变压器差动保护的学习1 - 图文

关于变压器差动保护的学习分析（一）

一、 保护简介

差动保护原理是基于基尔霍夫电流定律，反应于被保护设备的 流入电流与流出电流之差而动作。它不但能够辨别区内区外故障，还能无延时地切除区内各种短路故障，其中包括变压器绕组和引出线的各种相间短路故障、绕组的匝间短路故障以及中性点直接接地系统侧绕组和引出线的单相接地故障，因而被广泛用作变压器主保护。

差动保护在本厂主变、高厂变主保护中均有使用。本篇分析则以主变为例，对涉及差动保护的动作原理和保护定值单数据进行说明，为更好理解变压器差动保护及动作后处理提供一些思路。

二、动作原理分析

主变差动保护定值（2500/1。18000/5，5000/5，Ie=4.17，低压侧为基准侧。） 序号 1 2 3 4 5 6 7 定值名称 主变差动启动定值 主变差动速断定值 主变差流报警定值 差动比率制动起始斜率 差动比率制动最大斜率 二次谐波制动系数 主变差动跳闸控制字 定值范围 0.10-1.50(Ie) 2.00-14.00(Ie) 0.05-1.00(Ie) 0.00-0.50 0.50–0.80 0.10-0.35 0000-3FFFFFFF 定值 0.5 5 0.25 0.15 0.7 0.15 02687E0B 备注 单位：Ie 注1 注1：主变差动保护：1号发电机全停（1和2）、220kV开关（1和2）、#1高厂变低压侧A、B分支开关及#2高变低压侧E、F分支、启动失灵、启动快切A、B、E、F、远动信号。 以下是运行方式控制字整定“1”表示投入，“0”表示退出 1 2 3 4 5 差动速断投入 比率差动投入 工频变化量比率差动投入 涌流闭锁原理选择 CT断线闭锁比率差动 0，1 0，1 0，1 0，1 0，1 1 1 1 0 0 二次谐波，注2 不闭锁 注2：A套选择二次谐波，B套选择波形识别 主变保护定值单 1. 比率差动（即微机比率制动式差动保护，以下简称比率差动）

通常，微机比率差动采用折线段制动特性，一般有两折线、三折线、变斜率等，本厂主变采用三折线式。下面，我以两折线比率制动特性为例阐述其动作原理。

图1.双绕组变压器正常运行时电流分布 图2.两折线比率制动特性 （正方向设为流向变压器）

比率差动保护的动作量均是流入变压器电流之和，对于制动量则有多种计算形式（如Ires=︱1 –2︱、Ires=、Ires=max{1 ， 2}等），本厂主变的差动动作量和制动量分别为：

根据图2，折线由AB、BC组成。若变压器发生外部短路，短路电流较小时，不平衡电流较小，可以不需要制动。因此，制动特性起始部分可以是一段水平线，水平线的动作电流定值成为最小动作电流值 Iact。min，比率差动开始具有制动作用的最小制动电流成为拐点电流 Ires。min，k为折线斜率，则差动动作判据可表示为：

那么根据上述介绍，很容易就能找对定值单、规程数据的对应位

置（如下），只是最小动作电流值、最小制动电流、折线斜率的整定需结合变压器最大不平衡电流的计算和工作经验，在此暂不详细介绍。

主变差动启动定值0.50Ie ---- 最小动作电流值Iact。min 规程BREAK 1（拐点1）----

最小制动电流Ires。min 制动电流Ires2

规程BREAK 2（拐点2） ----

差动比率制动起始斜率 ---- 折线斜率k1 差动比率制动最大斜率 ---- 折线斜率k2

2. 涌流闭锁与二次谐波制动

图3.单相变压器示意图、折算到一次侧的等效电路

如图3所示，变压器具有励磁支路并且励磁电流ie仅流经变压器的某一侧，故该电流通过电流互感器反应到差动保护中不能被平衡，即产生差流。正常运行时此电流很小，在外部故障时由于电压降低，励磁电流将减小，所以变压器励磁电流在正常运行与外部故障时对差动保护的影响往往可以忽略不计。

但当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流（即励磁涌流），导致差动保护误动。因此，必

须采取有效措施闭锁差动保护。

本厂主变保护装置则根据励磁涌流特点（包含大量二次谐波、波形出现间断）投入了2种闭锁方式。（1）A套保护选择二次谐波判别。即通过检测三相差流中二次谐波含量的大小来判断是否为励磁涌流，从而达到及时闭锁差动保护的目的，判据则为：

Id2 ＞ K2 Id1

（式中: Id2为差流中的二次谐波电流；Id1为差流中的基波电流；K2为二次谐波制动系数，根据经验一般取0.15—0.2，定值表中二次谐波制动系数取0.15）。另外，为了增加闭锁的可靠性，三相或门制动方案得到广泛应用，即任一相差流满足励磁涌流判断时，均闭锁比率差动，反之开放保护。（2）B套保护选择波形选择判断。对于变压器励磁涌流，波形会呈现明显的间断，而内部故障时的电流是正弦波、无明显间断。那么，通过检测差流间断角的大小就构成了判断依据，示意图见图4。

图4.差流回路中的励磁涌流波形

3. 差动速断

在变压器差动保护中，常配有二次谐波制动元件来防止因出现励磁涌流引起的保护误动。但在区内发生严重短路故障时，如果电流互感器出现饱和而使其二次侧电流波形发生畸变，则二次电流中含有大量谐波分量，从而使保护装置误判为励磁涌流，致使差动保护拒动或延迟动作，严重损坏变压器。所以为了更快、更准确切除变压器内部故障，需要装设差动速断保护。这是因为差动速断只反应差流中工频分量的大小，不考虑差流中谐波及波形畸变的影响。

通常，差流保护动作定值为4—10倍额定电流，本厂主变定值为5倍额定电流，可以理解为一个带方向的电流保护。

4. CT断线闭锁比率差动

通过询问继保人员，了解到此项闭锁各厂投运情况不同，本厂主变则是未投入。究其原因，个人认为是更好的保护CT，例如当CT出现断线时，需要将主设备停电隔离后再维修CT，此时若差动动作，将主变两侧开关跳开，此时既能通过CT断线信号快速锁定故障点，还能因保护正常动作达到设备停电效果。否则，若CT断线后闭锁差动，CT将带缺陷运行，等运行人员完成停电、继保人员到现场，CT很可能因二次侧长时间开路造成自身损坏。

三、总结

本篇分析是以本厂主变为例，介绍了变压器差动保护、保护定值单中相应数据的功能及作用。总得来说，通过将比率差动保护和差动

速断保护相结合，既能保证变压器主保护的灵敏性与可靠性，还能防止（发生严重区内短路）保护装置误根据二次谐波判定将差动闭锁，导致变压器严重损坏情况出现，可谓相得益彰。

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