变压器继电保护原理
变压器继电保护原理范文第1篇
【关键词】变压器；气体保护；气体继电器
1.气体保护的工作原理及保护范围
1.1气体保护的工作原理
气体保护的主要元件是气体继电器，气体继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中。
变压器正常运行时，气体继电器内部充满变压器油。当变压器内部故障时，由于电弧原因将使绝缘介质分解产生大量气体，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。气体保护就是利用反映气体状态的气体继电器来保护变压器发生内部故障的。
1.2气体保护的保护范围
气体保护是变压器的主要保护之一，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳问的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素的干扰下误动作，对此必须采取相应的措施。
2.运行状态
变压器运行时气体保护应接于信号和跳闸，有载分接开关的瓦斯保护接于跳闸。
变压器在运行中进行如下工作时应将重瓦斯保护改接信号：
（1）用一台断路器控制两台变压器时，当其中一台转入备用，则应将备用变压器重瓦斯改接信号。
（2）滤油、补油、换潜油泵或更换净油器的吸附剂和开闭气体继电器连接管上的阀门时；
（3）在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。
（4）除采油样和在气体继电器上部的放气阀放气处，在其他所有地方打开放气、放油和进油阀门时。
（5）当油位计的油面异常升高或吸吸系统有异常现象，需要打开放气或放油阀门时。
3.气体保护装置动作原因
若气体保护动作，变压器开关跳闸，一般情况下，其事故过程已结束，后果比较严重。因此，必须在轻瓦斯信号动作时，认真检查，仔细分析，正确判断，立即采取措施。所谓瓦斯保护信号动作，是指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合，轻瓦斯信号动作。
接点闭合的原因一般有以下几方面：
空气进入变压器逐渐聚集在气体继电器上部，迫使继电器内油面下降，使干簧触点闭合，发出轻瓦斯信号。空气进入运行中的变压器有3种途径：
（1）变压器在换油、补充油时，欲换或补加的油未彻底进行真空脱气处理与严格按真空注油工艺进行，使油中的空气，附着在铁心、绕组，附件表面的空气及有机固体绝缘材料孔隙中的空气，在变压器投入运行后通过油的对流循环，变压器铁心的磁路伸缩，逐渐汇集，上升到气体继电器内，引起信号动作。
（2）变压器热虹吸器更换吸附剂（如硅胶）后，油浸及静置时间短，空气未彻底排净，由热虹吸器进入本体循环，进入气体继电器引起信号动作。
（3）强油循环的变压器潜油泵密封不良，因油泵工作时产生的微负压导致空气进入变压器本体循环，聚集在气体继电器内造成瓦斯信号动作。
环境温度骤然下降，变压器油很快冷缩造成油位降低，或者变压器本体严重漏油引起变压器内油位降低，即所谓油流引起气体继电器信号动作。
气体继电器二次信号回路故障，包括信号电缆绝缘损坏短路、端子排接点短路，个别在信号回路中所接信号等引起干簧触点闭合，造成瓦斯信号动作。
变压器内部存在放电或过热故障，引起固体绝缘材料分解，变压器油分解，产生氢气、一氧化碳、二氧化碳，低分子烃类气体，这些气体随油的对流循环逐渐变成气泡并上升聚集在气体继电器上部，迫使继电器内油面降低，引起轻瓦斯信号动作。
变压器发生穿越性短路故障。在穿越性故障电流作用下，油隙间的油流速度加快，当油隙内和绕组外侧产生的压力差变化大时，气体继电器就可能误动作。穿越性故障电流使绕组动作发热，当故障电流倍数很大时，绕组温度上升很快，使油的体积膨胀，造成气体继电器误动作。
以上所述因素均可能引起轻瓦斯保护信号动作。
变压器重瓦斯保护动作跳闸的原因可能是变压器内部发生严重故障，内部发生穿越性短路故障或二次保护回路有故障，保护误动作。
4.动作后的处理及安全措施
4.1动作后的处理
气体保护动作后，应立即对其进行认真检查，仔细分析，正确判断，并采取措施处理。
气体保护动作于信号时：应立即对变压器进行检查，查明动作原因，区分看是否因积聚空气、油面降低、二次回路故障或变压器内部故障造成。如气体继电器内有气体，则应记录气体量，观察气体颜色及试验是否可燃，并取气样及油样做色谱分析。可根据有关规程和导则判断变压器的故障性质。若气体继电器内的气体无色无味且不可燃，色谱分析判断为空气，则变压器可继续运行，并及时消除进气缺陷；若气体继电器内的气体可燃，有种溶解气体色谱分析结果异常，应综合判断确定变压器是否继续运行。
气体保护动作跳闸时说明是重瓦斯保护动作：处理的原则是对变压器变压器上层油面、外部特征、防爆喷油膜和各侧开关跳闸情况、停电范围等进行检查，如有备用变压器应立即投入恢复供电，并报告有关领导。为查明跳闸原因应重点考虑分析以下因素、做出综合判断：
（1）是否排气未尽造成呼吸不通畅
（2）保护及直流等二次回路是否正常
（3）变压器外观有明显故障或异常
（4）气体继电器中的气体是否可燃
（5）气体继电器中的气体和油中溶解气体的色谱分析结果
（6）必要的电气试验结果
（7）其它继电保护装置的动作情况
（8）在未查明原因消除故障前不得将变压器再次投入运行
4.2安全措施
为了保证气体继电器的灵敏与可靠性，必须使变压器油箱内部产生的气体全部顺利地进入气体继电器，当气体继电器内充满气体后，又可通畅地进入油枕中去。为此，需要执行以下安全技术措施。
变压器顶盖沿气体继电器方向与水平应有1%～1.5%的升高坡度。通往继电器的导管应有2%～4%的坡度，油枕处较高，使气体容易流入气体继电器。
气体继电器的引出线应采用防油线或塑料线，通过端子排和电缆连接在端子箱内端子排的两侧，绝对不能使用橡胶绝缘线以防变压器油对电缆绝缘的腐蚀。
5.结束语
变压器气体保护动作后，必须对变压器进行检查，查明动作原因。应定期对运行中的变压器进行维护和检查，及时发现隐患，做出相应处理，达到防止事故发生的目的，保证变压器安全经济运行，使系统可靠供电。
参考文献：
变压器继电保护原理范文第2篇
关键词：变压器保护；运行性能；改进措施
allocation and operation analysis of 500 kv transformer protection
in huizhou substation
abstract:the characteristic, demand and allocation of 500 kv transformer protection in huizhou substation are introduced. performances of each imported protection device of transformer are analyzed. operation problems of the transformer differential protection current switching circuit are proposed, and the improved measures are also put forward.
keywords:transformer protection;operation performance;improved measure
0引言
500 kv惠州变电站是广东东部电网的枢纽变电站，现已投运两台500 kv主变压器，#1变压器为siemens公司生产，#2变压器为abb公司生产。两台变压器都是三相独立、自耦降压式变压器，三侧电压分别为500 kv、220 kv、35 kv。变压器的继电保护装置采用nei-reyrolle公司的产品，每台分两面保护屏。由国产继电器构成辅助保护与变压器本体保护，另外组成主变接口屏。根据装置调试和运行情况分析，两套变压器保护能满足运行要求。由于保护装置是进口产品，而且nei公司产品在国内应用不多，有必要对此做一些介绍与分析，以提高继电保护人员的设备调试维护水平。
1500 kv变压器保护的特点、要求及其配置
500kv变压器的工作电压高，通过容量大，在电网中地位重要；若变压器故障或其继电保护误动造成主变停电将引起重大经济损失，而且主变组装、拆卸工作量大，检修时间长。这就要求变压器内部故障切除时间尽可能短，以缩小损失。500 kv电力变压器保护应有比220 kv及以下变压器保护有更高的可靠性、灵敏度及速动性。惠州站主变保护按以上原则进行配置，采用以下各种保护的组合。
1.1主保护双重化配置
为提高保护的可靠性，500 kv变压器主保护应采用双重化配置。主保护是纵联差动保护， 配置了duobias-m及duobias 4c21/mhj 两套纵差保护。
1）差动保护必须有差电流速断功能，能检测在差动保护区内出现的大故障电流。计算表明，在变压器各侧短路最初20 ms内，电流互感器不会饱和，在饱和之前差电流速断部分能可靠切除故障。
2）为提高差动保护灵敏度而设置比率制动，其动作电流随外部穿越性短路电流增大而自动增大。在内部故障时短路电流较大，虽也有制动作用，但适当选择制动系数，可以做到在有制动情况下，也能保证灵敏度。
3）为防止因变压器励磁涌流造成差动保护误动，保护装置需有谐波制动功能。在励磁涌流所含各种谐波中，以二次谐波为最大，取二次谐波作为制动，能获得较理想的制动效果。
主纵差保护ⅰ型号为duobias-m，采用数字式二次谐波制动原理纵联差动保护，保护范围为主变压器内部、套管以及开关场ct之间一段引线的相间、接地、匝间故障，保护瞬时动作跳主变三侧开关。装设于主i保护屏。
主纵差保护ⅱ型号为duobias-4c21/mhj，整流型机械式二次谐波制动原理纵联差动保护，装设于主ⅱ保护屏。保护范围、功能与主ⅰ纵差保护相同。
惠州变电站主变压器还采用高阻差动保护，交流回路采用套管ct，保护范围为主变压器高、中压侧内部线圈相间、接地故障，保护有较高灵敏度，整定值可整定在额定电流10%以内。低定值延时报警，高定值瞬时动作跳三侧断路器。元件型号为dad3。装设于主ⅱ保护屏。
1.2相间后备保护
现500 kv电力变压器一般是单相变压器组，配置相间保护作为变压器引线和相邻母线相间故障的后备保护。惠州站500kv主变相间后备保护采用距离保护，型号为thr4pe2。500 kv侧与220 kv侧各装设 一套，装设于主ⅰ保护屏。由于变压器高-低、中-低侧阻抗较大，高压侧和中压侧距离保护对低压侧相间故障灵敏度不够，低压侧应装设简单的相间故障后备保护，惠州站采用的是35 kv侧过流保护，继电器型号为2dabt，装设于主ⅱ保护屏。
1.3接地后备保护
接地保护是作为变压器内部、引线、母线、线路接地故障后备保护。由于主变为自耦变压器，其高压侧与中压侧之间有电联系，并有公共接地点，当高压侧或中压侧发生单相接地故障时，零序电流可在高、中压侧之间流通。惠州站主变接地后备保护采用公共绕组零序过流保护，型号dac，装设于主ⅱ保护屏。还有高压侧与中压侧由开关场电流互感器构成的零序电流滤过器构成的两侧零序方向电流保护，采用国产许继电气公司生产的传统电磁型电流与整流型方向继电器，装设于主变接口屏。接地后备保护在动作时限上与线路后备段配合。
1.4过励磁保护
500 kv变压器铁芯正常工作磁密较高，接近饱和磁密，磁化曲线较“硬”。在过励磁时，铁芯饱和，励磁阻抗下降，励磁电流增加很快，其中含有许多高次谐波，可引起铁芯、金属构件、绝缘材料过热。若过励磁倍数较高，持续时间过长，可能使变压器损坏。500 kv变压器应装设过励磁保护。惠州站采用gec-alston公司生产型号为gtt的继电器，短时间报警，长时间动作跳三侧断路器，装设于主ⅰ保护屏。
2各种保护装置分析
2.1微机型差动保护duobias-m
dubias-m保护原理与通用变压器差动保护原理一致，具有差动、比率差动、二次谐波制动和无制动电流速断等保护功能。有以下特点：① 具有软件式中间变流器，不须另外装设中间变流器，能以软件形式修正变压器变比与接线组别；② 动作时间快，两倍整定差流动作时间为26ms，五倍无制动速断值动作时间为15 ms；③ 集变压器主保护与其它辅助功能于一体，还可以接入主变本体保护出口；④ 实时显示主变各侧负荷电流、差流，记录故障时数值；⑤ 完善的自检功能。
2.2整流型差流继电器duobias 4c21与电流速断mhj继电器
4c21继电器是一传统差动继电器，同样具有比率制动功能，其整定检验较简单，仅在面板上有一bias slope（比率制动曲线）抽头选择，动作值根据曲线来制定，谐波制动也是确定曲线，不能调整。
由于4c21无差流电流速断功能，所以设计在高压侧ct二次每相各串入一个mhj电流继电器，作为相电流速断，但其效果与差电流速断不能完全等同。由于4c21是传统式继电器，动作时间较慢，一般故障切除时间在50 ms以上，严重故障可大于40 ms；用硒堆整流，效率低，导致小电流下动作灵敏度也低；继电器电磁线圈较多，ct负担也重。
2.3高阻抗差动继电器dad3
dad3为集成电路型小电流继电器，具有动作快速，输入滤波器能有效滤除直流分量及消除谐波分量影响，ct二次断线报警等特点。交流输入为高压侧、中压侧及公共绕组套管电流，交流回路与主保护不同。
2.4距离保护装置thr
thr的作用相当于变压器方向过流，是晶体管型继电器。thr型号4pe2含义：4——保护有4段阻抗值;p——相间故障选择功能;e——接地故障选择功能;2——分两段出口。
作为变压器后备保护，thr有两种特性可供选择，圆形特征和变形特征。选用圆形特征，变形比为1.0。四段阻抗保护通常只采用ⅱ、ⅲ段。但ⅰ段定值应首先确定，由于z2=z1×h、z3=z1×k×n，定值单一般给出ⅱ、ⅲ段定值，同时要求ⅲ段反向偏移10%。由z3r=10%z3、z3r=1.2z1（z3r为ⅲ段反向偏移阻抗），可得出ⅰ段定值为z1=z3r/1.2= z310%/1.2，ⅳ段z4=z1r，定值相同、方向相反。
虽然ⅰ、ⅳ段定值得以确定，但运行时并不采用ⅰ、ⅳ段，特别是反向的ⅳ段。对应装置原理图，在out modul插件中断开l9，即ptt计时回路，则ⅰ段不能出口。而ⅳ段因计时器t10无类似连触点，可将其延时置最大（9.99 s），同时由于ⅳ段定值小于ⅲ段反向偏移，且ⅳ段时间定值大于ⅲ段时间，则可避免ⅳ段误动。
2.5过励磁保护继电器gtt
gtt用来保护主变压器在空载合闸瞬间所产生的冲击振荡。继电器利用v/f原理构成，即利用电压与频率比值的高低来判别是否出现过励磁，定值从1.0至1.25之间可调，以变压器厂家提供的励磁特性曲线为依据整定。输出触点有两对，第一对延时0.5～1 s（内部可调整），作为报警输出，第二对延时5～30 s可调，作跳闸输出。
3保护装置运行中的问题及改进
3.1两套thr保护装置电流回路设计
原设计将进口保护放置在电流回路前端，国产保护放最后。其本意是在运行中国产保护有动作时，在主变接口屏将电流回路短接，不影响进口保护正常运行。但根据thr装置原理要求，内部必需形成具有中性点（nentral）的电流回路，用作零序电流启动用，所以交流电流回路经thr装置后实际无电流输出。因此应将国产保护放置在电流回路前端，进口保护放末尾。回路修改后如果国产保护动作，只能将其对应电流回路采用跨接的方法，而不能采用短接方法，否则进口保护将无法正常工作。
3.2跳闸继电器tr212、tr213的使用
tr212为瞬动触点继电器，tr213为动作自保持继电器，另有一电动复归线圈。此类继电器为提高动作速度及可靠的断弧性能，在制造上有独到之处。动作线圈的线径较粗，匝数相应减少，励磁时电流较大，以增加线圈电动力，动作干脆可靠，且触点间隙较大，可以有效断弧。调试时须严格注意测试方法，只能以冲击电压来测试动作可靠性，（厂家规定为50%额定电压），决不能以逐渐升压方法来测其动作电压值。因为当通电时间稍长就会引致线圈过热，超过30 ms就能烧坏线圈。
tr213继电器在构造上类似国产电动复归掉牌信号继电器，但其动作速度、触点容量则完全是按跳闸继电器要求而设计，是专为永久性故障而设置的跳闸出口继电器。
3.3主变差动保护ct切换回路运行存在的问题
500 kv惠州站的220 kv电气接线采用双母线带旁路形式。在220 kv旁路开关带主变变中开关运行时，为避免出现差动保护范围缩小，主变差动保护中压侧电流回路取旁路开关ct回路。如#1主变开入差动保护电流回路切换采用自动切换形式，随变中开关出线侧刀闸22014与旁路母线侧刀闸22013自动切换，见图1。#2主变保护与此类似。但当500 kv主变差动保护ct自动切换回路失去直流电源时，其启动继电器3yqj（a）、（b）、4yqj（a）、（b）失磁，触点返回，迫使多个ct切换继电器（双位置继电器，95c－1a、b、c、d）返回，见图2。其后果将造成运行中变压器差动保护的220 kv侧电流被短接，使主变差动保护失去一侧电流而误动跳闸。按惠州站主变差动保护原设计，ct自动切换启动回路电源并接于主变间隔刀闸位置指示器电源（9rd，10rd），而刀闸位置指示器电源涉及的回路较多，容易引起短路造成9rd、10rd熔断，致使ct自动切换启动回路失去电源。主变保护在运行时曾发生过#2主变纵差保护动作出口跳主变三侧的事故，由于当时#2主变中压侧ct切换启动控制正电源保险9rd烧断，致使电流切换中间继电器3yqj（a）、3yqj（b）失磁，继电器返回，纵差保护中压侧电流消失，纵差保护动作出口跳主变三侧。为此，必须将差动保护ct自动切换回路电源改造成独立保险供电，以满足主变保护的可靠性要求。
改造后ct自动切换回路需满足：保证其ct自动切换功能不变；当ct自动切换回路失去电源时，不会引起差动保护误动；当ct自动切换回路失去电源时，应有告警信号。
3.4ct自动切换回路改造的实施及新问题的处理
1) 将ct自动切换启动回路3yqj（a）、（b）、4yqj（a）、（b）从刀闸位置指示器电源（9rd、10rd）中分离出来，独立接于控制电源小母线2km上，使用专用的保险11rd、12rd，称为主变差动保护ct切换电源，见图3。
2) 将原接于第一套差动保护电源的“主ⅰ差动保护ct切换回路”（95c-1a、95c-1b、95c-1c、95c-1d）改接到11rd、12rd上；即当3yqj（a）、（b）、4yqj（a）、（b）因11rd、12rd保险熔断失电时，ct切换继电器95c-1同时失电，由于 95c-1是双位置继电器，失电后自保持在原来状态不切换，保证ct切换回路的正确性。
3) 在主变差动保护ct切换电源11rd、12rd失电后复电操作时，ct切换回路还是存在有瞬间误切换的可能。因为11rd、12rd失去电源后，95c-1虽机械自保持，但3yqj（a）、（b）、4yqj（a）、（b）失磁，其触点接通了95c-1的返回线圈。当装入保险11rd、12rd时，95c-1将有可能比3yqj（a）、（b）；4yqj（a）、（b）动作快而瞬间返回，将差动保护中压侧电流回路瞬时短接，随后3yqj（a）、（b）、4yqj（a）、（b）动作才将95c-1励磁使回路恢复正常。由于ct切换回路在失电复电操作过程中出现继电器yqj与95c-1“触点竞赛”，有可能引起保护误动作。因此在11rd、12rd熔断后，装入保险前，应先人工断开ct回路切换直流空气开关mcb26，保证95c-1不能动作，然后才给上11rd、12rd保险，使3yqj（a）、（b）、4yqj（a）、（b）恢复正常状态，最后才给上mcb26开关。按此操作直流电源，才能确保差动保护安全运行。主变第二套差动保护电源的“主ⅱ差动保护ct切换回路”（95c-2a、95c-2b、95c-2c、95c-2d）也改接到11rd、12rd上，其问题处理与主变第一套差动保护相同。
4）在“主变差动保护ct切换电源”回路上，装设一个中间继电器，用于监视“主变差动保护ct切换电源”，在电源消失时发告警信号。
4结语
本文对惠州变电站500 kv变压器继电保护的配置、装置的原理及运行作了介绍与分析。主变保护既有国产设备又有进口设备。nei公司主变保护所用继电器形式多样，从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型到微机型都有，性能也较复杂。只有深入了解保护装置性能，熟悉保护原理，才能做好设备调试、维护工作。
参考文献
变压器继电保护原理范文第3篇
关键词：备自投；电压互感器；反充电
1 系统及运行方式说明
系统为220kv系统，正常运行方式下，＃01启备变作为＃1、#2机厂用电备用电源，#02启备变作为＃3、＃4机厂用电备用电源，如图1：
＃01、＃02启备变保护采用电磁式继电器保护，＃3机的备自投回路采用继电器接点联琐回路，yjj、yzj-a、yzj-b作为厂用电备用电源监察继电器；＃4机的备自投回路采用dcs［1］快切卡件，它需要取系统a相电压作为启备变电压监察判断量，若系统电压消失，则快切卡件会闭锁，＃4机的厂用电备自投功能自动退出，而快切卡件所取的系统电压则是＃02启备变运行于i母时经i母刀闸切换（1zzj）后或者是运行于iii母时经iii母刀闸切换(2zzj)后的系统电压，如图2：
图中1g为262 i母刀闸，2g为262 iii母刀闸，＋km、－km为262开关控制回路电源。因此在＃02启备变转为检修状态前应将1zzj（为＃4机快切卡提供i母线系统电压）用纸片垫住，同时将继电器yzj-a、yzj-b(供＃3机厂用电备用电源监察使用) 用纸片垫住，以保证运行人员操作＃01启备变作为＃3、＃4机厂用电备用电源时的备自投回路畅通。选择垫1zzj而不垫2zzj是因为在＃02启备变送电前可能需要腾空iii母，利用母联3开关串代262开关对其进行充电和电流二次回路相量测试。
2 事件经过
2005年4月25日，＃02启备变高压侧262开关大修结束，由于此次大修更换了三相sf6 ct，因此＃02启备变在转为热备用前需腾空iii母，用母联3开关串带262开关测相量。在运行人员腾空iii母后合上262 iii母刀闸的同时，运行于i母的＃1发电机掉闸，检查＃1发变组保护屏有“失磁t1”保护动作信号。
3 原因分析
这是一起由于电压互感器二次反充电造成保护动作的事件。通过电压互感器二次向不带电的母线充电称为反充电，对于220kv电压互感器，变比为220/0.1，停电的一次母线（iii母）即使未接地，其阻抗（包括母线电容及绝缘电阻）虽然较大，假定为1mω，但从电压互感器二次侧看到的阻抗只有1000000/（2200）2≈0.2ω，近乎短路，故反冲电流较大（反冲电流主要决定于电缆电阻及两个互感器的漏抗），将造成运行中的电压互感器二次侧小开关跳开或熔断器熔断。在＃02启备变停电前，将i母电压切换继电器1zzj用纸片垫住，在运行人员合262 iii母刀闸前将纸片取下，但是1zzj继电器机构卡涩，闭合的接点并没有打开，运行人员合上262iii母刀闸后iii母电压切换继电器2zzj动作吸合，通过继电器1zzj和2zzj将i母二次电压和iii母二次电压并列，i母二次电压通过iii母pt二次向不带电的iii母反充电，造成i母pt二次小开关跳开，220kv母线电压波动，此时运行于i母的＃1发电机运行状态为：有功205mw、无功21mvar、转子电压224v，系统电压和转子电压均低于＃1发变组保护装置(南自wfbz-01)中失磁保护低电压整定值，如图3。
此原理中系统电压没有tv断线判据，而且系统电压低，整定值没有设置门槛值，因此tv断线时保护装置可能会认为是系统电压低，此时＃1发电机所发无功较少，相应的转子电压较低，图中可以看出，系统电压低与转子电压低满足失磁t1保护的条件，加之失磁保护整定值kf［2］=0.35偏低，造成＃1发电机解列。
4 整改措施
＃1发电机掉闸是由于wfbz-01发变组保护装置失磁t1保护逻辑和整定值kf的不合理造成的，为了设备的安全稳定运行，依据《华北电网调度管理规程》，及时对kf进行重新整定（kf=0.828），并联系南自公司改进了失磁保护原理，如图4：
新的失磁保护原理更趋于合理，无论机端电压低还是转子电压低必须同时满足阻抗圆判据保护才可以动作，并设置机端电压tv断线条件闭锁，避免由于tv断线而导致保护误动作。
变压器继电保护原理范文第4篇
摘 要:文章系统分析了“工频变化量”技术的理论基础和在各种保护装置中的实际应用,并 总结 了这些保护装置的独特优势。
关键词:工频变化量;原理;微机保护
abstract: the paper systematically analyzed theory basis of dpfc technology and its application in all kinds of protection devices, and then summed up the unique advantages of these devices.
key words: deviation of power frequency component; principle; microcomputer protection
在我国电力系统继电保护领域,南瑞继保公司无疑是占尽技术优势和市场优势的领头羊。之所以能够取得这样辉煌的成就,是与南瑞继保公司董事长、 中国 工程院院士沈国荣先生和他创立的“工频变化量”理论紧密联系在一起的。基于这种原理的保护装置在安全性、快速性、灵敏性和选择性等各方面都有很大的提高,但是在传统的教科书中并没有具体的理论讲述,厂家的说明书也很不详细。下面将从原理和实际应用方面进行具体地分析。
1 工频变化量deviation of power frequency component (dpfc)原理分析
工频变化量的理论基础为叠加原理,即电力系统发生故障时,经过渡电阻短路,可认为是过渡电阻下面的一点金属性短路,即该点对系统中性点电压为零,可认为该点与中性点之间串联2个大小相等、相位相反的电压源,依然保持该点与中性点间电压为零,见图1。
“叠加”有2个含义:①短路后任一点的电压,如保护安装处m母线的电压(即m点到中性点电压,是我们关心的,箭头向上表示电位为升,m母线为正,中性点为负,),等于2个图中相应点的电压之和(二种状态)。②短路后某个支路的电流,如流过保护的电流,等于2图中相应支路的电流之和。从重叠原理本身来说,对uf没有要求,可以任意取值,但在保护装置里uf取短路点短路以前的电压,es、er为电源电势,在短路前后不变,因此,图1称为正常负荷状态,图2称短路附加状态,目的就是凑出这二种状态。
与常规的稳态量保护装置不同,基于工频变化量原理的保护装置只是“考虑”短路附加状态的各种电气量,而不考虑正常负荷状态的各种电气量。在附加状态中,只有短路点有一个电压源,电气量全部为变化量用符号表示。微机保护中正在采样的u、i减去“ 历史 ”上采样出来的u、i,即为加在继电器上的u、i。zs为保护背后电源的等值阻抗,zr为保护正方向的所有阻抗,s为保护背后中性点,由下图4、图5可得出2个基本关系式:
2 变压器的工频变化量比率差动保护
变压器有70%左右的故障是匝间短路,为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度,常规的比率制动特性差动保护中的起动电流往往整定得较小,例如整定成0.3~0.5倍的额定电流,而且初始部份没有制动特性,见下图6。
但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者2次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护误动。南瑞继保公司rcs978系列保护装置在传统的差动保护基础上另外又增加了工频变化量差动继电器,提高了变压器小匝数的匝间短路时的灵敏度,由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现ta饱和与ta暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。
工频变化量比率差动保护的动作方程为:
理论上,工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值,这样有利于防止区外故障时电流互感器饱和等因素所造成的差动保护误动。
变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性见图7所示,阴影部分为动作区。
工频变化量比率差动继电器的特点:
(1)负荷电流对它没有影响。对于稳态量的比率差动继电器,负荷电流是一个制动量,会影响内部短路的灵敏度。随着内部故障严重程度的增大,其灵敏度会下降。
(2)受过渡电阻影响小。
(3)由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现ta饱和与ta暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。
图8为变压器发生小匝间短路时的实际波形图,可以看出,当变压器c相发生1.5%的匝间短路故障时,常规差动保护(图中直线2)不会动作,而工频变化量差动保护(图中曲线1)要灵敏得多,会正确动作。
(4)不必输入定值。从工频变化量的比率差动保护的动作方程式中可以看出,工频变化量比率差动保护中不必输入定值,其固定门槛与浮动门槛由其他公式得出,是公司的专利技术,在此不作讨论。
3 超高压输电线路保护中的工频变化量差动继电器和阻抗继电器
3.1 输电线路电流纵差保护的主要问题
当重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路时,常规保护的灵敏度可能不够。由于负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流而不产生动作电流,而此时经高电阻短路,短路电流小而制动电流大,因此保护装置的灵敏度会下降。采用工频变化量比率差动继电器可以有效地解决输电线路的这个老大难问题。
工频变化量分相差动继电器的构成:
工频变化量分相差动继电器的动作特性见下图9。
工频变化量差动继电器的特点:①不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电流;②受过渡电阻的影响也较小;③在单侧电源线路上发生短路,只要短路前有负荷电流,短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流;
由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。
3.2 工频变化量阻抗继电器的构成:
用于构成快速的距离ⅰ段
其动作方程为:
工频变化量阻抗继电器的特点:①保护过渡电阻的能力很强,该能力有很强的自适应能力。②由于?驻?砖∑与?驻?砖相位相同,所以过渡电阻附加阻抗是纯阻性的。因此区外短路不会超越。③正向出口短路没有死区。④正向出口短路动作速度很快。保护背后运行方式越大,本线路越长,动作速度越快。⑤系统振荡时不会误动,不必经振荡闭锁控制。⑥适用于串补线路。
南瑞继保公司的rcs931系列保护装置中采用工频变化量距离继电器自适应能力的浮动门槛,对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力,因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速,起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。由于工频变化量距离继电器动作速度非常快,现场曾有3ms动作出口的记录,因而工频变化量距离i段与纵联电流差保护一起构成线路的主保护。
4 结论
工频变化量保护原理先进、构成简单,便于在微机保护中实现,而且不受负荷电流、非全相运行等方式影响,抗干扰性能非常突出、自适应能力极强,最突出的特点是动作灵敏可靠而速度非常快,在继电保护领域具有很强的竞争优势,是我国继电保护工作者智慧的结晶,体现了我国继电保护的独特风格和先进的技术水平。
参考 文献 :
[1]戴学安.继电保护原理的重大突破综论工频变化量继电器.新技术新产品,1995
[2]沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究.电力系统自动化,1983,7(1).
变压器继电保护原理范文第5篇
摘 要:文章系统分析了“工频变化量”技术的理论基础和在各种保护装置中的实际应用,并 总结 了这些保护装置的独特优势。
关键词:工频变化量;原理;微机保护
abstract: the paper systematically analyzed theory basis of dpfc technology and its application in all kinds of protection devices, and then summed up the unique advantages of these devices.
key words: deviation of power frequency component; principle; microcomputer protection
在我国电力系统继电保护领域,南瑞继保公司无疑是占尽技术优势和市场优势的领头羊。之所以能够取得这样辉煌的成就,是与南瑞继保公司董事长、 中国 工程院院士沈国荣先生和他创立的“工频变化量”理论紧密联系在一起的。基于这种原理的保护装置在安全性、快速性、灵敏性和选择性等各方面都有很大的提高,但是在传统的教科书中并没有具体的理论讲述,厂家的说明书也很不详细。下面将从原理和实际应用方面进行具体地分析。
1 工频变化量deviation of power frequency component (dpfc)原理分析
工频变化量的理论基础为叠加原理,即电力系统发生故障时,经过渡电阻短路,可认为是过渡电阻下面的一点金属性短路,即该点对系统中性点电压为零,可认为该点与中性点之间串联2个大小相等、相位相反的电压源,依然保持该点与中性点间电压为零,见图1。
“叠加”有2个含义:①短路后任一点的电压,如保护安装处m母线的电压(即m点到中性点电压,是我们关心的,箭头向上表示电位为升,m母线为正,中性点为负,),等于2个图中相应点的电压之和(二种状态)。②短路后某个支路的电流,如流过保护的电流,等于2图中相应支路的电流之和。从重叠原理本身来说,对uf没有要求,可以任意取值,但在保护装置里uf取短路点短路以前的电压,es、er为电源电势,在短路前后不变,因此,图1称为正常负荷状态,图2称短路附加状态,目的就是凑出这二种状态。
与常规的稳态量保护装置不同,基于工频变化量原理的保护装置只是“考虑”短路附加状态的各种电气量,而不考虑正常负荷状态的各种电气量。在附加状态中,只有短路点有一个电压源,电气量全部为变化量用符号表示。微机保护中正在采样的u、i减去“ 历史 ”上采样出来的u、i,即为加在继电器上的u、i。zs为保护背后电源的等值阻抗,zr为保护正方向的所有阻抗,s为保护背后中性点,由下图4、图5可得出2个基本关系式:
2 变压器的工频变化量比率差动保护
变压器有70%左右的故障是匝间短路,为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度,常规的比率制动特性差动保护中的起动电流往往整定得较小,例如整定成0.3~0.5倍的额定电流,而且初始部份没有制动特性,见下图6。
但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者2次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护误动。南瑞继保公司rcs978系列保护装置在传统的差动保护基础上另外又增加了工频变化量差动继电器,提高了变压器小匝数的匝间短路时的灵敏度,由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现ta饱和与ta暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。
工频变化量比率差动保护的动作方程为:
理论上,工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值,这样有利于防止区外故障时电流互感器饱和等因素所造成的差动保护误动。
变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性见图7所示,阴影部分为动作区。
工频变化量比率差动继电器的特点:
(1)负荷电流对它没有影响。对于稳态量的比率差动继电器,负荷电流是一个制动量,会影响内部短路的灵敏度。随着内部故障严重程度的增大,其灵敏度会下降。
(2)受过渡电阻影响小。
(3)由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现ta饱和与ta暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。
图8为变压器发生小匝间短路时的实际波形图,可以看出,当变压器c相发生1.5%的匝间短路故障时,常规差动保护(图中直线2)不会动作,而工频变化量差动保护(图中曲线1)要灵敏得多,会正确动作。
(4)不必输入定值。从工频变化量的比率差动保护的动作方程式中可以看出,工频变化量比率差动保护中不必输入定值,其固定门槛与浮动门槛由其他公式得出,是公司的专利技术,在此不作讨论。
3 超高压输电线路保护中的工频变化量差动继电器和阻抗继电器
3.1 输电线路电流纵差保护的主要问题
当重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路时,常规保护的灵敏度可能不够。由于负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流而不产生动作电流,而此时经高电阻短路,短路电流小而制动电流大,因此保护装置的灵敏度会下降。采用工频变化量比率差动继电器可以有效地解决输电线路的这个老大难问题。
工频变化量分相差动继电器的构成:
工频变化量分相差动继电器的动作特性见下图9。
工频变化量差动继电器的特点:①不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电流;②受过渡电阻的影响也较小;③在单侧电源线路上发生短路,只要短路前有负荷电流,短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流;
由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。
3.2 工频变化量阻抗继电器的构成:
用于构成快速的距离ⅰ段
其动作方程为:
工频变化量阻抗继电器的特点:①保护过渡电阻的能力很强,该能力有很强的自适应能力。②由于?驻?砖∑与?驻?砖相位相同,所以过渡电阻附加阻抗是纯阻性的。因此区外短路不会超越。③正向出口短路没有死区。④正向出口短路动作速度很快。保护背后运行方式越大,本线路越长,动作速度越快。⑤系统振荡时不会误动,不必经振荡闭锁控制。⑥适用于串补线路。
南瑞继保公司的rcs931系列保护装置中采用工频变化量距离继电器自适应能力的浮动门槛,对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力,因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速,起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。由于工频变化量距离继电器动作速度非常快,现场曾有3ms动作出口的记录,因而工频变化量距离i段与纵联电流差保护一起构成线路的主保护。
4 结论
工频变化量保护原理先进、构成简单,便于在微机保护中实现,而且不受负荷电流、非全相运行等方式影响,抗干扰性能非常突出、自适应能力极强,最突出的特点是动作灵敏可靠而速度非常快,在继电保护领域具有很强的竞争优势,是我国继电保护工作者智慧的结晶,体现了我国继电保护的独特风格和先进的技术水平。
参考 文献 :
[1]戴学安.继电保护原理的重大突破综论工频变化量继电器.新技术新产品,1995
[2]沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究.电力系统自动化,1983,7(1).
