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非晶合金变压器差动保护的基本原理

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与线路差动保护原理相同,它是比较被保护设备每侧电流的相位和数值。

2.非晶合金变压器差动保护与线路差动保护的区别:

由于非晶合金变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等,非晶合金变压器每侧的电流相位往往不同。因此,为了保证纵联差动保护的正确运行,需要适当选择每侧电流互感器的比例,补偿每侧电流相位,使正常运行和区外短路故障时两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组非晶合金变压器

3.非晶合金变压器纵差保护的特点

1.涌流的特征及克服涌流的方法

(1)涌入电流:

非晶合金变压器的励磁电流可以达到非晶合金变压器额定值的6 ~ 8倍,通常称为励磁涌流。

(2)浪涌电流的原因

因为稳态时铁芯中的磁通应该比施加的电压滞后90,所以电压瞬时值u=0接通时应该是- m。但由于铁芯中的磁通量不能突然变化,会有一个非周期分量磁通量 m,如果考虑剩磁 r,半个周期后铁芯中的磁通量会达到2 m r,其幅值如图8-6所示。此时,非晶合金变压器的铁芯会严重饱和。从图8-7可以看出,非晶合金变压器的励磁电流会变得非常大,达到额定电流的6-8倍,从而产生涌流。

(3)涌流的特征:

(1)励磁电流很大,含有明显的非周期成分,使得励磁电流波形明显向时间轴一侧倾斜。

励磁涌流存在明显的高次谐波,以二次谐波为主。

涌流波形有间断角。

表8-1浪涌电流实验数据示例

(4)克服涌流对非晶合金变压器纵差保护影响的措施;

(1)采用带快速饱和变换器的差动继电器构成差动保护;

基于二次谐波制动原理的差动保护;

基于间断角原理的非晶合金变压器差动保护;

基于模糊识别闭锁原理的非晶合金变压器差动保护。

2.电流不平衡的原因

(1)稳态不平衡电流

(1)非晶合金变压器两侧的电流相位不同

y,d11接线方式常用于电力系统中的非晶合金变压器。因此,非晶合金变压器两侧电流的相位差为30。如下图所示,Y侧电流比侧电流滞后30。如果两侧的电流互感器采用相同的接线方式,则两侧对应相的二次电流也相差30左右,导致不平衡电流较大。

电流互感器的计算比率与实际比率不同

由于变比的标准化,实际的变比与计算的变比不一致,导致电流不平衡。

【案例分析1】电流互感实际比值与计算比值不相等导致电流不平衡的分析

表8-2中,非晶合金变压器型号,变比,Y,d11接线。计算电流互感器的实际比值与计算值之间的差值所引起的不平衡电流。计算结果见表8-2。从表8-2可以看出,由于电流互感器的实际比率和计算比率之间的差异,在正常情况下会产生0.21A的不平衡电流。 #p#分页标题#e#

表8-2非晶合金变压器额定运行时差动保护臂不平衡电流的计算

非晶合金变压器每侧的电流互感器型号不同

由于非晶合金变压器每侧的电压等级和额定电流不同,非晶合金变压器每侧的电流互感器型号也不同,其饱和特性和励磁电流也不同

非晶合金变压器有载调压分接头是电力系统电压调节的一种方法。换抽头就是改变非晶合金变压器的比例。在整定计算中,差动保护只能按一定比例整定,选择合适的平衡线圈来减小或消除不平衡电流的影响。差动保护投入运行时,调压分接头发生变化,一般不可能对差动保护的电流回路进行再操作,因此会出现新的不平衡电流。不平衡电流的大小与调压范围有关。

(2)暂态不平衡电流

暂态过程中不平衡电流的特征;

暂态不平衡电流含有大量非周期分量,偏离时间轴一侧。

暂态不平衡电流* * * *的出现时间滞后于一次电流(根据这一特性,通过保护延时避免暂态不平衡电流必然会影响保护的快速性,甚至使非晶合金变压器的差动保护不可接受)。

8.3.3减少不平衡电流的措施

(1)减少稳态不平衡电流

sp;   非晶合金变压器差动保护各侧用的电流互感器,选用非晶合金变压器差动保护专用的D级电流互感器;当通过外部****稳态短路电流时,差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。
 (2)减小电流互感器的二次负荷
    这实际上相当于减小二次侧的端电压,相应地减少电流互感器的励磁电流。减小二次负荷的常用办法有:减小控制电缆的电阻(适当增大导线截面,尽量缩短控制电缆长度);采用弱电控制用的电流互感器(二次额定电流为lA)等。
 (3)采用带小气隙的电流互感器
    这种电流互感器铁芯的剩磁较小,在一次侧电流较大的情况下,电流互感器不容易饱和。因而励磁电流较小,有利于减小不平衡电流。同时也改善了电流互感器的暂态特性。
 (4)减小非晶合金变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流采用相位补偿
如非晶合金变压器为Y,d11接线其相位补偿的方法是将非晶合金变压器星形侧的电流互感器接成三角形,将非晶合金变压器三角形侧的电流互感器接成星形,如图8-10(a)所示,以补偿30°的相位差。图8-10(b)为星形侧的一次电流和三角形侧的一次电流,及其相位关系。采用相位补偿接线后,非晶合金变压器星形侧电流互感器二次回路侧差动臂中的电流分别为(右上图红色),它们刚好与三角形侧电流互感器二次回路中的电流同相位,如图8-10(c)所示。这样,差动回路中两侧的电流的相位相同。#p#分页标题#e#
   ②数值补偿
    非晶合金变压器星形侧电流互感器变比
    非晶合金变压器三角形侧电流互感器变比
   ③软件校正
    微机保护中采用软件进行相位校正
(5)减小电流互感器由于计算变比与标准变比不同而引起的不平衡电流采用数值补偿
   ①采用自耦变流器。
   ②利用BCH型差动继电器中的平衡线圈。
   ③在非晶合金变压器微机保护的软件中采用补偿系数使差动回路的不平衡电流为**小。
(6)由非晶合金变压器两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流
    在差动保护的整定计算中加以考虑。
(7)由非晶合金变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流
    在非晶合金变压器差动保护的整定计算中考虑。
    在稳态情况下,非晶合金变压器的差动保护的不平衡电流可由下式决定
(8)减小暂态过程中非周期分量电流的影响
   ①差动保护采用具有速饱和特性的中间变流器,
   ②选用带制动特性的差动继电器或间断角原理的差动继电器等,利用其它方法来解决暂态过程中非周期分量电流的影响问题。
8.3.4 和差式比率制动式差动保护原理
  1.双绕组非晶合金变压器比率制动的差动保护原理。
 (1)和差式比率制动的动作判据
   ①差动电流:
②制动电流:
   ③差动保护动作的第一判据:
   ④制动比率系数:
   ⑤外部故障时,保护可靠地不动作。应满足如下判据:
   ⑥差动保护动作的第二判据
  2.比率制动特性的整定
 (1)**小启动电流Iact0
 (2)拐点制动电流Ibrk0可选取
 (3)****制动系数Kbrk.max和制动特性斜率S
   ①****制动系数
②比率制动特性曲线如下图
③比率制动系数的整定值D取0.3~0.5
   ④比率制动特性的斜率S,由上图可知
    当Ibrk0<    即比率制动特性的折线BC过坐标原点,在任何制动电流下有相同的制动系数。
 (4)内部故障灵敏度校验
    在系统**小运行方式下,计算非晶合金变压器出口金属性短路的**小短路电流(周期分量),同时计算相应的制动电流,由相应的比率制动特性查出对应与的起动电流则灵敏系数
   要求Ksen>2.0
  3.三绕组非晶合金变压器比率制动的差动保护原理。
  对于三绕组非晶合金变压器,其差动保护的原理与双绕组非晶合金变压器的差动保护原理相同,但差动电流和制动电流及****不平衡电流应做相应的更改。差动电流和制动电流分别为#p#分页标题#e#
    在有的非晶合金变压器差动保护直接取三侧中****电流为制动电流,即
    ****不平衡电流的计算公式如下:
    在微机保护中,考虑采用数值补偿系数后误差非常小Δm≈0,则上式为
  4.励磁涌流闭锁原理
    采用二次谐波制动原理
    在非晶合金变压器励磁涌流中含有大量的二次谐波分量,一般约占基波分量的40%以上。利用差电流中二次谐波所占的比率作为制动系数,可以鉴别非晶合金变压器空载合闸时的励磁涌流,从而防止非晶合金变压器空载合闸时保护的误动。
    在差动保护中差电流的二次谐波幅值用表示,差电流中二次谐波所占的比率可表示为如下式:
    如选二次谐波制动系数为定值D3,那么只要大于定值D3,就可以认为是励磁涌流出现,保护不应动作。在值小于D3,同时满足比率差动其他判据时才允许保护动作。
    ∴比率差动保护的第三判据应满足下式
    二次谐波制动系数D3,有0.15、0.2、0.25三种系数可选 。
  5.差动速断保护
 (1)采用差动速断保护的原因
一般情况下比率制动原理的差动保护能作为电力非晶合金变压器主保护,但是在严重内部故障时,短路电流很大的情况下,TA严重饱和使交流暂态传变严重恶化,TA的二次侧基波电流为零,高次谐波分量增大,反应二次谐波的判据误将比率制动原理的差动保护闭琐,无法反映区内短路故障,只有当暂态过程经一定时间TA退出暂态饱和比率制动原理的差动保护才动作,从而影响了比率差动保护的快速动作,所以非晶合金变压器比率制动原理的差动保护还应配有差动速断保护,作为辅助保护以加快保护在内部严重故障时的动作速度。差动速断保护是差动电流过电流瞬时速动保护。
(2)差动速断的整定值按躲过****不平衡电流和励磁涌流来整定           
  6.非晶合金变压器比率差动保护程序逻辑框图
 (1)非晶合金变压器差动保护程序逻辑框图
2)非晶合金变压器差动保护程序逻辑原理
    在程序逻辑框图中D1=Iact0、D2=KrelId/Ibrk为比率制动系数 整定值,D3为二次谐波制动系数整定值。可见比率差动保护动作的三个判据是“与”的关系(图8-14中的与门Y2),必须同时满足才能动作于跳闸。而差动速断保护是作为比率差动保护的辅助保护。其定值为D4=Iact.s,在比率差动保护不能快速反映严重区内故障时,差动速断保护应无时延地快速出口跳闸。因此这两种保护是“或”的逻辑关系(图8-14中 的或门H3)。比率差动保护在TA二次回路断线时会产生很大的差电流而误动作,所以必须经TA断线闭锁的否门再经与门Y3才能出口动作。当TA断线时 与门Y3被闭锁住,不能出口动作。#p#分页标题#e#

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