，当过电压达到120%时，五次谐波最大，达到基波电流的50%，若过电压水平再增加，五次谐波含量降低，当过电压达到140%时，五次谐波占基波的35%，因此，取I5/I135%作为闭锁条件较为合适。在过电压超过140%时，将严重威胁变压器的安全。这时I5/I138%差动保护动作也是合理的。在变压器的后备保护中
38、也可增设过激磁保护。必须说明，变压器过电压或过励磁时，励磁电流的性质将随变压器设计、材料、结构、工艺等因素而有所不同。第37页，本讲稿共52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护比率制动式差动保护比率制动式差动保护采用这一原理既能在外部短路时可靠的制动，又能在内部短路时有较高的灵敏度，但对内部短路时流出电流的适应能力较差。对励磁涌流和过励磁也要有特殊方式。比率制动式差动保护的方法较多，现介绍PST-1200采取的方式1、启动元件保护启动元件用于开放保护跳闸出口继电器的电源及启动该保护故障处理程序。各保护CPU的启动元件相互独立，且基本相同。启动元件包括差流突变量启动元件、差流
39、越限启动元件。任一启动元件动作则保护启动。a)差电流突变量启动元件的判据为：|i(t)-2i(t-T)+i(t-2T)|0.5Icd；其中：为a,b,c三种相别；Icd为差动保护动作定值；当任一差电流突变量连续三次大于启动门坎时，保护启动。第38页，本讲稿共52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护、差动电流速断保护元件比率制动的差动保护能作为变压器的主保护，但在严重内部故障时，短路电流很大，TA严重饱和使交流暂态传变严重恶化，TA二次侧基波电流为零，高次谐波分量增大，比率制动的差动保护无法反映区内短路故障，从而影响了比率差动保护的快速动作，所以变压器比率制动的差动保护还应配
40、有差动速断保护。其动作判据为：Id Isd其中：Id为变压器差动电流，Isd为差动电流速断保护定值、五次谐波制动元件本元件是为了在变压器过励磁时防止差动保护误动,其动作判据为：I Id*XBB 5其中：I为差动电流中的五次谐波含量；Id为变压器差动电流XBB5为差动保护五次谐波制动系数,软件设定为软件设定为0.38；b)差流越限启动元件是为了防止经大电阻故障时相电流突变量启动元件灵敏度不够而设置的辅助启动元件。该元件在差动电流大于差流越限启动门坎并持续5ms后启动。差流越限启动门坎为差动动作定值的80%。第39页，本讲稿共52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护第三节第三节
41、 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护、比率制动元件本元件是为了在变压器区外故障时差动保护有可靠的制动作用,同时在内部故障时有较高的灵敏度，其动作判据为：两侧差动：Icdd=|I1+I2|；Izdd=max(|I1|,|I2|)；三侧差动：Icdd=|I1+I2+I3|；Izdd=max(|I1|,|I2|,|I3|)；四侧差动：Icdd=|I1+I2+I3+I4|；Izdd=max(|I1|,|I2|,|I3|,|I4|)；（1）IcddIcd （2）IzddIzddIzd Icdd-IcdK1*(Izdd-Izd)或Izdd3Izd Icdd-Icd-K1*2IzdK2*(Izdd-3
42、Izd)其中：I1为I侧电流；I2为II侧电流；I3为III侧电流；I4为IV侧电流；Icd为差动保护电流定值；Icdd为变压器差动电流；Izdd为变压器差动保护制动电流，Izd为差动保护比率制动拐点电流定值,设定为高压侧额定电流值；K1,K2为比率制动的制动系数，软件设定为K1=0.5,K2=0.7；第40页，本讲稿共52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护关于k1=0.5，k2=0.7选取的考虑：变压器匝间故障时，差动电流较小，制动电流也较小。这时，保护的TA工作在线性范围，能够准确的传变故障电流，同时保证差动保护的动作灵敏度。这种情况下，考虑负荷电流的影响，差动保护应
43、工作在k3和k1段；当变压器引线故障时，故障电流较大，负荷电流的影响可忽略；3）区外故障时，故障电流较大，会造成TA饱和等，造成流入变压器差动保护的差流较大，因此提高比例制动特性；在转换性故障时，TA不能准确的传变故障电流，造成差动保护误动作，国内已有实例应采取其他方法解决。第41页，本讲稿共52页第三节第三节 变压器内部故障主保护变压器内部故障主保护、TA回路异常判别元件本元件是为了变压器在正常运行时判别TA回路状况，发现异常情况发告警信号，并可由控制字投退来决定是否闭锁差动保护。其动作判据为：(1)|i|0.1In且|IH|IWI(5)max(Ida,Idb,Idc)0.577Icd其中：
44、i为相电流突变量 Ida,Idb,Idc为A,B,C三相差流值；Icd 为差动保护电流定值 In 为额定电流 IQ 前一次测量电流 IH 当前测量电流 ID 无流相的差动电流 IWI无电流门槛值，取0.04倍的TA额定电流；以上条件同时满足(1)、（2）、（3）、（4）判TA断线，仅条件（5）满足，判为差流越限。第42页，本讲稿共52页第四节第四节 变压器内部故障后备保护变压器内部故障后备保护1、复合电压闭锁（方向）过流保护本保护反应相间短路故障，可作为变压器的后备保护。交流回路采用90接线，本侧TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线后若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。本保护包括以下元
45、件：1)复合电压元件，电压取自本侧的电压取自本侧的TV或变压器各侧或变压器各侧TV，动作判据为：min(Uab,Ubc,Uca)Ufx；以上两个条件为“或”的关系；其中：Uab、Ubc、Uca为线电压；Uddy为低电压定值；U2为负序电压；Ufx为负序电压定值；2)功率方向元件，电压电流取自本侧的TV和TA，动作判据为：a)若方向由控制字选择为正向：UabIc UbcIa UcaIb三个夹角（电流落后电压时角度为正），其中任一个满足式45-135最大灵敏角为-45，动作特性为：第43页，本讲稿共52页复合电压闭锁（方向）过流保护)过流元件，电流取自本侧的TA。动作判据为：IaIfgl；IbIf
46、gl；IcIfgl；其中：Ia,Ib,Ic为三相电流；Ifgl为过电流定值；本保护配置两段六时限,其中第一段为三时限，方向不可退出；第二段三时限，方向可通过控制字投退；每一时限的跳闸逻辑可整定。复合电压闭锁（方向）过流保护原理图（以高压侧为例）第44页，本讲稿共52页复合电压闭锁过流保护本保护反应相间短路故障，可作为变压器的后备保护。本保护包括以下元件：1)复合电压元件，电压取自本侧的电压取自本侧的TVTV或变压器各侧或变压器各侧TVTV，动作判据为：min(Uab,Ubc,Uca)Ufx；以上两个条件为“或”的关系；其中：Uab、Ubc、Uca为线电压；Uddy为低电压定值；U2为负序电压；
47、Ufx为负序电压定值；2)过流元件，电流取自本侧的TA。动作判据为：IaIfgl；IbIfgl；IcIfgl；以上三个条件为“或”的关系，其中：Ia,Ib,Ic为三相电流；Ifgl为过电流定值；第45页，本讲稿共52页零序（方向）过流保护 本保护反应单相接地故障，可作为变压器的后备保护。交流回路采用0接线，电压电流取自本侧的TV和TA。TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线后若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。本保护包括以下元件：1）零序过流元件，动作判据为：3I0 I0gl；其中：3I0为零序电流，取自本侧零序TA。I0gl为零序过流的电流定值；2)零序功率方向元件，动作判据为：3U0
48、3I0夹角（电流落后电压时角度为正，3U05V）-195-15其中：3I0为三相电流Ia,Ib,Ic在软件中合成的零序电流 3I0=Ia+Ib+Ic 3U0为三相电压Ua，Ub，Uc在软件中和成的零序电压，3U0=Ua+Ub+Uc。第46页，本讲稿共52页零序（方向）过流保护最大灵敏角为-105，动作特性为：第47页，本讲稿共52页 零序过流保护本保护反应单相接地故障，可作为变压器的后备保护。本保护包括以下元件：1)零序过流元件，动作判据为：3I0 I0gl；其中：3I0为零序电流，取自本侧零序TA。I0gl为零序过流的电流定值；本保护配置一段两时限，每一时限的跳闸逻辑可整定。零序过流保护原理
49、图第48页，本讲稿共52页间隙零序保护本保护反应变压器间隙电压和间隙击穿的零序电流，可作为变压器的后备保护。保护包括以下元件：1)间隙零序过压元件，动作判据为：3U0 U0L；其中：3U0为零序电压，取自本侧零序TV；U0L为间隙零序过压的电压定值；2)间隙零序过流元件，动作判据为：3I0g Iggl；其中：3I0g为间隙零序电流，取自本侧中性点间隙TA；Iggl为间隙零序过流的电流定值；第49页，本讲稿共52页间隙零序保护间隙零序保护原理图第50页，本讲稿共52页 非全相保护本保护检测断路器位置节点，同时判零序电流或负序电流，保护动作出口仅跳本侧开关或变压器各侧开关.本保护仅适用于分相跳闸的
50、断路器。本保护包括以下元件：1)过流元件，动作判据为：3I0 Ifqx；I2 I2dz；其中：3I0为三相电流Ia,Ib,Ic在软件中合成的零序电流，3I0=Ia+Ib+Ic；I2 为负序电流；Ifqx为零序过流的电流定值；I2dz为负序过流的电流定值；第51页，本讲稿共52页公共绕组过负荷保护及TV回路异常判别元件 公共绕组过负荷保护本保护仅反应自藕变压器公共绕组情况，仅监测公共绕组A相电流。动作判据为：Ia Igfh；其中:Ia为公共绕组A相电流；Igfh为变压器公共绕组过负荷电流定值；TV回路异常判别元件 本元件仅在保护正常运行时投入；当保护启动后，退出本元件。动作判据为：1)U28V；