超高压直流系统中的换流变压器保护(新编版)

超高压直流系统中的换流变压器保护(新编版)

Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management.

( 安全管理 )

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编号：AQ-SN-0608

超高压直流系统中的换流变压器保护(新

编版)

引言

超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点[1]包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。

换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在最优的状

态等。

换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。

1换流变压器的特点以及对保护带来的影响

1.1短路阻抗

直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。

1.2直流偏磁

当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使

地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。

1.3谐波

由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。对于换流变压器，主要会流过特征谐波电流，即p*n+1次谐波电流（p为脉波数，n为任意正整数）。在运行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。这些谐波电流应加以考虑，以免对保护装置造成影响。

1.4调压分接头

为了使直流系统运行在最优的工况，减少交流系统电压扰动对直流系统的影响，换流变压器都具有较大范围的利用分接头调整电压的功能。例如：三峡到常州工程三峡侧换流变压器档位范围

+25/-5，每档调节范围1.25%。因此保护设计时要考虑分接头调整带

来的影响，如正常运行时变比的变化等。

1.5直流系统的特殊运行工况

由于直流控制系统的特殊调节作用，使换流变压器遇到的运行工况以及故障情况不同于普通变压器。这些不同主要包括以下几点：

a.直流系统的故障相当于换流变压器的区外故障，一般短路电流都不会太大。对于整流侧，穿越换流变的电流会增大，但由于直流控制保护系统的快速作用，很快会减小。对于逆变侧，直流系统的故障会造成直流电流无法传变至交流侧，反而会使穿越电流减小。

b.对于换流变压器保护来说，直流系统造成的最严酷的区外故障为整流侧的阀短路故障，相当于换流变出口的两相或三相短路故障。但由于直流保护的干预，实际只会出现半个周波的两相短路。对于逆变侧，由于触发角很大，阀短路时流过换流变压器的电流较整流侧小很多。

c.换流变压器发生区内故障时，直流系统一般不会提供短路电流。这是由直流控制系统的作用造成的。在整流侧，功率由交流侧转换至直流侧，换流变压器的故障只会造成这种转换的停止，而不

换流变压器与交流系统的主变压器比较

换流变压器与交流系统的主变压器比较 超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点[1>包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。 换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在较优的状态等。 换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。 1 换流变压器的特点以及对保护带来的影响

1.1 短路阻抗 直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。 1.2 直流偏磁 当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。 1.3 谐波 由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。对于换流变压器，主要会流过特征谐波电流，即p*n 1次谐波电流（p为脉波数，n为任意正整数）。在运行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。这些谐波电流应加以考虑，以免对保护装置造成影响。

差动保护的工作原理

1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得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所示的双绕组变压器，应使 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流：

在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。

（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。

②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流

变压器保护定值整定

变压器定值整定说明 注：根据具体保护装置不同，可能产品与说明书有不符之处，以实际产品为主。 差动保护 （1）、平衡系数的计算 1 2 3 4 5 侧的二次电流。如果按上述的基准电流计算的平衡系数大于4，那么要更换基准电流I b，直到平衡系数满足 0.1

I n 为变压器的二次额定电流， K rel 为可靠系数，K rel =1.3—1.5； f i(n)为电流互感器在额定电流下的比值误差。f i(n)=±0.03（10P ），f i(n)=±0.01（5P ） ΔU 为变压器分接头调节引起的误差（相对额定电压）； Δm 为TA 和TAA 变比未完全匹配产生的误差，Δm 一般取0.05。 一般情况下可取： I op.0=（0.2—0.5）I n 。 （3） I res.0（4） a I Δm 2=0.05； b 、 式中的符号与三圈变压器一样。 最大制动系数为： K res.max =res unb.max rel I I K Ires 为差动的制动电流，它与差动保护原理、制动回路的接线方式有关，对对于两圈变压器I res = I s.max 。 比率制动系数：

K= res.max res.0res.max op.0res.max /I I -1/I I -K 一般取K=0.5。 （5）、灵敏度的计算 在系统最小运行方式下，计算变压器出口金属性短路的最小短路电流I s.min ,同时计算相应的制动电流I res ；在动作特性曲线上查出相应的动作电流I op ；则灵敏系数K sen 为： K sen = op I I 要求K sen ≥（6）（7 式中：I K I e （81、低电压的整定和灵敏度系数校验 躲过电动机自起动时的电压整定： 当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时， U op=(0.5～0.6)U n 当低电压继电器由变压器高压侧电压互感器供电时， U op=0.7U n 灵敏系数校验

变压器差动保护

变压器差动保护 一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）； 二：差动保护的定义 由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护 三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述： 1、图一所示：为一两圈变变压器，具体参数如下：主变高压侧电压U高 =220KV,主变低压侧电压U低=110KV,变压器容量Sn=240000KV A, I1’：流过变压器高压侧的一次电流； I”：流过变压器低压侧的一次电流； I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； nh：高压侧电流互感器CT1变比； nl：低压侧电流互感器CT2变比； nB：变压器的变比； 各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2”I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB 2、区内：CT1到CT2的范围之内； 3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地） 单相接地故障以及匝间、层间短路故障；

四：差动的特性 1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图： 下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性： o：图二的坐标原点； f：差动保护的最小制动电流； d：差动保护的最小动作电流； p：比率制动斜线上的任一点； e：p点的纵坐标； b：p点的横坐标； 动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时， 由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲 线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此， 图中阴影部分，即差动保护的动作区； 制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区； 比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们只要计算出此斜线的斜率，就等于算出了比率制动系数。以p点为 例：计算出斜线pc的斜率K=pa/ac=(pb-ab)/(ob-of)；举例说明一下： 差动保护有关定值整定如下：最小动作电流Iopo=2,最小制动电流 Iopo=5,比率制动系数k=0.5；按照做差动保护比率制动系数的方法， 施加高压侧电流I1=6A,180度，低压侧电流I2=6A,0度，固定I1升 I2,当I2升到9.4A的时候保护动作，计算一下此时的比率制动系数。 由于两圈变差动的制动电流为（I1+I2）/2,因此，Izd=(9.4+6)/2=7.7, 所以K=(9.4-6-2)/(7.7-5)=1.4/2.7=0.52; 2、谐波制动：当差动电流中的谐波含量达到一定值的时候，我们的装置就 判此电流为非故障电流，进行谐波闭锁。500kv一下等级的变压器之

零序电流保护的整定计算-精选.

零序电流保护的整定计算 一、变压器的零序电抗 1、Y/△联接变压器 当变压器Y侧有零序电压时，由于三相端子是等电位，同时中性点又不接地，因此变压器绕组中没有零序电流，相当于零序网络在变压器Y侧断开（如图1所示）。 图1：Y/△联接变压器Y侧接地短路时的零序网络 2、Y0/△联接变压器 当Y0侧有零序电压时，虽然改侧三相端子是等电位，但中性点是接地的，因此零序电流可以经过中性点接地回路和变压器绕组。

每相零序电压包括两部分：一部分是变压器Y0侧绕组漏抗上的零序电压降I0XⅠ,另一部分是变压器Y0侧的零序感应电势I lc0X lc0（I lc0为零序励磁电流，X lc0为零序励磁电抗）。由于变压器铁芯中有零序磁通，因此△侧绕组产生零序感应电势，在△侧绕组内有零序电流。由于各相零序电流大小相等，相位相同，在△侧三相绕组内自成回路，因此△侧引出线上没有零序电流，相当于变压器的零序电路与△侧外电路之间是断开的。所以△侧零序感应电势等于△侧绕组漏抗上的零序电压降I0’XⅡ。 Y0/△联接变压器的零序等值电路如图2所示。由于零序励磁电抗较绕组漏抗大很多倍，因此零序等值电路又可简化，如图3所示。在没有实测变压器零序电抗的情况下，这时变压器的零序电抗等于0.8～１.0倍正序电抗。即：X0=(0.8～１.0)(XⅠ+XⅡ)= (0.8～１.0)X1。 本网主变零序电抗一般取0.8 X1。

图2：Y0/△联接变压器Y0侧接地短路时的零序网络 图3：Y0/△联接变压器Y0侧接地短路时的零序网络简化 二、零序电流保护中的不平衡电流 实际上电流互感器，由于有励磁电流，总是有误差的。当发生三相短路时，不平衡电流可按下式近似地计算： I bp.js=K fzq×f wc×ID(3)max 式中K fzq——考虑短路过程非周期分量影响的系数，当保护动作时间在0.1S以下时取为2；当保护动作时间在0.3S～0.1S时取为１.5；动作时间再长即大于0.3S时取为1； f wc——电流互感器的10%误差系数，取为0.1； I D(3)max——外部三相短路时的最大短路电流。 最新文件仅供参考已改成word文本。方便更改

超高压直流系统中的换流变压器保护

编号：AQ-JS-02392 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 超高压直流系统中的换流变压 器保护 Converter transformer protection in UHVDC System

超高压直流系统中的换流变压器保 护 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 引言 超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点[1]包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。 换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在最优的状

态等。 换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。 1换流变压器的特点以及对保护带来的影响 1.1短路阻抗 直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。 1.2直流偏磁 当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使

2三段式电流保护的整定及计算

2三段式电流保护的整定计算 1、瞬时电流速断保护 整定计算原则：躲开本条线路末端最大短路电流 整定计算公式： 式中： Iact——继电器动作电流 Kc——保护的接线系数 IkBmax——最大运行方式下，保护区末端B母线处三相相间短路时，流经保护的短路电流。 K1rel——可靠系数，一般取1.2～1.3。 I1op1——保护动作电流的一次侧数值。 nTA——保护安装处电流互感器的变比。 灵敏系数校验：

式中： X1— —线 路的 单位 阻抗， 一般 0.4Ω /KM； Xsmax ——系统最大短路阻抗。 要求最小保护范围不得低于15%～20%线路全长，才允许使用。 2、限时电流速断保护 整定计算原则： 不超出相邻下一元件的瞬时速断保护范围。所以保护1的限时电流速断保护的动作电流大于保护2的瞬时速断保护动作电流，且为保证在下一元件首端短路时保护动作的选择性，保护1的动作时限应该比保护2大。故： 式中： KⅡrel——限时速断保护可靠系数，一般取1.1～1.2； △t——时限级差，一般取0.5S； 灵敏度校验：

规程要求： 3、定时限过电流保护 定时限过电流保护一般是作为后备保护使用。要求作为本线路主保护的后备 以及相邻线路或元件的远后备。 动作电流按躲过最大负荷 电流整定。 式中： KⅢrel——可靠系数，一般 取1.15～1.25； Krel——电流继电器返回系数，一般取0.85～0.95； Kss——电动机自起动系数，一般取1.5～3.0； 动作时间按阶梯原则递推。 灵敏度分别按近后备和远后备进行计算。 式中： Ikmin——保护区末端短路时，流经保护的最小短路电流。即：最小运行方式下，两相相间短路电流。 要求：作近后备使用时，Ksen≥1.3～1.5 作远后备使用时，Ksen≥1.2

直流输电换流变压器基础知识

第一章换流变结构 一、换流变概述 通常，我们把用于直流输电的主变压器称为换流变压器。它在交流电网与直流线路之间起连接和协调作用，将电能由交流系统传输到直流系统或由直流系统传输到交流系统。换流变压器是超高压直流输电工程中至关重要的关键设备，是交、直流输电系统中换流、逆变两端接口的核心设备。 直流输电系统的接线方式有多种，目前常见的接线方式如图1-1所示。 图1-1 两个六脉冲换流桥构成一个单极十二脉动接线，这两个六脉冲换流桥分别由Yy与Yd联结的换流变压器供电。两个单极叠加在一起构成一个双极。每极所用的换流变压器可以由下述方式实现，两台三相双绕组变压器（一个Yy联结，一个Yd联结）或三台单相三绕

组变压器（一个网侧绕组和两个阀侧绕组，一个Y接，一个D接）或六台单相双绕组变压器（三个Yy 单相，三个Yd单相）。由建设规模的大小及直流电压等级可以确定换流变压器的大致型式。选择不同的型式主要受运输尺寸的限制，其次是考虑备用变容量的大小，当然，备用变容量越小越经济。 当直流输送容量较大时可采用每级两组基本换流单元的接线方式，此种接线方式有串联和并联两种方式。如目前在建的±800kv项目即采用了串联方式，其基本接线原理见图2。 800（HY） 600（HD） 400（L Y） 200（LD） 图1-2

图1-3 单相双绕组换流变压器外形 图1-4 单相三绕组换流变压器外形

图1-5 云广±800kV项目高端（800kV）换流变压器外形 二、绕组的常见类型 换流变中的绕组按照其连接的系统不同，通常可分为连接交流系统的网绕组及调压绕组；连接换流阀的阀绕组。绕组的排列方式通常有以下两种：铁心柱→阀绕组→网绕组→调压绕组；铁心柱→调压绕组→网绕组→阀绕组。 1.网绕组 目前，我公司的网绕组主要采用轴向纠结加连续式结构。与传统的纠结或内屏连续式不同，轴向纠结采用特殊的阶梯导线绕制n个双饼构成n/2个纠结单元。纠结绕制和换位示意见下图。

变压器差动保护

第二节变压器差动保护 1.概述 电气主设备内部故障的主保护方案之一是差动保护，差动保护在发电机上的应用是比较简单的，但是作为变压器内部故障的主保护，差动保护将有许多特点和困难。 变压器有两个和更多个电压等级，构成差动保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的差动保护不平衡电流将比发电机大得多。 变压器每相原副边电流之差(正常运行时的励磁涌流)将作为变压器差动保护不平衡电流的一种来源，特别是当变压器过励磁运行时，励磁电流可达变压器额定电流的水平，势必引起差动保护误动作。更有甚者，在空载变压器突然合闸时，或者变压器外部短路被切除而变压器端电压突然恢复时，暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与短路电流相比拟，在这样大的不平衡电流下，要求差动保护不误动，是一个相当复杂困难的技术问题。 正常运行中的变压器，根据电力系统的要求，需要调节分接头，这又将增大变压器差动保护的不平衡电流。 变压器差动保护能反应高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环中的电流很大，但流入差动保护的电流可能不大。 变压器差动保护还应能反应高压侧(中性点直接接地系统)经高阻接地的单相短路，此时故障电流也较小。 综上所述，差动保护用于变压器，一方面由于各种因素产生较大和很大的不平衡电流，另一方面又要求能反应具有流出电流的轻微匝间短路，可见变压器差动保护要比发电机差动保护复杂得多。 2.配置原则 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定： (1) 10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动 保护。6.3MVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。 (2) 10MVA以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA及以上的变压器，当电 流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。 (3) 0.4MVA及以上，一次电压为10kV及以下，线圈为三角-星形连接的变压器，可采用两 相三继电器式的过流保护。 (4) 以上所述各相保护装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。 3.要求达到的性能指标 (1) 具有防止区外故障误动的制动特性； (2) 具有防止励磁涌流引起误动的功能； (3) 宜具有TA断线判别功能，并能选择闭锁差动或报警，当电流超过额定电流的 1.5～2倍 时可自动解除闭锁； (4) 动作时间(2倍整定值时)不大于50ms； (5) 整定值允差±5%。 4.原理及其微机实现 4.1四方 4.1.1 保护原理 变压器差动包括主变差动、发变组差动、厂用变差动、起/备变差动、励磁变差动等，对于高压侧为500kV的一个半开关接线方式，发变组差动及主变差动保护应反应四侧的电流量。

换流变压器教学教材

换流变压器

精品文档 一、换流变压器 1、定义： 换流变压器(Converter Transformer) 接在换流桥与交流系统之间的电力变压器。采用换流变压器实现换流桥与交流母线的连接，并为换流桥提供一个中性点不接地的三相换相电压。换流变压器与换流桥是构成换流单元的主体。 2、换流变压器在直流输电系统中的作用： （1）、传送电力；（2）、把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压；（3）、利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提供两组幅值相等、相位相差30°(基波电角度)的三相对称的换相电压以实现十二脉动换流；（4）、将直流部分与交流系统相互绝缘隔离，以免交流系统中性点接地和直流部分中性点接地造成直接短接，使得换相无法进行；（5）、换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用；（6）、对沿着交流线路侵入到换流站的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。 3、换流变压器的特点及要求： （1）漏抗 以往由于晶闸管的额定电流和过负荷能力有限，为了限制阀臂短路和直流母线短路的故障电流，换流变压器的漏抗一般比普通电力变压器的大，一般为15－20%, 有些工程甚至超过20%。随着晶闸管的额定电流及其承受浪涌电流能力的提高，换流变压器的漏抗可按对应的容量和绝缘水平合理选择，阻抗相应降低，通常为12－18%，因此，设备主参数、绝缘水平、换流器无功消耗及能耗等都可相应降低，同时，换流器的运行性能也有所改进。 为减少非特征谐波，换流变压器的三相漏抗平衡度要求比普通电力变压器高，通常漏抗公差不大于2%。如果运输条件允许，工程多采用单相三绕组换流变压器结构，进一步减少十二脉动换流单元中换流变压器六个阻抗值的差别。（2）绝缘 换流变压器阀侧绕组和套管是在交流和直流电压共同作用之下工作的，由于油、纸两种绝缘材质的电导系数与介电系数之比差别很大，油纸复合绝缘中直流场强按电导系数分布，交流场强则按介电系数分布。当直流电压极性迅速变化时，会使油隙绝缘受到很大的电应力。在套管与底座的连接部分，由于绝缘结构复杂，这一问题最为严重。越接近直流两极的阀侧绕组对地电压越高，在设计时必然增大绕组端部与铁芯轭部的距离，使绕组端部的辐向漏磁和局部损耗增加，因谐波漏磁而引起的损耗则增加更多。作为阀侧绕组外绝缘的套管，其爬电距离要考虑到直流电压的分量，为了避免雨天时在直流电压作用下，由于不均匀湿闪而造成的闪络故障，一般阀侧套管均伸入阀厅。干式合成套管已得到实际应用。为了抗震，套管法兰盘处一般装有振动阻尼装置。（3）谐波 换流变压器漏磁的谐波分量会使变压器的杂散损耗增大，有时可能使某些金属部件和油箱产生局部过热现象。在有较强漏磁通过的部件要用非磁性材料或采用磁屏蔽措施。谐波磁通所引起的磁致伸缩噪声处于听觉较为灵敏的频带，必要时要采取更有效的隔音措施。（4）直流偏磁 换流器触发时刻的间隔不等，交流母线正序二次谐波电压和与直流线路并行的交流线路的感应作用等将在换流变压器阀侧绕组电流中产生直流分量；接地极入地电流引起的地电位变化会在交流侧绕组电流中产生直流分量，二者共 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除

变压器差动保护的基本原理及逻辑图

变压器差动保护的基本原理及逻辑图 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得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所示的双绕组变压器 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流： 在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。

（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。

②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： ①采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流 ①变压器两侧电流相位不同 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若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，从而产生很大的不平衡电流。 ②电流互感器计算变比与实际变比不同 由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。

35kv变压器差动保护分析

摘要变压器的差动保护是反应变压器各端电流互感器二次电流流入差动继电器的电流差而动作的。在保护范围内无故障时，差动继电器内不平衡电流应接近于零。但在某些情况下，保护范围内无故障时差动继电器内仍有较大的不平衡电流。本文对变压器差动保护的这个特点进行介绍，并简单分析了变压器差动保护两种误动作的原因。 关键词变压器差动保护不平衡电流误动原因分析 引言差动保护是用某种通信通道将电气设备两端的保护装置纵向联接起来，并将两端的电气量进行比较，从而判断保护是否动作。根据基尔霍夫定律，保护范围内流入与流出的电流应该相等（变压器应该归算到同侧）。当保护范围内发生故障时，其流入与流出的电流就不相等了。差动保护就是根据这个不平衡电流动作的。因此，这种保护方法有很高的动作选择性和灵敏度，适用于保护大容量、强电流、高电压及对灵敏度要求高的电气设备。所以，这种方法广泛用于保护大容量、高电压的变压器，并以其优越的保护性能成为大容量、高电压变压器的主要保护方法。然而值得注意的是，由于变压器在结构和运行上具有一些特点，因此在实际运行中保护范围内无故障时，差动保护装置也具有较大的不平衡电流，这种不平衡电流可能引起差动保护装置的误动作。另外，即使考虑了变压器差动保护的这些特点并加以修正，由于这种保护装置的复杂性在有些情况下也常出现一些误动作现象。本文将就变压器差动保护两种误动作的原因加以简单的分析。 一、变压器差动保护的特点 1、变压器励磁涌流的存在 变压器励磁电流（激磁电流）仅流经变压器的某一侧，因此通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流。稳态运行时，变压器的励磁电流不大，只有额定电流的2-5%。在差动范围外发生故障时，由于电压降低，励磁电流减小。所以这两种情况下所形成的不平衡电流都很小，对变压器的差动保护影响不大。 但是，当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复的情况下，则可能出现很大的励磁电流即励磁涌流。这个现象的存在是由于变压器铁心饱和及剩磁的存在引起的，具体分析如下：当二次侧开路而一次侧接入电网时，一次电路的方程为 u1=umcos(wt+α)=i1R1+N1dφ/dt (1) u1：一次电压， um：一次电压的峰值， α：合闸瞬间的电压初相角， R1：变压器一次绕组的电阻， N1：变压器一次绕组的匝数， φ：变压器一次侧磁通。 由于i1R1相对比较小 诜治鏊蔡 坛跏冀锥慰梢院雎圆患?lt;BR>所以 u mcos(wt+α)= N1dφ/dt dφ= ( um/ N1) cos(wt+α) dt 积分，得 φ=( um/ N1) sin(wt+α)+c φ=φm sin(wt+α)+c φm为主磁通峰值，c为积分常数。 设铁芯无剩磁当t=0时，φ=0 所以c=-φmsinα 所以空载合闸磁通为 φ=φm sin(wt+α) -φmsinα（2） 由（2）式可得空载合闸磁通的大小与电压的初相角α有关考虑最不利情况 当α=900时，电压过零

超高压直流系统中的换流变压器保护(新编版)

超高压直流系统中的换流变压器保护(新编版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0608

超高压直流系统中的换流变压器保护(新 编版) 引言 超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点[1]包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。 换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在最优的状

态等。 换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。 1换流变压器的特点以及对保护带来的影响 1.1短路阻抗 直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。 1.2直流偏磁 当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使

浅谈国内换流变压器发展历程

浅谈国内换流变压器发展历程 1. 引言 众所周知，在直流输电系统中，换流变压器是最重要的设备之一，它不仅参与了换流器的交流电与直流电的相互变换，而且还承担着改变交流电压数值、抑制直流短路电流等作用。此外特高压换流变压器容量大，由其组成的换流站额定功率为5200～6400MW，额定电流为3250～4000A。换流变压器的额定电压分为±800kV、±600kV、±400kV、±200kV 四档，型式为单相、双绕组、油浸式，设备复杂，投资昂贵，单台平均突破4000万元。西门子公司提供向上线的±800kV换流变压器单台售价高达1亿元。因此，换流变压器的可靠性、可用率以及投资对整个直流输电系统起着关键性的影响。 2. 发展历程 2.1 三峡工程 我国换流变压器的研制与生产始于20世纪70年代末。当时，西安西电变压器厂（以下简称西变）为我国第一条自行设计的舟山直流输电线路成功地提供了±100kV换流变压器。80年代,西变结合葛上±500kV直流输电工程，引进了ABB公司的HVDC换流变压器的设计制造技术，在此基础上,西变承接了该工程使用的换流变压器全部设计和制造任务。 我国掌握换流变压器设计制造技术应该归功于三峡工程的建设。三峡工程开建前，我国并不具备三峡直流工程换流变压器的设计制造能力。为使国家重大装备制造的核心技术不再受制于别人，三峡建委决定三峡直流工程设备实行国际采购，并制定了“技贸结合、技术引进、联合设计、合作制造”的技术路线，运用国际招标的方式引进关键技术后消化吸收再创新，逐步实现我国换流变压器的国产化，同时选择我国最具优势的沈阳变压器厂和西安变压器厂作为引进技术的受让方。 西变合作生产三常线送端龙泉换流站±500kV单相双绕组、容量297.5MVA、电压比（525/3）/（210.4/3）kV的换流变压器（其中Y/Y联结和Y/D联结各一台）；沈变合作生产三常线政平换流站±500kV单相双绕组、容量283.7MVA、电压比（500/3×1.25%）/（200.4/3）kV的换

±1100kV直流换流变压器

±1100kV直流换流变压器 一、产品简介 ±1100kV特高压直流输电技术是一个全新的电压等级，也是目前世界输电技术的最高点，而且新疆电网已经以750kV交流电压等级和西北电网联网，若实现交直流并行输电，网侧电压将采用750kV，阀侧电压将达到±1100kV。此产品将依托国家电网公司准东送出±1100 kV 特高压直流输电工程开发研制。 ±1100kV直流系统拟采用每极双十二脉动换流器“550kV＋550kV”串联的接线方案，如图1所示。额定直流电流:4750A。考虑投入备用冷却设备后、在当地最高环境温度下，直流系统的最大电流达到5000A。主回路考虑直流系统双极运行方式，1100kV直流额定输送功率 10450MW。 图1 “550kV＋550kV”换流器接线方案 换流变压器电气接线与每个12 脉动阀组相连的有6台换流变压器，图1中的“换流变HY”和“换流变LY”各3台，换流变压器的阀

侧绕组采用星形连接，“换流变HD”和“换流变LD”各3台，阀侧绕组采用三角形连接。从高压端到低压端换流变压器阀侧绕组连接方式依次为星形接线－三角形接线－星形接线－三角形接线。 二、技术介绍 （一）产品技术特点 1、节能、环保、高效。 目前，我国电力电压等级最高的直流输电项目为±800kV特高压直流输变电工程，但新疆能源基地距离中东部用电负荷中心超过2400公里，若采用±800kV特高压直流输电技术，电力外送损耗可能超过10%，因此，±1100kV直流输电技术，是我国实现远距离大容量输电的重大战略举措，更加节能、环保、高效。 2、传输容量大，建设成本降低。 ±1100kV直流输电与±800kV直流输电、两个±500kV直流输电比较： 1）输送容量大幅提升。 2）占地面积小。 3）输电线路造价低, 输电用电缆与±800kV相近，比±800kV总体输送容量高，比两个±500kV输电线路造价少一半。 3、结构环保 ±1100kV直流换流变压器产品采用全密封结构，变压器油无渗漏的特点，对环境无污染，符合国家环保政策的要求。 （二）技术难点及解决方案 1、±1100kV换流变压器运输 ±1100kV换流变按两种运输方式考虑： 1) 线圈等组部件分散运输到现场，在换流站附件建设组装厂房，现场组装换流变压器。 2）“水路+公路”运输方式，长度13.0m、宽度5.2m、高度5.2m、最大运输重量480吨。

关于变压器差动保护研究报告——最终版

关于变压器差动保护装置接线的研究 杨利民炼钢作业部公辅区 摘要：文章就天车滑触线接地短路引起变压器差动保护动作故障，展开对差动保护的原理、变压器接线组别与差动保护CT接线关系以及如何测量变压器接线组别做了简要说明，同时着重从CT、二次线路、保护定值、谐波等方面介绍了防止差动保护误动的措施，最终归纳了差动保护动作后，排除故障的思路。 关键词：差动保护，变压器，CT，接线组别 THE INVESTIGATION ON WIRING OF TRANSFORMER DIFFERENTIAL PROTECTION DEVICE ABSTRACT：This paper makes a simple explain about the principle of differential protection,the relationsbetweenconnection mode of transformer and connection of CT,and how to measure connection mode of transformer on short circuittroubleof cranepower supplyline which works by touching leads to differential protecting of transformer, at the same time it introducesmethod of preventingprotection on CT, control line,protection fixed value, harmonic etc, at last concluding the way of getting rid oftrouble after differential protection. KEYWORDS:DIFFERENTIAL PROTECTION,TRANSFORMER, CT, CONNECTION MODE 0 前言 继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。20世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护。从2O世纪5O年代到90年代末，在40余年的时间里，继电保护完成发展的4个阶段，从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。 近年来随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，基于微机的差动保护应用越来越广泛，成为电力工程界越来越关注的课题。文章就施工中存在的真实案例谈一谈差动保护如何接线问题，并对差动保护的灵敏性、可靠性、选择性以及防止勿动的措施作简要的介绍。 1 差动保护误动的现象 炼钢作业部给480T天车供电2#变压器2008年正式投入运行，变压器容量10000kV A，20 08年12月12日、20日，2009年3月7日连续3次天车滑线接地放炮导致差动保护动作跳闸。期间对变压器、高压柜进行多次实验检查，均未发现异常。 2 差动保护误动原因分析 差动保护是继电保护的一种，是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。它

超高压直流系统中的换流变压器保护

安全管理编号：LX-FS-A17585 超高压直流系统中的换流变压器保 护 In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior or activity reaches the specified standard 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑

超高压直流系统中的换流变压器保 护 使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 引言 超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点[1]包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。

换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在最优的状态等。 换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。

变压器差动保护原理

主变差动保护 一、主变差动保护简介 主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障 ，差动保护是输入的两端CT 电流矢量差，当两端CT 电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。 差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT 之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。 二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成 纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 (二)、纵联差动保护的工作原理 根据基尔霍夫第一定律，0 =∑ ? I ；式中∑? I 表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变 压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。 当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。

（1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为 继电器不动作。 （2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为 此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。 由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。 三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍 主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件 下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍：