微机变压器比率差动

一、实验目的

1、掌握微机变压器比率差动//谐波制动特性的检验方法。 2、掌握微机保护综合测试仪的使用方法。

3、掌握微机变压器按比率差动//谐波制动构成差动保护的方法。

二、实验内容

1、微机变压器比率差动保护的测试。 2、微机变压器谐波制动特性的测试。

三、实验原理与说明

微机型变压器差动保护的电流平衡调整变压器差动保护要考虑的一个基本原则是要保证在正常情况和区别故障时, 用以比较的主变高低压侧流入差动回路的电流幅值要相等, 相位相反 (或相同) , 从而确保理论差流为0。对于电力系统中广泛应用的 Y, d11 变压器, 传统的变压器差动保护通过改变电流互感器二次侧接线方式来补偿其接线组别产生的角度误差。随着微机保护的广泛应用, 绝大多数保护对于电流互感器二次侧接线无特殊要求, 两侧电流互感器均可接为 Y型。微机保护通过电流矢量相减消除相角误差。

比率制动式差动保护是变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，它由比率差动、差流速断、差流越限告警组成。

差动保护是按比较各侧电流大小和相位而构成的一种保护，虽然变压器各侧电流不等，且各侧之间在电路上互不相通，但可以根据主变正常工作及发生主变外部短路时流入和流出变压器的功率相等或者各侧电流产生的安匝之和近似为零的条件建立差动保护平衡方程。在变压器发生内部故障时，应有差动电流流过差动回路，差动继电器动作。

1）．比率差动保护

比率差动保护能反映变压器内部相间短路故障、高（中）压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，该保护需要考虑励磁涌流和过励磁运行工况，同时也要考虑TA断线、TA饱和、TA暂态特性不一致的情况。

由于变压器联结组不同和各侧TA变比的不同，变压器各侧电流幅值相位也不同，差动保护首先要消除这些影响。本保护装置利用数字的方法对变比和相位进行补偿，以下说明均

基于已消除变压器各侧电流幅值相位差异的基础之上。 （1）比率差动动作方程

IopIop.0,当IresIres.0IopIop.0S(IresIres.0),当Ires.0Ires6Ie (3-1) IIS(6II)0.6(I6I),当I6Iop.0eres.0resereseopIop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0为最小制动

电流整定值，S为比率制动系数整定值，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。对于两侧差动：

I..OP|I1+I2| ..

I2|res|I1I2

I1，I2分别为变压器高、低压侧电流互感器二次侧的电流。

对于三侧及以上数侧的差动：

I..OP|I1+I2+I.k|

Imax...res|I1|，|I2|，，|Ik|

(3-5)

..式中：3K4，I1，I.2，，Ik分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。 （2）比率差动动作特性如图3-1所示：

K=0.6S

0Ires.06IeIres

图3-1 比率差动动作特性

（3）比率差动保护逻辑图如图3-2所示：

(3-2)

(3-3)

(3-4)

差动硬压板投入差动软压板投入差动启动元件动作比率差动元件动作励磁涌流识别闭锁控制字TA断线检测TA断线信号&&差动出口 图3-2 比率差动保护逻辑图

（4）励磁涌流判据

变压器差动保护所感受到的励磁涌流包括空投变压器、区外故障切除恢复性涌流，和应涌流和带负荷投运变压器时的励磁涌流。三相变压器在上述工况中各相所感受到的励磁涌流的大小不一致，也就是说各相中的谐波含量与基波的比值不一致，但是总有一相电流中的二次谐波与基波的比值较大。所以利用“或“闭锁的方式来识别励磁涌流。

动作方程：

Iop.2> K2*Iop.1 (3-6)

式中：Iop.2 为差流中的二次谐波，Iop.1差流中的基波，K2为整定的二次谐波系数。如果某相差流满足上式，同时闭锁三相差动。 （5）TA饱和判据

变压器由于各侧的电压等级不一致，所以各侧选用的TA的变比不一致，当发生故障时，各侧TA表现的暂态特性也不一致，导致区外故障时，由于TA的暂态特性不一致差动保护可能动作，所以必须投入可靠的TA饱和判据。 （6）TA断线判据

TA断线判据分为两种情况，一种为未引起差动保护启动的TA断线判别，一种为引起差动保护启动的TA断线判别。

引起差动保护启动的TA断线判别：

当三相电流都大于0.2倍的额定电流时，启动TA断线判别程序，满足下列条件认为TA断线：

a．本侧三相电流中至少一相电流不变； b．最大相电流小于1.2倍的额定电流； c．任意一相电流为零。

未引起差动保护启动差动保护的TA断线判别： 满足下列条件认为TA断线，延时10S发TA断线信号： a．零序电流大于0.1倍的额定电流； b．最大相电流小于0.25倍的额定电流； c．任意一相电流为零。

通过定值“TA断线闭锁差动”控制TA断线判别出后是否闭锁差动保护。当“TA断线闭锁差动”整定为“0”时，判别出TA断线后不闭锁差动保护，整定为“1”时，判别出TA断线后闭锁差动保护。

2）．差流速断保护

由于比率差动保护需要识别变压器的励磁涌流和过励磁运行状态，当变压器内部发生严重故障时，不能够快速切除故障，对电力系统的稳定带来严重危害，所以配置差流速保护，用来快速切除变压器的严重的内部故障。

当任一相差流电流大于差动速断整定值时差流速断保护瞬时动作，跳开各侧断路器。 差流速断保护逻辑图如3-3所示：

差动硬压板投入差流速断元件动作&速断启动元件动作速断软压板投入速断出口 图3-3 差流速断保护逻辑图

3）. 差流越限告警

当任一相差流电流大于差流越限整定值时差流越限保护延时动作，报差流越限信号。 差流越限保护逻辑图如图3-4所示：

差流越限元件动作差流越限软压板投入越限启动元件动作图3-4 差流越限保护逻辑图

&t&差流越限信号 四、实验步骤

1、实验接线图如下图所示：

2、将接线图中的IA、IB、IC、IN分别接到保护屏端子排对应的5（I-1）、6（I-2）、7（I-3）、12（I-8）号端子；UA、UB、UC、UN分别接到保护屏端子排对应的1（I-13）、2（I-14）、3（I-15）、4（I-16）号端子；K1、K2分别接到保护屏端子排对应的33（I-33）、34（I-34）号端子；n1、n2分别接到保护屏端子排对应的72（220VL）和73（220VN）号端子。

3、微机变压器比率差动保护的测试，方法如下：

第一步：连接好测试线（包括电压线、电流线及开关量信号线的连接，包括电压串联和电流并联），打开测试仪，进入差动保护测试主界面。（参见M2000使用手册）

第二步：设置制动电流Iz，包括频率，是否为直流助磁，如果是则选择直流，设置相位，选择按步长变化还是按设定点，按步长变化时制动电流按设置的起始值，终止值及步长从起始值按设置步长向终止值自动变化；选择按设定点变化时制动电流按设定点依次变化，其点须依次增加到保护；

第三步：设置动作电流Id，包括频率、相位，设置起始值起始方式（包括固定值、Iz、从前一个动作Id）；设置起始值，步长，终值。

第四步：根据Iz和Id输出值的大小，设置电流输出方式；设置最长故障时间，间隔时间，接点恢复时间，开关量输出通道及动作方式；

说明：最长时间指：每一步电流值最长持续时间，如果动作就不再持续；间隔时间指动作电流每一步后不动作Iz和Id不输出时间；接点恢复时间指接点动作后接点恢复时间。

第五步：开始测试。点击测试按钮或者点键盘的F5键。测试自动完成； 第六步：保存测试结果。

4、微机变压器谐波制动特性的测试，方法如下：

说明：（这个测试包括两个方法为谐波自动变化和谐波 叠加，谐波自动变化为在所选相上谐波次数一定，而值发生变化；谐波叠加为在所选相上各叠加几次谐波，为固定值）

第一步：连接好测试线（包括电压线、电流线及开关量信号线的连接），打开测试仪，进入谐波测试主界面。（参见M2000使用手册）

第二步：设置故障信号，包括设置基波大小（电流、电压大小），最长故障时间，开关量输入通道及动作方式，

第三步：设置谐波参数，包括设置故障前时间、故障后时间，需要选择是谐波自动变化还是谐波叠加，下面分别介绍两种测试方式的参数设置方法：

谐波自动变化包括选择变化通道即需要加入谐波的通道，这些通道加入谐波次数，谐波相位（相对于基波的相位），变化范围（百分数），变化步长，失压时间（及每变化一步的间隔时间）；

谐波叠加同样需要确定变化通道，及这些通道加入谐波的各次的值（百分数）及相位。

第四步：设置故障信号，包括各相电流电压的基波分量，谐波由前面设置的相对于基波的百分数决定。还设置开关量及其动作方式。

第五步：开始测试。点击测试按钮或者点键盘的F5键。测试自动完成； 第六步：保存测试结果。

5、记录实验数据及比率差动//谐波制动的动作情况。

6、实验结束后应将屏内的所有接线恢复完好，并清理现场，且试验结果均应符合要求。

7、将实验所测得的数据及比率差动//谐波制动的动作情况进行分析，并写出实验报告。

五、实验结果

1、微机变压器比率差动特性

1）、微机变压器比率差动特性曲线的参数设定如下：

2）、微机变压器比率差动特性的接线图如下：

3）、微机变压器比率差动特性的实验结果如下：

4）、微机变压器比率差动特性曲线如图：

2、微变压器谐波制动特性

1）、微机继电器谐波制动特性的参数设定

2）、微机继电器谐波制动特性曲线及结果

六、实验拓展

1、不平衡电流产生的原因

在理想情况下，当变压器正常运行或发生外部故障时，流过差动回路的电流为零，

差动继电器不动作。实际上由于主变各侧CT型号、变比、计算变比、磁饱和特性、励磁电流及主变空合闸的励磁涌流等影响，差动回路不可避免存在不平衡电流，一旦不平衡电流超过差动继电器动作整定值，会导致差动保护误动作。

2、防止不平衡电流产生的措施

a) 为了防止变压器励磁涌流所产生的差动保护误动作，主变差动保护采用间断角制动原理、二次谐波制动原理、波形对称原理躲过变压器励磁涌流的影响；

b) 为了防止两侧CT型号不同所产生的不平衡电流，则采用增大启动电流值以躲开主变保护范围，

c） 为了防止因变压器接线组别、CT变比不同引起不平衡电流，则采用软件进行相位补偿及电流数值补偿使其趋于平衡。

3、主变差动保护误动作原因分析 ：

a) 定值不合理造成主变差动保护误动作

差动速断定值和二次谐波制动比率差动定值选择不正确造成误动作。

差动速断是较严重区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。差动速

断定值是按躲过变压器励磁涌流和最大运行方式下，穿越性故障引起不平衡电流，两者中较大者。定值一般取(4～14)Ie。保护定值计算部门，特别是非电力系统定值计算部门，往往运行经验，将差动速断定值取为（5～6）Ie。这样，就会造成主变空载合闸时断路器出现误跳。 比率差动是当变压器内部出现轻微故障时，保护不带制动量动作跳开各侧断路器，使保护变压器轻微故障时具有较高灵敏度；而区外故障时，一定比率进行制动，提高保护可靠性；同时利用变压器空载合闸时，产生二次谐波量来区别是故障电流励磁涌流，实现保护制动。一般差动电流和制动电流都额定情况下计算到，但现场变压器却一般运行方式下，电流互感器变比、同时系数、计算误差影响，就会导致变压器实际运行时形成一定差电流，导致比率差动保护误动作。

二次TA接线方式整定值选择不正确造成误动作。微机保护来说，实现高、低压侧电流相角转移由软件来完成，高压侧是采用Y型接线采用△型接线，都能到正确差动电流，和传统常规继电保护比较，实际运用更方便、灵活，但也是这种灵活性、方便性，往往导致现场差动保护误动作。

变压器差动保护来说，二次TA接线方式整定值选择不正确，就不能实现高压侧相角转移，高低压侧差电流正常运行情况下就不能平衡，造成差动保护误动作。

b) 接线错误造成主变差动保护误动作

TA极性接反导致误动作。微机保护来说，实现差动电流计算由软件来完成，是采用加算法采用减算法都能到差动电流。

从电磁感应知道，TA有极性，也就是同名端，主变差动回路TA同名端指向母线侧指向变压器，将对差动电流计算结果正确与否有直接影响。

相序接反导致误动作。电力系统正常相序为正序，也就是以A相为基准，B相比A相超前120°，C相比A相滞后120°。主变任意一侧TA出现相序接错情况，就会形成差电流，导致主变差动保护误动作。

TA中性线没有一点接原则接线导致误动作。差动保护二次电流回路接时，包括各侧TA二次电流回路，必须一点可靠接于接网。一个变电站接网各点并非绝对等电位，不同点之间有一定电位差，当发生区外短路故障时，有较大电流流入接网，各点之间将会产生较大电位差。差动保护二次电流回路接网不同点接，接网中不同接点间电位差，产生电流将会流入保护二次回路，这一电流将可能增加差动回路中不平衡电流，使差动保护误动作。

高低压侧断路器操作回路存寄生现象导致误动作。对采用两套运行双直流系统变电站，当高低压侧断路器操作回路存寄生现象，亦即两套直流系统之间存寄生回路时，容易

造成保护误动。广东220kV东湖变电站曾该原因，导致连续两次主变保护误动作事故。

4、差动速断的作用：

差动速断是在较严重的区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。实际上是由差动过流继电器完成的，与电磁式的差动速断没有区别。差动速断的定值是按躲过变压器的励磁涌流和最大运行方式下穿越性故障引起的不平衡电流两者中的较大者。定值一般取(4～14)Ｉe。

七、实验总结

电力系统是一个庞大复杂的系统，无论是信息的覆盖面、深度、广度等都是一般系统无法比拟的。电力系统每天都要产生大量的与微机变压器有关的信息，要充分发挥现有设备的能力，必须能及时、准确地掌握这些信息与原理并进行快速的处理与分析。

本次实验通过对微机变压器比率差动特性和谐波制动特性的研究与分析， 我了解了微机变压器的相关知识，在操作的过程中，通过对特性曲线及相关数据的观察，加深了我对理论学习的理解与掌握。实验中，我们学习了微机变压器比率差动//谐波制动特性的检验方法、 微机保护综合测试仪的使用方法及微机变压器按比率差动//谐波制动构成差动保护的方法，可以说，受益颇深，也激发了我对微机保护这门课程的学习兴趣。通过本次实验，我更加深刻地了解了微机变压器的相关性质及作用，总的来说，本次实验较为成功，基本达到了预期的目的。