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1、6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理和接线方式,分别为变压器高压侧和低压侧的一次电流，参考方向为母线指向变压器,为相应的电流互感器二次电流,差动继电器中的电流,流入差动继电器的差动电流为：,纵差动保护的动作判据为：,其中,为纵差动保护的动作电流,6.2 变压器纵差动保护,设变压器高、低压侧的变比为 ，则上式可进一步表示为：,令,（该式为变压器纵差动保护中电流互感器变比选择的依据）,则，正常运行或外部故障时，差动继电器中电流为不平衡电流，理想情况下为0,或正常运行及外部故障时，令,实际电力系统都是三相变压器，并且通常采用Y,d11接线方式，如下图所示。这样的接线方式造成了变压器高、低压侧电流的
2、不对应，以A相为例，正常运行时：,所以 超前 30，若直接将高、低压侧电流引入差动保护，将会在继电器中产生很大的差动电流。克服措施：将引入差动继电器的Y侧的电流也采用两相电流差。,双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图（a）接线图（b）对称工况下的相量关系,d侧采用Y，Y12接线方式，将各相电流直接接入差动继电器内；Y侧采用Y，d11接线方式，将两相电流差接入差动继电器内。,由于Y侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增加了 倍。为了保证正常运行及外部故障情况下差动回路没有电流，两侧电流互感器的变比应满足：,电力系统中常常采用三绕组变压器。左图所示的是Y，d11接线方式三绕组变压器纵差动保
3、护单相示意图，接入纵差动继电器的差流为：,三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择：d侧互感器用Y接线方式；两个Y侧互感器则采用d接线方式。,设变压器的13侧和23侧的变比为 和 ，考虑到正常运行和区外故障时变压器各侧电流，电流互感器变比的选择应该满足：,6.6.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法,1 计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流,变压器两侧的电流互感器都是根据产品目录选取的标准变比，其规格种类是有限的。变压器的变比也是有标准的，三者的关系很难完全满足式（6-4），令变比差系数为：,根据式（6-3）可得：,穿越电流如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，并忽略
4、 不为零的影响，则区外故障时变压器两侧电流大小相等，即 ，但方向相反，为区外故障时变压器的穿越电流。由式（6-11）知，电流互感器和变压器变比不一致产生的最大不平衡电流为：,（6-11）,2 由变压器带负荷调节分接头而产生的不平衡电流,改变分接头的位置，实际上就是改变变压器的变比。电流互感器的变比选定后不可能根据运行方式进行调整，只能根据变压器分接头未调整时的变比进行选择。因此，由于改变分接头的位置产生的最大不平衡电流为：,变压器分接头改变引起的相对误差，考虑到电压可以正负两个方向调整，一般可取调整范围的一半。,3 电流互感器传变误差产生的不平衡电流,励磁回路等效电感；,二次负载的等效阻抗；,
5、励磁电流，也就是电流互感器的传变误差；,包括了电流互感器的漏抗和二次负载阻抗，一般电阻分量占优，在定性分析时可以当作纯电阻处理。,电流互感器的二次电流为：励磁电流为：,区外故障时变压器两侧的一次电流为 （折算到变压器二次侧），故由电流互感器传变误差引起的不平衡电流为：,讨论，两者相抵消,采用同型系数 表示互感器型号对不平衡电流的影响：当两个电流互感器型号同相时，取 ；否则取1。,曲线1铁芯的基本磁化曲线；曲线2励磁电流随时间的变化曲线；曲线3励磁电流按照曲线2变化时的磁滞回线；S点饱和点。,由于线圈电压u与铁芯磁通 之间关系为 （W是线圈匝数，定性分析时可假设W=1），故磁化曲线的斜率（严格讲
6、是各点切线的斜率）就是励磁回路的电感铁芯未饱和时 很大且接近常数,电流互感器铁芯磁滞回线,励磁电流大小讨论取决于TA铁芯是否饱和以及饱和的程度,铁芯饱和后 大为减小,励磁电流很小,励磁电流很大,如图（b）所示，由于非周期分量引起 偏离时间轴的一侧，磁通也偏离磁化曲线并按照曲线3的局部磁滞回环变化。非周期分量的存在将会显著地减小 。剩磁电流互感器一次侧电流消失后，励磁电流也相应地变为零。由于磁滞回线的“磁滞”现象，铁芯中长期存在残留磁通，称为剩磁。10%误差曲线电流互感器误差达到10%时,一次电流与二次负载之间的关系曲线。通常根据电流互感器的10%误差曲线来选择电流互感器的型号：,测得区外故障最
7、大短路电流,在10%误差曲线中找出相应的二次负载电阻的数值,二次电流误差一定小于10%,选择容量更大的电流互感器,电流互感器最大误差为10%,实际负载小于此数值,实际负载大于此数值,励磁电流很大,引入非周期分量系数 ：,电流互感器的暂态误差非周期分量的存在大大增加了电流互感器的饱和程度，由此产生的误差称为电流互感器的暂态误差。差动保护是瞬时动作的，必须考虑非周期分量引起的暂态不平衡电流。,只是稳态不平衡电流，在变压器外部故障时，一次电流中除稳态分量外还有非周期分量等暂态分量。导致不平衡电流的瞬时值较稳态量大，非周期分量系数 就是考虑这个因素而引入的。,故障初始：电流互感器不饱和，不平衡电流不大
8、；几个周波后：电流互感器开始饱和，不平衡电流逐渐达到最大值；随着一次电流非周期分量的衰减：不平衡电流又逐渐下降并趋于稳态不平衡电流。,结论：暂态不平衡电流含有很大的非周期分量，其特征完全偏于时间轴一侧。,纵差动保护的暂态不平衡电流（a）外部短路电流（b）纵差动保护不平衡电流,下图为变压器外部故障时的暂态电流和纵差动保护暂态不平衡电流的录波图,将变压器参数折算到二次侧后，单相变压器等效电路如左图所示。显然，励磁回路相当于变压器内部故障的故障支路。励磁电流全部流入差动继电器中，形成不平衡电流，即,正常运行和外部故障时：变压器不会饱和，励磁电流一般不会超过额定电流的2%5%，对纵差动保护的影响常常略
9、去不计；变压器空载投入或外部故障切除电压恢复时：变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压。在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励磁电流称为励磁涌流。,4 变压器励磁电流产生的不平衡电流,5 减小不平衡电流的主要措施,1 计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿,令 由式（6-3）知，由计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流为 。可以用 将这个不平衡电流补偿掉。此时引入差动继电器的电流为：,在正常运行和外部故障时，只要满足 ，即 则中间变流器内总磁通等于零，在二次线圈上就没有感应电势，从而没有电流流入继电器。,TS中间变流器；Wd主绕组，
10、接入差动电流 ；Wb平衡绕组；W2二次绕组。,2 减小因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流,（1） 应尽可能使用型号、性能完全相同的D级电流互感器，使得两侧电流互感器的磁化曲线相同，以减小不平衡电流。（2） 减小电流互感器的二次负载并使各侧二次负载相同，能够减小铁芯的饱和程度，相应地减小了不平衡电流。 减小二次负载的方法，除了减小二次电缆的电阻外，可以增大电流互感器的变比 。二次阻抗 折算到一次侧的等效阻抗为 。若采用二次侧额定电流为1安的电流互感器，等效阻抗只有额定电流为5安时的1/25.,3 减小电流互感器的暂态不平衡电流,措施：在差动回路中接入具有速饱和特性的中间变流器。速饱和中间变
11、流器采用很容易饱和的铁芯，当差动电流中含有较大的非周期分量并完全偏离时间轴一侧时，铁芯迅速饱和，一个周波内的变化量 很小，非周期分量不易传变到变流器的二次侧。当差动电流中流过周期分量时，变化量为很大的 ，很容易传变到二次侧。,6.2.3 纵差动保护整定计算原则,1 纵差动保护动作电流的整定原则,原则一 躲过外部故障时的最大不平衡电流,原则二 躲过变压器最大励磁涌流,原则三 躲过电流互感器二次回路断线不平衡电流,按这三个原则计算纵差动保护的动作电流，并选取最大者。,整定式为：,可靠系数，取1.3,外部短路故障时的最大不平衡电流。包括 电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感器传
12、变误差引起的最大不平衡电流。根据式（6-12）、（6-13）、（6-20），得,BACK,整定式为：,可靠系数，取1.31.5；变压器的额定电流；励磁涌流的最大倍数，取48；,其它减少励磁涌流影响的措施：一、通过鉴别励磁涌流和故障电流，在励磁涌流时将差动保护闭锁，这时在整定值中不必考虑励磁涌流的影响，即取值为0；二、采用速饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流，采用加强型速饱和变流器的差动保护（BCH2型）时，取值为1.,BACK,变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次电流全部流入差动继电器，要引起保护的误动。有的差动保护采用断线识别的辅助措施，在互感器二次回路断线时将差动
13、保护闭锁。若没有断线识别的措施，则差动保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流，即,可靠系数，取1.3；变压器的最大负荷电流。在最大负荷电流不能确定时，可取变压器额定电流。,2 纵差动保护灵敏系数的校验,纵差动保护的灵敏系数可按下式校验：,各种运行方式下变压器区内端部故障时，流经差动继电器的最小差动电流；,灵敏系数，一般不应低于2；,当按前述整定原则整定的动作电流不能满足灵敏度要求时，需要采用具有制动特性的差动继电器。,6.2.4 具有制动特性的差动继电器,1 差动继电器的制动特性,具有制动特性的差动继电器在差动继电器中引入一个能够反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器的动作
14、电流不再是按躲过最大不平衡电流整定，而是根据制动电流自动调整。对于双绕组变压器，外部故障时由于 （折算到二次侧），制动电流 可取 ；变压器外部故障时的不平衡电流可以表示为 则具有制动特性差动继电器的动作方程为：,该曲线称为差动继电器的制动特性。只有当差动电流处于曲线上方时差动继电器才能并且肯定动作。处于制动特性上方的区域称为动作区，另一个区域称为制动区。,是一个关于 的单调上升函数。,较小时电流互感器不饱和， 线性上升； TA未饱和时的不平衡电流较大时电流互感器饱和后， 不再是线性的。,的线性部分可以表示为：,电流互感器未饱和时存在的线性误差，由互感器型号决定，一般小于2%。,意义与式（626
15、）中的相同。,由于电流互感器的饱和与许多因素有关，制动特性中非线性部分的具体数值是不易确定的。实用的制动特性要进行简化，在数字式纵差动保护中，常常采用一段与坐标横轴平行的直线和一段斜线（图中以 表示）构成的所谓两折线特性。,制动特性的数学表达式为：,式中K为制动特性的斜率，由图610知：,设变压器穿越电流等于最大外部故障电流 时，差动继电器动作电流和制动电流分别为 和 ，如a点所示。,此时差动继电器不平衡电流就是按式（626）计算的最大不平衡电流，故：,理论上 ，但制动电流 也要经过电流互感器测量，互感器饱和会使测量到的制动电流减小，故,令,， 称为制动特性的最大制动比。,拐点电流,拐点电流
16、的选取原则：制动电流达到多少时电流互感器开始饱和不能确定，通常认为制动电流小于或略大于变压器的额定电流时电流互感器肯定不会饱和。故拐点电流 选取的范围为：,变压器额定电流,最小动作电流,设置最小动作电流 的原因：存在一些与制动电流无关的不平衡电流如变压器的励磁电流、测量回路的杂散噪声等动作电流过低容易造成继电器的误动。最小动作电流 的选取原则：,由于拐点电流 处在 的线性部分， 可以按式（633）计算。但这样计算出的 有时会很小，对纵差动保护的安全性是不利的。在这种情况下， 可按下式选取：,2 差动继电器在内部故障时的动作行为,变压器内部故障时，差动电流与制动电流的关系与系统运行方式有关。,继电器采用制动特性后，变压器内部故障时，继电器动作的灵敏度大为提高了。对于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整定计算和调试，常见的方法有（以双绕组变压器为例）：（1）平均电流制动： （2）复式制动：（3）标积制动，详见第七章。,无制动特性的动作电流,有制动特性的动作电流,
