变压器保护整定计算

中低压变压器及电动机保护原理与整定计算高亮上海电力学院电气技术研究所第一部分10/35KV线路保护继电保护保护功能低周、低压减载重合闸和保护加速中性点不接地电网单相接地检测中性点经消弧线圈接地电网中单相接地检测一.继电保护保护功能三段式电流保护方向电流保护低电压闭锁方向电流保护低周、低压减载重合闸和保护加速三段式电流保护电流速断保护(Ⅰ段)Iset.Ⅰ=Krel*Ik.max(Krel取1.2—1.3)带时限电流速断保护(Ⅱ段)Iset.Ⅱ.1=Krel*Iset.Ⅰ.2(Krel取1.1—1.2)过电流保护(Ⅲ段)Iset.Ⅲ.1=Krel*Iset.Ⅲ.2(Krel取1.1)Iset.Ⅲ.1=Krel*Kss*Iloa.max/KrKrel取1.2；Kr取0.9—0.95；Kss大于1；时间:阶梯形时限灵敏度:电流保护灵敏度大于1.5(近后备)及1.2(远后备)应用:末端馈线保护一般只需二段式。三段式电流保护动作电流及时限特性BCDAABCD方向电流保护方向问题图4-54方向元件用900接线：-900arg(Ig/Ug*eja)900为正方向低电压闭锁方向电流保护其中一段的逻辑图4-55低周、低压减载低周减载逻辑见图4-56低周、低压减载低压减载逻辑见图4-57重合闸和保护加速逻辑框图4|58二.中性点不接地电网单相接地检测基波零序电流大小选线基波零序电流与零序电压的相位关系选线基波零序群体比幅比相选线基波零序电流补偿选线零序电压移相后的零序功率选线零序无功功率选线三.中性点经消弧线圈接地电网中单相接地检测5次谐波分量选线5次谐波群体比幅比相选线零序有功功率选线第二部分电力变压器的继电保护变压器的故障和保护配置变压器纵差动保护接线数字式变压器纵差动保护数字式纵差动保护整定计算变压器相间短路的后备保护一.变压器的故障和保护配置1.变压器的故障和不正常运行变压器的故障油箱内部故障油箱外部故障不正常运行工况过负荷（对称）过励磁（大容量变压器）温度压力一.变压器的故障和保护配置2.变压器保护配置瓦斯保护（主保护）纵差动保护或电流速断保护（主保护）外部相间短路的后备保护接地保护不正常运行的保护二．变压器纵差动保护接线1.纵差动保护的基本工作原理相位校正、幅值校正、接地故障时零序电流问题原理接线如图3-122.常规纵差动保护接线电流的相位校正星形侧差动回路电流：IbY-IaY=(IB1-IA1)/nTA1IcY-IbY=(IC1-IB1)/nTA1IaY-IcY=(IA1-IC1)/nTA1三角形侧差动回路电流：-Ia/nTA2=(Iad-Ibd)/nTA2=(IA1-IB1)/nTA2*(Ny/Nd)-Ib/nTA2=(Ibd-Icd)/nTA2=(IB1-IC1)/nTA2*(Ny/Nd)-Ic/nTA2=(Icd-Iad)/nTA2=(IC1-IA1)/nTA2*(Ny/Nd)对穿越性正序,负序电流两侧差动回路的电流反相。3.数字式纵差动保护接线电流的相位校正Y侧用软件进行相位校正(和d侧相位一致)Iα=(IaY-IBy)/√3Iβ=(IbY-IcY)/√3Iγ=3(IcY-IAy)/√3电流平衡调整一次电流I1N=SN/√3*UＮφφ二次电流I2N=I1N/nTA以高压侧为基准侧（I2N.B）计算其他各侧平衡系数Kbal=I2N.B/I2N其他各侧电流：I2N’=Kbal*I2N2.常规纵差动保护接线一.变压器的故障和保护配置2.变压器保护配置瓦斯保护（主保护）纵差动保护或电流速断保护（主保护）外部相间短路的后备保护接地保护不正常运行的保护例1：常规保护中互感器变比选择计算。变压器20MVAUn=(110+-2*2.5%)/11KV,Uk=10.5%Yn,d11接线.试选择TA变比并计算不平衡电流.110KV侧11KV侧一次额定电流(KA)20/(√3*110)20/(√3*11)=0.105=1.05TA的接线方式d11Y12TA的一次计算电流(A)√3*105=1821050TA的标准变比200/5=401200/5=240TA的一次额定电流(A)182/40=4.551050/240=4.375差动回路不平衡电流(A)Ibp=4.55-4.375=0.175例2：微机保护中互感器变比选择计算变压器31.5MVAUn=(110+-2*2.5%)/38.5/11KVY，Y，d-12-11，试选择TA变比并计算平衡系数110KV侧38.5KV侧11KV侧额定电流(A)31.5/(√3*110)4731650=165TA的接线方式YYYTA的计算变比165/5473/51650/5选用TA的变比200/5=40500/52000/5各侧二次电流165/40=4.1254.734.125平衡系数10.872I1/I3=1三．数字式变压器纵差动保护1.变压器纵差动保护遇到的问题正确识别励磁涌流和内部短路电流区外短路时的不平衡电流和保护的灵敏度外部短路切除电压突然恢复的暂态过程中不误动作电流互感器饱和不影响纵差动保护的正确动作2.变压器励磁涌流及其判别励磁涌流的特点励磁涌流幅值大、衰减、含非周期分量波形呈间断特性图3-14含有明显2次谐波（15%以上）和偶次谐波2次谐波电流制动三相差动电流中的2次谐波判别式:Id2φK2φ*IdφK2φ取15%--20%差动电流Idφ可以用基波分量Idφ1。制动方式分为：谐波比Id2/Id1最大相制动三相；差动电流（基波）最大相谐波比制动三相；2次谐波最大值与基波最大值谐波比制动三相偶次谐波电流制动判别电流波形间断角识别励磁涌流θj650；θw14003.区外短路时的不平衡电流和保护的灵敏度区外短路最大不平衡电流Iunb.max=(Kcc＊Kap＊Ker+ΔU+Δm)＊Ik.max/nTA比率制动特性Iop.max=Krel＊Iunb.max动作电流随外部短路电流增大而增大称为比率制动特性。最大不平衡电流和比率制动特性A．两折线比率制动特性动作量：IOP=|I1/n1+I2/n2|制动量:Ires=1/2*|I1/n1-I2/n2|或max(I1,I2,I3)动作条件：IopIq（Ires=Ig）IopIq+S*（Ires-Ig）(IresIg)最小动作电流Iq,取0.4—0.6最小制动电流Ig,取0.5—1.0B．三折线比率制动特性IopIq（Ires=Ig1）IopIq+S1*（Ires-Ig1）(Ig1Ires=Ig2)IopIq+S1*（Ig2-Ig1）+S2*（Ires-Ig2）(IresIg2)Ig1取0.5；Ig2取3；S1取0.3—0.75；S2取1.0差动电流速断保护TA断线闭锁保护四．数字式纵差动保护整定计算1.比率制动特性参数整定（两折线特性）最小动作电流IqIunb.loa=(Kcc＊Kap＊Ker+ΔU+Δm)＊Iloa/nTAIq=Krel*Iunb.loaKrel:双绕组变1.2—1.3；三绕组变1.4—1.5最小制动电流Ig(装置内部固定取0.8In)斜率S:躲外部短路差动回路最大不平衡电流S=(Krel*Iunb.max-Iq)/(Ires.max-Ig)Krel:取1.3—1.5；Ires.max=Ik.max/nTA制动系数:Kres.set=Iq/Ires.max+S(1-Ig/Ires.max)校验灵敏度最小运行方式下Ik.min,对应Ires的IopKsen=Ik.min/Iop应不低于22.差动电流速断定值躲初始励磁涌流和外部短路故障的最大不平衡电流IopK*InIopKrel*Iunb.maxKrel取1.3—1.5K:对6.3—31.5MVA取4.5--7；对40—120MVA取3—6；容量大取低值。灵敏度应不低于1.2五．变压器相间短路的后备保护1.复合电压起动过流保护低电压定值用低压侧电压时Uset=Umin/（Krel*Kr*nTV）(0.8—0.9)/（1.2*1.05）用高压侧电压时:Uset=0.7*Un/nTV灵敏度Ksen=Uset/Uc.max,大于2.0(近后备)及1.5(远后备)复合电压起动过流保护逻辑图3-51负序电压定值U2.set=(0.06—0.08)UφN/nTV灵敏度Ksen=U2.min/U2.set大于2.0(近后备)及1.5(远后备)电流元件定值对双绕组变压器:Iset=(Krel/Kr)(IN/nTA)(1.2/0.95)对三绕组变压器Iset.1=Kp*Iset.2/nTA(Kp取1.2)灵敏度Ksen=Ik.min/(Iset*nTA)大于1.3-1.5(近后备)及1.2(远后备)2.低电压起动过流当IA或IB或IC超过定值与UAB或UBC或UCA低于定值时起动。3．负序电流和单相低电压起动过流提高变压器不对称短路和内部较轻故障时的灵敏度。负序定值取0.1-0.2。4.阻抗保护当电流保护灵敏度不能满足要求时采用.5.变压器过负荷保护(信号)装于电源侧,闭锁有载调压.一般:Iset=(Krel/Kr)*IN(1.05/0.85-0.95)动作时间一般取9—10秒.6.后备电流保护的配置单侧双绕组降压变压器电源侧保护1（和3配合）短时限跳低压分段，长时限跳变压器开关。单侧电源三绕组降压变压器低压侧保护2（和3配合）短时限跳分段，长时限跳本侧开关电源侧保护1（和2’、5配合）短时限跳中压侧，长时限段跳三侧开关两侧电源三绕组降压变压器（高压为主）无源侧4（和5配合）:跳中压侧主电源侧带方向保护1（由变压器到母线）（和6配合），不带方向保护1（和4、7配合）三绕组降压变压器后备电流保护的配置7453216六．低压变压器的综合保护1．过流保护Ⅰ段电流速段:高压绕组保护定值躲过低压母线最大短路电流整定躲过变压器励磁涌流灵敏度:保护安装处短路时大于2Ⅱ段过电流，变压器及相邻后备定值:躲自启动电动机启动电流之和与分支过流保护配合灵敏度:低压母线短路时大于1.5时间1.5—2.5s,也可用反时限特性.2．过负荷保护躲额定电流,时间10—15s,也可用反时限特性.3．负序电流保护不平衡和不对称短路保护.启动值I2.set(可取0.4)4．高压侧接地保护带最大相电流制动的零序电流保护5．低压侧零序电流保护启动值:躲正常运行时中线不平衡电流1.2*25%=0.3与相邻元件(有分支)零序保护配合(系数取1.1)灵敏度:低压母线接地短路时,大于1.5负序电流保护和高压侧接地保护特性第三部分高压电动机保护电流纵差动保护电流速断保护负序电流保护(不平衡保护)接地保护过热保护过负荷保护启动时间过长保护低电压保护一．电流纵差动保护用于定子绕组及引出线相间短路的保护。1.动作判据动作量：IOP=|Ia+Ia’|；A相和C相制动量：Ires=1/2*|Ia-Ia’|；A相和C相用比率制动特性，如图5-9、102.定值整定最小动作电流IqIq=Krel*Kap*Kcc*Ker*IN/nTA（0.2—0.4）系数(1.5*1*0.5or1.0*0.1)两相式纵差动保护及比率制动特性制动系数躲最大启动电流时的不平衡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为0.3—0.4)3．灵敏度校验Id=Ik.min/nTAIres=1/2*Ik.min由Ires求对应IopKsen=Id/Iop=2差动电流速断保护取3—8倍额定电流二．电流速断保护1．动作判据Imax≥Iset.H高定值,启动中Imax≥Iset.L低定值,启动后投入t≥tset保护延时Imax:A相C相取大者(或正序电流)2．保护定值高定值躲过最大启动电流整定Iset.H=Krel*Kst*IN/nTA（系数1.5*