变压器继电保护原理及测试技术.doc

1、http:/ 第 2 章 变压器继电保护原理及测试技术变压器继电保护的配置第 1 节 变压器继电保护的配置1. 在变压器上应装设防止下列各种故障和不正常运行状况的保护：(1)绕组内及其引出端上的多相短路； ? (2)绕组内的匝间短路； ? (3)在中性点直接接地系统中的单相接地短路；? (4)由外部短路引起的过电流；? (5)由过负荷引起的过电流；? (6)油面降低。? 为此，变压器应配置必要的主保护和后备保护，以下分别予以介绍。? 二. 变压器的主保护 (一) 瓦斯保护 ? 瓦斯保护能起到在变压器发生各种伴有产生瓦斯气体的内部故障的保护作用。在 出现轻瓦斯及油面下降时，保护应动作于信号；但在

2、出现大量瓦斯时(重瓦斯) ，通常 应动作于跳闸。 瓦斯保护装设于以下变压器： 容量为 800kVA 及以上的变压器； 容量为 400kVA 及以上的车间变压器。 对于所述的变压器，如各侧均未装设断路器时，瓦斯保护可仅动作于信号，但 应将重瓦斯和轻瓦斯的触点分别装设信号。? (二) 差动及电流速断保护? 差动及电流速断保护是为了保护变压器引出端上及变压器内部的故障，动作后断 开变压器的各侧开关。 差动保护装设于以下变压器： 单独运行的容量为 10000kVA 及以上的变压器； 并列运行的容量为 6300kVA 及以上的变压器； 容量为 6300kVA 及以上的厂用工作 变压器(为简化接线， 对于

3、备用厂用变压器，允许装设电流速断保护)； 电流速断 保护灵敏度不符合要求（Ksen 2)，且过电流保护时限大于 0.5s 的容量为 2000 10000kVA 的单独运行的变压器。 除上述原则外的变压器上可装设电流速断保护代替差动保护， 用作为变压器的主 保护。? 差动保护中的继电器可选用电磁型、整流型、半导体型的差动继电器(近年来也 有选择集成和微机型的)。 按避开励磁涌流的性能的原理，可选用速饱和变流器式( 带或不带制动的)、 二 次谐波制动式、判别波形间断式等原理的差动继电器。选择的差动继电器应以满足灵 敏度 和选择性的要求为准。在构成差动保护时，除了利用变压器的套管内的电流互 感器的情

4、况外，应将变压器与母线间的连接线包括在保护范围之内。? 三. 变压器的后备保护 ? (一) 变压器相间故障的后备保护? 1.保护的作用? 变压器相间故障的后备保护， 是外部短路引起的过电流以及变压器本身故障的后 备保护，保护动作后将变压器的各侧断路器断开。 ? 1 对于多绕组变压器，应考虑到各侧电压均能分别断开，但不允许不考虑在主电源 侧( 例如升 压变压器的发电机侧或联络变压器的大电源侧)断路器断开的运行方式。 ? 在降压变电站中，当低压侧装有分段断路器时，允许利用变压器的后备保护以第 一段时限动 作于分段断路器。? 2.保护的类型及其选择原则? 变压器相间故障的后备保护可采用： 不带或带低

5、电压启动的过电流保护； 复合电压启动的过电流保护； 负序电流和单相式低电压启动的过电流保护。 带或不带低电压启动的过电流保护，一般用于降压变压器； 复合电压启动的过电流保护，用于升压变压器和过电流灵敏度不符合要求( Ksen 1 .25)的降压变压器；负序电流和单相式低电压启动的过电流保护，则用于大容量升压变压器(31.5MVA) 和系统联络变压器。? 对于变压器后备保护的配置， 应照顾到整个发电厂或变电站保护的一致性。 例如， 当工作在同一母线并列运行的大容量变压器上需要采用负序电流保护时， 则其它容量 较小的变压器亦可采用负序电流保护。? 3.保护的配置原则? 变压器相间故障的后备保护配置

6、如下： 对双绕组变压器，过电流保护通常装设在主电源侧 ； 对于多绕组变压器，一般各侧电压均应装设过电流保护，但可根据电网的具体情况 允许在某一侧不装。但是，主电源侧的保护应有两段动作时限，以较小动作时限动作 于未装设保护侧的断路器跳闸； 在供电给分开运行的母线段的双绕组降压变压器上， 保护装设在电源侧和每段母线 侧。? 对多侧电源的多绕组变压器，如根据选择性的要求，后备保护应具有方向性时，则可 附加装设方向元件。 4.发电机后备保护切除变压器的考虑? 为了避免后备保护接线的复杂化，以及运行人员的过失造成误切除变压器的情 况，同时考虑到变压器保护的独立性，一般不采用利用发电机后备保护动作于变压器

7、 断路器的跳闸。但在 下述的情况可以考虑。 (1)在水电站中，当升压变压器后备保护的灵敏度不能满足要求时，允许利用发电机 后备保护来动作于变压器断路器的跳闸。但在这种情况下，它们大都是复合电压或低 电压启动的过电流保护，最好将电流元件的触点彼此并联起来工作。 (2)对于火力发电厂中的升压变压器，当其后备保护不能满足灵敏度的要求，并且又 无其它 较好的保护措施时，亦允许利用发电机的后备保护来保护变压器。? (二) 变压器接地短路的后备保护? 对于两侧或三侧的升压或降压变压器，当其中性点直接接地时，在接地侧应装设 防止单相接地短路的零序过电流保护。该保护可借用变压器的过电流保护来实现。当 其灵敏度

8、不够时， 可以装设专用的零序电流保护。 ? 变压器零序电流保护的配置，基本上与变压器相间故障后备保护相同，在此就不 再叙述。? 变压器的过负荷保护 ? 2 变压器的过负荷保护反应变压器三相对称性过负荷，故仅接于某一相，它动作后 经一定时间发出报警信号，以提醒运行人员及时处理。在无人值班的变电站中，过负 荷亦用于跳闸。 对于 400kVA 及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备 用电源时，应装设过负荷。? 过负荷保护一般装设于电源侧。对于多绕组变压器，应根据电源数量和变压器具 体用途(升压或降压)，装设于两侧或三侧。 变压器差动保护新技术? 第二节 变压器差动保护新技术? 一

9、. 差动保护的构成及动作分析 对变压器实现纵差保护的单相动作原理接线如图 2.2.1 所示，它用以保护变压器 内部、套管及引出线上的各种短路故障，为实现这一保护，需要在变压器两侧装设电 流互感器 TA1 和 TA2， 并按环流法连接。 保证在正常负荷情况下或外部短路故障时， 通过继电器的电流为两侧电流之差，即： I ub= i1 - i2 ，如图 2.2.1(a)。 当保护范围内发生故障时，通过继电器的电流为两侧电流之和，即：I ub ?= i1 + i2 ，如图 2.2.1(b)。 保护动作瞬时断开两侧的断路器 QF1 和 QF2，保护的范围为 TA1 和 TA2 之间 一次回路各电气元件

10、。? 二. 不平衡电流的产生和克服的方法 ? 变压器差动保护的最大特点就是差动回路的不平衡电流大，引起不平衡电流的 因素较多。为此，必须采取措施躲开或减小不平衡电流的影响，才能在变压器上成功 的应用差动保护。 现对形成变压器纵差保护不平衡电流的因素，及消除其影响而采取的措施进行讨论。 ? (一)变压器的励磁电流和涌流 ? 正常运行时变压器的励磁电流只通过变压器接入电源的一侧，因此通过电流互 感器反应到差动回路中不能被平衡而形成的不平衡电流。 正常情况下该电流很小，一般不超过变压器额定电流的 3%5%。当外部短路 时，由于电压降低励磁电流也相应减小，则影响也就更小。 3 图 2.2.1 变压器差

11、动保护单相动作原理图? (a)正常运行或外部短路故障；(b)内部短路故障 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，将可能出现很大的励磁涌流。 这里因为变压器在稳态工作情况下，铁芯中的磁通滞后于外加电压 90，在空载投入 的瞬间恰好电压瞬 时值 u =0 时，则铁芯中应具有磁通- m。 但铁芯中的磁通不能突变。因此，这时必将产生一个幅值等于+ m 的非周期 分量的磁通，将- m 抵消，经过半个周期后，如果不计非周期分量磁通衰减，铁芯 中两个磁通极性相同。 4 总磁通幅值将达到 2 m，使 铁芯处于高度饱和状态，从图 2.2.2 可见励磁电流 将剧烈增加。由于励磁涌流的数值很大，且为非周期分量

12、，所以对变压器差动保护有 很大的影响，使之处于不利的工作条件。? 请看图片 XD109，+70mm。90mm ，BP# 图 2.2.2 变压器励磁涌流的产生及变化曲线? (a)铁芯中的磁通变化；(b)变压器铁芯的磁化曲线； (c)励磁涌流的变化曲线； (d)励磁涌流的波形图 1.励磁涌流的特点? (1)励磁涌流数值大。变压器空载投入时，其励磁涌流峰值可达变压器额定电流的 6 8 倍以 上。对于较小容量的变压器倍数较大，大容量的倍数较小。 ? (2)励磁涌流中含有大量的高次谐波分量，并在最初瞬间波形完全偏于时间轴一侧。 涌流的 波形为尖顶波并以二次谐波为主。具有衰减慢的特点。? (3)励磁涌流衰

13、减时间与电力系统的时间常数有关。对于小容量的变压器，它衰减较 快；对于大容量变压器，它衰减较慢。? 2.变压器励磁涌流的分析结论 (1)在变压器励磁涌流中的高次谐波以 2 次谐波为最大。如以基波为百分之百，则 2 次谐波占 4 0%50%，这是变压器励磁涌流最明显的特点，可利用 2 次谐波制动原 理，构成变压器差动保护。? (2)在变压器励磁涌流中，具有较大的直流分量。但当在变压器内部发生短路时，由 于具有一定的直流分量 (暂态过程开始部分)，因而对以直流分量作为唯一制动量的差 动保护装置， 将会延缓其动作时间。对于三相变压器，三相中往往有一相直流分量 极小或无直流分量，因此势必增大保护的定值

14、，降低保护灵敏度。总之，差动继电器 单纯采用直流分量制动是不够 理想的。(3)励磁涌流有明显的间断角。差动保护为了 躲过励磁涌流影响，要充分利用涌流间断角这一特征。 ? (4)克服励磁涌流引起的差动保护误动的方法是延长保护的动作时间，以此来躲过励 磁涌流影响，但将失去保护装置最可贵的特性 快速性，当然是不可取的。 5 3.为了提高变压器差动保护的灵敏度，目前采用了各种抑制励磁涌流对差动保护影响 的办法。 常用的有以下几种： (1)采用带有速饱和特性变流器的变压器差动保护。例如用电磁式 DC-11 型电流继电 器与 FB-1 型速饱和变流器组成的差动保护。? (2)带有短路线圈的直流助磁特性的差

15、动保护。例如 BCH-2 型差动继电器。? (3)带有制动和助磁特性的差动保护。例如 BCH-1 型差动继电器。(4) 带有 2 次谐波制 动的差动保护。例如 BCD-32A、JCD-62 型等。 (5)按间断角原理进行制动的差动保护。例如 JCD-2A、JCD-4A 型等。? (二) 变压器的不平衡电流? 1.变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 对于 YN，d11 接线的变压器，两侧电流之间存在着 30的相位差。如不采取措 施，势必会在差动回路中引起较大的不平衡电流，影响保护的性能。 对此，通常采用相位补偿的方法来解决。即将变压器星形侧的电流互感器二次 侧接成三角形，变压器三角侧的电流

16、互感器二次侧接成星形，以此来校正两侧电流互 感器二次侧的相位。 当然，电流互感器二次侧采用其它的接线方法也同样能得到校正相位的目的。 但不是接线复杂，就是存在零序电流的影响，所以不宜采用。 图 2.2.3(a)所示为 YN，d11 接线变压器的纵差保护原理接线图。根据电流相位 关系作出相量图，如图 2.2.3(b)、(c)。 I CY 为变压器星形侧的一次电流， I A、 IB、IC 为变压器三角形侧的一 次电流，三角形侧电流分别超前星形侧同相电流 30。 变压器三角形侧的电流互感器的二次电流 Ia、 Ib、Ic 分别与其一次电流 IA、IB、 IC 同相。 星形侧的电流互感器的二次相电流 I

17、aY ?、 IbY、 IcY 分别与其一次电流 IAY、IBY 、 ICY 同相，而二次侧的线电流则为 IaY=( I aY- IbY)、IbY=(IbY- IcY)、I cY = ( IcY- IaY)并分别超前星形侧一次 电流 3 0，和 Ia、Ib、Ic同相。 在变压器差动保护中，广泛采用这种方法来校正 YN，d11 变压器两侧电流 30的相 位差。? 6 图 2.2.3 YN，d11 变压器差动保护接线和相量图? (a)接线图；(b)一次侧电流相量图；(c)二次侧电流相量图 电流互感器采用以上相位补偿接线后，在选择电流互感器的变化时，要考虑电 流互感器的接线系数，因为电流互感器接线三角

18、形的差动臂中，电流增大了 3 倍。 一般采用如下方法择： 差动臂的电流= K C I 1 n TA ? ? 式中 I 1 一次电流；? n TA ? 电流互感器变化；? K C 互感器的接线系数。? 当互感器接成三角形时 KC= 3 ；当互感器接成星形时，KC=1。因此，选择电流互感 器的变化条件时， 变压器三角侧的电流互 感器变比为? nTA()= I A Ia? (1) ? 变压器星形侧的电流互感器变比为? nTA(Y)= 3 ，4”BX I AY I aY (2)? 式中 I A 变压器三角侧一次额 定电流； ? I a?变压器三角侧二次额定电流；? I AY ? 变压器星形侧一次额定电

19、流；? I aY ? 变压器星形侧二次额定电流。? 实际上选择电流互感器的变比时，是根据电流互感器规范，选择一个接近和稍 大于计算值的标准变比。 微机保护主变保护如：PST1200 、RCS978E、RCS-9796、LFP-972 等微机保护装 置，一般考虑采用软件算法的平衡和调整，所以电流回路的二次接线几侧均采用星型 接法。 2.电流互感器实际选用变比与计算变比不同产生的不平衡电流。 7 I ub 如果选定的两侧电流互感器变比与变压器变比 nT 间的关系正好满足 ：n T= 3 n TA()n TA( Y)。? ? 则差动回路中电流等于零，即无不平衡电流。但实际上，满足不了这个条件， 因为

20、变压器根据电压的高低，要改变变比进行调压；计算电流互感器变比与实际 选用的标准变比不一样。因此，差动回路中总将有电流通过，此电流即为不平衡电流 I ub ?。? 各 侧 参 数 序号 名 称 高压侧(H) 中压侧 (M) 低压侧 (L) 额定电压 UN 1 UNh UNm UNL 2 3 4 5 6 7 8 9 额定电流 IN 各侧接线 1) 各侧电流互感器二次接线 电流互感器的计算变比 nc 电流互感器实际选用变比 ns 各侧二次电流 I 基本侧的选择 2) 中间电流互感器的变比 nm nsh nsm nsL YN d YN d d11 Y 1)对于通过软件实现电流相位和幅值补偿的微机型保护

21、，各侧电流互感器二次均可按 Y 接 线。 2)一般可选二次电流较小侧为基本侧。 表 2 变压器参数计算表(举例) 现以一台 YN， d11 变压器为实例说明以上问题。 变压器容量 S = 31.50MVA，电压为 11510.5kV。于是，变压器两侧的一次额定电 流分别为：? I AY = 31.5 （3 115 ）=158( A)? I A = 31.5 （ 3 10.5 ）=1732(A) 因为一般电流互感器的二次额定电流为 5A，所以变压器星形侧电流互感器的计算变 比为：? n TA(Y)?= 3 158 5 = 2735 ? 选标准变比为 n TA (Y)= 300 5 =60 的电流

22、互感器。? 变压器三角形侧电流互感器的计算变比为? n TA()?= 1732 5 ? 选标准变比为 n TA()= 2000 5= 400 的 电流互感器。? 这样造成差动回路两臂中的电流不等，分别为请看图片 8 图 2.2.4 利用 BCH 型继电器中的平衡绕组消除 Iub 影响的原理图 ? I aY ?= 3 15860 =4.55(A)? 即流入差动回路的不平衡电流为 I a= 1732 400 =4.32(A)? I aY- I a= 4.554.43 = 0.23(A)? 为了消除这个不平衡电流影响，可采用具有速饱和铁芯的差动继电器，利用其平衡绕 组进行电流补偿。其原理接线如图 2

23、.2.4。? L op ?为差动绕组，接入差动回路中； L sec 为二次绕组，连接电流继电器 KA 上； L bal 为平衡绕组，通常接入变压器二次电流较小的一侧保护臂中，极性关系如图 2.2.4 所示。调整平衡绕组 Lbal 的匝数，使正常情况下具有如下关系， 即 Lop ( IaY- Ia)= Lbal I a (3) 由于两绕组中电流方向相反，所以它们产生的磁势大小相等，方向相反，相互抵消， 铁芯中没有磁通，从而二次绕组 Lsec 里就无感应电势 ，差动继电器的执行元件中 无电流， 即消除了由于变压器两侧电流互感器实际变比与计算值不同而产生的不平衡 9 电流。 实际上由于绕组 Lbal

24、 和 Lop 的匝数不是连续可调的， 并考虑到计算中的误差， 因此，差动回路的不平衡电流不能完全被平衡，在整定计算中还应加以考虑。? 3.变压器两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流? 对于装设在变压器两侧的电流互感器，由于变压器两侧的额定电压不同，所以 很难选择型号相同的电流互感器，不同型号的电流互感器，它们的饱和特性及归算到 同一侧的励磁电流也就不同。特别是当外部短路时，考虑到最大短路电流 IKmax 作用大，两侧电流互感器一个饱和，一个不饱和，不饱和的电流互感器二次电流按变 比正比于一次电流，为 IKmax nTA；饱和的电流互感器二次电流要小些，按 10%误差 曲线选择的电流互感器，

25、不会小于 0.9 IKmax nTA，这将在差动回路里引起较大的不 平衡电流，其最大值为 Iubmax= 0.1 I Kmax nTA 。 考虑到该不平衡电流的影响，在保护整定计算中引入一个同型系数 K ss，即适 当增大动作电流。使流入继电器的电流为 Kss ubmax。规定当两侧电流互感器型号 相同时，取 K ss=0.5；当两侧电流互感器型号不同时，取 Kss=1。 4.变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流 变压器在运行中，根据系统电压的要求，要进行带负荷调整变压器的分接头， 实质上是改变了变压器的变比 n T。 如果差动保护已按某一变比确定了继电器平衡绕组的匝数，则当分接头改变时，

26、 两侧电流互感器二次侧的平衡关系就被破坏， 则又产生一个新的不平衡电流流入继电 器，但差动继电器的整定值不可能根据分接头的变化随时进行调整。 为克服此不平 衡电流，一般采用提高保护动作电流整定值的方法加以解决。? 此外，运行中差动保护的电流互感器也会发生二次回路断线，当二次回路断线 时，势必将出现较大的不平衡电流，可能会造成差动保护的误动。如采用提高差动保 护的动作电流来弥补上述缺陷，则牺牲了差动保护的灵敏度。而提高差动保护的灵敏 度是主要的，况且电流互感器二次回路断线的机率毕竟还是小的。对于灵敏度要求高 的大容量重要变压器的差动保护， 为了解决这个问题，理想中应装设电流回路断线 闭锁装置。此

27、装置应满足在差动保护范围内发生故障，闭锁功能退出，而当发生电流 互感器二次回路断线时，应先于差动保护动作，将保护闭锁。但实际上达到上述要求 是较困难的。 目前， 对于大容量重要变压器， 通常采用分别装设独立的两组差动保护， 两组差动保护的接点串联以实现其互为闭锁的方式，这种接线方式，有效地防止了由 于电流互感器二次回路断线而造成的差动保护误动作。 为了能及时地发现电流互感器 二次回路断线，可在差动回路中线上装设断线监视装置，一旦发现断线能及时进行处 理。 三. 差动继电器的构造和工作原理以及在纵差保护中的应用 ? (一) 利用带速饱和变流器的差动继电器构成纵差保护? 1.速饱和交流器的特点与作

28、用 ? 速饱和变流器具有铁芯截面小，容易饱和的特点，当非周期分量的电流通过时 铁芯迅速饱和 ，削弱了非周期分量的传变作用，而当非周期分量减少到一定程度时 恢复对周期分量传变作 用。正是利用了这个特点，制成了带速饱和变流器的差动继 电器。 当变压器空载投入出现励磁涌流以及外部短路初瞬间出现不平衡电流时，由于 含有大量的非周期分量，使铁芯迅速饱和、阻止和减弱非周期分量的传变，从而防止 10 差动继电器的误判。而对于保护范围内部故障时，短路初始瞬间有一定的非周期分量 电流，但其衰减很快，当非周期分量衰减后，速饱和变流器的一次绕组中只有短路电 流的周期分量通过， 传变到继电器中去， 使之动作跳闸， 这

29、就是速饱和变流器的作用。 2.BCH-2 型差动继电器的构造和工作原理 BCH-2 型差动继电器带有加强型速饱和变流器，其原理结构如图 2.2.5 所示。它 是由一个执行元件 (DL-110.2 型电流继电器 )和一个带短路绕组的速饱和变流器 组成。其磁导体是一个三柱铁芯，在铁芯的中间柱上绕有一个差动绕组 Lop，两个平 衡绕组 Lbal1、 Lbal2，右侧铁芯柱上绕有与执行元件相连接的二次绕组 Lsec，短 路绕组的两部分 LK 和 LK 则分别绕在中间及左侧铁芯上， 用以加强 躲开非周期 分 量的能力，且二者的匝数比为 2：1 ，并使它们产生的磁通对左边窗口来说是同向 串联的。? 图 2

30、.2.5 BCH 2 型差动继电器结构原理图? 为了分析方便起见，先说明短路绕组的作用，而平衡绕组的作用待后说明。? 短路绕组主要用来消除不平衡电流中非周期分量的影响。当保护范围内故障时，短路 电流中的非周期分量衰减很快，差动绕组 Lop 中通过的接近正弦波的短路电流 Iop 在绕组中产生磁通 op，并分成 opBA 和 opBC 两部分，分别通过左右两个铁 芯 A 和 C。 op 在中间芯柱的短路绕组 L K 中感应出电势 E K，该电势在短路绕 组回路内产生电流 I K， I K 通过短路绕组 LK，产生磁势 I K LK，由该磁势 产生磁通 K， K 分成 KBA 和 KBC 两部分，通

31、过两侧铁芯 A 和 C， 且 K 与 op 的方向相反，力图减弱铁芯 B 中的磁通；在铁芯 C 中，KBC ?与 KBC 方向相反，所以 KBC 在铁芯中起着去磁的作用。另外， I K 还通过 短路绕组 LK，在铁芯 A 中产生 磁势 I K L K 和相应的磁通 K ，同时 K 也分成 KAB 和 KAC 通过铁芯 B 和 C ，通过铁芯 C 的部分磁通 KAC 和 opBC 方向相同，起着助磁的作用。 综上所述，通过各柱铁芯中的磁通分别为： A=opBA- KBA-K (4)?。 B= op - K- KBA(5) C= opBC ?+ KB C- KBC(6)? 由此可见，达到继电器动作

32、值时，继电器立即动作。 在铁芯未饱和的情况下，保持 L K ，LK =2，且 B 铁芯柱截面为 A 柱、C 柱截面 的一倍，即磁阻 R Z = 1 2 R C 时，则 KBC 和 KAC ?在 C 柱 中去磁和增 磁作用相等。 这时有短路绕组的速饱和变流器与一般无短路绕组的中间速饱和变流器 作用相同，不会改变继电器的动作安匝数，因而不影响内部故障时保护的灵敏度。? 当外部故障或变压器空载投入时，在差动绕组 Lo p 中通过含有较大周期分量的 暂态不平衡电流或励磁涌流， 非周期分量的电流是不易传变到短路绕组和二次绕组中 去的，而是作为励磁电流产生直流磁通，使铁芯速饱和，周期分量的传变工作变坏。

33、从而躲开了不平衡电流或励磁涌流的影响。 这也就和一般速饱和变流器的工作情况一 样。 BCH-2 型差动继电器由于具有短路绕组 LK 和 ，LK ，可使躲开非周期分量电 流的能力加强。在非周期分量电流的作用下，铁芯饱和 LK 到 L sec 间和 L K 到 L sec 间的漏磁损失增加，由 A 柱到 C 柱比由 B 柱到 C 柱的磁路长，所以 KAC 比 KBC 减小的更多，由式(6) 可见，C 柱的总磁通 C 将变小，二次绕组的感应 电动势也相应减小，躲开非周期分量电流的能力加强。这就 是“加强型”的实际意 义。? 11 图 2.2.6 BCH-2 型短路线圈插头位置图 ? BCH-2 型差

34、动继电器短路绕组内部接线如图 2.2.6 所示。 匝数的选择原则一般是 L K 和 LK 放在同一标号的插孔内，如 A1A2、B1B2、C 1C2、D1D2；当 保持 LK L K=2 不变，交流动作安匝也就不变。当 LK 按比例增大时，躲过不平衡电流 的性能增强 。 但内部故障时， 保护的动作稍有迟缓。 当单独增大 LK 的匝数， L 则 K LK 将变小，去磁作用加强。继电器的动作安匝数将增大。 反之如单独减小 LK 的匝数，继电器的动作电流将减小。在特殊情况下，要求较大程度改变继电器 的动作安匝时，才考虑采用不同的抽头组合。不同匝数比下继电 器的动作安匝如表 2.2.1 所示。? 表 2

35、.2.1 短路线圈接入不同匝数比所对应的动作安匝数 短路线圈整定板上抽头的位置 A2A1 B2B1 ? C2 C1 D2D1 B2C1 A2B1 B2D1 线路线圈匝数比? L K L K 2 16 16 =1 6 8 =0.75 16 28 =0.57 继电器动作安匝数?(安匝) 60 80 100 120 图 2.2.7 BCH-2 型的直流助磁特性曲线 ? 由此可见，只要保持匝数 LK LK=2 不变， 继电器动作安匝为 60 安匝也 不变。然而，在非周期分量作用下铁芯饱和时，增大 ，L K 和 LK 的匝数，即使 其比值仍维持为 2，由于短路绕组的 磁动势 LK I K 的增大，短路绕

36、组对 C 柱的去 磁作用增大，动作电流也相应增大。因此，增加短路绕组的匝数，可以加强躲开非周 期分量的能力 。 12 图 2.2.7 是制造厂家提供的 BCH-2 型差动继电器的直流助磁特性曲线。 由此可见，按比例增 加 LK 和 LK 越大时，直流助磁特性曲线上翘得越厉 害 ，即所需继电器动作电流越大。直流助磁特性曲线是继电器躲过直流分量的能力。 偏移系数 K 与相对动作电流 间的关系为：= ，4”BXf(K) 。其中偏移系数 K 表示直流成分大小的系数，公式为 K = I DCI act，DC 相对动作电流， 表示有直 流助磁时交流动作电流被提高的系数，公式为 = I act，CDI ac

37、to ?式中 I DC 直流助磁电流；? I act， DC ? 具有直流助磁时 交流动作电流 ；? I acto ? 无直流助磁时交流 动作电流。? 上述特性曲线可通过试验求得，方法是先加直流，后加交流，直至继电器动作时记下 所加直流电流 IDC 及交流动作电流 I act，DC ?， 求出 K 及?值。在 K =0.6 时， 对应各短路绕组抽头位置，要求值的范围如表 2. 2.2 所示。 ? 表 2.2.2 ”K ”=0.6 时要求 ”BX ? ”BZ 值的范围 短路线圈 抽头位置 A2A1 ? 1.60.13 B2B1 30.24 C2C1 ? 50.38 D2D1 70.56 ? 3.

38、双绕组、三绕组变压器采用 BCH-2 型继电器的差动保护原理接线 13 双绕组变压器采用 BCH-2 型继电器的差动保护单线原理接线如图 2.2.8 所示。 图中两个平衡绕组 Lbal1 和 Lbal2 分别接于差动保护的两个臂 上， Lop 接在差动回 路中， Lop 和 Lbal 都有抽头可以调节匝数。它们的连接极性和匝数的选择应该 保证 正常运 行和外部故障时，使中间铁芯柱的磁动势为零，即 I2Y ( Lbal1+ Lop)+ I 2 ( Lbal2+ Lop)= 0，从而消除由于两臂电流不等所引起的不平衡电流对差动保护的 影响。而在内部故障时，中间铁芯柱两个平衡绕组产生的磁动势方向与差

39、动绕组产生 的磁动势方向相同，这时平衡绕组变为动作绕组，则保证了内部故障 时继电器的正 确动作。 ? 请看图片 XD115，+95mm 。95mm，BP# 图 2.2.8 双绕组变压器采用 BCH-2 型差动继电器构成纵差动保护的单相原理接线图 ? 值得注意的是若 BCH-型差动继电器的动作安匝为 IW0=(604)安匝，则当用作双绕 组变压器保护时，其动作电流可在 1.512A 范围内进行调整；当用作三绕组变压器 保护时，其动作电流可在 312A 范围内进行调整。? 在实际应用中可把差动绕组和平衡绕组串联使用，以增加匝数的调整范围。该 继电器的最大特点是躲变压器励磁涌流的性能较好。当系统运行

40、方式变化较大，差动 保护的灵敏度不能满足要求时，就要采用带制动特性的差动继电器。 同样三绕组变压器采用 BCH-2 型继电器的差动保护单相原理接线如图 2.2.9 所 14 示。图中表示了各绕组的连接方式，两个平衡绕组 Lbal1 和 Lbal2 分别接于变压器 的高、低压侧。平衡绕组和差动绕组的连接极性和匝数的选择也应满足在正常运行和 外部故障时使中间铁芯柱的磁动势为零，即 I2 低 L op+ I 2 高( Lbal1+ Lop)+ I 2 中( L bal2+ Lop )=0，这样就消除了由于差动臂中电流不等引起的不平衡电流 。? 图 2.2.9 三绕组变压器采用 BC H-2 型继电器

41、构成纵差动保护的单相原理接线图? 4.BCH-1 型差动继电器的构造和工作原理? BCH-1 型继电器是带有制动特性的差动继电器， 它是利用外部故障时的短路电流 来实现制动的，其原理结构如图 2.2.10 所示。与 BCH-2 型相似，由一个三柱铁芯的 速饱和变流器和一个 电流继电器组成。中间柱上绕有差动绕组 Lop 和两个平衡 绕 组 Lbal1 和 Lbal2，在两个边柱上分别绕有制动绕组( Lbrk)和二次绕组( Lsec)(每 边柱上所绕匝数均为其总匝数的一半)。 差 动 绕 组 接 15 图 1 BCH-1 型原理接线图 图 2.2.10 BCH-1 型差动继电器的原理结构图 入差动

42、回路，二次绕组接于执行元件，制动绕组接入差动保护的一个臂上，平衡绕组 也接入差动保护臂上， 接线原则与图 2.2.9 相同。 当电流互感器二次电流数值不等时， 可由 Lbal 来进行平衡调整，与 BCH-2 相同。边柱上的两个二次绕组 12 Lsec 同向 串联，边柱上的二个制动绕组 1 2 Lbrk 反向串联，当制动绕组通过电流时所产生的 磁通 brk 只沿边柱通过，这样的绕法使 Lbrk 和 Lsec、 Lop、Lbal 之间都无互感 作用。当差动绕组 Lop 通电流时，其产生的磁通在两个边柱二次绕组中感应电动势 方向相加，叠加后的电动势作用于执行元件。 ? 若不考虑制动绕组的作用，差动绕

43、组与二次绕组间就是一个速饱和变流器，可 以消除不平衡电流和励磁涌流中非周期分量的影响。 此时继电器的动作电流称为继电 器的最小动作电流，用 IKact 表示。当考虑到制动绕组的作用时，它就有更好地 躲过外部故障不平衡电流的性能。下面着重分析制动绕组的作用。 当制动绕组 Lbrk 中通入电流 Ibrk 后，它将在两边柱中通过磁通 Z brk ，使两 边柱饱和，导磁率降低。这时必须增大 Lop 中的电流，才能在 Lsec 中感应足够使执 行元件动作的电动势 。因此，继电器的动作电流随制动电流 Ibrk 增大，即两边柱 饱和 度的增加而增大。在一定的 Ibrk 下， Lbrk 的匝数越多，制动能力越

44、强，动作 电流 IKact 增加的越多。 由试验所得的继电器动作电流与制动电流 间的关系， 即 IKact= f(Ibrk)，称为制动曲线，如图 2.2.11 所示。图中表示了不同制动绕组匝数 下的制动特性。当制动电流较小时，铁芯未饱和，动作电流增加不多，制动曲线比较 平坦如制动曲线 1。当 Ibrk 增大，铁芯饱和，动作电流迅速增加，制动曲线上翘如 制动曲线 2。实用中，制动安匝 Lbrk Ibrk 不可选得过大，以免铁芯严重饱和，造 成继电器拒动，或灵敏度降低。 从原点作制动特性曲线的切线，其与水平轴的夹角 为 ，则 称 tan 为制动系数，以 Kbrk ?表示，为保证继电器在内部故障时可

45、靠 动作，一般选取 ，Kbrk= I Kact Ibrk =tan (0.50 .6 )。? 16 图 2.2.11 BCH-1 的制动特性曲线? 具有制动特性的差动继电器不仅在区外故障时能躲过最大不平衡电流， 而在内部故障 时又能提高保护的灵敏度(与无制动的差动继电器相比 )，双绕组差动保护接线如图 2.2.12 所示。? 知道当外部故障时，差动保护的不平衡电流 I ub 随区外故障电流 IK 增加而增加， 即 Iub= f(IK)，如 图 2.2.13 中用直线 1 表示，为了保证在外部故障时的最大短 路电流 I K，max 通过时，保护不误动作，则继电器的动作电流应大于此时的最大不 平衡

46、电流 Iub，max。如果保护采用无制动特性的继电器，其动作电流 I Kact= K ? K Iub，max，为一常数，在图 2.2.1 3 中用水平线 2 表示。如果采用具有制动特性的 差动继电器，由于区外故障的短路电流 IK 就是继电器制动电流 Ibrk ?。 因此，继电器的动作电流也随故障电流(制动电流)增加而增加，如曲线 3 所示。 图 2.2.12 BCH-1 型用于双绕组变压器差动保护的单相原理接线图? 图 2.2.13 BCH-1 型继电器与不带制动绕组差动继电器动作分析图? 曲线 3 和 Iub，max 直线交于 b 点，与 IK ， act 直线 2 交于 a 点。BCH-1

47、 继电器的动 作电流不是一个常数，它是由继电器制动特性曲线 即 I Kact= f(Ibrk)决定的。 为此， 选择一条通过 a 点的制动特性曲线 3，它必须在不平衡电流曲线 1 之上。由 此可见，继电器的动作电流是随着制动电流(即区外短路电流 )的不同而改变的，在区 外故障短路电流为任何值的作用下，继电器实际启动电流都大于相应的不平衡电流， 继电器不会误动。 因此 BCH-1 差动继电器的动作电流整定值可比其它不带制动特性的 差动继电器小，相应灵敏度也有所提高 。 以下进一步分析为什么具有制动特性的差动继电器，可以在内部故障时提高灵敏度的 17 问题， 以三种不同的方式来说明如下： (1)变

48、压器的 A 侧无电源，B 侧有电源，在内部故障时，制动绕组 Lbrk 中没有电流， 差动绕组 Lop 中为 B 侧提供的短路电流。此时继电器制动特性曲线决定的其动作电 流为 I Kbrk， 因此继电器灵敏动作。? (2)变压器 A、B 两侧均有电源，在内部故障时，假设两侧提供的短路电流相等，此时 差动绕组 Lop 中的差动电流 Iop 为制动绕组 Lbrk 中的电流 I brk 的 2 倍， Iop=2 即 Ibrk ?，此时 2 I op 远远大于比 I K，act= f(Ibrk)的 IKact ?动作电流值，所 以继电器动作灵敏。 (3)变压器 A 侧有电源，B 侧无电源时，此时差动继电器绕组 Lop 和制动绕组 Lbrk 中通过的电流相同，即 Iop= Ibrk，从提高继电器灵敏动作的角度来看是最不利的工 作情况。 ? 通过以上分析可知，在各种可能的运行方式下，变压器发生内部故障时，与无制动差 动继电器相比，其灵敏度提高了很多。此外还可以看出，即使在区内故障时，对继电 器工作最不利的情况下，继电器灵敏度也下降不多， BCH-1 型是靠速饱和变流器的作 用可靠躲过外部故障时暂态过程中的不平衡电流和变压器的励磁涌流。 5.双绕组、三绕组变压器采用 BCH-1 型继电器的差动保护原理接线 双绕组和三绕组变