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變壓器高阻抗差動(dòng)保護(hù)是什么原理?

請(qǐng)問有誰知道什么是變壓器高阻抗差動(dòng)保護(hù)啊?其動(dòng)作原理是什么?謝謝了: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-09-27

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摘要變壓器的差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)變壓器各端電流互感器二次電流流入差動(dòng)繼電器的電流差而動(dòng)作的。在保護(hù)范圍內(nèi)無故障時(shí)，差動(dòng)繼電器內(nèi)不平衡電流應(yīng)接近于零。但在某些情況下，保護(hù)范圍內(nèi)無故障時(shí)差動(dòng)繼電器內(nèi)仍有較大的不平衡電流。本文對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，并簡(jiǎn)單分析了變壓器差動(dòng)保護(hù)兩種誤動(dòng)作的原因。關(guān)鍵詞變壓器差動(dòng)保護(hù) 不平衡電流誤動(dòng)原因分析引言差動(dòng)保護(hù)是用某種通信通道將電氣設(shè)備兩端的保護(hù)裝置縱向聯(lián)接起來，并將兩端的電氣量進(jìn)行比較，從而判斷保護(hù)是否動(dòng)作。根據(jù)基爾霍夫定律，保護(hù)范圍內(nèi)流入與流出的電流應(yīng)該相等(變壓器應(yīng)該歸算到同側(cè))。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，其流入與流出的電流就不相等了。差動(dòng)保護(hù)就是根據(jù)這個(gè)不平衡電流動(dòng)作的。因此，這種保護(hù)方法有很高的動(dòng)作選擇性和靈敏度，適用于保護(hù)大容量、強(qiáng)電流、高電壓及對(duì)靈敏度要求高的電氣設(shè)備。所以，這種方法廣泛用于保護(hù)大容量、高電壓的變壓器，并以其優(yōu)越的保護(hù)性能成為大容量、高電壓變壓器的主要保護(hù)方法。然而值得注意的是，由于變壓器在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上具有一些特點(diǎn)，因此在實(shí)際運(yùn)行中保護(hù)范圍內(nèi)無故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置也具有較大的不平衡電流，這種不平衡電流可能引起差動(dòng)保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。另外，即使考慮了變壓器差動(dòng)保護(hù)的這些特點(diǎn)并加以修正，由于這種保護(hù)裝置的復(fù)雜性在有些情況下也常出現(xiàn)一些誤動(dòng)作現(xiàn)象。本文將就變壓器差動(dòng)保護(hù)兩種誤動(dòng)作的原因加以簡(jiǎn)單的分析。一、變壓器差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)1、變壓器勵(lì)磁涌流的存在變壓器勵(lì) 磁電流(激磁電流)僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此通過電流互感器反應(yīng)到差動(dòng)回路中將形成不平衡電流。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，變壓器的勵(lì)磁電流不大，只有額定電流的2-5%。在差動(dòng)范圍外發(fā)生故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁電流減小。所以這兩種情況下所形成的不平衡電流都很小，對(duì)變壓器的差動(dòng)保護(hù)影響不大。但是，當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)的情況下，則可能出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流即勵(lì)磁涌流。這個(gè)現(xiàn)象的存在是由于變壓器鐵心飽和及剩磁的存在引起的，具體分析如下:當(dāng)二次側(cè)開路而一次側(cè)接入電網(wǎng)時(shí)，一次電路的方程為u1=umcos(wt+α)=i1R1+N1dφ/dt (1)u1:一次電壓，um:一次電壓的峰值，α:合閘瞬間的電壓初相角，R1:變壓器一次繞組的電阻，N1:變壓器一次繞組的匝數(shù)，φ: 變壓器一次側(cè)磁通。由于i1R1相對(duì)比較小，在分析瞬態(tài)過程初始階段可以忽略不計(jì)所以 umcos(wt+α)= N1dφ/dt dφ= ( um/ N1) cos(wt+α) dt積分，得φ=( um/ N1) sin(wt+α)+cφ=φm sin(wt+α)+c φm為主磁通峰值，c為積分常數(shù)。設(shè)鐵芯無剩磁當(dāng)t=0時(shí)，φ=0 所以c=-φmsinα所以空載合閘磁通為φ=φm sin(wt+α) -φmsinα (2)由(2)式可得空載合閘磁通的大小與電壓的初相角α有關(guān)考慮最不利情況當(dāng)α=900時(shí)，電壓過零φ=φm sin(wt+900) -φm=φmcoswt-φm其磁通變化圖如圖一所示圖一電壓過零點(diǎn)時(shí)變壓器主磁通的變化磁通有兩個(gè)分量，周期分量φmcoswt與非周期分量φm，此時(shí)磁通的最大值為穩(wěn)態(tài)時(shí)磁通的2倍。如果同時(shí)考慮剩磁的影響這個(gè)值還要更大些。我們知道變壓器正常情況下是工作在鐵芯磁化曲線的膝點(diǎn)附近，此時(shí)鐵芯已接近或略微飽和了。當(dāng)磁通達(dá)到2倍φm以上時(shí)，鐵芯就高度飽和了(見圖二)。圖二由磁化曲線確定合閘電流圖由圖二可知此時(shí)變壓器的勵(lì)磁電流大幅度增加，可達(dá)額定電流的6~8倍①。由于勵(lì)磁電流只在變壓器的一側(cè)出現(xiàn)所以在差動(dòng)繼電器中會(huì)產(chǎn)生很大的不平衡電流，此后由于R1的存在，非周期分量衰減，φ值將減小。綜上所述，勵(lì)磁涌流的大小和衰減時(shí)間與外加電壓，鐵芯的剩磁大小、方向，回路阻抗，變壓器的容量和鐵芯的性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于三相交流變壓器由于三相之間的相差1200,所以任何瞬間合閘至少有兩相出現(xiàn)不同的勵(lì)磁涌流。2、變壓器各側(cè)繞組的接線方式不同我國(guó)規(guī)定的五種變壓器標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組中，35kV Y/D-11雙繞組變壓器常被使用。這種聯(lián)結(jié)方式的變壓器兩側(cè)電流相差300，要想使差動(dòng)保護(hù)不發(fā)生誤動(dòng)作就要設(shè)法調(diào)整CT二次回路的接線和變比，使電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的CT二次電流的相差1800且大小相等。這樣就能消除Y/D-11變壓器接線對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。為了達(dá)到上述目的，變壓器差動(dòng)保護(hù)用的TA應(yīng)按圖三所示方式接線圖三 Y/D-11型聯(lián)結(jié)組變壓器差動(dòng)保護(hù)互感器接線圖IA1,IB1,IC1為變壓器高壓側(cè)電流IA2,IB2,IC2為接變壓器高壓側(cè)CT的二次電流Ia1,Ib1,Ic1為變壓器低壓側(cè)電流 Ia2,Ib2,Ic2為接變壓器低壓側(cè)CT的二次電流根據(jù)接線圖可得，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，變壓器一次側(cè)CT與主電路接成Y/D-5型聯(lián)結(jié)組，變壓器二次側(cè)CT與主電路接為D/Y-7型聯(lián)結(jié)組，這種接線方法可使差動(dòng)回路中電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)TA二次電流相位差1800。圖四為這種聯(lián)結(jié)組的矢量分析。(a)Y側(cè)變壓器電流矢量圖 (b)Y側(cè)TA二次側(cè)電流矢量圖Y/D-5型聯(lián)結(jié)組(a)D側(cè)變壓器電流矢量圖 (b)D側(cè)TA二次側(cè)電流矢量圖圖四 D/Y-7型聯(lián)結(jié)組但當(dāng)電流互感器采用上述聯(lián)結(jié)方法時(shí)，CT接成D型側(cè)差動(dòng)臂中電流又增大倍。為使兩側(cè)電流的大小相等，在選擇CT變比時(shí)應(yīng)滿足 nLy/nLd=nT 這樣就消除了Y/D-11聯(lián)結(jié)組對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。2、電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同由于變壓器兩側(cè)電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標(biāo)準(zhǔn)的變比而且變壓器的變比也是一定的，因此三者不能準(zhǔn)確的滿足 nLy/nLd=nT的要求。此時(shí)差動(dòng)回路就有不平衡電流流過使保護(hù)裝置誤動(dòng)。所以通常利用差動(dòng)繼電器的平衡線圈來消除或減小這個(gè)差值。即用平衡線圈彌補(bǔ)實(shí)際變比與理想值之間的差，使兩臂電流差接近零，從而消除或盡量減小不平衡電流。4、兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同如果變壓器兩側(cè)互感器型號(hào)不同，它們的飽和特性、勵(lì)磁電流(歸算到同側(cè))也就不同。因此產(chǎn)生在兩臂的電流差就較大，它將影響保護(hù)的動(dòng)作，所以應(yīng)采用電流互感器的同型系數(shù)為1的互感器。5、壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭帶負(fù)荷調(diào)整變壓器的分接頭是電力系統(tǒng)中采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器來調(diào)整電壓的方法。改變分接頭就是改變了變壓器的變比，對(duì)于已調(diào)整好的差動(dòng)保護(hù)裝置將產(chǎn)生較大的不平衡電流。由于變壓器有載調(diào)壓是帶負(fù)荷連續(xù)調(diào)節(jié)的，而差動(dòng)保護(hù)是不可以帶電進(jìn)行調(diào)整，所以在整定時(shí)必須考慮這個(gè)因素。二、變壓器差動(dòng)保護(hù)兩種誤動(dòng)原因的簡(jiǎn)單分析1、二次側(cè)負(fù)載在流過短路電流下，不能滿足CT10%誤差曲線的要求。在電流互感器接入系統(tǒng)容量變化或新裝保護(hù)投入運(yùn)行時(shí)，不可忽略根據(jù)差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)短路故障時(shí)穿越變壓器的最大短路電流和實(shí)測(cè)的差動(dòng)回路二次負(fù)荷，較核保護(hù)用CT的10%誤差曲線是否滿足要求。確保CT在10%誤差范圍內(nèi)。如果不滿足CT的10%誤差曲線要求，由于CT的容量不足以提供二次負(fù)荷所需的要求，在故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)可能拒動(dòng)、誤動(dòng)直接影響差動(dòng)保護(hù)的可靠性。此時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大CT變比，并重新較核CT的10%誤差曲線直到符合要求。2、差動(dòng)保護(hù)二次電流回路接地方式不當(dāng)差動(dòng)保護(hù)二次電流回路接地時(shí)，各側(cè)TA的二次電流回路必須通過一點(diǎn)接于地網(wǎng)，因?yàn)樽冸娬镜慕拥鼐W(wǎng)絡(luò)之間并非絕對(duì)等電位，在不同點(diǎn)之間有一定的電位差。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，有較大的電流流入地網(wǎng)，各點(diǎn)之間的電位差較大。如果差動(dòng)保護(hù)二次電流回路接在地網(wǎng)的不同點(diǎn)，它們之間的電位差產(chǎn)生的電流將流入保護(hù)裝置，影響差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性甚至使之誤動(dòng)。所以各側(cè)CT的二次電流回路應(yīng)并聯(lián)后接到保護(hù)裝置的差動(dòng)電流回路中，所有電流回路必須在并聯(lián)的公共點(diǎn)處接地(如圖三所示)。三、結(jié)束語(yǔ)變壓器差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，要求有很高的可靠性，而變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，獨(dú)具特點(diǎn)，所以必須嚴(yán)格按規(guī)程要求認(rèn)真分析各個(gè)細(xì)節(jié)，了解變壓器差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)，采用相應(yīng)措施，杜絕事故發(fā)生，保證保護(hù)可靠動(dòng)作。: 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