1、1,繼電保護整定計算,第二部分電力變壓器保護整定計算,2,第二部分 電力變壓器繼電保護整定計算 2.1 電力變壓器的故障類型及其保護措施 為了保證電力變壓器的安全運行，根據(jù)繼電保護與安全自動裝置的運行條例，針對變壓器的故障和不正常運行狀態(tài)，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護。,3,（1）瓦斯保護 （2）縱差保護或電流速斷保護 （3）相間短路的后備保護 （4）接地短路保護 （5）過負荷保護 （6）其他保護,4,2.2 電力變壓器電流速斷保護整定計算 圖2-1電流速斷保護的單相原理接線圖,5,保護的動作電流的整定： （）按大于變壓器負荷側(cè)母線上1點短路時流過保護的最大短路電流整定，即 可靠系數(shù)，對電磁型電流

2、繼電器，取1.31.4； 最大運行方式下，變壓器低壓側(cè)母線發(fā)生短路故障時，流過保護的最大短路電流。,6,（）躲過變壓器空載投入時的勵磁涌流，通常取 （2-2） 保護安裝側(cè)變壓器的額定電流。 取上述兩條件的較大值為整定值。,7,保護的靈敏度，要求在保護安裝處K2點發(fā)生兩相金屬性短路進行校驗，即 2 最小運行方式下，保護安裝處兩相短路時的最小短路電流。,8,2.3 電力變壓器的縱差保護整定計算 2.3.1 變壓器縱差保護單 相原理圖,9,2.3.2 變壓器縱聯(lián)差動保護的不平衡電流 1兩側(cè)電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流 則在整定計算中，當(dāng)兩側(cè)電流互感器的型號相同時，取，當(dāng)兩側(cè)電流互感器的型號不

3、同時，則取。,10,2. 電流互感器實際變比與計算變比不同時的影響及其平衡辦法,圖2-3 不平衡電流的補償 (a)用自耦變流器 (b)用差動繼電器中的平衡線圈,11,一般采用自耦變流器或利用差動繼電器的平衡線圈予以補償，自耦變流器通常是接在二次電流較小的一側(cè)，如圖2-3（a）所示。 另外，還可采用差動繼電器的平衡線圈進行磁勢平衡，磁勢平衡法接線如圖2-3（b）所示，使之滿足關(guān)系式 差動繞組； 、平衡繞組,12,3. 變壓器帶負荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流 在整定計算中加以考慮，即用提高保護動作電流的方法來躲過這種不平衡電流的影響。 4變壓器接線組別的影響及其補償措施 （1）常規(guī)保護相位補償方

4、法 以常用的，d11接線的電力變壓器為例，通常都是采用相位補償?shù)姆椒ǎ磳⒆儔浩餍切谓泳€一側(cè)電流互感器的二次繞組接成三角形，而將變壓器的三角側(cè)電流互感器的二次繞組接成星形。如圖2-4(a)和（b）所示。,13,圖2-4 ，d11接線變壓器縱聯(lián)差動保護的接線及相量圖 (a)接線圖 (b)相量圖,14,加入差動臂的電流為 使，11變壓器兩側(cè)電流的相位差得到了校正。,15,變壓器星形側(cè)電流互感器變比定為： 變壓器三角形側(cè)電流互感器的變比為 變壓器繞組接成星形側(cè)的額定電流； 變壓器繞組接成三角形側(cè)的額定電流。,16,（2）微機保護相位補償方法 如變壓器Y側(cè)二次三相電流采樣值為 、 、 ，則軟件按下式可

5、求得用作差動計算的三相電流 、 、 。用軟件實現(xiàn)相位補償，則變壓器星形側(cè)相位補償式為 經(jīng)軟件相位轉(zhuǎn)化后相位關(guān)系如圖2-4（b）所示,17,5 變壓器勵磁涌流的影響及防止措施 當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時，可能出現(xiàn)很大的勵磁涌流，其值可達變壓器額定電流的68倍。 變壓器勵磁涌流的波形具有以下幾個明顯的特點： ）含有很大成分的非周期分量，使曲線偏向時間軸的一側(cè)； ）含有大量的高次諧波，其中二次諧波所占比重最大； ）涌流的波形出現(xiàn)間斷角。,18,為了消除勵磁涌流的影響，在縱聯(lián)差動保護中通常采取的措施是： （1）接入速飽和變流器。如圖2-5所示。,圖2-5 帶速飽和變流器接線,19,（2

6、）采用差動電流速斷保護。借保護固有的動作時間，躲開最大的勵磁涌流，從而取保護的動作電流，可躲過勵磁涌流的影響。 （3）采用以二次諧波制動原理構(gòu)成的縱聯(lián)差動保護裝置。 （4）采用鑒別波形間斷角原理構(gòu)成的差動保護。,20,2.3.3 用帶加強型速飽和變流器的差動繼電器構(gòu)成的縱聯(lián)差動保護整定計算 1DCD-2型繼電器的結(jié)構(gòu) DCD-2型繼電器的結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。,21,圖2-6 DCD-2型差動繼電器的結(jié)構(gòu)圖,22,表2-1 對應(yīng)的動作安匝,23,2. 用DCD-2型繼電器構(gòu)成的變壓器縱聯(lián)差動保護的接線,24,3. 用BCH-2型繼電器構(gòu)成的變壓器縱聯(lián)差動保護的整定計算 ()基本側(cè)的確定 在變壓器

7、的各側(cè)中，二次額定電流最大一側(cè)稱為基本側(cè)。 按額定電壓及變壓器的最大容量計算各側(cè)一次額定電流,25,2）選擇電流互感器變比 （2-9） 電流互感器接線系數(shù)，星形接線 =1；三角形接線 根據(jù)式（2-9）求出的電流互感器計算變比，選擇標準變比 。,26,3）計算各側(cè)電流互感器的二次額定電流 取二次額定電流最大一側(cè)的電流為基本側(cè)。 （2）保護裝置動作電流的整定 保護裝置的動作電流計算值可按下面三個條件決定：,27,躲過變壓器的勵磁涌流 可靠數(shù)系，取為1.3; 基本側(cè)的變壓器額定電流。,28,躲開電流互感器二次回路斷線時變壓器的最大負荷電流 (2-12) 可靠系數(shù)，取1.3； 變壓器基本側(cè)的最大負荷電

8、流，當(dāng)無法確定時，可用基本側(cè)變壓器的額定電流。,29,躲開外部短路時的最大不平衡電流 （2-13）,30,最大外部短路電流周期分量； 電流互感器相對誤差，取0.1； 非周期分量系數(shù)； 電流互感器同型系數(shù)； 、 變壓器高、中壓側(cè)分接頭改變而引起的誤差； 、 在所計算的外部短路情況下,流經(jīng)相應(yīng)調(diào)壓側(cè)最大短路電流的周期分量； 、 在所計算的外部短路時，流過所計算的、側(cè)相應(yīng)電流互感器的短路電流； 、 繼電器整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差。,31,當(dāng)三繞組變壓器僅一側(cè)有電源時，式（2-13）中的各短路電流為同一數(shù)值。若外部短路電流不流過某一側(cè)時，則式中相應(yīng)項為零。 當(dāng)為雙繞組變壓器時，式（2-13

9、）改為,32,（3）確定基本側(cè)工作線圈的匝數(shù) 其中繼電器動作電流計算值,33,按繼電器實際抽頭，選用差動線圈的整定匝數(shù) 基本側(cè)工作線圈整定匝數(shù)； 基本工作線圈計算匝數(shù)； 繼電器動作安匝；,34,繼電器的實際動作電流： 保護的一次動作電流：,35,工作線圈匝數(shù)等于差動線圈和平衡線圈之和，即 差動線圈整定匝數(shù)； 平衡線圈整定匝數(shù)。,36,（4）確定非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù) 對于三繞組變壓器 對于雙繞組變壓器 非基本側(cè)的平衡線圈按四舍五入進行。,37, 非基本側(cè)平衡線圈計算匝數(shù)； 、 分別為基本側(cè)、非基本側(cè)流入繼電器的電流； 、 分別為基本側(cè)、非基本側(cè)流入繼電器的電流；,38,（5）確定相對誤差 若0.

10、05則以上計算有效（按決定值進行較）；若0.05，則應(yīng)根據(jù)的實際值重新計算動作電流。,39,（6）校驗靈敏度 變壓器內(nèi)部故障時，歸算至基本側(cè)總的最小短路電流；若為單電源變壓器，應(yīng)為歸算至電源側(cè)的最小短路電流； 基本側(cè)保護一次動作電流；若為單側(cè)電源變壓器，應(yīng)為電源側(cè)保護一次動作電流。,40,2.3.4 微機變壓器差動保護的原理和算法 1 具有折線制動特性的差動原理和算法 微機變壓器保護通常也是采用分相差動式。假設(shè)各側(cè)電流的相位以及電流互感器變比誤差已由軟件通過計算進行了補償，并取各側(cè)電流流入變壓器為假定正方向。對于雙繞組變壓器，若其兩側(cè)分別記為側(cè)和側(cè)，則圖2-8所示的三段折線式比率制動特性可采用

11、下述動作方程或算法實現(xiàn)。,41,圖2-8 三段折線式比率制動特性,42,，,43,差動電流，； 制動電流，； 不帶制動時差流最小動作電流； 、分別為第一和第二段折線斜率 ，； 、分別為第一和第二折點對應(yīng)的制動電流，,44,對于三繞組變壓器，設(shè)第三繞組以表示，差動電流可表示為 制動電流的計算可用下面兩種方法，其表達式分別為,45,2. 利用2次諧波電流鑒別勵磁涌流的方法 當(dāng)出現(xiàn)涌流時應(yīng)有 、分別為基波和2次諧波電流模值； 2次諧波制動比。,46,根據(jù)2次諧波與基波差流的比值來鑒別勵磁涌流，只要比值選擇的合適，是很可靠的。但是在變壓器內(nèi)部不對稱故障情況下，尤其在變壓器附近裝有無功補償設(shè)備時，會延長

12、了切除故障時間。這對于大型變壓器而言，是不允許的，應(yīng)采用加速措施來改善變壓器差動保護的速動性。,47,幾種典型方法如下： （1）差動速斷 其判據(jù)為 相對于額定電流的勵磁涌流倍數(shù)，大約在510之間。,48,（2）低壓加速 勵磁涌流是因為變壓器鐵芯嚴重飽和產(chǎn)生的勵磁電流，出現(xiàn)勵磁涌流時變壓器端電壓比較高，而發(fā)生內(nèi)部短路故障時，變壓器端部殘余電壓較低，據(jù)此可建立其判據(jù) 加速系數(shù)，可根據(jù)不產(chǎn)生勵磁涌流的電壓值確定，通常??； 為變壓器端電壓。 當(dāng)上式滿足時，取消勵磁涌流判據(jù)，僅由比率制動特性決定是否跳閘。,49,（3）記憶相電流加速 變壓器的勵磁涌流一般只會在空載投入和外部嚴重短路故障切除后端電壓恢復(fù)過

13、程中產(chǎn)生。利用微機特有的長記憶功能記錄新的擾動發(fā)生前的信息，可以確定是否需要進行勵磁涌流判別。如下式判據(jù)滿足時取消勵磁涌流判據(jù),50,擾動前一周波的相電流； 空載勵磁電流； 最大負荷電流。 當(dāng)時，變壓器原先未投入，新擾動有可能是變壓器空載投入，所以應(yīng)投入涌流判據(jù)； 當(dāng)時，變壓器外部原先存在短路故障，新的擾動有可能是由外部短路切除所產(chǎn)生，也應(yīng)投入涌流判據(jù)。,51,2.4 電力變壓器相間短路后備保護整定計算 2.4.1 過電流保護 過電流保護宜用于降壓變壓器，其單相原理接線圖如圖2-9所示。,52,圖2-9 變壓器過電流保護單相原理接線圖,53,保護的動作電流應(yīng)按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流來

14、整定 ： 確定最大負荷電流時，應(yīng)考慮下述兩種情況： (1)對并列運行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺變壓器以后所產(chǎn)生的過負荷。,54,即： m 并列運行變壓器的臺數(shù)； 變壓器的額定電流。,55,(2)對降壓變壓器，應(yīng)考慮負荷中電動機自起動時的最大電流，則 自起動系數(shù)，其值與負荷性質(zhì)及用戶與電源間的電氣距離有關(guān)。對 降壓變電站， 側(cè)， ； 側(cè)， ； 正常運行時最大負荷電流。 保護的動作時限應(yīng)與下級保護時限配合，即比下級保護中最大動作時限大一個階梯時限t。,56,保護的靈敏度 最小運行方式下，在靈敏度校驗點發(fā)生兩相短路時，流過保護裝置的最小短路電流。 在被保護變壓器受電側(cè)母線上短路時，要求 ；在后備保護范

15、圍末端短路時，要求。若靈敏度不滿足要求 ，則選用靈敏度較高的其它后備保護。,57,2.4.2 復(fù)合電壓起動的過電流保護 定值確定 （1）電流元件動作電流 （2）低電壓元件動作電壓,58,低壓元件靈敏度計算式為 相鄰元件末端三相金屬性短路故障時，保護安裝處的最大線電壓；,59,（3）負序電壓元件動作電壓 負序電壓元件靈敏度 相鄰元件末端不對稱短路故障時，最小負序電壓,60,2.4.3 負序電流和單相式低壓過電流保護 由反應(yīng)不對稱短路故障的負序電流元件和反應(yīng)對稱短路故障的單相式低壓過電流保護組成。 2.4.4 變壓器的過負荷保護 過負荷保護的動作電流，應(yīng)按躲開變壓器的額定電流整定，即,61,2.5

16、 電力變壓器接地保護 2.5.1中性點直接接地變壓器的零序電流保護,圖2-12 中性點直接接地變壓器零序電流保護原理接線圖,62,帶方向的零序電流保護的動作電流按與被保護側(cè)母線引出線零序電流保護后備段在靈敏度上相配合的條件來整定。即 變壓器零序過電流保護的動作電流； 配合系數(shù)，取1.11.2； 零序電流分支系數(shù)； 引出線零序電流保護后備段的動作電流。,63,不帶方向的零序電流保護除按上述方式與本側(cè)母線上出線的零序電流保護的最后一段配合外，尚應(yīng)與變壓器其他側(cè)的零序電流保護配合，即 變壓器另一側(cè)零序電流保護動作電流,64,保護靈敏度校驗： 保護的靈敏系數(shù)按后備保護范圍末端接地短路校驗，靈敏系數(shù)應(yīng)不

17、小于1.2。 保護的動作時限應(yīng)比引出線零序電流后備段的最大動作時限大一個階梯時限t。,65,為了縮小接地故障的影響范圍及提高后備保護動作的快速性，通常配置為兩段式零序電流保護，每段各帶兩級時限。零序段作為變壓器及母線的接地故障后備保護，其動作電流以與引出線零序電流保護段在靈敏系數(shù)上配合整定，以較短延時（通常取0.5S)作用于斷開母聯(lián)斷路器或分段斷路器；以較長延時(0.5t) 作用于斷開變壓器的斷路器。零序段作為引出線接地故障的后備保護，其動作電流按式（2-43）選擇。第一級（短）延時與引出線零序后備段動作延時配合，第二級（長）延時比第一級延時長一個階梯時限t。,66,2.5.2 零序過電壓保護

18、的整計算計算： （1）按與變壓器零序過電流保護范圍配合，使零序過電壓保護范圍不至于限制零序電流保護范圍： 變壓器零序過電流保護的動作電流； 裝設(shè)零序過電流保護變壓器的零序阻抗；,67,（2）按躲過正常運行時的最大不平衡電壓整定，一般正常運行的不平衡電壓大約為35V（以實測值為準），即： 正常運行不平衡電壓（一般為35V）,68,或按經(jīng)驗公式，即 電壓互感器零序一次額定電壓。在中性點直接地系統(tǒng)中，其值為額定相電壓。 電壓互感器零序電壓變比。,69,2.6 電力變壓器微機保護整定計算 2.6.1 中、低壓變電所主變壓器的保護配置 1、主保護配置 1）比率制動式差動保護。中、低壓變電所主變?nèi)萘坎粫?/p>

19、大，通常采用二次諧波閉鎖原理的比率制動式差動保護。 2）差動速斷保護。 3）本體主保護。本體瓦斯、有載調(diào)壓重瓦斯和壓力釋放。,70,2、后備保護配置 （1）小電流接地系統(tǒng)變壓器后備保護的配置 1）三段復(fù)合電壓閉鎖方向過電流保護。段動作跳本側(cè)分段斷路器，段動作跳本側(cè)斷路器，段動作跳三側(cè)斷路器。 2）三段過負荷保護。段發(fā)信，段起動風(fēng)冷，段閉鎖有載調(diào)壓。 3）冷控失電，主變過溫告警（或跳閘）。 4）電壓互感器斷線告警或閉鎖保護。,71,（2）大電流接地系統(tǒng)變壓器后備保護的配置 對于中性點接地的變壓器，除上述保護外應(yīng)考慮設(shè)置接地保護。通常針對如下三種接地方式配置不同的保護。 1）中性點直接接地運行，配

20、置二段式零序過電流保護。 2）中性點可能接地或不接地運行，配置一段兩時限零序無流閉鎖零序過電壓保護。 中性點經(jīng)放電間隙接地運行，配置一段兩時限式間隙零序過電流保護。,72,對于雙圈變壓器，后備保護可以只配置一套，裝于降壓變的高壓側(cè)（或升壓變的低壓側(cè)）；三繞組變壓器，后備保護可以配置兩套：一套裝于高壓側(cè)作為變壓器的后備保護，另一套裝于中壓側(cè)或低壓的電源側(cè)，作相鄰后備。,73,2.6.2 高壓變電所主變壓器的保護配置 1、主保護配置 1）比率制動式差動保護。除采用二次諧波閉鎖原理外，還可以采用波形鑒別原理或?qū)ΨQ識別原理以克服勵磁涌流誤動。 2）差動速斷保護。 3）本體主保護。本體瓦斯、有載調(diào)壓重瓦

21、斯和壓力釋放。,74,2、后備保護配置 （1）相間阻抗保護，方向阻抗原件帶3的偏移度。 （2）兩段零方向過流保護。 （3）反時限過激磁方向過流保護。 （4）過負荷報警。 中壓側(cè)后備保護同高壓側(cè)，低壓側(cè)后備保護設(shè)兩時限過電流保護及零序過電壓保護。,75,1. 比率差動保護整定 比率差動保護是變壓器的主保護。能反應(yīng)變壓器內(nèi)部相間短路故障、高壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障，保護采用二次諧波制動或波形比較制動兩種不同原理，用以躲過變壓器空投時勵磁涌流造成的保護誤動作。,76,1）保護原理 1）比率差動原理 差動動作方程 同時滿足上述兩個方程差動元件動作。各側(cè)電流的方向都以指向變壓器為正方向。,77

22、, 差動最小動作電流整定值； 制動電流； 制動電流最小整定值； 比率制動系數(shù)。,78,對于雙繞組變壓器： 對于三繞組變壓器： 、 、 分別為高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)電流。,79,2）二次諧波制動 保護利用差動電流中的二次諧波分量作為勵磁涌流閉鎖判據(jù)。動作方程： 為A、B、C三相差動電流中二次諧波電流； 對應(yīng)的三相差動電流； 二次諧波制動系數(shù)。,80,（2）差流速斷保護當(dāng)任一相差動電流大于差動速斷整定值時瞬時動作于出口。 1）躲過空投變壓器時產(chǎn)生的最大勵磁涌流 2）躲過外部短路時產(chǎn)生的最大不平衡電流 當(dāng)空載變壓器投入電網(wǎng)或變壓器外部故障切除后電壓恢復(fù)時，勵磁涌流高達額定電流68倍的額定電流，當(dāng)差動保護電流互感器選擇合適時，變壓器外部短路流過差動速斷的不平衡電流小于變壓