變壓器差動保護動作的原因及解決方法
閱讀：582發布時間：2024-6-11
< >變壓器差動保護是按照循環電流的原理構成的，雙繞組變壓器的兩側裝設了電流互感器。正常情況下或外部故障時，兩側的電流互感器產生的二次電流流入差繼電器的電流大小相等，方向相反，在繼電器中電流等于零，因此差動繼電器不動作。當變壓器內部或保護區域內的供電線路發生故障時，流入差動繼電器的電流就會產生變化，當電流值達到設定值時，繼電器就會動作。一般來說，在電力變壓器中有電流流過時，通過變壓器兩側的電流不會正好相等，這是和變壓器和電流互感器的變比和接線組別有關的。變壓器在投入時，會產生高于額定電流6~8倍的勵磁涌流，同時產生大量的高次諧波，其中以二此諧波為主。由于勵磁涌流只流過變壓器的某一側，因此通過電流互感器反應到差動回路中將形成不平衡電流，引起差動保護動作。電流互感器的極性、相序與連接變壓器差動保護按照有關規定在保護投運前要嚴格檢查電流互感器的極性、相序和連接，確保變壓器差動保護的正確性。由于各種原因，現場確有電流互感器三相電路的錯誤接線，導致相序和極性的錯誤，造成變壓器差動保護動作。1、差動保護接線示意圖2、電流互感器的極性：變壓器差動繼電器動作的條件就是一次電流與變壓器二次電流之差，電流互感器的極性決定瞬時電流的方向，因此對電流互感器的極性應引起重視，只有保證了電流互感器的極性正確，才能保證繼電器的正確動作。在工程中電流互感器的極性應按減極性原則進行。既在一、二次繞組中，同時由同極性端子同入電流時，他們在鐵芯中所產生磁通方向應相同。在實際工作中一般利用楞次定律進行判別(既直流判斷法)。3、電流互感器接線：變壓器差動繼電器的CT回路接線，首先必須通過對CT接線形式的選擇進行外部的“相位補償"，消除變壓器接線組別不同造成的高、低壓側電流相位差和差動保護回路不平衡電流。例如對于Y/d11接線的變壓器，由于三角形側電流的相位比星形側同一相電流超前30°，必須將變壓器星形側的CT二次側接成三角形，而三角形側的CT接成星形，從而將流入差動繼電器的CT二次電流相位校正過來。目前相當多的繼電器可以通過本身的設定對相位進行轉化，CT只要接成Y/Y型即可，如SIEMENS 7UT51差動繼電器等。變壓器的勵磁涌流：在變壓器空載投入時或外部故障切除后電壓恢復過程中，由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時出現數值很大的沖擊勵磁電流(可達5～10倍的額定電流)，通常稱為勵磁涌流。1、勵磁涌流的特點涌流含有數值很大的高次諧波分量(主要是二次和三次諧波)，因此，勵磁涌流的變化曲線為尖頂波。勵磁涌流的衰減常數與鐵芯的飽和程度有關，飽和越深，電抗越小，衰減越快。因此，在開始瞬間衰減很快，以后逐漸減慢，經0.5～1s后其值不超過(0.25～0.5)In。一般情況下，變壓器容量越大，衰減的持續時間越長，但總的趨勢是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。勵磁涌流的數值很大，可達額定電流的8～10倍。2、勵磁涌流的相位及大?。涸谡７€態下：在穩態時鐵心中的磁通滯后外加電壓900(電感上的電流落后外加電壓900)磁通平穩見圖在交流電路中，磁通Φ總是落后電壓u90°相位角。如果在合閘瞬間，電壓正好達到值時，則磁通的瞬間值正好為零，即在鐵芯里一開始就建立了穩態磁通，在這種情況下，變壓器不會產生勵磁涌流。當合閘瞬間電壓為零值時，它在鐵芯中所建立的磁通為值(Φm)。可是，由于鐵芯中的磁通不能突變，既然合閘前鐵芯中沒有磁通，這一瞬間仍要保持磁通為零。因此，在鐵芯中就出現一個非周期分量的磁通Φfz，其幅值為Φm。見圖B這時，鐵芯里的總磁通Φ應看成兩個磁通相加而成，鐵芯中磁通開始為零，到1/2 T時，兩個磁通相加達值，達到2Φ。因此，在電壓瞬時值為零時合閘情況最嚴重。勵磁涌流的大小和衰減速度，與合閘瞬間外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向、電源容量、變壓器的容量及鐵芯材料等因素有關。勵磁涌流的大小和衰減速度見圖C3、減小勵磁涌流的措施：防止勵磁涌流的影響，采用具有速飽和變流器的繼電器是國內目前廣泛采用的一種方法。當外部故障時，所含非周期分量的不平衡電流能使速飽和變流器的鐵芯很快地單方面飽和，傳變性能變壞，致使不平衡電流難于傳變到差動繼電器的差動線圈上，保證差動保護不會誤動。內部故障時雖然速飽和變流器一次線圈的電流也含有一定的非周期性分量，但它衰減得快，一般經過1.5～2個周波即衰減完畢，此后速飽和變流器一次線圈中通過的是周期性的短路電流，于是在二次線圈中產生很大的感應電動勢，并使執行元件中的相應電流也較大，從而使繼電器能靈敏地動作。速飽和變流器正是利用容易飽和的性能來躲過變壓器外部短路不平衡電流和空載合閘勵磁涌流的非周期分量影響。變壓器中的二次諧波：變壓器投入運行時，由于勵磁涌流的作用，在變壓器回路中產生大量的諧波分量，其中以二次諧波為主。其值高于額定電流的幾倍，因此引起差動保護動作。1、諧波產生的原因諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經負載時，與所加的電壓不呈線性關系，就形成非正弦電流，從而產生諧波。諧波頻率是基波頻率的整倍數，任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波可以區分為偶次與奇次性，第3、5、7次編號的為奇次諧波，而2、1 4，6、8等為偶次諧波，如基波為50Hz時，2次諧波為lOOHz，3次諧波則是150Hz。2、利用二次諧波制動。保護裝置在變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復時，利用二次諧波分量進行制動; 內部故障時，利用基波進行保護; 外部故障時，利用比例制動回路躲過不平衡電流。差動回路中的不平衡電流：不平衡電流的產生有穩態和暫態二方面。穩態不平衡電流產生的原因:變壓器高低壓側繞組接線方式不同;變壓器各側電流互感器的型號和變比不相同; 帶負荷調分接頭引起變壓器變比的改變。暫態不平衡電流主要是由于變壓器空載投入電源或外部故障切除，電壓恢復時產生的勵磁涌流。變壓器高低壓側繞組接線方式不同的影響和防范措施：1.變壓器接線組別對差動保護的影響如果組別是Y/y或D/d組別的變壓器，由于一、二次繞組對應相的電壓同相位，故一、二次兩側對應相的相位幾乎相同。而常用的Y，d11接線的變壓器，由于三角形側的線電壓，在相位上相差30°，故其相應相的電流相位關系也相差30°，即三角形側電流比星形側的同一相電流，在相位上超前30°，因此即使變壓器兩側電流互感器二次電流的數值相等，在差動保護回路中也會出現不平衡電流。2.變壓器接線組別影響的防范措施為了消除由于變壓器Y，d11接線而引起的不平衡電流的影響，可采用相位補償法，即將變壓器星形側的電流互感器二次側接成三角形，而將變壓器三角形側的電流互感器二次側接成星形,從而把電流互感器二次電流的相位校正過來。變壓器各側電流互感器型號和變比的影響和防范措施1.變壓器各側電流互感器型號和變比的影響變壓器兩側額定電壓不同，裝設在兩側的電流互感器型號就不相同，致使他們的飽和特性和勵磁電流(歸算到同一側)也不相同。因而在外部短路時將引起較大的不平衡電流，對此只有采用適當增大保護動作電流的辦法予以考慮。由于電流互感器都是標準化的定型產品，所以實際選用的變比，一般均與計算變比不一致，而且各變壓器的變比也不可能相同，因此在差動保護回路又會引起不平衡電流。2.防范措施這種由于變比選擇不合適而引起的不平衡電流，可利用磁平衡原理在差動繼電器中設置平衡線圈加以消除，一般平衡線圈接于保護臂電流小的一側，因為平衡線圈和差動線圈共同繞在繼電器的中間磁柱上，適當選擇平衡線圈的匝數，使它產生的磁勢與差流在差動線圈中產生的磁勢相抵消，這樣，在二次繞阻就不會感應電勢了，其差動繼電器的執行元件也就無電流。但接線時要注意極性，應使小電流側在平衡線圈與差流在差動線圈產生的磁勢相反。帶負荷調壓在運行中改變分接頭的影響和防范措施電力系統中，通常利用調節變壓器分接頭的方法來維持一定的電壓水平(由于分接頭的改變，使變壓器的變比也跟著改變)。但差動保護中電流互感器變比的選擇，差動繼電器平衡線圈的確定，都只能根據一定的變壓器變比計算和調整，使差動回路達到平衡。當變壓器分接頭改變時，就破壞了平衡，并出現了新的不平衡電流，這一不平衡電流與一次電流成正比, 為了避免不平衡電流的影響，在整定保護的動作電流時應給予相應的考慮，即提高保護的動作整定值。變壓器的勵磁涌流對差動保護的影響和防護措施1.變壓器的勵磁涌流對差動保護的影響變壓器的高、低壓側是通過電磁聯系的，故僅在電源的一側存在勵磁電流，它通過電流互感器構成差回路中不平衡電流的一部分。在正常運行情況下，其值很小，一般不超過變壓器額定電流的3%～5%。當外部短路故障時，由于電源側母線電壓降低，勵磁電流更小， 因此這些情況下的不平衡電流對差動保護的影響一般可以不必考慮。在變壓器空載投入電源或外部故障切除后電壓恢復過程中，由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時出現數值很大的沖擊勵磁電流(可達5～10倍的額定電流)，通常稱為勵磁涌流。勵磁涌流IE中含有大量的非周期分量與高次諧波，因此勵磁涌流已不是正弦波，而是尖頂波，且在最初瞬間偏于時間軸的一側。2.防護措施1)采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器。2)鑒別短路電流和勵磁涌流的波形。3)利用二次諧波制動，制動比一般為15%~20%。4)利用波形對稱原理的差動繼電器。這是最根本的解決勵磁涌流問題的辦法。另外，在主變差動保護所用電流互感器選擇時，除應選帶有氣隙的D級鐵芯互感器外，還應適當地增大電流互感器變比，以降低短路電流倍數，這樣可以有效削弱勵磁涌流，減少差動回路中產生的不平衡電流，提高差動保護的靈敏度。這對避免保護區外故障，尤其是最嚴重的三相金屬性短路而導致的主變差動保護誤動作尤為有效。以上的分析，探討了變壓器差動保護中諸多問題，這些問題往往對于變壓器差動保護的正確工作影響很大。不能夠很好的解決這些問題，就會直接影響變壓器差動保護的性能，甚至造成變壓器差動保護的誤動或拒動。
