主变保护课件

1主变保护基本原理2一、基础知识：1.1主变的结构3一、基础知识：1.1主变的结构4一、基础知识：1.1主变的结构5一、基础知识：1.2主变有载调压结构6一、基础知识：1.1主变有载调压结构7一、基础知识：1.1主变的结构8一、基础知识：1.1主变有载调压结构91.2主变的常见故障：1)箱体内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心烧损；2)箱体外故障：套管及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；一、基础知识：101.3变压器不正常运行状态：1)、外部因素引起的过电流、过电压、过负荷、过励磁等；2）、非电气故障：油位下降、油温高、箱体内压力升高和冷却系统故障。一、基础知识：11一、基础知识：主变故障12主变故障一、基础知识：13一、基础知识：主变故障14一、基础知识：某500kV变电站主变起火151.3主变保护的配置：1.3.1主保护：差动保护、非电量保护1.3.2后备保护：相间阻抗保护、接地阻抗保护、复合电压闭锁方向过流保护、复合电压闭锁过流保护、零序方向过流保护、零序过流保护、间隙保护、反时限过激磁保护。1.3.3其他保护(压力释放、油温高、风冷全停等)一、基础知识：16主变非电量保护是指根据变压器的绕组温度、油温、油压、瓦斯浓度等非电量信号经过保护装置重动后，作用于发信号或跳主变的保护。常见的非电量保护有：本体重瓦斯、有载调压重瓦斯、本体轻瓦斯、有载调压轻瓦斯、压力释放、压力突变、油温高、绕组温度高、冷控失电等。动作跳闸的有本体重瓦斯和有载调压重瓦斯，强油风冷的主变冷控失电经延时跳闸,其余非电量保护均发信号。1.4.1主保护之一非电量保护一、基础知识：17主变差动保护是反应于主变各侧CT内发生故障时，瞬时跳开主变各侧开关的保护。主变差动保护根据动作电流大小，分为差动速断保护和比率差动保护。主变差动保护是变压器主保护，退出须经局总工或生技部批准。一、基础知识：1.4.2主保护之二差动保护（为电气量保护）18根据有关条文要求：电力变压器应设外部接地、相间短路引起的过流保护及中性点过压保护装置。(相间阻抗保护、接地阻抗保护、复合电压闭锁方向过流保护、复合电压闭锁过流保护、零序方向过流保护、零序过流保护、间隙保护、反时限过激磁保护。）1.4.3后备保护：（为电气量保护）一、基础知识：19二、差动保护：？20二、差动保护2.1基尔霍夫电流定律又称节点电流定律（KCL）任一集总参数电路中的任一节点，在任一瞬间流出（流入）该节点的所有电流的代数和恒为零，即就参考方向而言，流出节点的电流在式中取正号，流入节点的电流取负号。基尔霍夫电流定律是电流连续性和电荷守恒定律在电路中的体现。它可以推广应用于电路的任一假想闭合面。即对任一节点有：∑i=0。21差动保护的基本原理：动作方程：∑i＞X即I1＋I2＋…＋In＞X二、差动保护222.3差动电流的常规接线：二、基础知识23二、基础知识2.4差动保护的工作原理二、差动保护24二、差动保护1）、变压器两侧电流大小与相位不同；2）、稳态不平衡电流大a)变压器的励磁电流；b)变压器有载调压；c)TA变比误差；3）、暂态不平衡电流大a)各侧TA的型号、变比、负载不同b)励磁涌流c)变压器过励磁d)大电流系统侧接地故障时变压器的零序电流2.5影响纵联差动保护主要因素251）、变压器两侧电流大小与相位不同；二、差动保护26a、改变差动TA接线方式；(常规保护使用)b、接入辅助TA的移相方式；(基本不用)c、用软件对电流移相方式；(微机保护使用)，(IA-IB)/√3二、差动保护2)消除变压器两侧相位不同的办法：差动保护两侧电流的移相27目前国内外的变压器差动保护无一例外地都采用Y-Δ变换调整变压器差动各侧TA二次电流相位。南瑞继保的采用Δ-Y变换调整变压器差动各侧TA二次电流相位。二、差动保护28改变差动TA接线方式；(常规保护使用)二、差动保护29计算机软件移相对于Y侧：对于d-11侧：3ikbiIaiIdaiI3ikciIbiIdbiI3ikaiIciIdciIikaiIdaiIikbiIdbiIikciIdciI二、差动保护30二、差动保护3)消除变压器两侧变压器两侧电流大小的办法：两边乘以电流平衡系数由于各侧电压等级和CT变比的不同，计算差流时需要对各侧电流进行折算，本装置各侧电流均折算至高压侧。高压侧平衡系数：中压侧平衡系数：低压侧平衡系数：1..hnhnIIhKmnhnIImK..lnhnIIlK..31变压器各侧二次额定电流：高压侧额定电流：中压侧额定电流：低压侧额定电流：式中：S——变压器高中压侧容量；TA为全Y接线；Uh、Um、Ul变压器高、中、低压侧铭牌电压；na.h、na.m、na.l——变压器高、中、低压侧CT变比。hanhUShnI.**3.manmUSmnI.**3.lanlUSlnI.**3.二、差动保护322.6主变保护装置二、差动保护原理33二、差动保护原理2.4主变保护装置34二、差动保护原理2.4主变保护装置交流采样插件跳闸插件CPU插件35背后插拔的CPU板二、差动保护原理2.4主变保护装置36交流信号低通滤波A/DDSP1DSP2CPU1外部开入串口打印出口继电器CPU板低通滤波A/DDSP3DSP4CPU2管理板串口打印+E光隔光隔外部开入QDJCPLDCPLD2.6硬件框图二、差动保护原理37二、差动保护原理2.7启动元件的作用和动作原理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。启动元件包括差流突变量启动元件、差流越限启动元件。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：|iφ(t)-2iφ(t-T)+iφ(t-2T)|0.5Icd；其中：φ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。（南自产品）38二、差动保护原理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%。（南自产品）39二、差动保护原理2.8差动元件和差动电流速断元件的作用和差别:2.8.1差动电流速断：区内严重故障时，TA饱和在差动电流中产生大量高次谐波分量，制动差动保护，使差动保护动作延误，为达到快速切除故障的目的，设置差速保护。，其动作判据为：IdIsd其中：Id为变压器差动电流Isd为差动电流速断保护定值(按空载合闸最大励磁涌流整定）（南自产品）402.8.1差动电流速断逻辑图差动速断元件动作差动保护启动主保护压板投入差动速断控制字投入&差动速断跳闸&&二、差动保护原理41由于变压器铁芯的饱和现象和剩磁的存在，当变压器接入电网合闸或外部故障切除的瞬间，将产生很大的冲击电流，该电流值要大大地超过正常的励磁电流值，这就是励磁涌流。对于一般的大型电力变压器正常运行时的励磁电流通常低于额定电流的1%，而合闸涌流可达额定电流的3—5。2.8.2差动元件：二、差动保护原理2.8.2.1励磁涌流42变压器励磁涌流的特点1、含有很大的二次谐波分量；2、波形是间断的，且间断角一般大于120度；3、由于波形间断，在一个周期内正半波与负半波不对称；4、偏于时间轴一侧，即含有大量直流分量；5、在同一时刻三相涌流之和近似等于0。二、差动保护原理2.8.2差动元件：43二、差动保护原理空投涌流波形44500kV自耦变空投涌流波形二、差动保护原理45二、差动保护原理条件谐波分量占基波分量的百分数（%）直流分量基波二次谐波三次谐波四次谐波五次谐波励磁涌流第一个周期第二个周期第八个周期585858100100100626365252830457233内部短路故障电流电流互感器饱和电流互感器不饱和380100100493249724涌流实验数据46二、差动保护原理2.8.2差动元件：2.8.2.2二次谐波制动元件本元件是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：I⑵Id*XB2；其中：I⑵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；472.8.2.3五次谐波制动元件变压器过激磁时，变压器励磁电流将激增，可能引起发变组差动、变压器差动保护误动作。二、差动保护原理2.8.2差动元件：48二、差动保护原理2.8.2差动元件：2.8.2.3五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：I⑸Id*XBB5其中：I⑸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0.38；49过激磁的危害：当变压器过激磁时，造成变压器过热、绝缘老化，影响变压器寿命甚至将变压器烧毁。对此故障另设过激磁保护（为后备保护）。二、差动保护原理2.8.2差动元件：50二、差动保护原理2.8.2差动元件：2.8.2.4CT饱和识别为防止在变压器区外故障等状态下TA的暂态与稳态饱和所引起的稳态比率差动保护误动作，装置利用二次电流中的二次和三次谐波含量来判别TA是否饱和，所用的表达式如下：133122**IkIIkIxbxb512.8.2.4CT饱和识别当与某相差动电流有关的电流满足以上表达式即认为此相差流为TA饱和引起，闭锁稳态比率差动保护。此判据在变压器处于运行状态才投入。二、差动保护原理2.8.2差动元件：52二、差动保护原理2.8.2差动元件：2.8.2.5比率制动元件两侧差动：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|)；53二、差动保护原理2.8.2.5比率制动曲线：54本元件采用波形对称算法，将变压器空载合闸时产生的励磁涌流与故障电流分开。当变压器空载合闸至内部故障或外部故障切除转化为内部故障时，本保护能瞬时动作。动作方程：|(Ii+Ii+180)/(Ii-Ii+180)|≦K二、差动保护原理2.8.2.6波形对称差动保护551)灵敏度高抗干扰能力强2)对剩磁的适应能力强,当变压器有0.9倍剩磁时仍然能正确动作.3)计算量小,对硬件要求低.(南自产品）2.8.2.5波形对称差动保护二、差动保护原理56二、差动保护原理2.8.2.6二次谐波制动差动保护原理框图（南自产品）差动速断元件差动保护压板投入差动保护控制字投入差动保护启动TA断线判别元件TA断线开放差动保护控制字投入&=1&=1&差动保护动作跳变压器各侧开关A相比率差动元件动作B相比率差动元件动作C相比率差动元件动作A相二次谐波元件开放B相二次谐波元件开放C相二次谐波元件开放=1&A相五次谐波元件开放B相五次谐波元件开放C相五次谐波元件开放&五次谐波闭锁退出&TA断线发信号57差动速断元件差动保护压板投入差动保护控制字投入差动保护启动TA断线判别元件TA断线开放差动保护控制字投入&=1&=1&差动保护动作跳变压器各侧开关A相比率差动元件动作A相波形对称&A相五次谐波元件开放B相五次谐波元件开放C相五次谐波元件开放&五次谐波闭锁退出&TA断线发信号B相比率差动元件动作B相波形对称&C相比率差动元件动作C相波形对称&=1二、差动保护原理2.8.2.7二次谐波制动差动保护原理框图（南自产品）58利用变压器各侧电流中的工频变化量与差电流的工频变化量，实现变压器工频变化量比率差动保护。该保护由下述两个判据构成：二、差动保护原理2.8.3.1工频变化量差动保护2.8.3差动元件(南瑞产品）592.8.3差动元件(南瑞产品）（1）工频变化量比率差动继电器：2.8.3.1工频变化量差动保护二、差动保护