中间变电所线路_主变压器保护设计[1] 2.doc

目 录摘 要1第一章 概述1第一节、国内外现状和发展趋势1第二节、技术要求和解决思路1一、 技术要求1二、 解决思路2第二章 主变压器的选择3第一节、 变压器容量的确定原则3第二节、变压器型式和结构的选择原则4一、 相数4二、绕组数和结构4三、绕组联结组号4四、 阻抗和调压方式4五、 冷却方式5第三章 短路计算6第一节、 短路的原因、类型及后果6第二节、 短路计算的目的7第三节 、 制定系统等值网络及进行参数计算7 一、等值参数计算7二、 最大外部短路电流9三、 最小外部短路电流11第四章 主变压器保护19第一节、变压器保护的配置原则19一、 反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护19二、 相间短路保护19三、后备保护20四、 过负荷保护20第二节、 变压器瓦斯保护装置及整定20一、瓦斯继电器的类型20二、瓦斯保护的整定21第三节、 变压器纵联差动保护21一、 由BCH-2型继电器构成的差动保护22二、 由BCH-1型继电器构成的差动保护22三、由BCH-4型继电器构成的差动保护22四、鉴别涌流间断角差动继电器构成的差动保护23五、二次谐波制动带比率制动特性的变压器差动保护23第四节、变压器相间后备保护配置原则及接线24一、设计原则24二、 相间后备保护配置方式及接线24第五节、 变压器过负荷保护25第六节、 变压器保护整定计算25一、 纵联差动保护的整定计算25二、 相间后备保护的整定计算30三、 过负荷保护的整定计算32第五章 各电压等级线路保护配置33第一节、 线路上的故障类型及特征33第二节、线路保护的配置34设计小结36参考文献37致谢38 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书摘 要中间变电所主变压器保护设计，此设计任务旨在体现自己对本专业各科知识的掌握程度，培养自己对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业学习三年以来的学习结果,是毕业前的一次综合性训练，是对在大学几年所学知识的全面检查。本次毕业设计，主要是针对变压器容量的选择，对三相短路和不对称短路电流的计算，对变压器保护的配置与计算；各电压等级的线路的保护配置；以及对于变压器保护图的绘制。变电所的保护设计是对该变电所二次设备的配置及整定，关系到其主要一次设备的安全可靠运行，从而间接影响该变电站的配，送电水平，保证对用户和电网的可靠供电。 关键词： 变压器； 继电器 ； 短路保护1 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书第一章 概述第一节、国内外现状和发展趋势近年来，随着电网运行水平的提高，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，进而要求更多地采用远方集中控制，操作，反事故措施等，即采用无人值班的管理模式，以提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运行的可靠性。另一方面，当代计算机技术，通讯技术等先进技术手段的应用，已改变了传统二次设备的模式，为简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面已改变了变电站运行的面貌。随着我国经济的蓬勃发展，电网的规模越来越大，电压越来越高，电网调度、安全可靠供电要求以及经济运行和管理水平都形成了一种新的格局。利用微机实施监控取代常规的控制保护方式，实现变电所的综合自动化，进而施行无人值班，已成为各级电力部门的共识。根据国家电力公司对农村电网建设与改造技术原则的总体要求，电网建设与改造要同调度自动化、配电自动化、变电所无人值班、无功优化结合起来，以逐步实现电网自动化。变电所综合自动化已成为当前变电所设计应用中的热门课题和发展的必然趋势。当今世界各方面因素正冲击着全球电力工业，在国外变电所技术有十分剧烈的竞争，而世界范围内的变电所都采用了新技术; 其次，不同的环境要求给所有的电力供应商增加了额外的责任，使电力自动化设备尤其是高压大功率变电站的市场开发空间大大拓展。另外高压变电所的最终用户对变电站的安全，可靠节能、环保意识越来越强烈，迫使其上游提供者尤其是系统集成商更加重视地区性电能分配技术方面的需要，所以变电所在世界上飞速的发展，从而要求我国变电技术上也要加入世界先进的变电技术行业。总体上来说，我国变电所主攻方向是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流输出转变，国外主要是交流输出向直流输出转变。第二节、技术要求和解决思路一、 技术要求(1) 变压器容量的选择(2) 三相短路和不对称短路电流的计算(3) 主变压器保护的配置、计算(4) 各电压等级线路的保护配置(5) 主变压器保护图需重点研究的关键问题是短路计算及主变压器保护的配置，计算。二、 解决思路首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，选主变容量。然后，根据三相短路及不对称短路计算的计算结果，确定主变压器保护的配置，从而完成中间变电站主变保护的设计。准备采取的措施：本次中间变电站主变保护的设计，经过三年的专业课程学习，在已有专业知识的基础上，了解了当前我国变电站技术的发展现状及技术发展趋向，按照现代电力系统电力工程电气设计手册电气一次部分、电气二次部分、电力工程电气设备手册上册、下册、变电所技术标准及规程规范应用手册要求，确定一个中间变电站主变保护设计。工作条件和解决办法：一台计算机, windowsXP系统，Auto CAD绘图软件。2第二章 主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。第一节、 变压器容量的确定原则主变压器的容量的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统510年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选择过大，不仅增加投资，增加占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的需要。这在技术上是不合理的，为此，在选择变电站主变压器时，应遵循以下原则。变电站主变压器容量一般应按510年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，需考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足类及类负荷的供电（1）；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的7080（2）。故110KV侧总容量为S110cos&1=S35cos&2+S10cos&3；其中cos&1， cos&2 , cos&分别为110KV,35KV,10KV侧的平均功率因数，且cos&1=0.85, cos&2=0.85, cos&3=0.8；S110，S35， S10分别表示110KV,35KV,10KV侧的最大负荷，且S35=40MVA， S10=22MVA, S110未知待求。求得S110=(400.85+220.8)0.85=60.71MVA；该变电站为中间变电站，35KV侧重要负荷占70，视为重要变电站。故其应满足当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，满足类及类负荷的供电。类及类负荷S=70%400.850.85=28MVA；该变电站有两台主变，故选择每台容量为31.5MVA；第二节、变压器型式和结构的选择原则选择主变压器型式时应考虑以下问题。一、 相数容量为300MVA及以下机组单元接线的主变压器和330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。二、绕组数和结构电力变压器按其每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。该中间变电所有三个电压等级，即110/35/10KV,故选用三绕组变压器，三绕组变压器根据三个绕组布置方式的不同，分为升压变压器和降压变压器。升压变压器用于功率流向由低压绕组传送到高压电网和中压电网，用于发电厂主变压器；降压变压器用于功率流向由高压传送到中压和低压，常用于变电所主变压器。三、绕组联结组号变压器三相绕组的联结组号必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组联结方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。因此变压器三相绕组的联结方式应根据具体工程来确定。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，三绕组主变压器联结组号一般都选用YNd11常规接线。四、 阻抗和调压方式变压器阻抗实质是绕组之间的漏抗，当变压器的电压比、型式、结构和材料确定之后，其阻抗大小一般和变压器容量关系不大，对于三绕组普通型和自耦型变压器各侧阻抗，按用途即升压型或降压型确定。4110KV及以下变压器应至少有一级电压的变压器采用有载调压。五、 冷却方式油浸式电力变压器的冷却方式随其型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却强迫油循环导向冷却。容量在31.5MVA及以上的大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。综上所述，由原始条件选择的主变压器型号为SFSZ-31500/110.该设备的技术数据表如下：表格 2-1 主变压器参数型号电压接线方式损耗（KW）空载电流（%）短路电压（%）SFSZ11-31500/110高11081.25%中38.55%低11YNyn0d11空载50.3负载1751.4高-中10.5高-低1718中-低6.553第三章 短路计算第一节、 短路的原因、类型及后果短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对中性点接地的系统）发生通路的情况。产生短路的原因很多，主要有如下几个方面：（1）元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；（2）气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等；（3）违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；（4）其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相短路接地和单相接地短路。三相短路也称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少，三相短路虽然很少发生，但情况较严重，应给予足够的重视。而且，从短路计算方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都归结为对称短路的计算。随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下的几个方面：（1） 短路故障使短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。（2） 短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。（3） 短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减小，转速随之下降。当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大面积停电，这是短路故障的最严重后果。（4） 发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生严重的影响。第二节、 短路计算的目的在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，这些问题主要有：（1） 选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。这里包括计算冲击电流以校验设备的点动力稳定度；计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等。（2） 为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。（3） 在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。（4） 进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容。第3节 、 制定系统等值网络及进行参数计算一、等值参数计算图3-1 变压器等值网络图选取SB=100MVA，UB=Uav计算各元件参数的标幺值；变压器：已知U1-2%=10.5, U1-3%=17.5, U2-3%=6.5； 得U1%=12(U1-2%+ U1-3% - U2-3%) =12(10.5+17.5-6.5) =10.75U2%=12(U1-2%+ U2-3%- U1-3%) = 12(10.5+6.5-17.5) U3%=12(U1-3%+ U2-3%- U1-2% ) =12(17.5+6.5-10.5) =6.75 X110 = ( U1% SB) (100 SN) =(10.75100)(10031.5) =0.341X35=( U2%SB) (100 SN) 0 X10= (U3%SB) (100 SN) =(6.75100) (10031.5) =0.214其中：SB-基准容量； UB -基准电压； Uav -平均额定电压； U1% -主变压器110KV侧空载电压百分比； U2%-主变压器35KV侧空载电压百分比； U3%-主变压器10KV侧空载电压百分比； X110 -主变压器110KV侧等值电抗的标幺值； X35 -主变压器35KV侧等值电抗的标幺值； X10-主变压器10KV侧等值电抗的标幺值；二、 最大外部短路电流最大运行方式下，短路电流最大，即最大外部电流指当系统电抗取最小Xmin时，各短路点取得的最大短路电流（考虑一回断线时的最大短路电流）。图3-2 最大运行方式下短路等值计算网络图1）110KV侧母线三相短路及两相短路的计算X*=X1minX2min=（0.0920.076）（0.092+0.076）=0.0416I*=1X*=10.0416=24.038Id1(3)= I*SB(3UN)=24.038100(3110)=12.617KAId1(2)= Id1(3) 32=12.61732=10.926KA2) 35KV侧母线三相短路及两相短路的计算（考虑一台主变故障停运）X*=X1minX2min+ X110=0.0416+0.341=0.3826I*=1X*=10.3826=2.614Id2(3)= I*SB(3UN)=2.614100(3110)=1.372KAId2(2)= Id2(3) 32=1.37232=1.188KA3) 10KV侧母线三相短路及两相短路的计算（考虑一台主变故障停运）X*=X1minX2min+ X110+ X10=0.0416+0.341+0.214=0.5966I*=1X*=10.5966=1.676Id3(3)= I*SB(3UN)=1.676100(3110)=0.88KAId3(2)= Id3(3) 32=0.8832=0.762KA三、 最小外部短路电流最小运行方式下，短路电流最小，即最小外部电流指当系统电抗取最大Xmax（X1max和X2max取大者）时，各短路点取得的最小短路电流（考虑一回断线时的最小短路电流）。图3-3 最小运行方式下短路计算等值网络图1）110KV侧母线三相短路及两相短路的计算X*=X2max=0.165I*=1X*=6.06Id1(3)= I*SB(3UN)=6.06100(3110)=3.181KAId1(2)= Id1(3) 32=3.18132=2.755KA2）35KV侧母线三相短路及两相短路的计算（考虑一台主变故障停运）X*=X2min+ X110=0.165+0.341=0.506I*=1X*=10.506=1.976Id2(3)= I*SB(3UN)=1.976100(3110)=1.037KAId2(3)= Id2(3) 32=1.03732=0.898KA3) 10KV侧母线三相短路及两相短路的计算（考虑一台主变故障停运）X*= X2min+ X110+ X10=0.165+0.341+0.214=0.72I*=1X*=10.72=1.389Id3(3)= I*SB(3UN)=1.389100(3110)=0.729KAId3(2)= Id3(3) 32=0.72932=0.631KA4)110KV侧出口单相接地短路电流的计算1.画出该侧各序等值网络图（考虑一回断线的情况）图3-4 正序网络图图3-5 负序网络图图3-6 零序网络图2.短路计算XO*=4 Xmax(X110+ X10) =40.165(0.341+0.214)(40.165+0.341+0.214)=0.3 X1*= X2*= Xmax=0.165Iao*=E*(X1*+ X2*+ X0*)=1(0.165+0.165+0.3)=1.58Iao= Iao*SB(3UN)=1.58100(3110)=0.833KAIao= Ia1= Ia2If(d)（1）=3 Iao=30.833=2.499KA5）10KV侧单相接地短路电流1.画出该侧各序等值网络图（考虑一回断线的情况）图3-7 正序网络图图3-8 负序网络图图3-9 零序网络图2.短路计算XO*=4 Xmax+ X110+ X10=40.165+0.341+0.214=1.215X1*= X2*= Xmax+ X110+ X10=0.165+0.341+0.214=0.72Iao*=E*(X1*+ X2*+ X0*)=1(0.72+0.72+1.215)=0.3766Iao= Iao*SB(3UN)=0.3766100(3110)=0.1977KAIao= Ia1= Ia2If(d)（1）=3 Iao =30.1977=0.593KA6)110KV侧两相短路接地时的短路电流的计算1.画出该侧各序等值网络图（考虑一回断线的情况），见图3-4，图3-5，图3-6。2.短路计算XO*=4 Xmax(X110+ X10) =40.165(0.341+0.214)(40.165+0.341+0.214)=0.3X1*= X2*= Xmax=0.165Ia1*=E*(X1*+ X2* X0*)=1(0.165+0.1650.3)=3.684Ia1= Ia1*SB(3UN)=3.684100(3110)=1.934KAIa0*=X2*( X2* +X0*)Ia1*=0.720.853(0.72+1.215)=0.317Iao= Iao*SB(3UN)=1.307100(3110)=0.686KA7)10KV侧两相短路接地时的短路电流的计算1.画出该侧各序等值网络图（考虑一回断线的情况），见图3-7，图3-8，图3-9。XO*=4 Xmax+ X110+ X10=40.165+0.341+0.214=1.215X1*= X2*= Xmax+ X110+ X10=0.165+0.341+0.214)=0.72Ia1*=E*(X1*+ X2* X0*)=1(0.72+0.7211.215)=0.853Ia1= Ia1*SB(3UN)=0.853100(3110)=0.448KAIa0*=X2*( X2* +X0*)Ia1*=0.720.853(0.72+1.215)=0.317Iao= Iao*SB(3UN)=0.317100(3110)=0.167KAX*-系统对短路点的总电抗标幺值；XO-系统对短路点的零序电抗标幺值；X1*-系统对短路点的正序电抗标幺值；X2*-系统对短路点的负序电抗标幺值；I1*-三相短路电流标幺值；Ia1*-短路点的正序短路电流标幺值；Ia2*-短路点的负序短路电流标幺值；Ia0*-短路点的零序短路电流标幺值；Ia1-短路点的正序短路电流有名值；Ia2-短路点的负序短路电流有名值；Ia0-短路点的零序短路电流有名值；各类短路情况短路电流结果列于表3-2中：表格 3-2 最大运行方式下的短路计算表格3-3 最小运行方式下的短路电流计算第四章 主变压器保护现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型故障和异常运行，为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量大小、电压等级等因素装设必要的、动作可靠性高的继电保护装置。第一节、变压器保护的配置原则变压器一般装设下列继电保护装置：一、 反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。对于高压侧未装设断路器的线路-变压器组，未采取使瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护可仅动作于信号。对于容量为400KVA及以上的车间内油浸式变压器，也应装设瓦斯保护。二、 相间短路保护反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。容量为6300KVA以下并列运行的变压器以及10000KVA以下单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5S时，应装设电流速断保护。容量为6300KVA及以上、厂用工作变压器和并列运行的变压器、10000KVA及以上、厂用工作变压器和单独运行的变压器、以及2000KVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。对高压侧电压为330KV及以上的变压器，可装设双重差动保护。对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，变压器应装设单独的纵联差动保护，当发电机与变压器之间没有断路器时，100MV及以下的发电机，可只装设发电机变压器组共用的纵联差动保护。100MV以上的发电机，除发电机变器组共用纵联差动保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护。对于200MV及以上的轮发电机，为提高快速性，在机端还宜增设复合电流速断保护，或在变压器上设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护方式。如果变压器的纵联差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。三、后备保护对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护。（1） 过电流保护，宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。（2） 复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。（3） 负序电流保护和单相式低电压起动的过电流保护，可用于63000KVA及以上的升压变压器。（4） 对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述（2）、（3）保护不能满足灵敏性和选择性要求的时，可采用阻抗保护。上述各项保护动作后，应带时限动作于跳闸。四、 过负荷保护对于400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。第二节、 变压器瓦斯保护装置及整定一、瓦斯继电器的类型瓦斯继电器又称气体继电器。瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。以往使用的浮筒式瓦斯继电器，由于浮筒的密封性不良而经常漏油，抗震性能差，常常造成瓦斯继电器误动作。目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯挡板式两种型式，均有两对触点引出，可以并联使用。瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成。变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧断路器。因重瓦斯继电器触点有可能瞬时接通，故跳闸回路中一般要加自保持回路。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信号。二、瓦斯保护的整定(1)一般瓦斯继电器气体容积整定范围为2503003，变压器容量在10000KVA以上时，一般正常整定值为2503，气体容量整定值是利用调节重锤的位置来改变的。(2)重瓦斯保护油流速度的整定重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.61.5ms，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中油流速度整定为0.61 ms 时，保护反映变压器内部故障时相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.40.5 ms 。因此，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1 ms 左右。第三节、 变压器纵联差动保护变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流入差动继电器的电流等于零。但实际上由于变压器的励磁电流，接线方式和电流互感器误差等因素的影响，继电器中有不平衡电流流过。由于这些特殊因素的影响，变压器差动保护的不平衡电流远比发电机差动保护的大。因此，变压器差动保护需要解决的主要问题之一是采取各种措施避越不平衡电流的影响。在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。按照避越励磁涌流方法的不同，变压器差动继电器可按不同的工作原理来实现。目前，国内广泛应用有以下几种类型继电器构成差动保护：（1） 带短路线匝的BCH-2型差动继电器；（2） 带磁制动特性的BCH-1型差动继电器；（3） 多侧磁制动特性的BCH-4型差动继电器；（4） 鉴别涌流间断角的差动继电器；（5） 二次谐波制动的差动继电器。此外，有些单位还研制了高次谐波制动的差动继电器。一、 由BCH-2型继电器构成的差动保护BCH-2型差动继电器是具有带短路线匝的速饱和变流器，它能可靠地躲过变压器励磁涌流及保护区外故障时的不平衡电流，可以用作双绕组及三绕组变压器的差动保护。二、 由BCH-1型继电器构成的差动保护BCH-1型带制动特性的助磁式差动继电器，用于构成双绕组及三绕组变压器的差动保护，由于具有一个制动线圈，因而在避越外部故障不平衡电流的性能方面优于BCH-2型继电器，但避越励磁涌流的性能则不如BCH-2型继电器。BCH-1型差动继电器多用于以下保护中：（1） 带有载调压装置的变压器的差动保护；（2） 多侧电源的三绕组变压器的差动保护；（3） 同一电压侧经过两个断路器接到系统的变压器（如高压侧为内桥接线或多角形接线）的差动保护。三、由BCH-4型继电器构成的差动保护BCH-4型差动继电器用直流助磁原理降低了速饱和变流器传变励磁涌流的性能，可有效地防止变压器励磁涌流造成的保护误动作。同时，应用交流磁制动原理可有效的防止变压器外部故障时，由不平衡电流造成的误动作。BCH-4型继电器有四个制动线圈，主要用于多侧电源、多绕组的变压器保护上。如欲采用BCH-1型继电器，但由于其动作电流的整定值要避越没有制动作用侧外部故障时的最大不平衡电流，致使在变压器内部故障时，保护的灵敏系数有可能不够，此时，则需换用BCH-4型差动继电器。由于BCH-4型差动继电器构成的纵联差动保护整定计算比较复杂，整定也较麻烦，因此目前应用较少。四、鉴别涌流间断角差动继电器构成的差动保护根据理论分析和实际测量的结果可知，当变压器内部故障时，非周期分量迅速衰减后，流入保护的电流是正弦波形；而当变压器空载投入或切除外部故障后电压恢复时，流入保护烦人励磁涌流波形在最初时间内完全偏于时间轴的一侧，因而在两个波之间出现间断角。利用鉴定这两种波形间断角的原理构成的继电器具有良好的避越励磁涌流的功能。五、二次谐波制动带比率制动特性的变压器差动保护根据对变压器励磁涌流的谐波分析，励磁涌流中含有很大比例的2次谐波分量，而在变压器内部故障电流中，2次谐波的比例很小，因此，利用2次谐波制动原理为判据的差动继电器具有防止涌流的功能。为了避越正常运行和外部故障时穿越短路电流的影响，该继电器还有比率制动回路。为了防止在变压器内部故障时，由于短路电流过大而在电流互感器或电抗互感器饱和时差动继电器可能出现拒动，在继电器中加装了差动速断元件，其动作电流为额定电流的815倍。2次谐波制动的整流型差动继电器，在继电器内部没有设置平衡线圈或平衡抽头时，由各侧电流互感器变比不一致造成的二次不平衡电流，是通过制造厂供给的专用自耦变流器进行补偿的。对于2次谐波制动的晶体管型差动继电器，电流互感器2次侧的不平衡电流的平衡方式各种产品不尽一致，可参照各制造厂产品样本。第四节、变压器相间后备保护配置原则及接线一、设计原则（1）变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。（2）变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。（3）变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护代替。（4）变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。多绕组变压器外部相间短路的保护，可按下述原则简化：1） 除主电源侧外，其他各侧保护可仅作为本侧相邻母线和线路的后备保护。2）保护装置对各侧母线的各类短路应符合灵敏性要求，保护装置作为相邻线路的远后备保护时可适当降低对保护灵敏性的要求。多绕组变压器后备保护的配置应考虑各侧保护均有分别断开的可能性。但允许不考虑在很少出现的主电源侧断路器断开的运行方式下，变压器主保护拒绝动作的情况。二、 相间后备保护配置方式及接线复合电压起动的过电流保护中压侧及低压侧均无电源的三绕组变压器的保护装于电源侧和低压侧。低压侧作为外部短路后备，以较短时限断开该侧断路器；电源侧保护作为变压器内部故障及中压侧外部短路的后备，带两段时限，以第一段时限(大于低压侧)断开中压侧断路器，以第二段时限断开全部断路器。（2）阻抗保护对于三绕组变压器及自耦变压器阻抗保护装于变压器的高压侧和中压侧。装于高压侧的阻抗保护采用带偏移特性的方向阻抗继电器，其方向指向变压器，作为变压器高压侧和中压侧的绕组和引线及中压侧母线相间短路故障的后备保护。并利用阻抗继电器的偏移部分作为本侧母线故障的后备保护。阻抗保护设二段时限，第一段时限采用比中压侧线路距离保护第一段大一个时间阶段跳开中压侧断路器；第二段时限至总出口中间继电器，跳开各侧断路器。中压侧阻抗保护采用带偏移特性的方向阻抗继电器，其方向指向变压器，作为变压器中压侧和高压侧绕组、引线并包括高压侧母线相间短路的后备保护。并利用阻抗继电器的偏移部分作为本侧母线故障的后备保护。保护设二段时限，第一段时限比高压侧线路距离保护第一段大一个时间阶段，保护动作后跳开相邻侧断路器；第二段时限至出口中间继电器，动作于各侧断路器跳闸。第五节、 变压器过负荷保护在经常有人值班的情况下，过负荷保护通常作用于信号。变压器的过负荷电流，在大多数情况下都是三相对称的，因此，过负荷保护只需接入一相电流，各侧的过负荷保护均经过同一时间继电器延时发出信号。所选保护的安装地点要能够反应变压器所有绕组的过负荷情况，具体配置原则如下：对降压变压器（1） 在双绕组降压变压器上，过负荷保护装于高压侧。（2） 单侧电源的三绕组降压变压器，当三侧绕组容量相同时，过负荷保护仅装在电源侧。当三绕组容量不相同时，则在电源侧和容量较小的绕组侧装设过负荷保护，第六节、 变压器保护整定计算由配置原则在该中间变电站的主变压器上，装设如下保护：（1） 瓦斯保护（2） 差动保护（3） 复合电压启动的过电流保护，装于高压侧和低压侧。（4） 过负荷保护，装于高压侧。下面对上述几种保护进行整定计算。一、 纵联差动保护的整定计算BCH-2型继电器灵敏度不满足要求，采用BCH-1型继电器，其整定计算如下：计算用的额定数据见表4-1表格 4 -1 变压器差动保护参数计算结果名 称各 侧 数 据额定电压（KV）11038.511额定电流Ie（A）31500(3110)=16531500(338.5)=47331500(311)=1650电流互感器的接线方式Ddy电流互感器一次电流计算值3165=2853473=8201650选用电流互感器变比电流互感器二次额定电流Ie2（A）短路电流计算结果见图图4-1 电气主接线图图4-2 最大短路电流 图4-3 最小短路电流（3）确定制动线圈的接入方式：将制动线圈接在38.5KV侧电流互感器的循环电流回路臂内。因为在该侧发生外部短路时，流过变压器的穿越性短路电流为最大。（4）确定保护装置的一次动作电流1）躲过11KV侧外部短路时的最大不平衡电流，按下式计算Idz=(Ktx+U110+fza)Id3max(3) =1.3(10.1+0.1+0.05) 0.88 =0.286KA=286A;Kk-可靠系数，取1.3；Ktx-电流互感器的同型系数，取1；fi-电流互感器的相对误差，取0.1；U110-变压器高压侧由于调压改变分接头引起的相对误差，一般采取调压范围的一般；fza-整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差；2)躲过励磁涌流，按下式计算Idz=ke=1.5165=248A选用Idz=286AIe-变压器高压侧的额定电流；(5)差动继电器动作电流和差动线圈匝数按下式计算 Idz.j.jbs= (Idz.bh.jb.jsIez.jb)Ie.jb =(2864.75)165=8.23A差动线圈匝数WCd.js=60Idz.j.jbs=608.23=7.29t选用WCd.z为8t继电器的实际动作电流Idz.j.jb=60WCd.z=608=7.5A保护的一次实际动作电流Idz.jb= Idz.j.jb（Ie.jbIe2.jb）=7.5（1654.75）=261AIe.jb-高压侧电流互感器的一次侧额定电流；Ie2.jb -高压侧电流互感器的二次侧额定电流；(6)非基本侧工作线圈匝数和平衡线圈匝数按下式计算Wph.fi.js.10=(Ie2.110- Ie2.10)Ie2.10Wcd.z=(4.75-4.12)4.128=1.22tWph.fi.js.35=(Ie2.110- Ie2.35)Ie2.35Wcd.z=(4.75-4.1)4.18=1.27tWph.z.10= Wph.z.35=1tWg.z.10= Wg.z.35+ Wcd.z=1+8=9t 整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差按下式计算fza.10=（Wph.js.10- Wph.z.10）(Wph.js.10+ Wcd.z)=(1.22-1)(1.22+8)=0.0240.05fza.35=（Wph.js.35- Wph.z.35）(Wph.js.35+ Wcd.z)=(1.27-1)(1.27+8)=0.0290.05(8)制动系数按躲过35KV侧外部短路的最大不平衡电流选择，按下式计算Kzh=Kk(Ktx+U110+U35+fza)= 1.3(10.1+0.05+0.1+0.029)=0.363 (9)制动线圈匝数按下式计算Wzh.js=( Kz.h Wg.h) tan=（0.3630.9）0.9=3.63t选用Wzh.z= 4t(10)校验保护的灵敏系数：1）在系统最小运行方式下，11KV侧出口处发生两相短路时，保护装置灵敏度最低，按下式计算：AWg=Ig.110Wcd.z.110=(KjxId.zx (2) Ie2.110)Ie。110Wg.z.110= 10.4t由于11KV侧发生故障时，制动线圈内没有短路电流流过，因此，只计及负荷电流的制动作用。制动安匝的计算值为由BCH-1型差动继电器制动特性曲线，求出当AWzh=10.4t，相应的动作安匝AWdz=65At,按下式K1m=AWgAWdz=141.265=2.172图4-4 BCH-1型继电器制动特性曲线2)在系统最小运行方式下，110KV出口发生单相接地短路时，按下式计算AWdz= Ig.110Wcd.z.110=(Kjx.bhId.min(1)Iez.100)Iez.100Wcd.z.110 = 132499(3265)300s)165=333.2At相应的制动安匝为AWzh= Ifh.2.35 Wzh=10.4At查图计算曲线得AWdz=65AtK1m= AWgAWdz=333.265=5.132计算表明，Km2符合灵敏性要求。通过以上的计算可以看出，BCH-1有制动作用，能满足灵敏系数的要求。二、 相间后备保护的整定计算复合电压起动的过电流保护（1）110KV侧的过电流保护1）保护动作电流Idz=(KkKh)Ief =(1.20.85)165=232