3.变压器差动保护的基本原理及要考虑的特殊问题.docVIP

3．变压器差动保护的基本原理及要考虑的特殊问题 3.1 纵联差动保护应满足的要求 a.应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流； b.在变压器过励磁时不应误动作； c.在电流回路断线时应发出断线信号； d. 在正常情况下，纵联差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线，如不能包括引出线时，应采用快速切除故障的辅助措施。在设备检修等特殊情况下，允许差动保护短时利用变压器套管电流互感器。此时套管和引线故障由后备保护动作切除。 瓦斯保护虽然可以快速而灵敏地反映油箱内部的各种故障，但不能保护套管及引出线等油箱外部的故障。因此，对于容量较大的电力变压器，纵差动保护是必不可少的保护，它用以保护变压器内部、套管及引出线上的各种短路故障，而且与瓦斯保护互相配合作为变压器的主保护，使保护的性能更加全面和完善。 3.2 变压器差动保护的基本原理 变压器的差动保护是利用比较变压器各侧电流的差值构成的一种保护，其单线原理图如图3.1所示。 变压器装设有电流互感器TA1和TA2，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器KD并接在差回路中。 变压器在正常运行或外部故障时，电流由电源侧Ⅰ流向负荷侧Ⅱ，在图3.1(a)所示的接线中，TA1、TA2的二次电流、会以反方向流过继电器KD的线圈，KD中的电流等于二次电流和之差，故该回路称为差回路，整个保护装置称为差动保护。若电流互感器TA1和TA2变比选得理想且在忽略励磁电流的情况下，则=，继电器KD中电流=0，亦即在正常运行或外部短路时，两侧的二次电流大小相等、方向相反，在继电器中电流等于零，因此差动保护不动作。 如果故障发生在TA1和TA2之间的任一部分(如k1点)，且母线Ⅰ和Ⅱ均接有电源，则流过TA1和TA2一二次侧电流方向如图3.1(b)所示，于是和按同一方向流过继电器KD线圈，即=+使KD动作，瞬时跳开QF1和QF2。如果只有母线Ⅰ有电源，当保护范围内部有故障(如k1点)时，=0，如图3.1(c)，此时继电器KD仍能可靠动作。 图3.1 变压器差动保护原理接线图 （a）正常运行及外部故障；（b）内部故障（双侧电源）； （c）内部故障（单侧电源） 3.3 变压器差动保护需考虑的特殊问题 从原理上讲，差动保护选择性好，而且灵敏度高，但用于变压器保护时，还有些特殊问题需要考虑和解决。以下分五个方面进行讨论。 3.3.1 变压器励磁涌流的影响及防止措施 3.3.1.1 变压器的励磁涌流 变压器的高、低压侧是通过电磁联系的，故仅在电源的一侧存在励磁电流，它通过电流互感器构成差回路中不平衡电流的一部分。在正常运行情况下，其值很小，小于变压器额定电流的3%。当发生外部短路故障时，由于电源侧母线电压降低，励磁电流更小，因此这些情况下的不平衡电流对差动保护的影响一般可以不必考虑。 在变压器空载投入电源或外部故障切除后电压恢复过程中，会出现励磁涌流。特别是在电压为零时刻合闸时，变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，这时出现数值很大的冲击励磁电流(可达5～10倍的额定电流)，通常称为励磁涌流。 图3.2所示为某一120MVA变压器空载合闸时的励磁涌流的波形图。由图可见，励磁涌流IE中含有大量的非周期分量与高次谐波，因此励磁涌流已不是正弦波，且可能在最初瞬间完全偏于时间轴的一侧。励磁涌流的大小和衰减速度，与合闸瞬间外加电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量、变压器的容量及铁芯材料等因素有关。对于单相的双绕组变压器，在其它条件相同的情况下，当电压瞬时值为零时合闸，励磁电流最大；如果在电压瞬间值最大时合闸，则不会出现励磁涌流，而只有正常的励磁电流。对于三相变压器，无论任何瞬间合闸，至少有两相会出现不同程度的励磁涌流。对于一般的中小型变压器，经0.5～1s后其值不超过额定电流的0.25～0.5倍；大型电力变压器励磁涌流的衰减速度较慢，衰减到上述值时约需2～3s。这就是说，变压器容量越大衰减越慢，完全衰减要经过几十秒的时时间。 图3.2变压器合闸涌流一次电流波形图 根据试验和理论分析结果得知，励磁涌流在最初瞬间可能完全偏于时间轴的一侧，且其中含有大量的高次谐波分量，其中二次谐波分量所占比例最大，四次以上谐波分量很小。在最初几个周期内，励磁涌流的波形是间断的（即两个波形之间有一个间断角，此间断角对应于铁芯工作在正常不饱和范围，涌流对应于在饱和范围）。每个周期内有120°～180°的间断角，最小也不低于80°～100°。 --------------------------------- 注：本注内容摘自王维俭、侯炳蕴编著的大型机组继电保护理论基础第四章第二节 单相变压器励磁涌流的分析 我们要主要分析三相变压器的励磁涌流，但必须在熟悉单相变压器涌流波形的基础上进行，因此我们还是简单讨论一下单相变压器涌流的分析。