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2023-06-29
电力变压器微机差动保护及整定优化方案
【摘要】：对于单侧电源变压器,内部故障时的制动电流采用不同方式,保护的灵敏度不同。
变压器微机型差动保护的构成原理,一般包括比率制动差动元件、励磁涌流制动元件、TA断线闭锁元件、抗饱和元件、过励磁元件等。其中TA断线闭锁元件一般不需整定,仅通过控制字投退;抗饱和元件也不需整定;主要考虑比率制动差动元件和谐波元件(励磁涌流元件)的整定。除此之外,还配置有差动速断元件,因此对差动速断元件也需要整定。
10.4.3.1 比率制动元件
由前面分析我们知道,变压器在正常运行及外部故障时,差动回路中存在着不平衡电流,为使差动保护动作可靠,差动回路的动作电流就必须大于不平衡电流。微机变压器纵联差动保护通常采用比率制动原理的差动保护,不同的保护装置比率制动特性不尽相同。对于常规的双折线比率制动差动保护其动作特性主要由启动电流(最小动作电流)、拐点电流(最小制动电流)、比率制动系数等构成。
图10-9 双折线比率制动特性
图10-9示出了两折线式比率制动特性,由线段AB、BC组成,特性曲线的上方为动作区,下方为制动区。Iop.min称为最小动作电流,Ires.min称为最小制动电流,S是BC制动段的斜率,即S=tanα。
对于双绕组变压器,当差动电流
制动电流
式中 
——高压侧差动计算电流;
———低压侧差动计算电流。
动作方程可表示为
当Id≥Iop时,差动保护动作。
10.4.3.2 启动电流
差动启动电流的整定原则是,应当能可靠躲过正常运行时由于TA变比等误差产生的最大不平衡电流。最大不平衡电流主要考虑正常运行时电流互感器误差、调压、各侧电流互感器型号不一致、变压器的励磁涌流等产生的不平衡电流。启动电流可按下式整定
式中 IN——变压器额定二次电流;
Krel——可靠系数,取1.5～2;
fer——电流互感器的比值误差,对于10P型TA,取0.03×2(三绕组变压器取0.03×3);对于5P型TA,取0.01×2(三绕组变压器取0.01×3);
ΔU——变压器改变分接头或带负荷调压造成的误差,取变压器最大调压分接头的绝对值;
Δm——通道变换及调试误差,取0.05×2;
Kot——其他误差(变压器励磁电流等引起的误差),取0.05。
所以变压器比率制动式差动保护起始动作电流可取Iop.0=(0.4～0.5)IN。微机保护在TA断线时可以进行检测,并闭锁保护,可以不用考虑躲过断线时的负荷电流。
10.4.3.3 拐点电流
对折线型的比率制动差动元件,拐点电流即开始超制动作时的电流,一般按照高压侧额定电流的0.8～1.0倍考虑。
10.4.3.4 比率制动斜率
比率制动斜率的整定应根据各个厂家说明进行整定,有些取固定斜率,不需要整定;有些其特性采用变斜率,也不用整定,对于比率制动的系数的取值基本原则是,应当能可靠躲过外部短路引起的最大不平衡电流。
对于双绕组变压器,最大不平衡电流按下式计算
式中 Ik.max——变压器出口短路时流过变压器最大短路电流的二次值;
Kap——两侧电流互感器暂态特性不一致产生的不平衡量电流,取0.1。
在这里fer在最大短路电流作用下,应取0.1。
此时,对应动作电流应为
对应的制动电流为
则曲线计算斜率为
10.4.3.5 励磁涌流元件
对微机型变压器差动保护往往采用多种方法来实现涌流制动,二次谐波制动元件采用最广泛,其次是各种针对涌流波形与短路波形的区别来构成的制动元件,其原理差异较大,但一般不需要讲行整定。
对于二次谐波制动的涌流元件整定计算方法也有差异。具有二次谐波制动的差动保护的二次谐波制动比,是表征单位二次谐波电流制动作用大小的。二次谐波制动比越大,则保护的谐波制动作用越弱,反之亦反。具有二次谐波制动的差动保护二次谐波制动比,通常整定为15%～20%。但是,在具体整定时应根据变压器的容量、主接线及系统负荷情况而定。
10.4.3.6 差动速断元件
由于变压器差动保护中设置有涌流判别元件,因此,其受电流波形畸变及电流中谐波的影响很大。当区内故障电流很大时,差动TA可能饱和,从而使差流中含有大量的谐波分量,并使差流波形发生畸变,可能导致差动保护拒动或延缓动作。差动速断元件只反应差流的有效值,不受差流中的谐波及波形畸变的影响。
差动速断元件的整定值应按躲过变压器励磁涌流来确定。通常
式中 Krel——可靠系数,取4～8。
10.4.3.7 内部短路故障灵敏度计算
在最小运行方式下计算保护区(指变压器引出线上)两相金属性短路故障时最小短路电流Ik.min和相应的制动电流Ires(折算至基本侧)。根据制动电流的大小在相应制动特性曲线上求得相应的动作电流Iop和差动电流Id。于是灵敏系数Ksen为
要求Ksen≥2。
对于单侧电源变压器,内部故障时的制动电流采用不同方式,保护的灵敏度不同。
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