變壓器保護(hù)整定計(jì)算培訓(xùn)

1、變壓器保護(hù)一、變壓器可能發(fā)生的故障和異常情況（一）變壓器的內(nèi)部故障：指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障。（1）主要故障類型：各相繞組之間的相間短路油箱內(nèi)部故障J單相繞組部分線匝之間的匝間短路單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障（2）內(nèi)部故障的危害：因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生的高溫電弧不僅會(huì)燒毀繞組絕緣和鐵芯，而且會(huì)使絕緣材料和變壓器油受熱分解而產(chǎn)生大量氣體，有可能使變壓器外殼局部變形破裂，甚至發(fā)生油箱爆炸事故。因止匕，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，必須迅速將變壓器切除。（二）變壓器的外部故障：系指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障。（1）主要故障類型：引出線之間發(fā)生的相間短路油箱外部故障、絕緣套

2、管閃絡(luò)或破碎而發(fā)生的單相接地（通過外殼）短路（三）變壓器的異常情況：由于外部短路或過負(fù)荷而引起的過電流、油箱漏油而造成的油面降低、變壓器中性點(diǎn)電壓升高、由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵(lì)磁等。二、變壓器保護(hù)的配置（一）瓦斯保護(hù)：防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低J重瓦斯一跳閘I輕瓦斯一信號(hào)（二）差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)：防御變壓器繞組和引出線的多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路（三）相間短路的后備保護(hù)：防御變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）的后備。（四）零序電流保護(hù)：防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路。（五）過負(fù)荷保護(hù)：防御變壓

3、器對(duì)稱過負(fù)荷（六）過勵(lì)磁保護(hù)：防御變壓器過勵(lì)磁三、變壓器縱差動(dòng)保護(hù)（一）變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的作用及保護(hù)范圍變壓器縱差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，其保護(hù)區(qū)是構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)電流互感器之間所包圍的部分。包括變壓器本身、電流互感器與變壓器之間的引出線。（二）變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理圖8-1變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線（驍）雙綴組交壓器,3）三繞組變壓爵內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)繼電器中的電流等于各側(cè)電流互感器的二次電流之和，足以使繼電器動(dòng)作。正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，差動(dòng)繼電器中的電流等于各側(cè)電流互感器的二次電流之差。理論上，當(dāng)各側(cè)電流互感器的變比等于變壓器的變比時(shí)，流入差動(dòng)繼電器中的電流為零。實(shí)際上，由于變壓器的勵(lì)

4、磁涌流、接線方式和電流互感器誤差等因素，差動(dòng)繼電器中會(huì)流過不平衡電流。（三）不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法：（1）由變壓器各側(cè)繞組接線方式不同而產(chǎn)生的不平衡電流：如經(jīng)常采用的XA11型接線方式，兩側(cè)電流的相位差30°,幅值相差消除方法：相位校正a.通過電流互感器的接線校正：變壓器YWCTM用Y/A-11接線，變壓器側(cè)C怵用Y/Y-12接線。b.通過軟件的算法進(jìn)行校正。(2)由計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流：消除方法：a.利用差動(dòng)繼電器的平衡線圈進(jìn)行磁補(bǔ)償。Ibp=Afzd-Id.max/nil其中:fzd=(Wph.js-Wph.zd)/(Wph.js+Wph.zd)Id.

5、max外部故障時(shí)，流過變壓器高壓側(cè)的最大短路電流。b.采用自耦變流器。在變壓器一側(cè)的電流互感器(三繞組變壓器需在兩側(cè))的二次側(cè)，裝設(shè)自耦變流器，改變其變比，使各側(cè)二次電流相等。c.通過軟件中的不平衡系數(shù)進(jìn)行校正。(3)由電流互感器誤差不同而產(chǎn)生的不平衡電流：此不平衡電流在整定計(jì)算中予以考慮。(4)由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流：此不平衡電流在整定計(jì)算中應(yīng)予以考慮。(5)暫態(tài)情況下的不平衡電流：a.非周期分量的影響：此不平衡電流在整定計(jì)算中應(yīng)予以考慮。b.勵(lì)磁涌流的影響：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(shí)，勵(lì)磁電流大大增加，具值有可能達(dá)到變壓器額定電流的68倍，該電

6、流稱為勵(lì)磁涌流。特點(diǎn):有很大的直流分量。（80%基波）有很大的諧波分量，尤以二次諧波為主。（20%基波）波形間出現(xiàn)間斷。措施：采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器；間斷角原理的差動(dòng)保護(hù)；利用二次諧波制動(dòng)；利用波形對(duì)稱原理的差動(dòng)保護(hù)。四、微機(jī)變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算方法：（一）變壓器參數(shù)計(jì)算以一臺(tái)具體的變壓器為例進(jìn)行計(jì)算：型號(hào)：SFSZ10-50000/110三相容量比：100/100/50額定電壓：110±8X1.25%/38.5±2X2.5%/10.5kV短路阻抗：X110*=2.1196X35*=0X10*=1.3646名稱各側(cè)參數(shù)額定電壓(kV)11038.510.5變壓

7、器一次額定電流(A)262.43749.812749.29變壓器各側(cè)接線YNYNd11電流互感器接線方式星型星型星型電流立感器變比300/5600/53000/5說明：(1)由于各裝置廠家采用的算法不同，基本側(cè)的選取、平衡系數(shù)的計(jì)算應(yīng)按照具體裝置的說明書進(jìn)行計(jì)算。(2)對(duì)低壓側(cè)容量為50%勺變壓器，計(jì)算低壓側(cè)額定電流時(shí)必須取額定容量；(3)各側(cè)的Un必須取變壓器銘牌上的額定電壓。(二)比率制動(dòng)差動(dòng)元件整定圖縱差保護(hù)動(dòng)作特性圖(1)啟動(dòng)電流lop.min:a.整定原則：應(yīng)能可靠躲過變壓器額定負(fù)載時(shí)的最大不平衡電流。最大不平衡電流主要考慮正常運(yùn)行時(shí)電流互感器比誤差、調(diào)壓、各側(cè)電流互感器型號(hào)不一致等

8、產(chǎn)生的不平衡電流。lop.min=Krel(Ker+AU+An)Ie式中：Ie一變壓器的額定電流二次值；Krel一可靠系數(shù)，取1.31.5;Ker電流互感器的比誤差，10唾取0.03X2,5唾和T理取0.01X2U一變壓器調(diào)壓引起的誤差，取調(diào)壓范圍中偏離額定值的最大值(百分值)m一由于電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，初設(shè)時(shí)取0.05。在工程實(shí)用整定計(jì)算中可選取lop.min=(0.20.5)Ie。一般工程宜采用不小于0.3Ie的整定值。b.具體計(jì)算：Iop.min=Krel(Ker+AUI+An)Ie=1.5x(0.03X2+0.1+0.05)Ie=0.315Ie根據(jù)工程使用整定計(jì)算，取0

9、.35Ie。(2)起始制動(dòng)電流Ires.0:對(duì)折線型的比率制動(dòng)差動(dòng)元件，拐點(diǎn)電流即開始起制動(dòng)作用時(shí)的電流，一般按照高壓側(cè)額定電流的0.81倍考慮。另外，為躲過區(qū)外故障切除后的暫態(tài)過程對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響，可使保護(hù)的制動(dòng)作用提早產(chǎn)生，也可取為0.60.8倍的額定電流。(3)比率制動(dòng)系數(shù)Kz:a.整定原則：應(yīng)當(dāng)能可靠躲過外部短路引起的最大不平衡電流。計(jì)算最大不平衡電流：雙繞組變壓器:lunb.max=（KapKcc-Ker+AU+Ani）Ik.max式中：Ik.max外部短路時(shí)，最大穿越短路電流周期分量；Kap一非周期分量系數(shù)，兩側(cè)同為TP級(jí)電流互感器取1.0,兩側(cè)同為P級(jí)電流互感器取1.52;

10、Kcc電流互感器的同型系數(shù)，取1.0;Ker電流互感器的比誤差，取0.1 U一變壓器調(diào)壓引起的誤差，取調(diào)壓范圍中偏離額定值的最大值（百分值） m一由于電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，初設(shè)時(shí)取0.05。三繞組變壓器：lunb.max=KapKccKerIk.max+UhIk.h.max+Um-Ik.m.max+AmIk.I.max+AmnIk.ii.max式中：Kap、Kcc、Ker含意同上。Ik.max外部短路時(shí)，最大穿越短路電流周期分量； Uh、zUm-變壓器高、中壓側(cè)調(diào)壓引起的誤差，取調(diào)壓范圍中偏離額定值的最大值（百分值）Ik.h.max、Ik.m.max在所計(jì)算的外部短路時(shí)，流過高、

11、中壓側(cè)電流互感器的周期分量；Ik.Umax、Ik.11.max在所計(jì)算的外部短路時(shí)，相應(yīng)的流過非靠近故障點(diǎn)兩側(cè)電流互感器的周期分量； mi、Ami一由于電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，初設(shè)時(shí)取0.05計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流lop.max:lop.max=Krel-lunb.max式中：Krel一可靠系數(shù)，取1.31.5。確定最大制動(dòng)電流Ires.max:根據(jù)具體裝置的制動(dòng)電流的算法確定。計(jì)算比率制動(dòng)系數(shù)Kz:，/Iop.max-Iop.minKz=Ires.max-Ires.ob.具體計(jì)算：0.2246*。10kV線故障時(shí)的最大短路電流：三相短路:折合至變壓器額定電流的倍數(shù)：0.22465

12、249262.43=4.49Ie計(jì)算最大不平衡電流:Iunb.max=KapKccKerIk.max+AUhi-Ik.h.max+AUm-Ik.m.max+Ari-Ik.I.max+m-Ik.ii.max=2.0X1.0X0.1X4.49le+0.1X4.49le+0+0.05x4.49le+=1.57le計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流：lop.max=Krel-lunb.max=1.5x1.57Ie=2.36Ie確定最大制動(dòng)電流：根據(jù)說明書：動(dòng)作電流：Id=|I1+I2+I3制動(dòng)電流：Ir=0.5(|I1|+|I2|+|I3|)10kV沒有電源，當(dāng)35kV母線短路時(shí)，高壓側(cè)電流等于中壓側(cè)電流，低壓側(cè)

13、電流為零。因此制動(dòng)電流Ires.max=6.83Ie(4)計(jì)算最大制動(dòng)電流時(shí)的比率制動(dòng)系數(shù)Kz:Iop.max-Iop.min2.36Ie-0.35Ie,Kz=0.50Ires.maxIres.o4.49Ie0.5Ie(5)靈敏系數(shù)的計(jì)算：按最小方式下差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)變壓器引出線上兩相金屬性短路計(jì)算。根據(jù)最小短路電流對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流，在動(dòng)作特性曲線上查的對(duì)應(yīng)的Iop,則靈敏系數(shù)為：Ik.minKsen=Iop具體計(jì)算：兩相短路：0.1664*折合至變壓器額定電流的倍數(shù)：0.16645249=3.328Ie262.43此時(shí)的制動(dòng)電流：Ir=0.5x3.328Ie=1.664IeIop.max-Iop.

14、minIomax_035g八一八根據(jù)Kz=Iop.max0.35Ie=0.50Ires.max-Ires.o1.664Ie-0.5Ie求得：Iop.max=0.932IeIk.min3.328IeCicKsen=3.57>2Iop0.932Ie靈敏度滿足要求。(三)二次諧波制動(dòng)比：指差動(dòng)電流中的二次諧波制動(dòng)分量與基波分量的比值，通常整定為15%-20%注意，二次諧波制動(dòng)比越大，則保護(hù)的諧波制動(dòng)作用越弱，反之亦反(四)差動(dòng)速斷元件整定：當(dāng)區(qū)內(nèi)故障電流很大時(shí)，電流互感器可能飽和，從而使差流中含有大量的諧波分量，并使差流波形發(fā)生畸變，可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)或延緩動(dòng)作。差動(dòng)速斷元件只反應(yīng)差流的有效

15、值，不受差流中的諧波和波形畸變的影響。差動(dòng)速斷元件的整定值應(yīng)按躲過變壓器勵(lì)磁涌流來確定。Iop=K-Ie式中：Ie一變壓器的額定電流K正值系數(shù)，K推薦值如下：6300kVA及以下：7126300kVA-31500kVA:4,5740000kVA-120000kVA:36120000kVA及以上：25五、變壓器后備保護(hù)變壓器的后備保護(hù)主要分為相間短路故障的后備保護(hù)和接地故障的后備保護(hù)。變壓器后備保護(hù)的配置一般在各側(cè)分別配置，構(gòu)成所謂的高后備、中后備、低后備。各側(cè)后備保護(hù)的作用有區(qū)別，對(duì)系統(tǒng)的降壓變而言,主電源側(cè)的高后備主要作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)及其中、低壓側(cè)母線故障的后備保護(hù)。中、低壓側(cè)的

16、后備保護(hù)則主要作為各側(cè)引出線、各側(cè)母線及相鄰線路的后備保護(hù)。具體算例：仍以上述變壓器為例。(一)高壓側(cè)后備保護(hù)：(1) CT變比：相間保護(hù)：600/5接地保護(hù)：300/5(2)保護(hù)配置：RCS-9681（3）復(fù)合電壓閉鎖過流：本裝置設(shè)三段復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，各段電流及時(shí)間可獨(dú)立整定，分別設(shè)置整定控制字控制其投退。一、二段可選是否經(jīng)方向閉鎖，三段可選是否經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。分析：35kV、10kV側(cè)沒有電源，110kV側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)僅需要做變壓器和中、低壓側(cè)母線的故障的后備保護(hù)，所以不必經(jīng)方向閉鎖。a.復(fù)合電壓閉鎖相間低電壓定值： 按躲過運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最低電壓Ui.zd=UminKrel

17、Kr式中：UmiL正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的低電壓，一般?。?.90.95）Krel一可靠系數(shù)，取1.11.2Kr一返回系數(shù)，電磁型取1.151.2,微機(jī)型取1.05 按躲過電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)的電壓：電壓取自變壓器低壓側(cè)電壓互感器時(shí)U1.zd?。?.50.7）Un電壓取自變壓器低壓側(cè)電壓互感器時(shí)U1.zd取（0.70.8）Un本例?。?0V靈敏度校驗(yàn):U1.zdKsen=Ur.max式中：Ur.max一計(jì)算方式下，靈敏系數(shù)校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生金屬性相間短路時(shí)，保護(hù)安裝處的最高殘壓。35kV母線三相短路：79.56V10kV母線三相短路：89.96V通過計(jì)算結(jié)果可以看出，中、低壓側(cè)故障時(shí)高壓側(cè)殘壓均大于整定值，低電

18、壓元件不能動(dòng)作，因此要求經(jīng)中、低壓側(cè)低電壓元件開放。b.復(fù)合電壓閉鎖負(fù)序相電壓定值：按躲過正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓整定，U2.zd取(0.040.08)LN本例?。?V靈敏度校驗(yàn)：Uk.2.minKsen=U2.zd式中：Uk.2.min后備保護(hù)區(qū)末端兩相金屬性短路時(shí)，保護(hù)安裝處的最小負(fù)序電壓值。35kV母線兩相短路：7.99V10kV母線兩相短路：5.26VKsen=Uk2min=799=1.33<1.5U2.zd靈敏度不滿足規(guī)定，因此要求經(jīng)中、低壓側(cè)低電壓元件開放。c.過流元件定值：按躲變壓器額定電流整定Iop=Krel.InKr式中：Krel一可靠系數(shù)，取1.21.3Kr一返回系數(shù)，

19、取0.850.95實(shí)際計(jì)算中，通常取1.5倍變壓器額定電流。說明：復(fù)合電壓閉鎖的過流保護(hù)，只考慮本變壓器的額定電流，無(wú)復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護(hù)，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)。規(guī)程規(guī)定可以不作為一級(jí)保護(hù)參與選擇配合。本例計(jì)算：Iop=1.5X262.43/120=3.28A?。?.3A(396A)靈敏度校驗(yàn)：Ik.2.minKsen=lop式中：Ik.2.min后備保護(hù)區(qū)末端金屬性短路時(shí)流過保護(hù)的最小短路電流。35kV母線兩相短路：1551A10kV母線兩相短路：1021AKsen=lk.2.min=1°21=2.58>1.3lop396d.動(dòng)作時(shí)間：與中、低壓側(cè)過流保護(hù)時(shí)間配合。本

20、例?。?.3S跳三側(cè)(4)過負(fù)荷信號(hào)：按躲過變壓器的額定電流Iop=Kret.InKr式中：Krel一可靠系數(shù)，取1.05Kr一返回系數(shù)，取0.850.95本例計(jì)算：Iop=(1.05/0.95)X262.43/120=2.4A取：2.4A(288A)動(dòng)作時(shí)間：4s發(fā)信號(hào)(5)零序電流：在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，如變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，對(duì)單相接地引起的變壓器過電流，應(yīng)裝設(shè)零序過電流保護(hù)，保護(hù)可由兩段組成，其動(dòng)作電流與相關(guān)線路零序過電流保護(hù)配合。分析：本例所計(jì)算的變壓器是終端變壓器，線路L1的開關(guān)2沒有配置保護(hù)，因此本保護(hù)的計(jì)算按110kV母線接地故障有不小于1.5的靈敏系數(shù)整定；為確保系統(tǒng)中

21、其它位置發(fā)生接地故障本保護(hù)不誤動(dòng)，動(dòng)作時(shí)間通常與電源側(cè)的其他出線的接地保護(hù)三段或末段時(shí)間配合。本例計(jì)算：110kV母線接地故障時(shí)的零序電流：0.0655*Iop=3X5249X0.0655/(1.5X60)=11.5A?。?A(480AO電源側(cè)其他出線接地保護(hù)最長(zhǎng)時(shí)間：1.6S?。?s跳三側(cè)(6)中性點(diǎn)間隙保護(hù)：為限制變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的中性點(diǎn)過電壓，在變壓器中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)放電間隙，經(jīng)間隙接地時(shí)，投入反應(yīng)間隙放電的零序電流保護(hù)和零序電壓保護(hù)；變壓器未裝設(shè)放電間隙，不接地運(yùn)行時(shí)，應(yīng)投入零序電壓保護(hù)。放電間隙零序電流保護(hù)：當(dāng)流過擊穿間隙的電流大于或等于100A時(shí)保護(hù)動(dòng)作。零序過電壓：取

22、150180V,110kV變壓器通常取150V。(二)變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)：(1)CT變比：相間保護(hù)：1500/5(2)保護(hù)配置：RCS-9682(3)本裝置設(shè)四段復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，各段電流及時(shí)間可獨(dú)立整定，分別設(shè)置整定控制字控制其投退。一、二、三段可選是否經(jīng)方向閉鎖，四段可選是否經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。分析：中壓側(cè)后備保護(hù)是沒有配置母線保護(hù)的中壓側(cè)母線的主保護(hù)，同時(shí)做35kV出線的遠(yuǎn)后備。根據(jù)起作用，四段保護(hù)的具體整定如下：a.復(fù)合電壓閉鎖過流一、二段：做中壓側(cè)母線的主保護(hù)，按與35kV出線的速斷保護(hù)或限時(shí)速斷保護(hù)配合。IIop=Krel-KbrIop.0式中：Krel一可靠系數(shù)，又稱配合系數(shù)，

23、取1.051.15Kbr一分支系數(shù)Iop.0一與之配合的線路保護(hù)相關(guān)段動(dòng)作電流本例計(jì)算：35kV出線速斷最大定值：600/522A0SIIop=Krel.Kbr-Iop.0=1.05X1X22K120/300=9.24A取9.5A(2850A)靈敏度校驗(yàn)：Ik.2.minKsen=Iop式中：Ik.2.min一本側(cè)母線金屬性短路時(shí)流過保護(hù)的最小短路電流。兩相短路：0.2796*Ksen=0.866>0.2796X16496/2850=1.4<1.5靈敏度偏低，應(yīng)考慮與35kV出線的限時(shí)速斷保護(hù)配合。35kV出線限時(shí)速斷最大定值：600/519A0.3SIIop=Krel.Kbr-I

24、op.0=1.1X1X19K120/300=8.36A取8.5A(2550A)Ksen=0.866>0.2796X16496/2550=1.57>1.5靈敏度滿足要求。動(dòng)作時(shí)間：與35kV出線的速斷或限時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)間配合。本例?。?.6S跳35kV分段，0.9S跳本側(cè)。由于定值遠(yuǎn)大于變壓器額定電流，因此不必經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。b.復(fù)合電壓閉鎖過流三、四段：按躲變壓器額定電流整定Iop=Krel.InKr式中：Krel一可靠系數(shù)，取1.21.3Kr一返回系數(shù)，取0.850.95實(shí)際計(jì)算中，通常取1.5倍變壓器額定電流。說明：復(fù)合電壓閉鎖的過流保護(hù)，只考慮本變壓器的額定電流，無(wú)復(fù)合電壓

25、閉鎖的過電流保護(hù)，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)。本例計(jì)算：Iop=1.5X749.81/300=3.75A與35kV出線過流保護(hù)配合：IIop=Krel-Kbr-Iop.0式中：Krel一可靠系數(shù)，又稱配合系數(shù)，取1.051.15Kbr一分支系數(shù)Iop.0一與之配合的線路保護(hù)相關(guān)段動(dòng)作電流本例計(jì)算：35kV出線過流最大定值：600/56A1.4SIIop=Krel-Kbr-Iop.0=1.1x1x6X120/300=2.64A?。?.8A（1140A）靈敏度校驗(yàn)：I,Ik.2.minKsen=Iop式中：Ik.2.min本站35kV出線末端金屬性短路時(shí)流過保護(hù)的最小短路電流。兩相短路：0.12*Ksen=0.866>0.12X1