差动整定计算说明(详细)

湖南紫光测控公司DCAP3000系列综合自动化设备1差动保护（DCAP3040、DCAP3041）定值整定说明说明：三圈变的整定计算原理与二圈变的整定计算原理相同，现以三圈变为例来说明差动保护的整定计算。1、计算变压器各侧额定一次电流nnnUSi3/式中Sn—变压器额定容量（kVA）（注意：与各侧功率分配无关）Un—该侧额定电压（kV）2、计算变压器各侧额定二次电流ln/niKInjxn式中Kjx—该侧CT接线系数（二次三角形接线Kjx=3，星形接线Kjx=1）nln—该侧CT变比3、计算平衡系数设变压器三侧的平衡系数分别为Kh、Km和Kl，则：（a）降压变压器：选取高压侧（主电源侧）为基本侧，平衡系数为nlnhnmnhmhIIKIIKK//11（b）升压变压器：选取低压侧（主电源侧）为基本侧，平衡系数为1//1KIIKIIKnmnlmnhnlh4、保护内部计算用变压器各侧额定二次电流经平衡折算后，保护内部计算用变压器各侧二次电流分别为llmmmhhIKIIKIIhKI1保护内部计算用各侧额定二次电流分别为：湖南紫光测控公司DCAP3000系列综合自动化设备2对降压变压器：nhnllnlnhnmmnmnhnhhnhIIKIIIKIIIKI对升压变压器：nlnllnlnlnmmnmnlnhhnhIIKIIIKIIIKI可见经平衡折算后Inh=Inm=Inl,即保护内部计算用变压器各侧额定二次电流完全相等，都等于所选的基本侧的额定二次电流。因而，在进行整定计算时，完全不考虑变压器的实际变比，而以折合到基本侧的标幺值进行计算，此时容基值应使用变压器额定容量Sn，电压基值应使用基本侧的额定电压Un，电流值就是Inh(=Inm=Inl)。5、动作特性曲线参数的整定差动保护动作特性曲线如下图所示：IsdD动作区KCK1Idz0AB1制动区0Izd0Izd图中Idz0为最小动作电流，Izd0为最小制动电流，Isd为差流速断动作电流，K为比例制动系数。动作电流lmhdzIIII制动电流),,max(lmhzdIIII式中：cba,,说明：差动保护为防止区外故障时，由于CT特性不一致，引起不平衡电流造成误动，采取了比率制动特性。理性的制动特性曲线为通过原点、且斜率为制动系数为K1的一条直线，如图中OBC线。在变压器内部短路，当短路电流较小时，具有无制动作用，使之灵敏动作，为此制动特性是具有一段水平线的比率制动特性曲线，如图中ABC折线。水平的动作电流称为最小动作电流Idz0，微机开始具有制动作用的最小制动电流称为拐点电流Izd0。由于制动特性曲线不一定经过原点0，如图中ABD折线，只有斜率m=(Icd-Idz0)/(Izd-Izd0)为常数，而制动系数K=Icd/Izd却随制动电流不断变化，故整定的比率制动系数K，实质上是折线的斜率m。湖南紫光测控公司DCAP3000系列综合自动化设备3为防止区外故障时误动，依靠的是制动系数K，而不是斜率m，因此必须使各点的K值均满足选择性及灵敏性，使制动特性曲线位于理想的制动曲线K1的上部，如ABD线。当差动电流达到一个较大值时，此时为了其装置速动及灵敏性，不考虑制动电流的大小，直接动作，这个定值称为差动速断定值Isdz。制动特性曲线由下叙三个定值决定：（1）、比率制动系数K1（2）、拐点电流（最小制动电流）Izd0（3）、最小动作电流Idz0（a）动作特性折线斜率K的整定方法一：在变压器外部短路时差动保护中流过最大不平衡电流为katxfzbpIfKKImax.△UxIkx+△UyIky+△m1Ik1+△m2Ik2)式中Kfz—非周期分量系数，TP级电流互感器取1.0，P级电流互感器取1.5~2.0fa—电流互感器的变比误差，取0.1（暂态值）K1x，△Uy，△Uy—与计算最小动作电流Idz0时的意义相同Ik—外部短路时，流过靠近故障侧电流互感器最大短路电流周期分量Ikx，Iky—计算外部短路中，流过调压侧电流互感器电流周期分量Ik1，Ik2—计算外部短路中，流过非基本侧电流互感器电流周期分量△m1，△m2—非基本侧由于电流互感器的变比未完全平衡而产生的误差，与计算最小动作电流Idz0时的意义相同。动作特性折线斜率K可按下式计算：)/()(00max.zdkdzhpkIIIIKK式中Kk—可靠系数，取1.1~1.5在工程中一般可选取K=0.5左右。方法二：K1=Krd(K*fi+∆V+∆f)式中Krd为可靠系数，取1.3~1.5；K为电流互感器同型系数，取1.0；fi为电流互感器最大相对误差。满足10%误差，取0.1；∆V为变压器由于调压所引起的相对误差，取调压范围的一半；∆f为变压器经过电流互感器变比由于不能完全补偿所产生的相对误差。微机保护可通过平衡系数补偿，此时∆f=0。方法三：经验公式K1=∂+ß+r式中∂为CT最大相对误差，一般取0.1；ß为变压器带有调节抽头时，取分接头范围一半的相对值，一般取0.1；r为可靠系数，一般取0.1~0.3。故K1=0.3~0.5。对于微机保护，K1的推荐值取0.5。湖南紫光测控公司DCAP3000系列综合自动化设备4（b）最小制动电流（拐点电流）Izd0的整定为了保证变压器在内部短路且电流较小时，使之灵敏正确动作，而当外部短路，电流较大时，装置能可靠制动，最小制动电流宜取hIInzdo2.1~8.0，微机保护推荐取hIInzdo0.1。（c）最小动作电流Idz0的整定最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，即aXhdZfKKI10(△Ux+△Uy+△m1+△m2)式中Kk—可靠系数，取1.3~1.5K1x—电流互感器的同型系数，取1.0Fa—电流互感器的变比误差，取0.03（稳态值）△Ux，△Uy——由于调压引起的相对误差，分别取调压范围中偏离额定值的最大值。△m1，△m2—非基本侧由于电流互感器的变比未完全平衡而产生的误差，根据设计经验（非现场经验），此误差与平衡系数及装置的模拟通道精度有关，当平衡系数大于1时，可取（平衡系数/100）；当平衡系数不大于1时，可取（1/平衡系数/100），但最小不要小于0.025。在工程实用计算中可选取hIInzdo5.0~3.0，一般工程宜采用系数为0.5倍的整定值。（d）二次谐波制动系数K2的整定当变压器空投入系统或在系统故障切除后电压又恢复时将产生很大的励磁涌流，其值可达变压器额定电流的6~8倍，并且在主变一侧产生，所以将产生很大的差流。通过对励磁涌流试验数据的分析，一般电流中含有大量的高次谐波，而高次谐波又以二次谐波为主，故根据以上特性，我们利用二次谐波制动来防止励磁涌流对差动保护的影响。既当Icd≧Icd*K2时，装置能可靠制动。由于在变压器空投或系统故障切除后电压恢复时，二次谐波一般占基波含量的20%~60%，所以一般取K2=0.15~0.2，能保证装置可靠制动，而在内部故障时可靠开放。对微机保护，为了保证其可靠性（保证在产生励磁涌流时可靠闭锁），一般取K2=0.2。6、差流速断动作电流Isd的整定按躲过变压器的励磁涌流，最严重外部故障时的不平衡电流及电流互感器饱和等整定。根据实际经验一般可取Isd=4~8In。(In:一次侧额定电流)对升压变压器（包括发变组）一般取4~6In，对降压变压器一般取6~8In，大容量变压器取较小值，小容量变压器取较大值。湖南紫光测控公司DCAP3000系列综合自动化设备5附：主变各侧平衡系数及二次额定电流推导方式一：外部调整（CDJX=0）a.平衡系数公式的推导由于三圈变压器通常采用Y/Y/∆接线形式，外部调整即通过调整CT二次侧的接线达到差动电流相位与幅值的平衡，即高、中、低压二次侧CT分别接为∆/∆/Y形式，如下图所示。低压侧中压侧高压侧图为典型的三圈变压器的差动保护原理接线图。图中IA1、IB1、IC1、IA2、IB2、IC2、IA3、IB3、IC3分别为高、中、低三侧三相绕组电流，现以A相为例作进一步说明。根据磁势平衡方程有：N1IA1+N2IA2+N3IA3=N1IOA（N1、N2、N3为绕组匝数）把励磁电流略去不计，则N1IA1+N2IA2+N3IA3=0(a)Ia1=IA1/CT1Ib1=IB1/CT1Ic1=IC1/CT1故IaH=Ia1-Ib1=(IA1-IB1)/CT1=3IA1∠30°/CT1（高压侧A相进入DCAP-3041机箱的二次电流）同理可得：IaM=3IA2∠30°/CT2（中压侧A相进入DCAP-3041机箱的二次电流）又因为Ia3=3IA3∠30°所以IaL=3IA3∠30°/CT3湖南紫光测控公司DCAP3000系列综合自动化设备6（低压侧A相进入DCAP-3041机箱的二次电流）故正常情况下不经过机箱内部电流的处理，而要求差流为0，则必须满足下式：IaH+IaM+IaL=0即3IA1∠30°/CT1+3IA2∠30°/CT2+3IA3∠30°/CT3=0→IA1/CT1+IA2/CT2+IA3/CT3=0(b)将(a)(b)两式组成方程组，解之得：CT1/CT2=N2/N1CT1/CT3=N3/N1(c)故只要三圈变压器差动保护CT满足式(c)，则在正常情况下差流为0，由于电流互感器是根据产品目录选取标准的变比，而变压器的绕组数目比也是一定的，因此三侧CT变比的选取很难满足条件(c)，则Ia1+Ia2+Ia3≠0。因此DCAP-3041单元箱出现的差流不为0，所以，为了消除这个差流，引入了3个参数，即高、中、低平衡系数（KH、KM、KL）来实现。在上面的第(b)式中，将高、中、低三个变量分别乘以KH、KM、KL得：KHIA1/CT1+KMIA2/CT2+KLIA3/CT3=0(d)将(a)(d)组成方程组N1IA1+N2IA2+N3IA3=0KHIA1/CT1+KMIA2/CT2+KLIA3/CT3=0若以主电源侧作为基准侧，令KH=1，则有：KM=N2CT2/N1CT1KL=N3CT3/N1CT1因为N2/N1=UA中/UA高=U线中/3/（U线高/3）=UN中/UN高故得平衡系数的计算公式为：KH=1KM=UN中CT2/UN高CT1=高压侧额定电流/中压侧额定电流KL=3UN低CT3/UN高CT1=高压侧额定电流/低压侧额定电流b.流入机箱CT侧二次电流的计算根据上图可知：高压侧额定电流：IN2高=3IN高/CT1中压侧额定电流：IN2中=3IN中/CT2低压侧额定电流：IN2低=IN低/CT3故将高、中、低侧的二次额定电流写成以下形式：IN2=KjxIN/CTKjx：接线系数IN：一次电流湖南紫光测控公司DCAP3000系列综合自动化设备7c.DCAP-3041保护内部各侧额定二次电流经平衡计算后，保护内部计算用变压器各侧二次电流即DCAP-3041保护单元的保护电流分别为：Ih=KhIh1Im=KmIm1Il=KlIl1保护内部计算用各侧额定电流分别为：INh=KhINh1=INh1INm=KmINm1=INh1INl=KhINl1=INh1经平衡折算后，INh=INm=Inl，即保护内部计算用变压器各侧额定二次电流完全相等，都等于所选基本侧的额定二次电流。因而在整定计算中，可完全不考虑变压器的实际变比，而以折合到基本侧的标准值进行计算，此时容量基值使用变压器额定容量Sn，电压基值应使用基本侧的额定电压Un，电流基值就是INh=INm=Inl。方式二：内部调整（CDJX=1）a.平衡系数公式三圈变压器通常采用∆/∆/Y接线形式，内部调整即通过将CT二次侧的接线，分别接为Y/Y/∆形式，通过DCAP-3041保护单元程序来实现相位与幅值的平衡。内部调整方式完全等同于外部接线的调整。KH=1KM=UN中CT2/UN高CT1KL=3UN低CT3/UN高CT1b.调整后CT各侧额定电流IN2=KjxIN/CTKjx：接线系数IN：一次电流c.DCAP-3041保护内部各