变压器电量保护的调试和计算方法.doc

变压器电量保护(微机保护继电器)调试及计算方法 天津港电力有限公司 杨振东一、 变压器差动保护的原理及特点 双绕组变压器的纵联差动保护单相原理接线如图1所示，它是按比较被保护变压器两侧电流的大小和相位的原理来实现的。变压器两侧各装设一组电流互感器1ta、2ta，其二次侧按环流法接线，即若变压器两端的电流互感器一次侧的正极性的线圈并联接入，构成纵联差动保护。其保护范围为两侧电流互感器1ta、2ta的全部区域，包括变压器的高、低压绕组、引出线及套管等。从图1中可见，正常运行和外部短路时，因变压器两侧绕组接线不同而产生电流流过电流继电器（差动保护继电器）。流过差动继电器的电流，在理想情况下，其值等于零。但实际上由于两侧电流互感器特性不可能完全一致等原因，仍有差动电流流过差动回路，即为不平衡电流，此时流过差动继电器的电流为 要求不平衡电流应尽可能小，保证保护装置不会误动作。当变压器内部发生相间短路时，在差动回路中由于改变了方向或等于零（无电源侧），这时流过差动继电器的电流为与之和，即 由于yd11接线变压器两侧线电流之间有30的相位差，如果两侧的电流互感器采用相同的接线方式，将会在差动回路中产生很大的不平衡电流。该电流为短路点的短路电流，使差动继电器kd可靠动作，并作用于变压器两侧断路器跳闸。补偿方法为：将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器接成星形。微机型变压器差动保护中可采用移相算法。将变压器绕组为y接的那一侧的电流向前移相30 变压器的差动保护的保护范围是构成变压器差动保护的两侧电流互感器之间的变压器及引出线。由于差动保护对区外故障不反应，因此，差动保护不需要与保护区外相邻元件在动作值和动作时限上互相配合，所以在区内故障时，可瞬时动作。二、 差动保护的调试及计算方法1. 对gis 变压器馈线柜或变压器保护屏中差动ct二次回路进行检查，检查接线有无松动情况。2. 对差动ct进行变比、极性和直阻测量。3. 核查差动ct变比、极性及接线情况后，查找二次原理图中差动电流高压侧、低压侧回路电流端子（gis或变压器保护屏中），并将可同时输入六相电流的继电保护测试仪中的试验电流线接入差动，根据变压器接线组别、差动保护继电器类型以及差动ct的接线方式（7ut512、7ut612、spad346c、ref542等）选择高低压侧相位补偿，判断校正接线系数。4分别从高低压侧差动保护ct二次侧（gis柜或主变保护屏内）输入1a电流，检验其通道采样精度，变压器各侧差动保护ct二次动作值用下式计算：idz=kjx kzd，式中idz表示动作电流；kjx表示试验接线系数（1或0.5），根据ct接线方式确定；sn表示变压器额定容量；un表示变压器各侧的额定电压；kct表示变压器各侧的差动ct的变比。试验时，在变压器差动保护各ct二次侧加一相（或三相）电流，采用电流步进法，检查差动保护跳闸出口，记录差动保护动作值。5. 试验时，应在变压器两侧同时加入三相电流ie1、ie2（ie1、ie2分别为变压器差动ct二次额定电流），同相电流相位差为150，模拟变压器正常运行状态。三相差流均为0，证明三相对称负荷电流时，变压器微机差动保护装置不平衡电流很小，可以正常运行。6. 进行上述工作后，改变任意一侧电流的幅值，而同相电流相位差保持150度（一次侧超前二次侧150度），三相差动电流明显增加，说明变压器容量、变比和ct变比整定正确。7. 比率制动特性曲线试验 在进行该试验时，应在高压侧输入电流i1，相位为0，在低压侧输入电流i2，相位为180，逐渐减少低压侧电流i2，直至比率制动保护动作，通过保护装置读取差动电流id和制动电流ir，计算斜率k1、k2（k1= ;k2=；k1为第一斜率，k2为第二斜率），例如：比率制动特性曲线试验高、低压侧加入电流模拟故障，相位相差180装置中id/a装置中ir/a制动系数第一斜率0.7042.836k1=0.248第二斜率1.835.75k2=0.5092.356.778. 二（五次）谐波制动特性试验（单绕组单相通电） 保护装置在变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时，利用二次谐波分量进行制动;当变压器发生内部故障时，利用基波进行保护; 当变压器外部发生故障时，利用比例制动回路躲过不平衡电流。检验差动保护的二（五）次谐波制动特性时，在变压器差动ct二次侧加入固定不变的50hz基波电流和变化的100hz(250 hz)谐波电流，当谐波电流减小时，保护装置动作，谐波电流占基波电流比例应与整定值相符，投入为二次谐波制动，应在高压侧和低压侧分别进行试验。具体方法为：对变压器任一侧的一相加入50hz电流i1，电流值在差动启动电流和速断电流之间，同时依次叠加入0.9k2i1和1.1 k2i1大小的100hz电流，记录差动继电器的动作行为。差动继电器应在加入0.9k2i1电流时可靠动作，在加入1.1 k2i1电流时可靠不动作。（k2表示谐波制动系数）。9 不同微机保护继电器相位补偿电流计算1) 7ut612保护继电器补偿电流的计算方法为：星形侧补偿电流计算 i1a=i1l1， i1b=i1l2, i1c=i1l3 ，角侧补偿电流计算 i2a= i2b= i2c=2) 7ut613保护继电器补偿电流的计算方法为：星形侧补偿电流计算i1a=i1l1， i1b=i1l2, i1c=i1l3 ，侧的补偿电流ia= （ 1)/3 *il1-1/3 *il2 -（1+ )/3 *il3ib= -（1+ )/3 *il1+（ -1)/3 *il2-1/3 *il3ic= - 1/3 *il1 （1+ )/3 *il2 + （ 1)/3 *il3从上面的三个公式可以看出当在侧a 相单独加电流时，会同时在b 相和c 相产生差流，三相产生的差流分别为：ia= （ 1)/3 *il1= 0.244 *il1ib=-（1+ )/3 *il1=-0.911 *il1 ic=- 1/3 *il1=0.333 *il1其中的负号表示电流方向相反，当在侧a 相单独加一个测试电流时，对于保护装置7ut613 来说，b 相产生的差流最大，如果要单独测试a 相的差动跳闸，要注意的是b 相的差动先动作，因此做试验时要求客户使用6 相电流输出的测试仪器。3)计算实例 变压器两侧容量sn=50mva, 接线方式yd11, 电压等级110kv/10kvy侧:ct : 500/5a , un=110kv, 计算出额定的二次电流in=2.6244a；侧ct : 5000/5a , un=10kv, 计算出额定的二次电流in=2.8868a；启动值：idiff =0.5in,差动速断：idiff=4.5 in.比率制动为一段斜率 ：k=0.5.在y 侧（高压侧）在a 相单独加1a 电流，观察保护的采样值是否正确：保护显示的差动电流和制动电流是否正确。a 差动计算值：idiff=1a/in=1/2.6244=0.381, 装置实际显示值：diff= 0.38b 差动计算值：idiff=1a/in=1/2.6244=0.381, 装置实际显示值：diff= 0.38c 差动计算值：idiff=1a/in=1/2.6244=0.381, 装置实际显示值：diff= 0.38在侧（低压侧） a 相单独加1a 电流，观察保护的采样值是否正确：保护显示的差动电流和制动电流是否正确。这时装置a,b,c 相均应该有相应的差动和制动电流。计算公式可由解出的上述公式得出如下：diffa= （ 1)/3 *il1/in= 0.244 *il1/indiffb= -（1+)/3 *il1/in=-0.911 *il1/indiffc= - 1/3 *il1/in=-0.333 *il1/ina 相差动计算值： 装置实际显示值diff=0.244*1a/in=0.244*1a/2.8868a=0.085 diff= 0.09b 相差动计算值：diff=0.911*1a/in=0.911*1a/2.8868a=0.3156 diff= 0.32c 相差动计算值：diff=0.333*1a/in=0.333*1a/2.8868a=0.1154 diff= 0.12在侧（低压侧） b 相单独加1a 电流，测试结果如下：a 相差动计算值： 装置实际显示值diff=0.333*1a/in=0.333*1a/2.8868a=0.1154 diff= 0.12b 相差动计算值：diff=0.244*1a/in=0.244*1a/2.8868a=0.085 diff= 0.09c 相差动计算值：diff=0.911*1a/in=0.911*1a/2.8868a=0.3156 diff= 0.32测试差动保护的启动段idiff：在y 侧（高压侧），a 相单独加测试电流，计算动作值为：idiff=0.5in=0.5*2.6244a=1.3122a.测试动作值为：1.30a.侧（低压侧），a 相单独加测试电流时，注意的是b 相的差动先动作，所以在测试时要注意。由方程可以得出：diffa= （ 1)/3 *il1/in= 0.244 *il1/indiffb= -（1+)/3 *il1/in=-0.911 *il1/indiffc= - 1/3 *il1/in=-0.333 *il1/in其中il1 为测试电流从上面的公式里可以求出要加的测试动作电流为il1=ib *in/0.911=0.5*2.8868/0.911=1.5844a实际测试动作值：1.57a在侧（低压侧），三相同时加电流就比较简单（注意三相加的电流大小相等，角度依次为 a相 : 0 b 相: -120 c 相:120），计算动作值为：idiff=0.5in=0.5*2.8868a=1.4434a.测试动作值为：1.44a.测试保护的差动速断idiff在y 侧（高压侧），a 相单独加测试电流，计算动作值为：idiff=4.5in=4.5*2.6244a=11.809a测试动作值为：11.8a在侧（低压侧），三相同时加电流（注意三相加的电流大小相等，角度依次为 a 相 : 0 b 相: -120 c 相:120） 计算动作值为：idiff=4.0in=4.0*2.8868a=11.547a，测试动作值为：11.53 a在侧（低压侧），加单相电流时，要注意a 相单独加测试电流时，注意是b 相的差动速断先动作，计算动作电流需要乘上一个系数1.098（1/0.991）因为：ib= -（1+)/3 *il1/in=-0.911*il1/in，il1=ib *in/0.911=4.5*2.8868/0.911=14.2597a测试保护的比率制动特性制动为1in 时，差动为0.5in 时，差动保护动作由方程：irest=|i1|+|i2|，idiff=|i1+i2|i1 为高压侧电流，i2 为低压侧电流。可以解出：i1=0.25*in=0.25*2.6244=0.6561ai2=0.75*in =0.75*2.8868=2.1651a测试方法：保持y 侧（高压侧），i1=0.6561 不变，侧（低压侧）电流三相同时从1.8a 慢慢增加，直到保护动作，记录动作值：2.16a.保持侧（低压侧），i2=2.1651 不变，y 侧（高压侧）电流三相同时从0.8a 慢慢减小，直到保护动作，记录动作值：0.66a.与计算结果相同。测试比率制动的斜率在斜线上抽几个点作为测试点：保持y 侧（高压侧），i1=0.5in 不变，侧（低压侧）电流三相同时从i2=0.5in慢慢增加，直到保护动作，irest=|i1|+|i2|idiff=|i1+i2|由上面公式理论计算动作值为：i2=1.5in=1.5*2.8868=4.33a斜率k=(idiff/in)/(irest/in)=(4.34/2.8868-0.5)/(4.34/2.8868+0.5) =0.54)其他保护继电器的计算方法应根据现场情况进行确定，计算方法相同，动作方程会有所不同。三、 变压器后备保护的调试方法每台35kv及以上主变压器除差动保护外均设有后备保护，包括复合电压闭锁过电流保护、速断保护、过负荷保护。复合电压闭锁过电流及其他电流保护的传动 查找二次原理图，找到gis开关柜变压器柜或变压器保护屏中用于过流等保护功能的保护ct二次回路的接线端子，利用短接线将gis柜内复合电压保护的接点短接，由继电保护测试仪利用电流线引出三相电流至gis柜内用于过流等保护功能的保护ct二次回路的接线端子，同时将微机保护继电器过流保护跳闸接点引入继电保护测试仪中的开入量，以便进行时间测量。利用继电保护测试仪向继电器输入电流至动作电流，保护继电器应能正常发出动作信号，合入断路器后，过流、速断保护应可延时或瞬时跳开断路器，过负荷保护可延时发出报警信号。四、 总述综上所述，各种35kv及以上电压等级主变压器均会设有电量保护及非电量保护，而电量保护则是主变压器