焦在滨变电主设备保护的定值整定与难点分析

西安交通大学焦在滨电力变压器概述短路故障的主保护短路故障的后备保护异常运行保护三圈自耦变压器的继电保护铁芯饱和的相关问题1、电力变压器的基本结构铁芯：变压器磁路绕组：变压器变比油箱：存储变压器油变压器油：绝缘，冷却绝缘套管：绕组端子2、变压器的基本原理1I2I2e变压器绕组1emmfNEfNE2144.4244.41如图所示，高低压侧电势分别为E1和E2，则：所以：即变压器高低压侧电压之比就是绕组的匝数比，这就是变压器实现电压变化的原理。21/2/1NNEE3、变压器的连接组别接线组别反应了变压器各侧绕组的接线方式和电压相位关系，如Y/d11、Y/Y12等。Y表示星形接线，d表示三角形接线，数字表示高压侧线电压超前于低压侧线电压的角度除以30。例如：Y/d11：表示高压侧绕组星形接线，低压侧三角形接线，高压侧线电压超前于低压侧线电压330o。UAUa变压器Yd11接线电压相量图UBUCUABUbUc******AaIABIICcIIbaII'abI'I'cBCcb变压器Yd11接线图4、变压器的故障及不正常运行方式变压器的故障•故障点的位置：油箱内的故障、油箱外的故障。•油箱内部故障：相间短路、单相接地短路、匝间短路。•油箱外部故障：指变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上的故障，主要有相间短路（两相短路及三相短路）故障、各侧的接地故障。变压器的异常运行方式•系统故障或其他原因引起的过负荷；•系统电压的升高或频率的降低引起的过激磁；•不接地运行变压器中性点电位升高；•变压器油箱油位异常；•变压器温度过高及冷却器全停。5、Yd-11接线变压器故障分析为简化分析及突出故障分量经变压器的传递，作以下几点假设：•不考虑变压器的变比，不考虑负荷电流及过渡电阻对短路电流及故障电压的影响。•当变压器高压侧故障时，认为故障电流全部由低压侧供给；而变压器低压侧故障时，认为故障电流全部由变压器高压侧提供。•故障点在变压器输出端部；忽略有效分量的影响，阻抗角为90°。5、Yd-11接线变压器故障分析高压侧单相接地短路边界条件0;;0BCAKAUIIII故障电流对称分量2122011()=3311()=3311()=33AABCKAABCKAABCKaaIIIIIaaIIIIIIIIII𝑎=e𝑗120°高压侧电流相量及序量图AI000ABCIII102AAAIII12CBII12BCII0BCII5、Yd-11接线变压器故障分析高压侧单相接地短路对称分量201212201001()31=31=3KAAKAAKAUXXIUXIXIUXIXI负序电抗零序电抗高压侧电压相量及序量图2AU1AU1CU1BU2CU2CU000ABCUUU2BU0BU0CU2BUbUcU5、Yd-11接线变压器故障分析高压侧单相接地短路低压侧电流23cos30330acKKbIIIII低压侧电流相量及序量图5、Yd-11接线变压器故障分析高压侧单相接地短路低压侧电压202b202200ac22[()]3()23333KKKIUXXXIXXIUUXXXX低压侧电压相量及序量图aU1bU2bU1cU2cUcU1aU2aU2cUbU2aU5、Yd-11接线变压器故障分析高压侧B、C两相接地短路边界条件0;0ABCUUI对称分量2122011()=3311()=3311()=33AABCAAABCAAABCAaUUUaUUaUUaUUUUUUUU高压侧电流相量及序量图13AAUU0CU102AAAUUU1CU2CU0BCUU2BU1BU0BU5、Yd-11接线变压器故障分析高压侧B、C两相接地短路对称分量高压侧电流相量及序量图2AI1AI1CI1BI2CI2CI000ABCIII2BI0BI0CI2BICIBId120120d022020120d202020120--AAAEIXXXXXEXIXXXXXXXEXIXXXXXXX电源等值电势5、Yd-11接线变压器故障分析高压侧B、C两相接地短路低压侧电压低压侧电压相量及序量图23cos30330acAAbUUUUU2bU1bU1cU2cU2aU1aUaU2aUcU2cU5、Yd-11接线变压器故障分析高压侧B、C两相接地短路低压侧电流低压侧电流相量及序量图aI1bI2bI1cI2cIcI1aI2aI2cIbI2aId0b2020120dac201202002020(1)1()EXIXXXXXXXEIIXXXXXXXXXXX6、典型变压器保护配置500KV变压器保护系统典型接线及保护配置220KV变压器保护系统接线及保护配置（三圈变，低压侧双分支）I母II母500kVTV1*******差动速断比例差动工频变化量比例差动阻抗保护过流保护零序[方向]过流过激磁零序过流[复合电压]过流图中所示保护在一台装置中实现，所有量只接入装置一次。利用第二组CT和第二台装置完成第二套保护功能（与第一套完全相同），构成双主、双后备[]内选项可投退。1221零序过压**21低压绕组TA10***TA1TA2TA5***零序差动[分侧差动]过流保护阻抗保护过流保护零序[方向]过流220kV[过激磁]TV2I母II母**12**21TA3TA4*I母TV3**零序过流零序过流TA6TA7TA8TA9(I侧）(II侧）35kV(III侧）220kVII母I母****TV2－1TV2－2******II母I母TV3TV4差动速断比例差动工频变化量比例差动零序[方向]过流[复合电压]过流零序[方向]过流[复合电压][方向]过流图中所示保护在一台装置中实现，所有量只接入装置一次。利用第二组CT和第二台装置完成第二套保护功能（与第一套完全相同），构成双主、双后备[]内选项可投退。复合电压可选各侧复合电压，或各侧复合电压的“或”。21212211110kV[复合电压][方向]过流零序过压间隙零序过流[OR零序过压]TA2TA3TA4****TV1－22211TA1TV1－1**[复合电压][方向]过流零序[方向]过流旁母I母II母[复合电压][方向]过流零序[方向]过流间隙零序过流[OR零序过压]零序过压零序过压零序过压TA6TA7TA8TA9(I侧）(II侧）35kV(III侧）(IV侧）1、纵差保护的基本原理0I变压器纵差保护原理接线图纵差保护原理：式中：𝑰－变压器各侧电流的向量和2、纵差保护的实现—不平衡电流的影响稳态不平衡电流•变压器励磁电流•变压带负荷调压•两侧差动CT的变比与计算变比不同•两侧差动CT型号、变比及二次负载不同•空投变压器的励磁涌流•变压器过激磁•大电流系统侧接地故障时变压器的零序电流暂态不平衡电流3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流产生的机理忽略变压器及合闸回路电阻的影响，电源电压的波形为正弦波。则空投瞬间变压器铁芯中的磁通与外加电压的关系为：sin()mdWtUdtcos()mUtCWcosmSUCW考虑电阻及损耗cos()(cos())=mtTmSmmteUW3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流产生的机理由上式可知，在空投变压器的瞬间，铁芯中的磁通由三部分组成：强迫磁通Φmcos(wt+a)，剩磁通Φs及决定于合闸角a的磁通Φmcosa。因此，在合闸瞬间变压器铁芯中的综合磁通如图：当初始合闸角等于0°、变压器铁芯中的剩余磁通Φs＝0.9Φm时，铁芯中的最大磁通达2.9Φm，从而使变压器铁芯严重饱和，励磁电流猛增，即产生所谓励磁涌流。3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流的特点由图可以看出励磁涌流有以下几个特点：1、偏于时间轴一侧，即含有很大的直流分量；2、波形间断角很大，一般大于150°；3、一个周期内正半波与负半波不对称；4、含有很大的二次谐波分量，多数涌流中二次谐波含量大于30%，有的达80%甚至更大；5、在同一时刻三相涌流之和近似等于零；6、励磁涌流是衰减的，衰减的速度与合闸回路及变压器绕组中的有效电阻及其他有效损耗有关。Main:Graphs1.0001.0501.1001.1501.2001.250.........-2.250.25yLLA-1.800.20yLLB-1.00.01.02.03.04.05.06.0yLLC三相励磁涌流波形3、空载合闸励磁涌流问题影响励磁涌流大小的因素由上式可知，影响励磁涌流大小的因素主要有：1、电源；2、合闸角；3、剩磁；cos()(cos())=tTmmSmmteUW3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流制动方案二次谐波制动制动原理：励磁涌流中含有大量的二次谐波，利用流过差动元件差电流中的二次谐波电流作为制动量，区分出差流是故障电流还是励磁涌流，实现躲过励磁涌流。性能分析：二次谐波制动比整定值越大，该保护躲过励磁涌流的能力越弱；反之，二次谐波制动比整定值越小，保护躲励磁涌流的能力越强。3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流制动方案二次谐波制动22z1100%IKI式中：2zK：二次谐波制动比2I：二次谐波电流1I：基次谐波电流3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流制动方案间断角原理制动原理：变压器内部故障时，故障电流波形无间断；变压器空投时，励磁涌流的波形具有很大的间断角。根据差电流波形是否有间断及间断角的大小来区分故障电流与励磁涌流的。－制动电流（直流－流过差动元件的差流－间断角zdIdi间3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流制动方案间断角原理性能分析：1、变压器正常运行时差流很小，id很小，而Izd较大，Izd直线将在id项点的上方。此时，间断角约为360°，且IdzIdzo，保护可靠不动作。2、空投变压器时尽管差流id波型幅值很大（能满足IdzIdzo)但由于间断角很大（大于闭锁角），差动保护将被可靠闭锁。3、当变压器内部故障时，流入差动元件的差流很大满足IdzIdzo，且无间断角，不会闭锁，保护能可靠动作。3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流制动方案波形对称原理制动原理：变压器内部故障时，故障电流波形前半波与后半波对称，而变压器励磁涌流波形有间断，波形不对称，通过比较不对称系数K的大小来区分故障电流和励磁涌流。j180j180jjIIKIIK的定值一般取0.5K≤0.5K≥0.5不闭锁闭锁前半波一点值与前半波相差180°一点值3、空载合闸励磁涌流问题励磁涌流制动方案波形对称原理性能分析：1、变压器内部故障时，Ij′的值与Ij+180°的值大小基本相等、相位基本相反，则Ij′与Ij+180°大小相等相反，Ij′+Ij+180°≈0，Ij′-Ij+180°≈2Ij′。此时，K≈0。差动保护不闭锁。2、励磁涌流的波形具有很大的间断角，Ij′的值与Ij+180°的值相差很大，相位也不会相差180°，因此，Ij′+Ij+180°可能比Ij′-Ij+180°还大，K值将大于0.5。差动保护被闭锁4、比率差动及差动速断保护保护基本原理1、I段折线式比率差动保护I段折线式动作特性曲线动作方程：0dzdzdzzzdIIIKIIdz—差电流Idz0—差动元件的启动电流Kz—折线的斜率，比率制动系数Izd—制动电流，一般取各侧电流中的最大者4、比率差动及差动速断保护2、II段折线式II段折线式动作特性曲线动作方程：00000()dzdzzdzddzzzdzddzzdzdIIIIIKIIIII