1、中低壓變壓器及電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理與整定計(jì)算,高 亮 上 海 電 力 學(xué) 院 電氣技術(shù)研究所,第一部分 10/35KV線路保護(hù),繼電保護(hù)保護(hù)功能 低周、低壓減載 重合閘和保護(hù)加速 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)單相接地檢測(cè) 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地檢測(cè),一.繼電保護(hù)保護(hù)功能,三段式電流保護(hù) 方向電流保護(hù) 低電壓閉鎖方向電流保護(hù) 低周、低壓減載 重合閘和保護(hù)加速,三段式電流保護(hù),電流速斷保護(hù)(段) Iset.=Krel*Ik.max (Krel取1.21.3) 帶時(shí)限電流速斷保護(hù)(段) Iset.1=Krel*Iset.2(Krel取1.11.2) 過(guò)電流保護(hù)(段) Iset.1=Krel*Iset. .

2、2(Krel取1.1) Iset.1=Krel*Kss*Iloa.max/Kr Krel取1.2；Kr取0.90.95；Kss大于1； 時(shí)間:階梯形時(shí)限 靈敏度:電流保護(hù)靈敏度大于1.5(近后備)及1.2(遠(yuǎn)后備) 應(yīng)用:末端饋線保護(hù)一般只需二段式。,三段式電流保護(hù)動(dòng)作電流及時(shí)限特性,方向電流保護(hù),方向問(wèn)題圖4-54 方向元件用900接線： - 900arg(Ig/Ug*eja) 900為正方向,低電壓閉鎖方向電流保護(hù),其中一段的邏輯圖4-55,低周、低壓減載,低周減載邏輯見(jiàn)圖4-56,低周、低壓減載,低壓減載邏輯見(jiàn)圖4-57,重合閘和保護(hù)加速,邏 輯 框 圖 4 | 58,二.中性點(diǎn)不接地電

3、網(wǎng)單相接地檢測(cè),基波零序電流大小選線 基波零序電流與零序電壓的相位關(guān)系選線 基波零序群體比幅比相選線 基波零序電流補(bǔ)償選線 零序電壓移相后的零序功率選線 零序無(wú)功功率選線,三.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地檢測(cè),5次諧波分量選線 5次諧波群體比幅比相選線 零序有功功率選線,第二部分 電力變壓器的繼電保護(hù),變壓器的故障和保護(hù)配置 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)接線 數(shù)字式變壓器縱差動(dòng)保護(hù) 數(shù)字式縱差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算 變壓器相間短路的后備保護(hù),一.變壓器的故障和保護(hù)配置,1.變壓器的故障和不正常運(yùn)行 變壓器的故障 油箱內(nèi)部故障 油箱外部故障 不正常運(yùn)行工況 過(guò)負(fù)荷（對(duì)稱(chēng)） 過(guò)勵(lì)磁（大容量變壓器） 溫度壓力,一

4、.變壓器的故障和保護(hù)配置,2.變壓器保護(hù)配置 瓦斯保護(hù)（主保護(hù)） 縱差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)（主保護(hù)） 外部相間短路的后備保護(hù) 接地保護(hù) 不正常運(yùn)行的保護(hù),二變壓器縱差動(dòng)保護(hù)接線,1.縱差動(dòng)保護(hù)的 基本工作原理 相位校正、 幅值校正、 接地故障時(shí)零 序電流問(wèn)題 原理接線 如圖3-12,2.常規(guī)縱差動(dòng)保護(hù)接線,電流的相位校正,星形側(cè)差動(dòng)回路電流： IbY-IaY=(IB1-IA1)/nTA1 IcY-IbY=(IC1-IB1)/nTA1 IaY-IcY=(IA1-IC1)/nTA1 三角形側(cè)差動(dòng)回路電流： -Ia/nTA2=(Iad-Ibd)/nTA2=(IA1-IB1)/nTA2*(Ny/Nd)

5、 -Ib/nTA2=(Ibd-Icd)/nTA2=(IB1-IC1)/nTA2*(Ny/Nd) -Ic/nTA2=(Icd-Iad)/nTA2=(IC1-IA1)/nTA2*(Ny/Nd) 對(duì)穿越性正序,負(fù)序電流兩側(cè)差動(dòng)回路的電流反相。,3.數(shù)字式縱差動(dòng)保護(hù)接線,電流的相位校正,Y側(cè)用軟件進(jìn)行相位校正(和d側(cè)相位一致) I= (IaY-IBy) /3 I=(IbY-IcY) /3 I=3(IcY-IAy) /3 電流平衡調(diào)整 一次電流I1N=SN/3*U 二次電流I2N=I1N/nTA 以高壓側(cè)為基準(zhǔn)側(cè)（I2N.B） 計(jì)算其他各側(cè)平衡系數(shù)Kbal=I2N.B/I2N 其他各側(cè)電流：I2N=Kb

6、al*I2N,2.常規(guī)縱差動(dòng)保護(hù)接線,一.變壓器的故障和保護(hù)配置,2.變壓器保護(hù)配置 瓦斯保護(hù)（主保護(hù)） 縱差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)（主保護(hù)） 外部相間短路的后備保護(hù) 接地保護(hù) 不正常運(yùn)行的保護(hù),例1：常規(guī)保護(hù)中互感器變比選擇計(jì)算。 變壓器20MVA Un=(110+-2*2.5%)/11KV,Uk=10.5% Yn,d11接線.試選擇TA變比并計(jì)算不平衡電流. 110KV側(cè)11KV側(cè) 一次額定電流(KA) 20/(3*110)20/(3*11) =0.105 =1.05 TA的接線方式d11Y12 TA的一次計(jì)算電流(A) 3*105=1821050 TA的標(biāo)準(zhǔn)變比200/5=401200/5

7、=240 TA的一次額定電流(A)182/40=4.551050/240 =4.375 差動(dòng)回路不平衡電流(A)Ibp=4.55-4.375=0.175,例2：微機(jī)保護(hù)中互感器變比選擇計(jì)算 變壓器31.5MVA Un=(110+-2*2.5%)/38.5/11KV Y，Y，d-12-11，試選擇TA變比并計(jì)算平衡系數(shù) 110KV側(cè) 38.5KV側(cè)11KV側(cè) 額定電流(A)31.5/(3*110) 473 1650 =165 TA的接線方式Y(jié)YY TA的計(jì)算變比165/5473/51650/5 選用TA的變比200/5=40500/52000/5 各側(cè)二次電流165/40=4.1254.734.

8、125 平衡系數(shù)10.872 I1/I3=1,三數(shù)字式變壓器縱差動(dòng)保護(hù),1.變壓器縱差動(dòng)保護(hù)遇到的問(wèn)題 正確識(shí)別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路電流 區(qū)外短路時(shí)的不平衡電流和保護(hù)的靈敏度 外部短路切除電壓突然恢復(fù)的暫態(tài)過(guò)程中不誤動(dòng)作 電流互感器飽和不影響縱差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作,2.變壓器勵(lì)磁涌流及其判別,勵(lì)磁涌流的特點(diǎn) 勵(lì)磁涌流幅值大、衰減、含非周期分量 波形呈間斷特性圖3-14 含有明顯2次諧波（15%以上）和偶次諧波,2次諧波電流制動(dòng) 三相差動(dòng)電流中的2次諧波 判別式:Id2K2*Id K2取15%-20% 差動(dòng)電流Id可以用基波分量Id1。 制動(dòng)方式分為： 諧波比Id2 /Id1最大相制動(dòng)三相； 差動(dòng)電

9、流（基波）最大相諧波比制動(dòng)三相； 2次諧波最大值與基波最大值諧波比制動(dòng)三相 偶次諧波電流制動(dòng) 判別電流波形間斷角識(shí)別勵(lì)磁涌流 j650； w1400,3.區(qū)外短路時(shí)的不平衡電流和保護(hù)的靈敏度,區(qū)外短路最大不平衡電流 Iunb.max=(KccKapKer+U+m) Ik.max/nTA 比率制動(dòng)特性 Iop.max=KrelIunb.max 動(dòng)作電流隨外部短路電流增大而增大稱(chēng)為比率制動(dòng)特性。,最大不平衡電流和比率制動(dòng)特性,A兩折線比率制動(dòng)特性,動(dòng)作量：IOP=|I1/n1+I2/n2| 制動(dòng)量:Ires=1/2*|I1/n1-I2/n2| 或max(I1,I2,I3) 動(dòng)作條件：IopIq （

10、IresIq+S*（Ires-Ig） (Ires Ig) 最小動(dòng)作電流Iq, 取0.40.6 最小制動(dòng)電流Ig,取0.51.0,B三折線比率制動(dòng)特性,IopIq （IresIq+S1*（Ires-Ig1）(Ig1Iq+S1*（Ig2-Ig1）+S2*（Ires-Ig2）(IresIg2) Ig1取0.5；Ig2取3；S1取0.30.75；S2取1.0 差動(dòng)電流速斷保護(hù) TA斷線閉鎖保護(hù),四數(shù)字式縱差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算,1.比率制動(dòng)特性參數(shù)整定（兩折線特性） 最小動(dòng)作電流Iq Iunb.loa=(KccKapKer+U+m)Iloa/nTA Iq=Krel*Iunb.loa Krel:雙繞組變1.2

11、1.3；三繞組變1.41.5 最小制動(dòng)電流Ig(裝置內(nèi)部固定取0.8In ) 斜率S:躲外部短路差動(dòng)回路最大不平衡電流 S=(Krel*Iunb.max-Iq)/(Ires.max-Ig) Krel:取1.31.5；Ires.max=Ik.max/nTA 制動(dòng)系數(shù): Kres.set=Iq/Ires.max+S(1-Ig/ Ires.max),校驗(yàn)靈敏度 最小運(yùn)行方式下Ik.min,對(duì)應(yīng)Ires的Iop Ksen=Ik.min/Iop應(yīng)不低于2 2.差動(dòng)電流速斷定值 躲初始勵(lì)磁涌流和外部短路故障的最大不平衡電流 IopK*In IopKrel*Iunb.max Krel取1.31.5 K:對(duì)6

12、.331.5MVA取4.5-7； 對(duì)40120MVA取36；容量大取低值。 靈敏度應(yīng)不低于1.2,五變壓器相間短路的后備保護(hù),1.復(fù)合電壓起動(dòng)過(guò)流保護(hù) 低電壓定值 用低壓側(cè)電壓時(shí) Uset=Umin/（Krel*Kr*nTV） (0.80.9)/（1.2*1.05） 用高壓側(cè)電壓時(shí): Uset=0.7*Un/nTV 靈敏度Ksen=Uset/Uc.max, 大于2.0(近后備)及1.5(遠(yuǎn)后備),復(fù)合電壓起動(dòng)過(guò)流保護(hù)邏輯圖3-51,負(fù)序電壓定值 U2.set=(0.060.08)UN/nTV 靈敏度Ksen=U2.min/U2.set 大于2.0(近后備)及1.5(遠(yuǎn)后備) 電流元件定值 對(duì)雙

13、繞組變壓器: Iset=(Krel/Kr)(IN/nTA)(1.2/0.95) 對(duì)三繞組變壓器 Iset.1=Kp*Iset.2/nTA(Kp取1.2) 靈敏度Ksen=Ik.min/(Iset*nTA) 大于1.3-1.5(近后備)及1.2(遠(yuǎn)后備),2.低電壓起動(dòng)過(guò)流 當(dāng)IA或IB或IC超過(guò)定值與UAB或UBC或UCA低于定值時(shí)起動(dòng)。 3負(fù)序電流和單相低電壓起動(dòng)過(guò)流 提高變壓器不對(duì)稱(chēng)短路和內(nèi)部較輕故障時(shí)的靈敏度。負(fù)序定值取0.1-0.2。 4.阻抗保護(hù) 當(dāng)電流保護(hù)靈敏度不能滿(mǎn)足要求時(shí)采用. 5.變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)(信號(hào)) 裝于電源側(cè),閉鎖有載調(diào)壓.一般: Iset=(Krel/Kr)*IN(

14、1.05/0.85-0.95) 動(dòng)作時(shí)間一般取910秒.,6.后備電流保護(hù)的配置,單側(cè)雙繞組降壓變壓器 電源側(cè)保護(hù)1（和3配合） 短時(shí)限跳低壓分段，長(zhǎng)時(shí)限跳變壓器開(kāi)關(guān)。 單側(cè)電源三繞組降壓變壓器 低壓側(cè)保護(hù)2（和3配合） 短時(shí)限跳分段，長(zhǎng)時(shí)限跳本側(cè)開(kāi)關(guān) 電源側(cè)保護(hù)1（和2、5配合） 短時(shí)限跳中壓側(cè)，長(zhǎng)時(shí)限段跳三側(cè)開(kāi)關(guān) 兩側(cè)電源三繞組降壓變壓器（高壓為主） 無(wú)源側(cè)4（和5配合）:跳中壓側(cè)主電源側(cè) 帶方向保護(hù)1 （由變壓器到母線） （和6配合）， 不帶方向保護(hù)1（和4、7配合）,三繞組降壓變壓器 后備電流保護(hù)的配置,六低壓變壓器的綜合保護(hù),1過(guò)流保護(hù) 段電流速段:高壓繞組保護(hù) 定值 躲過(guò)低壓母線最

15、大短路電流整定 躲過(guò)變壓器勵(lì)磁涌流 靈敏度:保護(hù)安裝處短路時(shí)大于2 段過(guò)電流，變壓器及相鄰后備 定值: 躲自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流之和 與分支過(guò)流保護(hù)配合 靈敏度: 低壓母線短路時(shí)大于1.5 時(shí)間1.52.5s,也可用反時(shí)限特性.,2過(guò)負(fù)荷保護(hù) 躲額定電流, 時(shí)間1015s, 也可用反時(shí)限特性. 3負(fù)序電流保護(hù) 不平衡和不對(duì)稱(chēng)短路保護(hù). 啟動(dòng)值I2.set(可取0.4) 4高壓側(cè)接地保護(hù) 帶最大相電流制動(dòng)的零序電流保護(hù) 5低壓側(cè)零序電流保護(hù) 啟動(dòng)值: 躲正常運(yùn)行時(shí)中線不平衡電流1.2*25%=0.3 與相鄰元件(有分支)零序保護(hù)配合(系數(shù)取1.1) 靈敏度: 低壓母線接地短路時(shí),大于1.5,負(fù)序電

16、流保護(hù)和高壓側(cè)接地保護(hù)特性,第三部分 高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù),電流縱差動(dòng)保護(hù) 電流速斷保護(hù) 負(fù)序電流保護(hù)(不平衡保護(hù)) 接地保護(hù) 過(guò)熱保護(hù) 過(guò)負(fù)荷保護(hù) 啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù) 低電壓保護(hù),一電流縱差動(dòng)保護(hù),用于定子繞組及引出線相間短路的保護(hù)。 1.動(dòng)作判據(jù) 動(dòng)作量： IOP=|Ia+Ia|；A相和C相 制動(dòng)量： Ires=1/2*|Ia-Ia|；A相和C相 用比率制動(dòng)特性，如圖5-9、10 2.定值整定 最小動(dòng)作電流Iq Iq=Krel*Kap*Kcc*Ker*IN/nTA （ 0.20.4） 系數(shù)(1.5*1*0.5or1.0*0.1),兩相式縱差動(dòng)保護(hù)及比率制動(dòng)特性,制動(dòng)系數(shù) 躲最大啟動(dòng)電流時(shí)的不平衡

17、Inub.max=Kap*Kcc*Ker*Ist.max/nTA(Kap取1.5) S=(Krel*Inub.max-Iq)/(Ist.max/nTA-IN/nTA) (Krel取1.3-1.5；一般S為 0.30.4) 3靈敏度校驗(yàn) Id=Ik.min/nTA Ires=1/2*Ik.min 由Ires求對(duì)應(yīng)Iop Ksen=Id/Iop=2 差動(dòng)電流速斷保護(hù)取38倍額定電流,二電流速斷保護(hù),1動(dòng)作判據(jù) ImaxIset.H高定值, 啟動(dòng)中 ImaxIset.L 低定值, 啟動(dòng)后投入 t tset 保護(hù)延時(shí) Imax: A相C相取大者(或正序電流) 2保護(hù)定值 高定值躲過(guò)最大啟動(dòng)電流整定 I

18、set.H= Krel*Kst*IN/nTA（系數(shù)1.5*實(shí)測(cè)or取7） 低定值躲過(guò)自啟動(dòng)電流整定 Iset.L=Krel*Kst*IN/nTA（系數(shù)1.3*5),時(shí)限 當(dāng)電動(dòng)機(jī)用斷路器出口時(shí)，動(dòng)作時(shí)間取0s當(dāng)電動(dòng)機(jī)用F-C做出口時(shí),取0.3秒, 額定電流較大時(shí)取0.4s。此時(shí)Krel可取1.1。 3.電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間 用實(shí)測(cè)啟動(dòng)時(shí)間乘1.2倍,一般電機(jī)可取10s。 用其判斷何時(shí)啟動(dòng)結(jié)束。,三.負(fù)序電流保護(hù)(不平衡保護(hù)),負(fù)序保護(hù)用于作為匝間短路,斷相,相序反,電源不平衡及不對(duì)稱(chēng)短路的后備保護(hù)， 轉(zhuǎn)子開(kāi)焊以及不對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷等。 1.動(dòng)作判據(jù) I2I2.set (I2*2 K22)*tA tt2.m

19、in及 tt2.max A：負(fù)序熱值；K2=I2.set/IN,2負(fù)序保護(hù)定值 啟動(dòng)值 I2.set按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)允許的負(fù)序電流整定 取I2.set=(0.30.4)IN 負(fù)序最長(zhǎng)延時(shí) t2.max 按電機(jī)能夠承受的最長(zhǎng)時(shí)限整定，一般取20秒 負(fù)序最短延時(shí) t2.min 無(wú)外部短路閉鎖時(shí)取(0.7-1.1)+0.4=1.11.5s 一般用反時(shí)限特性，如圖5-19,3負(fù)序熱值 K2t*(Iq/I2.set) K2t=0.0060.01；K2t的選取應(yīng)使0.2秒,四. 接地保護(hù),1.動(dòng)作判據(jù) IoIo.set 當(dāng)Imax1.05I2N 或Io1+(Imax/I2N-1.05)/4Io.set 當(dāng)Imax1.05I2N,toto.set 特性圖5-17 采用最大相電流 Imax作制動(dòng)量,2定值計(jì)算,定值 電流定值按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)外部發(fā)生接地故障時(shí)的最大電容電流二次值，應(yīng)實(shí)測(cè)或按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取得 Io.set=Ko*3Ioc