变压器励磁涌流及鉴别方法.ppt
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6.3.1单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流变压器的额定磁通变压器的额定磁通-指变压器运行电压等于额定电压时,铁芯中产生指变压器运行电压等于额定电压时,铁芯中产生的磁通。
的磁通。
用标么值表示时,电压和磁通之间的关系为:
用标么值表示时,电压和磁通之间的关系为:
设变压器在设变压器在t=0时刻空载合闸时,加在变压器上的电压为时刻空载合闸时,加在变压器上的电压为u=Umsin(wt+),解式(,解式(6-43)的微分方程,得:
)的微分方程,得:
-mcos(wt+)-稳态磁通分量,其中稳态磁通分量,其中m=Um/w;(0)-自由分量,如计及变压器的损耗,应该是衰减的非周期分量,自由分量,如计及变压器的损耗,应该是衰减的非周期分量,这里没有考虑损耗,所以是直流分量。
这里没有考虑损耗,所以是直流分量。
由于铁芯的磁通不能突变,可求得:
由于铁芯的磁通不能突变,可求得:
r-变压器铁芯的剩磁,其大小和方向与变压器切除时刻的电压(磁变压器铁芯的剩磁,其大小和方向与变压器切除时刻的电压(磁通)有关。
通)有关。
6.3变压器励磁涌流及鉴别方法变压器励磁涌流及鉴别方法变压器稳态运行时变压器稳态运行时:
铁芯不会饱和:
铁芯不会饱和;变压器空载合闸后的暂态过程中变压器空载合闸后的暂态过程中:
最严重的情况是在电压过零时刻(最严重的情况是在电压过零时刻(=0)合闸,)合闸,最大值为最大值为2m+r,远大于,远大于sat,造成变压器的严重饱和。
,造成变压器的严重饱和。
在励磁涌流分析中,通常用在励磁涌流分析中,通常用=wt+来代替时间,这样来代替时间,这样是以是以2为周期变化的。
在(为周期变化的。
在(0,2)周期内,)周期内,10,cos0如图如图6-13所示:
所示:
铁芯不饱和时铁芯不饱和时-磁化曲线的斜率磁化曲线的斜率很大,励磁电流很大,励磁电流i近似为零;近似为零;铁芯饱和后铁芯饱和后-磁化曲线的斜率磁化曲线的斜率L很小,很小,i大大增加,形成励磁涌流。
大大增加,形成励磁涌流。
在(在(0,2)周期内:
)周期内:
励磁涌流的波形如图励磁涌流的波形如图6-14所示,波形完全偏离时间轴一侧,所示,波形完全偏离时间轴一侧,且是间断的。
波形间断的宽度称为励磁涌流的间断角且是间断的。
波形间断的宽度称为励磁涌流的间断角J,显,显然:
然:
图图6-13图图6-14励磁涌流中除了基波分量外,还存在大量的非周期分量和谐励磁涌流中除了基波分量外,还存在大量的非周期分量和谐波分量。
由于励磁涌流是周期函数,可以展开成傅氏级数:
波分量。
由于励磁涌流是周期函数,可以展开成傅氏级数:
将式(将式(6-47)代入式()代入式(6-50),就可计算出非周期分量和各),就可计算出非周期分量和各次谐波分量。
通常关心的是励磁涌流中非周期分量和高次谐次谐波分量。
通常关心的是励磁涌流中非周期分量和高次谐波分量的含量(即它们与基波分量的相对大小)。
显然,在波分量的含量(即它们与基波分量的相对大小)。
显然,在上述简化的饱和特性的前提下,它们只与间断角有关,与励上述简化的饱和特性的前提下,它们只与间断角有关,与励磁涌流幅值无关。
磁涌流幅值无关。
非周期(直流)分量为:
非周期(直流)分量为:
基波分量为:
基波分量为:
高次谐波分量为:
高次谐波分量为:
综合上面的分析,单相变压器励磁涌流有以下特点综合上面的分析,单相变压器励磁涌流有以下特点:
1.在变压器空载合闸时,涌流是否产生以及涌流的大小与合闸在变压器空载合闸时,涌流是否产生以及涌流的大小与合闸角有关,合闸角角有关,合闸角=0和和=时励磁涌流最大。
时励磁涌流最大。
2.波形完全偏离时间轴的一侧,并且出现间断。
涌流越大,间波形完全偏离时间轴的一侧,并且出现间断。
涌流越大,间断角越小。
断角越小。
3.含有很大成分的非周期分量,间断角越小,非周期分量越大。
含有很大成分的非周期分量,间断角越小,非周期分量越大。
4.含有大量的高次谐波分量,而以二次谐波为主。
间断角越小,含有大量的高次谐波分量,而以二次谐波为主。
间断角越小,二次谐波也越小。
二次谐波也越小。
非周期分量非周期分量基波基波二次二次谐波波三次三次谐波波四次四次谐波波J=10876.810013.27.82.8J=15069.210028.87.53.5J=18063.710042.40.08.5表表6-1:
不同间断角下的谐波含量:
不同间断角下的谐波含量6.3.2三相三相变压器励磁涌流的特征器励磁涌流的特征对于于Y,d11接接线方式的三相方式的三相变压器,引入每相差器,引入每相差动保保护的的电流是两个流是两个变压器器绕组电流之差,其励磁涌流也流之差,其励磁涌流也应该是两个是两个绕组励磁涌流的差励磁涌流的差值,即:
,即:
下面下面结合一个算例来合一个算例来说明它明它们的特点。
的特点。
计算条件算条件:
三相剩磁:
三相剩磁:
三相合三相合闸角:
角:
经计算,算,i.A,i.B,i.C的波形的波形图如如6-17(a)所示,)所示,i.A.r,i.B.r,i.C.r的波形分的波形分别如如图6-17(b)、()、(c)和()和(d)所示。
)所示。
图6-17:
三相:
三相变压器励磁涌流波形器励磁涌流波形注意注意i.A,i.B,i.C最大最大值出出现的的时刻:
刻:
i.A:
正向涌流,在:
正向涌流,在wt=时达到最大达到最大值;i.B:
反向涌流,在:
反向涌流,在wt=2/3(即(即wt+B=2)时达到最达到最大大值;i.C:
反向涌流,在:
反向涌流,在wt=4/3时达到最大达到最大值;i.A,i.B,i.C的的间断角断角和二次和二次谐波分波分别为:
78.6,49.6,78.6和和14.8%,37.6%,14.8%。
结合上面的算例,对于一般情况,结合上面的算例,对于一般情况,三相变压器励磁涌流有以三相变压器励磁涌流有以下特点下特点:
1.由于三相电压之间有由于三相电压之间有120(2/3弧度)的相位差,因而三弧度)的相位差,因而三相励磁涌流不会相同,任何情况下空载投入变压器,至少在相励磁涌流不会相同,任何情况下空载投入变压器,至少在两相中要出现不同程度的励磁涌流。
两相中要出现不同程度的励磁涌流。
2.某相励磁涌流(某相励磁涌流(i.B.r)可能不再偏)可能不再偏于时间轴的一侧,变成于时间轴的一侧,变成了对称性涌流。
其它两相仍为偏于时间轴一侧的非对称性涌了对称性涌流。
其它两相仍为偏于时间轴一侧的非对称性涌流。
对称性涌流的数值比较小。
非对称性涌流仍含有大量非流。
对称性涌流的数值比较小。
非对称性涌流仍含有大量非周期分量,但对称性涌流中无非周期分量。
周期分量,但对称性涌流中无非周期分量。
3.三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小,但至三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小,但至少有一相比较大少有一相比较大。
4.励磁涌流的波形仍然是间断的,但间断角显著减小,其中励磁涌流的波形仍然是间断的,但间断角显著减小,其中又以对称性涌流的间断角最小。
但对称性涌流有另外一个特又以对称性涌流的间断角最小。
但对称性涌流有另外一个特点:
励磁涌流的正向最大值与反向最大值之间的相位相差点:
励磁涌流的正向最大值与反向最大值之间的相位相差120。
这个相位差称为。
这个相位差称为“波宽波宽”,显然稳态故障电流的波宽为,显然稳态故障电流的波宽为180。
6.3.3防止励磁涌流引起误动的方法防止励磁涌流引起误动的方法1采用速饱和中间变流器采用速饱和中间变流器励磁涌流中含有大量的非周期分量,所以可以采用速饱和中励磁涌流中含有大量的非周期分量,所以可以采用速饱和中间变流器来防止差动保护误动。
对于间变流器来防止差动保护误动。
对于Y,d11接线方式的三相接线方式的三相变压器,常常有一相是对称性涌流,没有非周期分量,中间变压器,常常有一相是对称性涌流,没有非周期分量,中间变流器不能饱和,只能通过差动继电器的动作电流来躲过。
变流器不能饱和,只能通过差动继电器的动作电流来躲过。
考虑到对称性涌流的幅值比较小,整定计算时,在式(考虑到对称性涌流的幅值比较小,整定计算时,在式(6-27)Iset=KrelKuIn中取中取Ku=1。
缺点缺点:
速饱和原理的纵差动保护动作电流大、灵敏度低。
并:
速饱和原理的纵差动保护动作电流大、灵敏度低。
并且在变压器内部故障时,会因非周期分量的存在而延缓保护且在变压器内部故障时,会因非周期分量的存在而延缓保护的动作,已逐渐淘汰。
的动作,已逐渐淘汰。
2二次谐波制动的方法二次谐波制动的方法二次谐波制动二次谐波制动-根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点,当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动点,当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁,以防止励磁涌流引起的误动。
继电器闭锁,以防止励磁涌流引起的误动。
二次谐波制动的差动保护二次谐波制动的差动保护-采用二次谐波制动方法的保护。
采用二次谐波制动方法的保护。
二次谐波制动元件的动作判据二次谐波制动元件的动作判据:
I1,I2-分别为差动电流中的基波分量和二次谐波分量的幅分别为差动电流中的基波分量和二次谐波分量的幅值。
值。
K2-二次谐波制动比,按躲过各种励磁涌流下最小的二次谐二次谐波制动比,按躲过各种励磁涌流下最小的二次谐波含量整定,整定范围通常为波含量整定,整定范围通常为K2=15%20%,具体数值据现,具体数值据现场空载合闸试验或运行经验确定。
场空载合闸试验或运行经验确定。
“三相或门制动三相或门制动”方案方案-三相差动电流中只要有一相的二次谐三相差动电流中只要有一相的二次谐波含量超过制动比波含量超过制动比K2,就将三相差动继电器全部闭锁。
,就将三相差动继电器全部闭锁。
差动电流速断保护差动电流速断保护:
为加快内部严重故障为加快内部严重故障时纵差动保护动作速时纵差动保护动作速度,往往再增加一组不度,往往再增加一组不带二次谐波制动的差动继电器,称差动电流速断保护。
差动电带二次谐波制动的差动继电器,称差动电流速断保护。
差动电流速断保护按躲过最大励磁涌流速定,即取流速断保护按躲过最大励磁涌流速定,即取K=48。
由于动作电流由于动作电流Iset.r很大,故采用不带制动特性的差动继电器。
很大,故采用不带制动特性的差动继电器。
变压器内部故障时,变压器内部故障时,测量电流中的暂态分量也测量电流中的暂态分量也可能存在二次谐波。
若二可能存在二次谐波。
若二次谐波含量超过制动比次谐波含量超过制动比K2,差动保护也将闭锁,一,差动保护也将闭锁,一直等到暂态分量衰减后才直等到暂态分量衰减后才能动作。
电流互感器饱和能动作。
电流互感器饱和也会在二次电流中产生二也会在二次电流中产生二次谐波。
电流互感器饱和次谐波。
电流互感器饱和越严重,二次谐波含量越越严重,二次谐波含量越大。
大。
图图6-16:
二次谐波制动差动保护逻辑框图:
二次谐波制动差动保护逻辑框图二次谐波制动二次谐波制动I.rI.set.r(=A,B,C)表示相带有制动特性的差动继电器;)表示相带有制动特性的差动继电器;I2K2I1(=A,B,C)表示相的二次谐波制动元件;与)表示相的二次谐波制动元件;与H2、H4以及非门一起构成了三相或门制动的二次谐波制动方案。
以及非门一起构成了三相或门制动的二次谐波制动方案。
二次谐波制动的优点二次谐波制动的优点:
原理简单、调试方便、灵敏度高,在变压器纵差动保护中获得原理简单、调试方便、灵敏度高,在变压器纵差动保护中获得了非常广泛的应用。
了非常广泛的应用。
缺点缺点:
在具有静止无功补偿装置等电容分量比较大的系统,故障暂态在具有静止无功补偿装置等电容分量比较大的系统,故障暂态电流中有比较大的二次谐波含量,差动保护的速度会受到影响。
电流中有比较大的二次谐波含量,差动保护的速度会受到影响。
若空载合闸前变压器已经存在故障,合闸后故障相为故障电流,若空载合闸前变压器已经存在故障,合闸后故障相为故障电流,非故障相为励磁涌流,采用三相或门制动的方案时,差动保护非故障相为励磁涌流,采用三相或门制动的方案时,差动保护必将被闭锁。
由于励磁涌流衰减很慢,保护的动作时间可能会必将被闭锁。
由于励磁涌流衰减很慢,保护的动
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