微機變壓器比率差動//諧波制動特性實驗
一、實驗目的
1、掌握微機變壓器比率差動//諧波制動特性的檢驗方法。
2、掌握微機保護綜合測試儀的使用方法。
3、掌握微機變壓器按比率差動//諧波制動構成差動保護的方法。
二、實驗內容
1、微機變壓器比率差動保護的測試。
2、微機變壓器諧波制動特性的測試。
三、實驗原理與說明
微機型變壓器差動保護的電流平衡調整變壓器差動保護要考慮的乙個基本原則是要保證在正常情況和區別故障時, 用以比較的主變高低壓側流入差動迴路的電流幅值要相等, 相位相反 (或相同) , 從而確保理論差流為0。對於電力系統中廣泛應用的 y, d11 變壓器, 傳統的變壓器差動保護通過改變電流互感器二次側接線方式來補償其接線組別產生的角度誤差。隨著微機保護的廣泛應用, 絕大多數保護對於電流互感器二次側接線無特殊要求, 兩側電流互感器均可接為 y型。
微機保護通過電流向量相減消除相角誤差。
比率制動式差動保護是變壓器的主保護，能反映變壓器內部相間短路故障、高壓側單相接地短路及匝間層間短路故障，它由比率差動、差流速斷、差流越限告警組成。
差動保護是按比較各側電流大小和相位而構成的一種保護，雖然變壓器各側電流不等，且各側之間在電路上互不相通，。在變壓器發生內部故障時，應有差動電流流過差動迴路，差動繼電器動作。
1）．比率差動保護
比率差動保護能反映變壓器內部相間短路故障、高（中）壓側單相接地短路及匝間層間短路故障，該保護需要考慮勵磁湧流和過勵磁執行工況，同時也要考慮ta斷線、ta飽和、ta暫態特性不一致的情況。
由於變壓器聯結組不同和各側ta變比的不同，變壓器各側電流幅值相位也不同，差動保護首先要消除這些影響。本保護裝置利用數字的方法對變比和相位進行補償，以下說明均基於已消除變壓器各側電流幅值相位差異的基礎之上。
（1）比率差動動作方程
(3-1)
為差動電流，為差動最小動作電流整定值，為制動電流，為最小制動電流整定值，s為比率制動係數整定值，各側電流的方向都以指向變壓器為正方向。
對於兩側差動：
3-2)
3-3)
，分別為變壓器高、低壓側電流互感器二次側的電流。
對於三側及以上數側的差動：
3-4)
3-5)
式中：，分別為變壓器各側電流互感器二次側的電流。
（2）比率差動動作特性如圖3-1所示：
圖3-1 比率差動動作特性
（3）比率差動保護邏輯圖如圖3-2所示：
圖3-2 比率差動保護邏輯圖
（4）勵磁湧流判據
變壓器差動保護所感受到的勵磁湧流包括空投變壓器、區外故障切除恢復性湧流，和應湧流和帶負荷投運變壓器時的勵磁湧流。三相變壓器在上述工況中各相所感受到的勵磁湧流的大小不一致，也就是說各相中的諧波含量與基波的比值不一致，但是總有一相電流中的二次諧波與基波的比值較大。所以利用「或「閉鎖的方式來識別勵磁湧流。
動作方程：
> k23-6)
式中： 為差流中的二次諧波，差流中的基波，k2為整定的二次諧波係數。如果某相差流滿足上式，同時閉鎖三相差動。
（5）ta飽和判據
變壓器由於各側的電壓等級不一致，所以各側選用的ta的變比不一致，當發生故障時，各側ta表現的暫態特性也不一致，導致區外故障時，由於ta的暫態特性不一致差動保護可能動作，所以必須投入可靠的ta飽和判據。
（6）ta斷線判據
ta斷線判據分為兩種情況，一種為未引起差動保護啟動的ta斷線判別，一種為引起差動保護啟動的ta斷線判別。
引起差動保護啟動的ta斷線判別：
當三相電流都大於0.2倍的額定電流時，啟動ta斷線判別程式，滿足下列條件認為ta斷線：
a．本側三相電流中至少一相電流不變；
b．最大相電流小於1.2倍的額定電流；
c．任意一相電流為零。
未引起差動保護啟動差動保護的ta斷線判別：
滿足下列條件認為ta斷線，延時10s發ta斷線訊號：
a．零序電流大於0.1倍的額定電流；
b．最大相電流小於0.25倍的額定電流；
c．任意一相電流為零。
通過定值「ta斷線閉鎖差動」控制ta斷線判別出後是否閉鎖差動保護。當「ta斷線閉鎖差動」整定為「0」時，判別出ta斷線後不閉鎖差動保護，整定為「1」時，判別出ta斷線後閉鎖差動保護。
2）．差流速斷保護
由於比率差動保護需要識別變壓器的勵磁湧流和過勵磁執行狀態，當變壓器內部發生嚴重故障時，不能夠快速切除故障，對電力系統的穩定帶來嚴重危害，所以配置差流速保護，用來快速切除變壓器的嚴重的內部故障。
當任一相差流電流大於差動速斷整定值時差流速斷保護瞬時動作，跳開各側斷路器。
差流速斷保護邏輯圖如3-3所示：
圖3-3 差流速斷保護邏輯圖
3）. 差流越限告警
當任一相差流電流大於差流越限整定值時差流越限保護延時動作，報差流越限訊號。
差流越限保護邏輯圖如圖3-4所示：
圖3-4 差流越限保護邏輯圖
四、實驗步驟
1、實驗接線圖如下圖所示：
2、將接線圖中的ia、ib、ic、in分別接到保護屏端子排對應的5（i-1）、6（i-2）、7（i-3）、12（i-8）號端子；ua、ub、uc、un分別接到保護屏端子排對應的1（i-13）、2（i-14）、3（i-15）、4（i-16）號端子；k1、k2分別接到保護屏端子排對應的33（i-33）、34（i-34）號端子；n1、n2分別接到保護屏端子排對應的72（220vl）和73（220vn）號端子。
3、微機變壓器比率差動保護的測試，方法如下：
第一步：連線好測試線（包括電壓線、電流線及開關量訊號線的連線，包括電壓串聯和電流併聯），開啟測試儀，進入差動保護測試主介面。（參見m2000使用手冊）
第二步：設定制動電流iz，包括頻率，是否為直流助磁，如果是則選擇直流，設定相位，選擇按步長變化還是按設定點，按步長變化時制動電流按設定的起始值，終止值及步長從起始值按設定步長向終止值自動變化；選擇按設定點變化時制動電流按設定點依次變化，其點須依次增加到保護；
第三步：設定動作電流id，包括頻率、相位，設定起始值起始方式（包括固定值、iz、從前乙個動作id）；設定起始值，步長，終值。
第四步：根據iz和id輸出值的大小，設定電流輸出方式；設定最長故障時間，間隔時間，接點恢復時間，開關量輸出通道及動作方式；
說明：最長時間指：每一步電流值最長持續時間，如果動作就不再持續；間隔時間指動作電流每一步後不動作iz和id不輸出時間；接點恢復時間指接點動作後接點恢復時間。
第五步：開始測試。點選測試按鈕或者點鍵盤的f5鍵。測試自動完成；
第六步：儲存測試結果。
4、微機變壓器諧波制動特性的測試，方法如下：
說明：（這個測試包括兩個方法為諧波自動變化和諧波疊加，諧波自動變化為在所選相上諧波次數一定，而值發生變化；諧波疊加為在所選相上各疊加幾次諧波，為固定值）
第一步：連線好測試線（包括電壓線、電流線及開關量訊號線的連線），開啟測試儀，進入諧波測試主介面。（參見m2000使用手冊）
第二步：設定故障訊號，包括設定基波大小（電流、電壓大小），最長故障時間，開關量輸入通道及動作方式，
第三步：設定諧波引數，包括設定故障前時間、故障後時間，需要選擇是諧波自動變化還是諧波疊加，下面分別介紹兩種測試方式的引數設定方法：
諧波自動變化包括選擇變化通道即需要加入諧波的通道，這些通道加入諧波次數，諧波相位（相對於基波的相位），變化範圍（百分數），變化步長，失壓時間（及每變化一步的間隔時間）；
諧波疊加同樣需要確定變化通道，及這些通道加入諧波的各次的值（百分數）及相位。
第四步：設定故障訊號，包括各相電流電壓的基波分量，諧波由前面設定的相對於基波的百分數決定。還設定開關量及其動作方式。
第五步：開始測試。點選測試按鈕或者點鍵盤的f5鍵。測試自動完成；
第六步：儲存測試結果。
5、記錄實驗資料及比率差動//諧波制動的動作情況。
6、實驗結束後應將屏內的所有接線恢復完好，並清理現場，且試驗結果均應符合要求。
7、將實驗所測得的資料及比率差動//諧波制動的動作情況進行分析，並寫出實驗報告。
五、實驗結果
1、微機變壓器比率差動特性
1）、微機變壓器比率差動特性曲線的引數設定如下：
2）、微機變壓器比率差動特性的接線圖如下：
3）、微機變壓器比率差動特性的實驗結果如下：
4）、微機變壓器比率差動特性曲線如圖：
2、微變壓器諧波制動特性
1）、微機繼電器諧波制動特性的引數設定
2）、微機繼電器諧波制動特性曲線及結果
六、實驗拓展
1、 不平衡電流產生的原因
在理想情況下，當變壓器正常執行或發生外部故障時，流過差動迴路的電流為零，差動繼電器不動作。實際上由於主變各側ct型號、變比、計算變比、磁飽和特性、勵磁電流及主變空合閘的勵磁湧流等影響，差動迴路不可避免存在不平衡電流，一旦不平衡電流超過差動繼電器動作整定值，會導致差動保護誤動作。
2、 防止不平衡電流產生的措施
a) 為了防止變壓器勵磁湧流所產生的差動保護誤動作，主變差動保護採用間斷角制動原理、二次諧波制動原理、波形對稱原理躲過變壓器勵磁湧流的影響；
b) 為了防止兩側ct型號不同所產生的不平衡電流，則採用增大啟動電流值以躲開主變保護範圍，
c） 為了防止因變壓器接線組別、ct變比不同引起不平衡電流，則採用軟體進行相位補償及電流數值補償使其趨於平衡。
3、主變差動保護誤動作原因分析 ：
a) 定值不合理造成主變差動保護誤動作
差動速斷定值和二次諧波制動比率差動定值選擇不正確造成誤動作。
差動速斷是較嚴重區內故障情況下，快速跳開變壓器各側斷路器，切除故障點。差動速斷定值是按躲過變壓器勵磁湧流和最大執行方式下，穿越性故障引起不平衡電流，兩者中較大者。定值一般取(4～14)ie。
保護定值計算部門，特別是非電力系統定值計算部門，往往執行經驗，將差動速斷定值取為（5～6）ie。這樣，就會造成主變空載合閘時斷路器出現誤跳。
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