发变组保护原理及配置

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1、第二讲 变压器继电保护 #内容提要： 变压器电气量保护的配置 变压器纵差保护 电流电压保护 变压器零序保护变压器属电网关键大型设备，03年220KV及以 上变压器正确动作率仅为76.21%,其中运行实用部门责任53.06%，制造部门34.69%,基建部门（调试、 接线）4.08%。,1 电力变压器电气量保护配置 （1）纵差动保护或电流速断保护（主保护）电流速断保护仅用于10000kVA以下而灵敏度满足要求 的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5s时。 此外都应 装设纵差动保护。 （2）后被保护（外部相间短路时的保护)过电流保护。整定值应考虑事故状态下可能出现的过 负荷电流； 复合电压起动的过

2、电流保护。升压变及过电流保护灵敏 性不满足要求的降压变压器上；负序电流及单相式低电压起动的过电流保护。一般用 于大容量升压变压器和系统联络变压器； 阻抗保护。以上保护不能满足灵敏性和选择性要求时。,（3）中性点直接接地电力网的零序保护。 电力网中部分变压器中性点接地运行，装设专用的保护 装置，如零序过压保护，中性点装放电间隙，加零序电流 保护等。 对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组 变压器，应增设零序方向元件。 （4）过负荷保护 过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于 无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自 动减负荷或跳闸。 （ 5）过励磁保护 高压侧电压为

3、500kV及以上的变压器，频率降低和电压 升高而引起的变压器励磁电流的升高。过励磁保护反应于 实际工作磁密和额定工作磁密之比(称为过励磁倍数)而动 作。,2 变压器的纵联差动保护 2.1变压器纵差动保护基本原理参考方向：由母线指向变压器为正。, 正常运行及外部短路时功率方向一侧为正，另一侧为负（与参考方向相反）。 理想情况此时差流为零，差动保护不动作 。 变压器内部发生短路时两侧电源向故障点提供短路电流，电流实际方向与参考 方向一致，差动继电器流过两侧电流和而动作。 2.2影响变压器纵差动保护性能的因素 2.2.1 变压器励磁涌流I产生不平衡电流变压器的励磁电流I仅流经变压器的某一侧，通过电流

4、 互感器反应到差动回路中不能被平衡，在正常运行，一般 不超过额定电流的2%10%。在外部故障时，由于电压降 低，影响就更小。但是当变压器空载投入和外部故障切除 后电压恢复时，总磁通将为 。,铁心严重饱和 ，励磁电流I剧烈增大，此电流就 称为变压器的励磁涌流I.su，最大可达额定电流的 68倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波 分量。正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现 励磁涌流。对三相变压器而言，无论在任何瞬间合 闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。（2）励磁涌流的特点 包含有很大成分的非周期分量，使涌流偏于时间 轴的一侧； 包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主； 波形之间出现间

5、断，在一个周期中间断角为 。,2.2.2 变压器两侧电流相位不同产生不平衡电流 接线方式：电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次 电流由于相位不同，将变压器星形侧的三个电流互感器接 成三角形，这样差动回路两侧的电流就是同相位的了。,Y/11接线变压器的纵差动保护接线和向量图 (b)电流互感器原边电流向量图；(c)纵差动回路两侧的电流向量图,在互感器接成三角形侧的差动一臂中，电流又增大了 倍,就必须将该侧电流互感器的变比减小 倍。式中 和 为适应Y/接线的需要而采用互感器 的新变比， 为变压器变比。 2.2.3 两侧TA型号不同产生不平衡电流 型号不同，饱和特性、励磁电流(归算至同一侧)也就不

6、同，产生的不平衡电流较大。应采用同型系数 计算变比与实际变比不同也会有不平衡电流。 2.2.4 带负荷调整分接头产生的不平衡电流 分接头改换时，会产生一个新的不平衡电流流入差动回 路。,在稳态情况下，变压器纵差动保护所采用的最大不 平衡电流：2.3变压器传统纵差保护的整定计算原则 2.3.1 纵差动保护起动电流的整定 躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流 还必须能够躲开变压器励磁涌流的影响。经验表明，需整定为 时，才能躲开 磁涌流的影响。 2.3.2 纵差动保护灵敏系数的校验灵敏系数一般不应低于2。它表征内部故障的反应能力低。,2. 4微机比率值动差动继电器 2.4.1 比率制动差动原理三绕

7、组变压器，设第三绕组侧为P，差动电流,制动电流 或 2.4.2 励磁涌流鉴别原理 二次谐波制动K为二次谐波制动系数，任一相涌流满足条件，同时闭 锁三相保护 。 波形比较制动 波形比较间断角闭锁w和分别为励磁涌流波形波宽和间断角，w=360 ，wset=140左右，set=65左右。两式同时满足才认为 有励磁涌流出现。,2.4.3 差流速断保护元件ANDki为大于2的加速系数， 为加速系数，一般取 0.650.7 。 2.4.4 差流越限告警如果任一相差流大于越限启动门槛（一般设为最 小动作电流的1/2）报警。(6) 差动保护逻辑：,二次谐波制动原理差动保护逻辑框图,波形比较制动原理差动保护逻辑

8、框图,2.4.5 定值范围 差动用电流互感器二次采用全星形接线时，由保护软件 补偿相位和幅值，可按常规计算方法计算差动保护的定值；对全星形绕组变压器，各侧电流互感器须角接，以防 止区外接地故障时差动误动，必要时要加配零序差动保护 差动平衡系数的计算A.各侧一次电流 Sn变压器额定容量kVA ， Un计算侧线电压（kV）B.各侧流入装置的二次电流 三角形接线 ，星形接线 ；C.差动保护平衡系数可以以任一电流，任一侧为基准 ，若以主变高压侧二次电流为基准，则：高压侧平衡系数为：中压侧平衡系数为：,低压侧平衡系数为：变压器高压侧二次电流。 差动最小动作电流一般取变压器额定电流的0.30.5倍；比例制

9、动特性斜率一般可取0.5；二次谐波制动系数一般取0.150.2；五次谐波制动系数一般取0.35；差流速断按躲过变压器的励磁涌流整定，在（212）IN范围内调整。3 变压器的电流和电压保护 反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及 在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备， 变压器应装设过电流保护 。 方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合 电压起动的过电流保护以及负序过电流保护等。3.1 变压器的过电流保护 工作原理与定时限过电流保护相同。跳变压器两侧。,按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定：(1) 对并列运行的变压器(2) 对降压变压器3.2 低电压起动的过电

10、流保护灵敏系数： 为在最大运行方式下，相邻元件末端三相金属性短路时，保护安装处的最大线电压。,升压变压器，采用两套低电压元件分别接在变压器两侧的电压互感器上，其触点采用并联的联接方式。 3.3复合电压启动的方向过流保护 复合电压启动的方向过流（简称复压方向过流） 保护作为变压器或相邻元件的后备保护。(1) 保护原理复压方向过流由复合电压元件(负序过电压和正序低电压)、相间方向元件及三相过流元件构成。,(2) 判据复合电压元件 ，过流元件有三段定值 IopIset 相间功率方向元件或,方向元件的说明a三侧有电源的三绕组升压变压器，在高压侧和中压 侧加功率方向元件，其方向可指向该侧母线；b高压及中

11、压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压 变压器和联络变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件 ，其方向宜指向变压器；动作时限，按大于相邻主变压器后备保护的动作时限 整定。 相间方向元件的电压可取本侧或对侧，取对侧时，两侧 绕组接线方式应一样。 复合电压元件可取本侧的，也可取变压器各侧“或”的方 式。 .,4 变压器的接地故障（零序）保护 作用：中性点直接接地电网变压器，装设接地保护反应 接地故障，并作为变压器主保护的后备保护和相邻 元件接地故障后备保护。 接地原则：变压器高压绕组中性点是否直接接地运行与变压 器的绝缘水平有关。中性点接地的位置与数目应以利于零序保护为原 则。 变压器绝缘水平、中性点

12、运行方式不同，接地保 护的配置方式也不同。,4.1 仅一台变压器中性点直接接地运行时的零序电流保护 (1) 第段整定为引出 线零序电流 保护第段 的动作电流；为配合 系数取1.11.2；为零序电 流分支系数。,第段的动作时间 。 （2）第段整定原侧动作电流与引出线零序电流保护后备段在灵敏系 数上配合。动作时限比相邻元件零序电流保护的后备段大。 （3）动作行为：跳变压器各侧断路器。,4.2 仅部分中性点接地系统中的分级绝缘变压器零序保护 4.2.1 中性点未装放电间隙 （1）原理当中性点接地运行变压器的KA0动作时，将操作电 源送到中性点不接地运行变压器的零序电压保护， 先经过KT2的延时跳不接

13、地变压器，后经过KT1的延 时跳接地的变压器。 缺点：延时切除接地运行变压器可能损坏变压 器 。 （2）整定原则：电流与4.1相同 。电压按躲过最大不平衡电压整 定.。,4.2.2 中性点装设放电间隙 (1)元件配置除装设两段式零序电流保护外(同4.1)，再增设反 应零序电压和间隙放电电流的零序电流保护 。,（2）动作过程当母线或接地运行变压器发生接地故障时，接地运行 变压器的零序电流保护动作快速跳开母联或接地运行变压 器，此时不接地运行变压器可能出现工频过电压，将放电 间隙击穿，放电间隙电流使间隙零序电流元件KA0起动， 瞬时跳开变压器，将故障切除；如果万一放电间隙拒动 ， KV0起动将变压

14、器切除。 （3）零序电压整定原则按系统不失去接地中性点情况下，发生单相接地故障时 本保护不动作和 按低于变压器中性点工频耐压整定。零序电压动作判据：其中：1.8为暂态电压系数；U为中性点工频耐压。 间隙零序电流一般按100A(一次）整定。,（4）自耦变压器接地保护的特点零序电流保护应装于本侧的零序滤过器上，不 能接在中性点回路的电流互感器上，否则，不能反 应单相外部短路，且一般高中压侧上的零序保护应 加装方向元件以满足选择性的要求。5 发变组纵差保护的特点及低阻抗保护 5.1发电机-变压器组纵差动保护的特点(1) 当发电机和变压器之间无断路器时，一般装设 整组共用的纵差动保护。此时的纵差动应考

15、虑励磁 涌流的不利因素。 (2) 当发电机与变压器之间有断路器时，发电机和 变压器应分别装设纵差动保护 。,(3) 当发电机与变压器之间有分支线时(如厂用电出 线)应把分支线也包括在差动保护范围。 5.2低阻抗保护 当电流、电压保护不能满足灵敏度要求或根据网 络保护间配合的要求，发电机和变压器组的相间故 障后备保护可采用阻抗保护 ，作为发电机变压器 引线、母线及相邻线路相间故障的后备保护 。 1) 保护原理低阻抗保护采用同名相电压、电流构成三相分相 阻抗保护，即Uab和Iab、Ubc和Ibc、Uca和Ica分别 组成3个阻抗保护 。设有TV断线闭锁判据。用延 时判据解决振荡误动问题。,a. 用电流起动b. 阻抗判据其动作方程为： 其中： 为偏移因子，反向偏移阻抗与整定阻抗之比。,c. TV断线判据满足下列两条件中任一条件 ，判为TV二次回路断线：或 三相电压均低于8V，且。2) 定值整定计算a. 装于机端的全阻抗继电器，按高压母线短路有一定灵 敏度整定，并与相关线路距离保护配合：可靠系数，取0.8；分支系数，取各种运行方式下的最小值；变压器阻抗； 高压侧出线中，最短线路距离保护第I段的动作阻抗。,