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变压器纵差动保护的不平衡电流产生的原因与消除方法
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蒋晓泉江苏省兴化市供电公司[摘要]本文简要分析纵差动保护不平衡电流产生的原因，提出各种原因的有效消除方法，提高差动保护的“四性”，保证变压器安全运行变压器差动保护是变压器的主保护，一般容量在6300KV以上均应装设纵差动保护，它是按照循环电流原理构成的。双绕组变压器在其两侧装设电流互感器，在理想情况下，当两侧电流互感器的同极性在同一方向，则将两侧电流互感器不同极性的二次端子相连接，（假如同极性端子均置于靠近母线一侧时，二次侧应为同极性相连）差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上，在正常运行或区外故障时，两侧的二次电流大小相等，方向相反，通过继电器中的电流等于零，因此差动继电器不动作，但实际运行中，由于种种不平衡电流的存在，使得差动保护整定时需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。因此对差动保护的不平衡电流产生的原因和消除方法进行分析很有必要。⒈不平衡电流产生的原因：不平衡电流产生的原因主要有：⑴变压器的励磁涌流。⑵变压器两侧电流相位不同。⑶计算变比与实际变比的不同。⑷两侧电流互感器型号不同。⑸变压器带负荷调整分接头。⒉对差动保护的影响和消除方法：⑴由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流变压器的励磁涌流仅流经变压器的某一侧，因此，它通过电流互感器反应到差动回落中不能被平衡，在正常运行情况下，此电流很小，一般不超过额定电流的2--10。在外部故障时，由于电压降低，励磁涌流减小，它的影响就很小。但是在变压器空载投入和外部故障切除恢复时，由于变压器的铁芯严重饱和，励磁电流将剧烈增大，这时出现数值很大的励磁电流，可达额定电流的5―10倍。（通常称为励磁涌流）励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量（以二次谐波为主）它不是正弦波。而是尖顶波，往往使涌流偏于时间轴的一侧。励磁涌流的大小和衰减速度、合闸瞬时外加电压的相位铁芯中剩磁的大小和方向、电流容量的大小、回路的阻抗、变压器的容量和铁芯性质等有关系。例如，正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。对于三相变压器而言，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。变压器差动保护中减小励磁涌流影响的方法：防止励磁涌流的影响，采用BCH型具有速饱和变流器的继电器是国内目前广泛采用的一种方法。当外部故障时，所含非周期分量的最大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快单方面的饱和，致使不平衡电流难以传变到差动继电器的差动线圈上，保证差动保护不会误动。内部故障时，速饱和变流器的一次线圈中虽然也有非周期分量，但它的衰减速度相当快，一般2个周期衰减完毕，以后变流器中通过的全是周期性的短路电流，所以继电器能灵敏动作。⑵鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别，它是利用整流后的波形在动作整定值下存在时间长短来判定是内部故障还是励磁涌流。⑶利用二次谐波制动，差动保护在变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时，利用二次谐波进行制动，内部故障时，利用比例制动回路躲过不平衡电流。⑵由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流由于变压器通常采用Y，d11的接线方式，因此，其两侧电流的相位相差30度，即使变压器两侧的电流大小相等，反映到差动继电器中也回出现不平衡电流。为了消除这种不平衡电流的影响，可用相位补偿法，通常将变压器的星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后可把二次电流的相位校正过来。相位补偿后，在互感器接成三角形侧的差动一臂中，电流又增大了1.732倍。为了保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧电流互感器的变比加大1.732倍（在微机保护中，通过程序中的平衡系数来平衡），以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等。⑶由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流由于变压器两侧的电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比，而变压器的变比也是一定的，因此，两侧互感器的变比与变压器的变比很难满足要求，此时差动回路中将有电流流过。在实际选择互感器时，通常是根据互感器的定型产品来确定一个比较接近的变比。例如：我公司一台Y，d11接线，容量为31.5MVA，电压为110/35KV的变压器，高压侧TA的变比为300/5，低压侧TA变比为600/5，则先计算:各侧的额定电流：差动继电器中各侧二次电流为:所以流过差动继电器中的不平衡电流为:Ibp=I1-I2=4.76-4.33=0.43A。为了消除此不平衡电流，常采用具有速饱和铁芯的差动继电器利用它的平衡线圈来消除此差电流的影响。一般平衡线圈接于保护臂电流小的一侧，因为平衡线圈和差动线圈共同绕在继电器的中间磁柱上。适当选择平衡线圈的平衡匝数，使它产生懂得磁势与差流在差动线圈中产生的磁势相抵消。因此在铁芯中没有磁通，继电器不可能动作。但实际上平衡线圈只能按整匝数进行选择，所以还会有一残余的不平衡电流存在，在整定计算时应加以考虑。⑷由两侧电流型号不同而产生的不平衡电流由于变压器两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性、励磁电流（归算到同一侧）也就不同，因此在外部故障时差动回路中所产生的不平衡电流就较大。此时应采用电流互感器的同型系数，并适当提高差动保护的动作电流。⑸由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流带负荷调整分接头是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的常用方法，实际上改变分接头就是改变变压器的变比，假如差动保护已按某一变比调整好（如利用平衡线圈），则当分接头改变时就会产生新的不平衡电流流入差动回路，此时不可能再用重新选择平衡线圈的方法来消除这个不平衡电流，为了避免不平衡电流的影响，在整定保护的动作电流时应予以考虑，通常是提高保护的动作整定值。综上所述，由变压器两侧电流相位不同和计算变比与实际变比的不同产生的不平衡电流可适当地选择电流互感器二次线圈的接法和变比、以及采用平衡线圈的方法，可使其降到最小。但由励磁涌流、互感器的型号不同和带负荷调整分接头而产生的不平衡电流是不可能消除的。因此变压器的纵差动保护必须躲过这不平衡电流的影响。不平衡电流越小，保护的灵敏度就越高，从而保证变压器安全可靠运行。参考文献《电力系统继电保护原理》中国电力出版社贺家李宋从矩
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浅谈对变压器差动保护不平衡电流的认识
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发布于： 22:12
郝庆华
(内蒙古赤峰市红山区农电局 &赤峰 &024000)
摘 要:差动保护是变压器的主保护。但在实际运行中,产生了不平衡电流降低了保护的灵敏度,有时会产生误动作现象。本文分析了差动保护不平衡电流产生的原因,并提出有效的防范措施。
关键词:差动保护 &不平衡电流 &影响 &措施
中图分类号:TM922.3
文献标识码:A
文章编号:11)02(a)-0087-01
引言
在旗县农电局66千伏变电所中,差动保护是变压器的主保护。理论上,当变压器两侧电流互感器的极性相同时,把电流互感器不同极性的二次端子相连,差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上,此时变压器两侧的二次电流大小相等,方向相反,通过继电器中的电流为零,差动继电器将不会动作。但是在实际运行时,由于各种因素产生了不平衡电流,因而降低了保护的灵敏度,有时会产生误操作现象。因此通过了解变压器差动保护工作原理,分析差动保护不平衡电流产生的原因,找出有效的防范措施,提高差动保护动作的灵敏度性,对确保变压器的安全稳定运行很有必要。
1 不平衡电流产生的原因及其对差动保护的主要影响和消除方法
(1)变电所主变压器基本采用Yd11的接线方式,其两侧电流的相位差为30度,所以会在差动继电器中产生不平衡电流。消除这种不平衡电流影响的最好方法是采用相位补偿法,通常将变压器的高压侧的三个电流互感器接成三角形,将变压器低压侧的三个电流互感器接成星形,通过调整互感器出线联接方式可使二次电流的相位相同。但是经过相位调整后,在高低压侧的电流幅值出现了偏差,差动电流增大。为了保证在正常运行情况下差动回路中电流近似为零,常通过将该侧电流互感器的电流乘以个系数,尽可能与另一侧的电流相近,使差动电流维持在最小水平。这是消除不平衡电流的一种常用方法。
(2)变压器的励磁涌流也会产生不平衡电流。变压器空载投入运行时,由于变压器的铁芯非常饱和,励磁电流将剧烈增大,这时出现可达额定电流8倍左右的励磁涌流。励磁涌流的大小与回路的阻抗、变压器的容量和铁芯性质等有关系,变压器容量越大,涌流倍数反而越小。另一方面,励磁涌流中含有二次谐波分量和大量的非周期分量,非周期分量都是偏到时间轴的一边,衰减比较慢。还有就是励磁涌流与合闸瞬间外加电压的相位,铁芯中剩磁的大小及铁芯材料等因素有关。在合闸瞬间,励磁涌流衰减的速度很快,对于中小型变压器,经1s后,励磁涌流值不超过额定电流的0.25倍; 大型电力变压器励磁涌流的衰减速度较慢,衰减时间约为3s。这就是说,变压器容量越大励磁涌流衰减越慢,衰减时间越长。这时通常采用比率制动方法加以消除。
(3)变压器高低压侧电流互感器的变比不一样也会产生不平衡电流。在设计选择互感器时,是根据互感器的标准产品来确定一个比较接近的变比,实际选用的变比,与计算变比不可能完全一致,这是在差动保护回路引起不平衡电流的又一个原因。这种变比选择不合适引起的不平衡电流,可在差动继电器中设置平衡线圈加以消除,平衡线圈一般接于保护臂电流小的一侧,因为平衡线圈和差动线圈共同绕在继电器的中间磁柱上,选择好平衡线圈的匝数,让它产生的磁势和差流在差动线圈中产生的磁势相抵消,使得流经差动继电器的执行元件的电流为零。只不过接线时要注意极性,应使小电流侧在平衡线圈与差流在差动线圈产生的磁势相反。现在采用微机保护系统后,这种方法已经不常用了。
(4)变压器高低压侧电流互感器型号不一样也会产生不平衡电流。既然变压器两侧电流互感器的型号不一样,它们的饱和特性和励
磁电流也就不一样,所以在外部故障时差动回路中所产生的不平衡电流就较大。这时应参考电流互感器的同型系数,并适当提高差动保护的动作电流值。
(5)电网电压出现波动时,通常利用调节变压器分接头的位置来维持电网的电压保持在正常水平。当改变变压器分接头位置时,就相当于改变了变压器的变比。但是差动保护中电流互感器以及差动继电器平衡线圈已经确定,当改变分接头时,差动回路就出现了新的不平衡电流Ibp,Ibp与一次电流Id.max成正比,即:
Ibp＝±△U·Id.max/Kn
式中±△U——调压分接头相对于额定抽头位置的最大变化范围
Id.max——通过调压侧的最大外部故障电流。
为消除这一不平衡电流的影响,在整定保护的动作电流时应相应增大保护的动作整定值。
2 变压器差动保护中减小励磁涌流影响的措施
(1)采用内部短路电流和励磁涌流波形的差别来躲过励磁涌流。具体方法是将差流进行微分,再将微分后的电流进行全波整流,利用整流后的波形,在动作整定值下存在时间长短,来判断是内部故障、还是励磁涌流。
(2)选取具有速饱和变流器的继电器是被广泛采用的一种减小励磁涌流影响的方法。发生外部故障时,非周期分量的最大不平衡电流能使变流器的铁芯很快单方面的饱和,使不平衡电流难以传到差动继电器的线圈上,从而保证差动保护不会误动作。发生内部故障时,变流器的一次线圈中非周期分量的衰减速度相当快,大约2个周期衰减完毕,完毕后通过的则是短路电流,继电器能灵敏动作。速饱和变流器正是利用容易饱和的性能,来躲过变压器外部短路不平衡电流和空载合闸励磁涌流的非周期分量影响。
(3)采用比率制动方法。在变压器励磁涌流中含有大量的二次谐波分量,利用差流中二次谐波所占的比率作为制动系数,能鉴别变压器空载合闸时的励磁涌流,保证保护装置在变压器空载投入时,能可靠地运行。
假设差动保护中差动电流的二次谐波幅值用Id2表示,差动电流Id中二次谐波所占的比率K2可表示为K2=Id2/Id,二次谐波制动系数为Kxb,只要K2大于Kxb,就可以认为是励磁涌流,此时保护不动作。在K2小于Kxb并同时满足比率差动其它判据时,才允许保护装置保护动作。作为比率差动保护的一主要判据是K2&Kxb。
二次谐波制动系数Kxb可根据实际要求整定,整定范围为0.1～0.35,通常取值为0.15,一般不宜低于0.15。
综上所述,为了保证差动保护动作的选择性,差动继电器的动作电流必须避越最大不平衡电流。产生的不平衡电流越小,保护装置的灵敏度越高,越能保证变压器的安全稳定运行。
参考文献
[1] 陈曾田.电力变压器保护.北京:中国电力出版社，1989.
[2] 刘清瑞.对提高变压器保护动作可靠性的探讨,电力系统装备,2005,8.
[3] 许建安.电力系统微机继电保护[M].北京:中国电力出版社，2001.
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什么叫变压器的不平衡电流？有什么要求？
是指变压器星点的电流各种规格的变压器的不平衡电流也不一样
不平衡电流一般是指10KV变压器的不平衡电流，即三相四线制的供电方式下，各相所带负载相差太大，导致变压器内电流不平衡。
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家用电器领域专家变压器差动保护回路产生不平衡电流的原因与防范
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变压器差动保护回路产生不平衡电流的原因与防范
1引言本文引用地址：是电力系统广发使用的电压变换和电能传送的重要设备，情系千家万户。为提高运行的安全与可靠，设置了诸种相应的保护装置，而则是外部故障的主保护。装置在运行中受到诸因素的影响，会在保护中产生电流，致使误动作，影响变压器的正常运行。为此，只有采取防止电流产生的相应措施，才能确保变压器安全运行。2差动保护产生电流原因差动保护是变压器保护范围内，流入和流出电流的差值进行设计与工作的。由于变压器接哦股与运行上的特点，使之在运行中受到诸多因素的影响，导致保护中产生非故障性的不平衡电流而引起保护装置的误动作，从而影响变压器的正常运行。其回路产生不平衡电流的原因有：2.1变压器励磁涌流引起的不平衡电流当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，因铁心磁饱和及剩磁的存在，可产生数值为额定电流5&10倍的励磁涌流。其特点是：含有很大成分的非周期分量和高次谐波、励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压、铁心剩磁、回路阻抗、铁心特性及容量等有关。对三相变压器而言，又有三相电压相位的不同，无聊在任何瞬间合闸，至少有两相会出现不同程度的励磁涌流，从而在保护回路产生不平衡电流。2.2变压器绕组连接方式不同引起不平衡电流三相三绕组变压器采用Y.y.d(Y/Y/△)连接时，各侧电流存在相位差。即使各侧电流互感器二次电流大小相互匹配，但由于两侧相位不同，这种相位差也将在保护回路中产生不平衡电流。2.3电流互感器型号不同引起的不平衡电流变压器各侧电压不同，装设的电流互感器型号也不会相同，它们的饱和特性和励磁电流也不相同。当变压器外部出现故障时，流过各侧电流互感器的一次电流有很大差别，这种过大差别的电流将在保护回路产生不平衡电流。2.4电流互感器实际变比与即使变比不吻合引起的不平衡电流电流互感器都是定型产品，其变比也是标准化的。因而所选用的电流互感器变比很可能难以与实际变比相吻合，这种变比的不吻合将在保护回路产生不平衡电流。2.5变压器改变分接开关档位引起的不平衡电流变压器运行中通过改变分接开关档位，可调整输出电压值。当分接开关档位改变后，会引起调压侧一次电流的变化，从而导致该侧电流互感器二次电流的变化。差动保护的整定计算，往往是按变压器额定变化计算各侧工作电流，并以此选择电流互感器的变比，缺点继电器平衡线圈匝数，确保保护回路的磁势平衡。当变压器分接开关档位改变后，调压侧电流随之改变，但电流互感器变比是固定不变的，因而引起二次电流的变化，打破原来的磁势平衡，从而导致保护回路产生不平衡电流。3不平衡电流对差动保护的影响差动保护是变压器外部故障的主保护，具有很好的动作选择性和灵敏度。差动保护装置的动作，是按被保护范围内流入和流出电流的差值来进行整定的，而整定值的计算往往是按变压器额定变比为依据。然而在保护回路运行中受到诸多因素的影响而产生不平衡电流，这种非故障性的不平衡电流若超过差动保护装置动作的整定值时，即会引起保护装置的误动作而影响变压器运行，造成供电中断的危害。差动保护回路中产生的不平衡电流，是导致保护装置误动作的主要原因，这种非故障性保护装置动作，必将造成变压器的非故障运行中断，从而影响电网的正常供电。变压器这种非故障性停电危害极大，不仅影响电网的正常运行，而且还将给客户造成停电的经济损失。4防止不平衡电流产生的措施4.1防止变压器励磁涌流影响的措施防止励磁涌流影响的措施：4.1.1利用保护范围内故障电流与励磁涌流波形的差别，在晶体管变压器差动保护装置中，运用波形差别来躲开励磁涌流的影响;4.1.2利用励磁涌流中的非周期分量助磁使铁心饱和，自动增大差动保护的动作电流，以躲开励磁涌流的影响。4.2变压器绕组连接方式不同的补偿措施为消除差动保护回路中电流的相位差，通常采用的补偿方式是：将变压器Y接线侧电流互感器二次绕组接成△，而将变压器△接线侧电流互感器二次绕组接成Y，致使电流互感器二次电流相位得到补偿，以消除绕组连接方式不同所带来的影响。4.3电流互感器实际变比与计算变比不吻合的改善措施为消除变比不吻合而产生的不平衡电流，可通过磁势平衡原理来实际。通常采用具有速饱和铁心的差动继电器，即可消除变比不吻合带来的影响。由于这种差动继电器的平衡绕组与差动绕组共同绕再中间磁柱上，因而这两个绕组的磁势放下相反而互相抵消，从而消除变比不吻合的影响。4.4消除电流互感器型号不同影响的措施消除电流互感器型号不同影响的措施：4.4.1按10%误差曲线要求选择各侧电流互感器，以保证变压器外部故障时，电流互感器二次电流误差不超过10%;4.4.2在整定差动保护动作电流值时，引入一个同型号系数K，用以反映电流互感器型号异同的影响。当变压器各侧电流互感器型号相同时取K=0.5，当各侧电流互感器型号不同时取K=1，这实质上市采用较大K值来提高差动保护的动作电流。4.5消除分接开关改变档位时影响的措施根据变压器分接开关改变档位的具体情况，以提高差动保护动作电流的整定值，来躲开不平衡电流的影响。5结语差动保护是防止变压器外部故障的主保护，因运行中会受到诸多因素影响，将在保护回路中产生不平衡电流，影响保护装置的选择性灵敏度，甚至引起保护装置的误动作，造成变压器中断运行。运行实践证明，只有采取相应措施防止不平衡电流的产生，即可避免差动保护的误动作。除防止平衡电流对保护装置动作的影响外，还要优化保护装置的设计，开发应用微机形成套保护装置，从而提高保护装置的性能和动作的正确率，实现变压器的安全运行。更多好文：21ic智能电网
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微信公众账号电力系统断路器失灵保护应符合的要求有哪些？
&电力系统断路器失灵保护应符合的要求有哪些？
&&&1&为提高动作可靠性，必须同时具备下列条件，断路器失灵保护方可起动：
&&&&a.故障线路或设备的保护能瞬时复归的出口继电器动作后不返回；
&&&&b.断路器未断开的判别元件，可采用能够快速复归的相电流元件。相电流判别元件的定值，应在保证线路末端故障有足够灵敏度的前提下，尽量按大于负荷电流整定。
&&&&2&一般不考虑由变压器保护起动断路器失灵保护。如变压器保护起动断路器失灵保护时，也必须设有相电流元件，并不允许由瓦斯保护动作起动失灵保护。
&&&&3&发电机变压器组的保护，宜起动断路器失灵保护。考虑到发电机故障时，发电机保护可能延时返回，为了提高安全性，断路器未断开的判别元件宜采用双重化构成和回路的方式。
&&&&4&断路器失灵保护动作时间，应按下述原则整定：
&&&&a.宜无时限再次动作于本断路器跳闸；
&&&&b.对双母线(或分段单母线)接线，以较短时限(大于故障线路或电力设备跳闸时间及保护装置返回时间之和)动作于断开母联或分段断路器；
&&&&c.再经一时限动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有有电源支路的断路器。
&&&&5&断路器失灵保护出口回路应经闭锁触点控制，以减少较多一次元件被误切除的可能性。
&&&&断路器失灵保护的出口回路可与母差保护共用，也可单独设置。当与母差保护共用时，闭锁元件的灵敏度应按失灵保护的要求整定。
&&&&6&断路器失灵保护动作时，应对有关断路器的自动重合闸装置进行闭锁。
&&&&7&1个半断路器接线方式的断路器失灵保护中，反映断路器动作状态的相电流判别元件，应分别检查每台断路器的电流，以判别那台断路器拒动。当一串中的中间断路器拒动时，则应采取使对侧断路器跳闸的措施，并闭锁重合闸。
多角形接线方式的断路器可按上述原则处理。
&&&&8&旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器上，应装设可代替线路保护的保护。
&&&&在旁路断路器代替线路断路器期间，如必须保持线路纵联保护运行，可将该线路的一套纵联保护切换到旁路断路器上，或者采用其他措施，使纵联保护继续运行。母线或母线分段断路器上，可装设相电流或零序电流保护，作为母线充电合闸的保护。
&&&&9&对220～500kV&的母线及变压器断路器，当非全相运行可能引起电力网中其他保护越级跳闸，因而造成严重事故时，应在该断路器上装设非全相运行保护。
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