中低壓變壓器及電動機保護原理與整定計算.ppt

中低壓變壓器及電動機保護 原理與整定計算,高 亮 上 海 電 力 學 院 電氣技術研究所,第一部分 10/35KV線路保護,繼電保護保護功能 低周、低壓減載 重合閘和保護加速 中性點不接地電網(wǎng)單相接地檢測 中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地檢測,一.繼電保護保護功能,三段式電流保護 方向電流保護 低電壓閉鎖方向電流保護 低周、低壓減載 重合閘和保護加速,三段式電流保護,電流速斷保護(段) Iset.=Krel*Ik.max (Krel取1.21.3) 帶時限電流速斷保護(段) Iset.1=Krel*Iset.2 (Krel取1.11.2) 過電流保護(段) Iset.1=Krel*Iset. .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； 時間:階梯形時限 靈敏度:電流保護靈敏度大于1.5(近后備)及1.2(遠后備) 應用:末端饋線保護一般只需二段式。,三段式電流保護動作電流及時限特性,方向電流保護,方向問題圖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,其中一段的邏輯圖4-55,低周、低壓減載,低周減載邏輯見圖4-56,低周、低壓減載,低壓減載邏輯見圖4-57,重合閘和保護加速,邏 輯 框 圖 4 | 58,二.中性點不接地電網(wǎng)單相接地檢測,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系選線 基波零序群體比幅比相選線 基波零序電流補償選線 零序電壓移相后的零序功率選線 零序無功功率選線,三.中性點經(jīng)消弧線圈接地 電網(wǎng)中單相接地檢測,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,變壓器的故障和保護配置 變壓器縱差動保護接線 數(shù)字式變壓器縱差動保護 數(shù)字式縱差動保護整定計算 變壓器相間短路的后備保護,一.變壓器的故障和保護配置,1.變壓器的故障和不正常運行 變壓器的故障 油箱內部故障 油箱外部故障 不正常運行工況 過負荷（對稱） 過勵磁（大容量變壓器） 溫度壓力,一.變壓器的故障和保護配置,2.變壓器保護配置 瓦斯保護（主保護） 縱差動保護或電流速斷保護（主保護） 外部相間短路的后備保護 接地保護 不正常運行的保護,二變壓器縱差動保護接線,1.縱差動保護的 基本工作原理 相位校正、 幅值校正、 接地故障時零 序電流問題 原理接線 如圖3-12,2. 常規(guī)縱差動保護接線,電流的相位校正,星形側差動回路電流： IbY-IaY=(IB1-IA1)/nTA1 IcY-IbY=(IC1-IB1)/nTA1 IaY-IcY=(IA1-IC1)/nTA1 三角形側差動回路電流： -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) 對穿越性正序,負序電流兩側差動回路的電流反相。,3. 數(shù)字式縱差動保護接線,電流的相位校正,Y側用軟件進行相位校正(和d側相位一致) I= (IaY-IBy) /3 I=(IbY-IcY) /3 I=3(IcY-IAy) /3 電流平衡調整 一次電流I1N=SN/3*U 二次電流I2N=I1N/nTA 以高壓側為基準側（I2N.B） 計算其他各側平衡系數(shù)Kbal=I2N.B/I2N 其他各側電流：I2N=Kbal*I2N,2. 常規(guī)縱差動保護接線,一.變壓器的故障和保護配置,2.變壓器保護配置 瓦斯保護（主保護） 縱差動保護或電流速斷保護（主保護） 外部相間短路的后備保護 接地保護 不正常運行的保護,例1：常規(guī)保護中互感器變比選擇計算。 變壓器20MVA Un=(110+-2*2.5%)/11KV,Uk=10.5% Yn,d11接線.試選擇TA變比并計算不平衡電流. 110KV側 11KV側 一次額定電流(KA) 20/(3*110) 20/(3*11) =0.105 =1.05 TA的接線方式 d11 Y12 TA的一次計算電流(A) 3*105=182 1050 TA的標準變比 200/5=40 1200/5=240 TA的一次額定電流(A) 182/40=4.55 1050/240 =4.375 差動回路不平衡電流(A) Ibp=4.55-4.375=0.175,例2：微機保護中互感器變比選擇計算 變壓器31.5MVA Un=(110+-2*2.5%)/38.5/11KV Y，Y，d-12-11，試選擇TA變比并計算平衡系數(shù) 110KV側 38.5KV側 11KV側 額定電流(A)31.5/(3*110) 473 1650 =165 TA的接線方式 Y Y Y TA的計算變比 165/5 473/5 1650/5 選用TA的變比 200/5=40 500/5 2000/5 各側二次電流 165/40=4.125 4.73 4.125 平衡系數(shù) 1 0.872 I1/I3=1,三數(shù)字式變壓器縱差動保護,1.變壓器縱差動保護遇到的問題 正確識別勵磁涌流和內部短路電流 區(qū)外短路時的不平衡電流和保護的靈敏度 外部短路切除電壓突然恢復的暫態(tài)過程中不誤動作 電流互感器飽和不影響縱差動保護的正確動作,2.變壓器勵磁涌流及其判別,勵磁涌流的特點 勵磁涌流幅值大、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 三相差動電流中的2次諧波 判別式:Id2K2*Id K2取15%-20% 差動電流Id可以用基波分量Id1。 制動方式分為： 諧波比Id2 /Id1最大相制動三相； 差動電流（基波）最大相諧波比制動三相； 2次諧波最大值與基波最大值諧波比制動三相 偶次諧波電流制動 判別電流波形間斷角識別勵磁涌流 j650； w1400,3.區(qū)外短路時的不平衡電流和 保護的靈敏度,區(qū)外短路最大不平衡電流 Iunb.max=(KccKapKer+U+m) Ik.max/nTA 比率制動特性 Iop.max=KrelIunb.max 動作電流隨外部短路電流增大而增大稱為比率制動特性。,最大不平衡電流和比率制動特性,A兩折線比率制動特性,動作量：IOP=|I1/n1+I2/n2| 制動量: Ires=1/2*|I1/n1-I2/n2| 或max(I1,I2,I3) 動作條件：IopIq （IresIq+S*（Ires-Ig） (Ires Ig) 最小動作電流Iq, 取0.40.6 最小制動電流Ig,取0.51.0,B三折線比率制動特性,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 差動電流速斷保護 TA斷線閉鎖保護,四數(shù)字式縱差動保護整定計算,1.比率制動特性參數(shù)整定（兩折線特性） 最小動作電流Iq Iunb.loa=(KccKapKer+U+m)Iloa/nTA Iq=Krel*Iunb.loa Krel:雙繞組變1.21.3；三繞組變1.41.5 最小制動電流Ig(裝置內部固定取0.8In ) 斜率S:躲外部短路差動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 制動系數(shù): Kres.set=Iq/Ires.max+S(1-Ig/ Ires.max),校驗靈敏度 最小運行方式下Ik.min,對應Ires的Iop Ksen=Ik.min/Iop 應不低于2 2.差動電流速斷定值 躲初始勵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6.331.5MVA取4.5-7； 對40120MVA取36；容量大取低值。 靈敏度應不低于1.2,五變壓器相間短路的后備保護,1.復合電壓起動過流保護 低電壓定值 用低壓側電壓時 Uset=Umin/（Krel*Kr*nTV） (0.80.9)/（1.2*1.05） 用高壓側電壓時: Uset=0.7*Un/nTV 靈敏度Ksen=Uset/Uc.max, 大于2.0(近后備)及1.5(遠后備),復合電壓起動過流保護邏輯圖3-51,負序電壓定值 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(遠后備) 電流元件定值 對雙繞組變壓器: Iset=(Krel/Kr)(IN/nTA) (1.2/0.95) 對三繞組變壓器 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(遠后備),2.低電壓起動過流 當IA或IB或IC超過定值與UAB或UBC或UCA低于定值時起動。 3負序電流和單相低電壓起動過流 提高變壓器不對稱短路和內部較輕故障時的靈敏度。負序定值取0.1-0.2。 4.阻抗保護 當電流保護靈敏度不能滿足要求時采用. 5.變壓器過負荷保護(信號) 裝于電源側,閉鎖有載調壓.一般: Iset=(Krel/Kr)*IN (1.05/0.85-0.95) 動作時間一般取910秒.,6.后備電流保護的配置,單側雙繞組降壓變壓器 電源側保護1（和3配合） 短時限跳低壓分段，長時限跳變壓器開關。 單側電源三繞組降壓變壓器 低壓側保護2（和3配合） 短時限跳分段，長時限跳本側開關 電源側保護1（和2、5配合） 短時限跳中壓側，長時限段跳三側開關 兩側電源三繞組降壓變壓器（高壓為主） 無源側4（和5配合）:跳中壓側主電源側 帶方向保護1 （由變壓器到母線） （和6配合）， 不帶方向保護1（和4、7配合）,三繞組降壓變壓器 后備電流保護的配置,六低壓變壓器的綜合保護,1過流保護 段電流速段:高壓繞組保護 定值 躲過低壓母線最大短路電流整定 躲過變壓器勵磁涌流 靈敏度:保護安裝處短路時大于2 段過電流，變壓器及相鄰后備 定值: 躲自啟動電動機啟動電流之和 與分支過流保護配合 靈敏度: 低壓母線短路時大于1.5 時間1.52.5s,也可用反時限特性.,2過負荷保護 躲額定電流, 時間1015s, 也可用反時限特性. 3負序電流保護 不平衡和不對稱短路保護. 啟動值I2.set(可取0.4) 4高壓側接地保護 帶最大相電流制動的零序電流保護 5低壓側零序電流保護 啟動值: 躲正常運行時中線不平衡電流1.2*25%=0.3 與相鄰元件(有分支)零序保護配合(系數(shù)取1.1) 靈敏度: 低壓母線接地短路時,大于1.5,負序電流保護和高壓側接地保護特性,第三部分 高壓電動機保護,電流縱差動保護 電流速斷保護 負序電流保護(不平衡保護) 接地保護 過熱保護 過負荷保護 啟動時間過長保護 低電壓保護,一電流縱差動保護,用于定子繞組及引出線相間短路的保護。 1.動作判據(jù) 動作量： IOP=|Ia+Ia|；A相和C相 制動量： Ires=1/2*|Ia-Ia|；A相和C相 用比率制動特性，如圖5-9、10 2.定值整定 最小動作電流Iq Iq=Krel*Kap*Kcc*Ker*IN/nTA （ 0.20.4） 系數(shù)(1.5*1*0.5or1.0*0.1),兩相式縱差動保護 及比率制動特性,制動系數(shù) 躲最大啟動電流時的不平衡 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為 0.30.4) 3靈敏度校驗 Id=Ik.min/nTA Ires=1/2*Ik.min 由Ires求對應Iop Ksen=Id/Iop=2 差動電流速斷保護取38倍額定電流,二電流速斷保護,1動作判據(jù) ImaxIset.H 高定值, 啟動中 ImaxIset.L 低定值, 啟動后投入 t tset 保護延時 Imax: A相C相取大者(或正序電流) 2保護定值 高定值躲過最大啟動電流整定 Iset.H= Krel*Kst*IN/nTA（系數(shù)1.5*實測or取7） 低定值躲過自啟動電流整定 Iset.L=Krel*Kst*IN/nTA（系數(shù)1.3*5),時限 當電動機用斷路器出口時，動作時間取0s當電動機用F-C做出口時,取0.3秒, 額定電流較大時取0.4s。此時Krel可取1.1。 3.電動機啟動時間 用實測啟動時間乘1.2倍,一般電機可取10s。 用其判斷何時啟動結束。,三.負序電流保護(不平衡保護),負序保護用于作為匝間短路,斷相,相序反,電源不平衡及不對稱短路的后備保護， 轉子開焊以及不對稱過負荷等。 1.動作判據(jù) I2I2.set (I2*2 K22)*tA tt2.min及 tt2.max A：負序熱值；K2=I2.set/IN,2負序保護定值 啟動值 I2.set按躲過正常運行時允許的負序電流整定 取I2.set=(0.30.4)IN 負序最長延時 t2.max 按電機能夠承受的最長時限整定，一般取20秒 負序最短延時 t2.min 無外部短路閉鎖時取(0.7-1.1)+0.4=1.11.5s 一般用反時限特性，如圖5-19,3負序熱值 K2t*(Iq/I2.set) K2t=0.0060.01；K2t的選取應使0.2秒,四. 接地保護,1.動作判據(jù) IoIo.set 當Imax1.05I2N 或Io1+(Imax/I2N-1.05)/4Io.set 當Imax1.05I2N,toto.set 特性圖5-17 采用最大相電流 Imax作制動量,2定值計算,定值 電流定值按躲過電動機外部發(fā)生接地故障時的最大電容電流二次值，應實測或按經(jīng)驗數(shù)據(jù)取得 Io.set=Ko*