變壓器保護(hù)的整定計(jì)算

1、整定計(jì)算目前，國(guó)內(nèi)對(duì)大型發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的整定計(jì)算， 大多數(shù)參考或按照DL/T6841999 大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則。通過(guò)實(shí)踐表明： 大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則的內(nèi)容， 基本上是正確的。但也存在一些不足， 主要的不足之處是： 可操作性差、說(shuō)理性不強(qiáng)及靈活性差。本章，將重點(diǎn)闡述某些發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的整定計(jì)算依據(jù)、 整定計(jì)算方法以及如何靈活取值。第一節(jié) 發(fā)電機(jī)及變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算一 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的微機(jī)型發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)，按照接入電流來(lái)分類(lèi)有： 完全縱差保護(hù)、不完全縱差保護(hù)；若按動(dòng)作特性分類(lèi)，則有比率制動(dòng) 式縱差保護(hù)、標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)及故障分量比率制動(dòng)式

2、縱差保護(hù)。 而應(yīng)用最多的是比率制動(dòng)式縱差保護(hù)，其次是標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)。 完全縱差和不完全縱差的區(qū)別， 是接入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電流不同。 完 全縱差保護(hù)接入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的全部電流， 而不完全縱差保護(hù)則引入 中性點(diǎn)的（n每相定子繞組支路數(shù)）電流。因此，完全縱差和不完 全縱差的實(shí)質(zhì)不同處是：當(dāng)不通過(guò)軟件修正差動(dòng)兩側(cè)的平衡系數(shù)時(shí)，前者兩側(cè)差動(dòng)TA的型號(hào)、變比可完全相同，而后者兩側(cè)差動(dòng)TA的型號(hào)、變比不可能完全相同。完全縱差和不完全縱差的構(gòu)成框圖完全相同， 均可采用具有比率制動(dòng)特性的保護(hù)裝置或具有標(biāo)積制動(dòng)特性的保護(hù)裝置， 還可以采用反應(yīng)故障分量的比率制動(dòng)式保護(hù)裝置。1比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)具有比率制動(dòng)

3、特性的差動(dòng)保護(hù)，其動(dòng)作特性如圖71 所示。圖 71差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)特性由圖 71 可以看出：具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性，可由A B、C三點(diǎn)決定。A點(diǎn)或B點(diǎn)的縱坐標(biāo)電流Idzo為差動(dòng)保護(hù)的 初始動(dòng)作電流。B點(diǎn)的橫坐標(biāo)電流Izdo稱(chēng)之為拐點(diǎn)電流，它等于差 動(dòng)保護(hù)開(kāi)始出現(xiàn)制動(dòng)作用的最小電流。 直線BC與橫坐標(biāo)夾角a的正 切（即tg a）稱(chēng)之為動(dòng)作特性曲線的斜率，近似稱(chēng)之為比率制動(dòng)系數(shù) Kz。Idzo 、 Izdo 及 Kz 為具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的三要素。對(duì)該型差 動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)Idzo、Izdo及Kz的整定計(jì)算。 初始動(dòng)作電流 Idzo 的整定初始動(dòng)作電流 Idzo

4、 的整定原則，是躲過(guò)發(fā)電機(jī)額定工況下差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)回路中的最大不平衡電流。在發(fā)電機(jī)額定工況下， 在差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流的原因， 主要有 差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA的變比誤差、兩側(cè)通道回路的調(diào)整誤差。發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)通常采用10P級(jí)電流互感器，在一次額定電流和額定 二次負(fù)載的條件下，變比誤差為± 3。因此，在額定工況下，由于 兩側(cè)差動(dòng)TA的差異，在差動(dòng)回路形成的最大不平衡電流為 0.06le(Ie 發(fā)電機(jī)額定工況時(shí)差動(dòng) TA的二次電流)。差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA二次電流分別通過(guò)裝置的輔助小 TA等回路進(jìn)入差動(dòng) 回路。由于兩側(cè)輔助TA通道回路的差異及調(diào)整誤差，也會(huì)在差動(dòng) 回路中產(chǎn)生差流。該誤差通常稱(chēng)為通道

5、變換及調(diào)整誤差。按照有關(guān)規(guī)程規(guī)定，通道變換及調(diào)整的綜合誤差不應(yīng)大于5% le。由于差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)均有通道，因此，在額定工況下，由于通道變換及調(diào) 整誤差在差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流最大為10%le。綜上所述，初始動(dòng)作電流可按下式計(jì)算：(7 1)式( 7 1 )中：KH可靠系數(shù)，取1.52;I He1 兩側(cè)TA變比不同產(chǎn)生的差流，取 0.06le ;I He2 由于通道變換及調(diào)整誤差產(chǎn)生的差流，取O.lle。代入上式得：Idzo =( 0.240.32 ) le通常取0.3le。對(duì)于不完全縱差保護(hù)， 尚需考慮發(fā)電機(jī)每相各分支電流的差異， 應(yīng)適 當(dāng)提高 ldzo 的整定值。 拐點(diǎn)電流 lzdo拐點(diǎn)電流

6、 lzdo 的大小，決定保護(hù)開(kāi)始產(chǎn)生制動(dòng)作用的電流的大小。由圖 71 可以看出：在初始動(dòng)作電流 ldzo 及動(dòng)作特性曲線的斜率 Kz 相同的情況下， Izdo 越小，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作區(qū)越小，而制動(dòng)區(qū)增 大；反之亦反。因此，拐點(diǎn)電流的大小，直接影響差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈 敏度。在大型發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則中，建議Izdo取（0.81.0 ）Ie ，其理由是：當(dāng)發(fā)電機(jī)的電流小于或等于額定電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不 必具有制動(dòng)特性。運(yùn)行實(shí)踐表明： 當(dāng)故障點(diǎn)距離發(fā)電機(jī)較遠(yuǎn)時(shí)， 發(fā)電機(jī)提供的短路電流 可能小于或等于額定電流。但在遠(yuǎn)處故障或故障切除后的暫態(tài)過(guò)程 中，由于差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA及回路的暫態(tài)特性差異，可能在差

7、動(dòng)保護(hù) 中短時(shí)出現(xiàn)較大的差流，致使差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)于不完全差動(dòng)保護(hù)， 由于兩側(cè)TA變比、型號(hào)的不同，由上述原因產(chǎn)生的不平衡電流將更 大?；谏鲜鲈颍ㄗh減小拐點(diǎn)電流，整定為：Izdo = （0.50.7 ） Ie。 國(guó)外生產(chǎn)的具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，其拐點(diǎn)電流通常等于零。 比率制動(dòng)系數(shù) Kz發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)系數(shù)，決定于圖71中的夾角a?？梢钥闯?，當(dāng)拐點(diǎn)電流（即圖中B點(diǎn)的橫坐標(biāo)）確定后，夾角 a決定于 C點(diǎn)。而特性曲線上的C點(diǎn)近似決定于發(fā)電機(jī)外部故障時(shí)最大短路電 流Ikmax與差動(dòng)回路中的最大不平衡電流lubmax的比值。即 （7 2）差動(dòng)回路中的最大不平衡電流，除與差動(dòng) TA的1

8、0%誤差及調(diào)整誤差 有關(guān)外，尚與差動(dòng)兩側(cè)TA暫態(tài)特性有關(guān)?？紤]到上述情況，外部故 障時(shí)，為躲過(guò)差動(dòng)回路中的最大不平衡電流，C點(diǎn)的縱坐標(biāo)電流應(yīng)為： (7-3)在式( 73)中：KH 可靠系數(shù)，取1.31.5 ;Kf 暫態(tài)特性系數(shù)，當(dāng)兩側(cè) TA變比、型號(hào)完全相同時(shí)，Kf - 0。而當(dāng)兩側(cè)TA變比、型號(hào)不相同時(shí)，Kf可取0.050.1 ;Idzmax最大動(dòng)作電流。將以上數(shù)據(jù)代入式( 7- 3)得：Idzmax ( 0.26 0.45 ) Ikmax將 Idzmax 代入式( 7- 2)，可得：Kz( 0.26 0.45)因此，對(duì)于發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)，Kz可取0.3 ;而對(duì)于不完全縱差保護(hù)，Kz可取0

9、.30.4。 關(guān)于具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度以往，我們有一個(gè)不正確的概念，認(rèn)為提高差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度， 可以通過(guò)降低其初始動(dòng)作電流或減小其比率制動(dòng)系數(shù)。 實(shí)際上， 拐點(diǎn) 電流的大小對(duì)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度也有影響。以下舉一實(shí)例加以說(shuō)明。某一發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)整定值如下：初始動(dòng)作電流Idzo = 0.3le ;拐點(diǎn)電流Izdo = Ie ;比率制動(dòng)系數(shù)Kz=0.3。另一發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)整定值為：初始動(dòng)作電流Idzo = 0.1le ;拐點(diǎn)電流Izdo = 0;比率制動(dòng)系數(shù)Kz=0.3。其他條件（包括所在系統(tǒng)條件）完全相同。試問(wèn)：哪一臺(tái)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度高？以下， 用比較它們的動(dòng)作特性

10、加以說(shuō)明。在同一坐標(biāo)系中，畫(huà)出上述兩套差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性如圖72 所示圖 7 2兩套差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性在圖 72 中：曲線（1）的初始動(dòng)作電流等于 0.1Ie ，拐點(diǎn)電流等于零;曲線（2）的初始動(dòng)作電流等于 0.3Ie ，而拐點(diǎn)電流等于 Ie 。比較二者可知，當(dāng)Izd >0.7Ie之后，Idzo = 0.1Ie的保護(hù)的動(dòng)作靈敏度反而低于Idzo = 0.3Ie的保護(hù)的動(dòng)作靈敏度?？傊?，對(duì)具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)， 僅用其初始動(dòng)作電流來(lái)說(shuō)明其動(dòng)作靈敏度是不完全的。2標(biāo)積制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)的動(dòng)作方程為：（7-4）式（ 7 4）中：IS 機(jī)端差動(dòng)TA二次電流；IN 中性點(diǎn)

11、差動(dòng)TA二次電流；© IS與IN之間的夾角。實(shí)質(zhì)上，標(biāo)積制動(dòng)原理差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作量與比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)一樣。 在區(qū)外故障時(shí)， 標(biāo)積制動(dòng)與比率制動(dòng)的動(dòng)作特性完全相同。 兩者不同 的是區(qū)內(nèi)故障。 在區(qū)內(nèi)故障時(shí)， 標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)量反應(yīng)發(fā) 電機(jī)中性點(diǎn)電流與機(jī)端電流之間相角差的余弦。 當(dāng)兩者之間的相位大 于 90 度時(shí)，制動(dòng)量變成負(fù)值。因此，在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，標(biāo)積制動(dòng)式差 動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度高。 在正常運(yùn)行及區(qū)外故障時(shí)， 為使保護(hù)不誤動(dòng)， 標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性與圖 71 應(yīng)完全相同。 因此，對(duì)標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的整定，也是確定初始動(dòng)作電流 Idzo 、 拐點(diǎn)電流Izdo及比率制動(dòng)系數(shù)

12、Kz。上述各量的整定原則及取值與比 率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)相同。但 Kz可適當(dāng)取大一些。綜上所述，對(duì)于完全縱差保護(hù)，建議：Idzo取0.3le ; Izdo取(0.5 0.7 ) Ie ; Kz 取 0.3 0.4。二 發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)目前，應(yīng)用較多的發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)， 有單元件橫差保護(hù)和裂相橫差保護(hù)。1單元件橫差保護(hù)該類(lèi)保護(hù)適用于具有多分支的定子繞組及有兩個(gè)以上中性點(diǎn)引出端 子的發(fā)電機(jī)。 該保護(hù)能反應(yīng)定子繞組匝間短路、 分支線棒開(kāi)焊及機(jī)內(nèi)繞組相間短路 對(duì)單元件橫差保護(hù)的整定原則是： 能可靠躲過(guò)外部故障或不正常運(yùn)行工況（例如發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行）時(shí)，流過(guò)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的最大不平衡電 流。 發(fā)電機(jī)不同中性點(diǎn)之間產(chǎn)生電流的原因發(fā)電機(jī)不同中性點(diǎn)之間產(chǎn)生電流的原因可能有：（I ）定子繞組同相而不同分支繞組的參數(shù)不完全相同，致使兩端的 電勢(shì)及支路電流有差異； （ II ）發(fā)電機(jī)定子氣隙磁場(chǎng)不完全均勻例如， 轉(zhuǎn)子偏心時(shí)，在不同定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)不同；（ III ）系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障或發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行時(shí)（例如失磁失步運(yùn)行）造成轉(zhuǎn)子偏心，在不同的定子繞組中產(chǎn)