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微机保护原理及整定计算讲课提纲2008-11-26下午一 简要介绍继电保护的任务及基本要求1 任务：当被保护元件故障时跳闸切除故障，当被保护元件不正常工作时发出信号报警。电力系统运行中，由于风雨雷电影响，设备缺陷和绝缘老化，运行维护不当和操作错误等原因，致使组成电力系统的电气元件（发电机，变压器，母线，输电线路等）可能发生故障和不正常工作状态。故障主要是各种类型的短路包括三相短路，两相短路，两相接地短路，单相接地短路，以及发电机，变压器同一相绕组的匝间短路。常见的不正常工作状态是过负荷，系统振荡和频率降低。故障的危害是故障点及故障回路的设备可能损坏，影响用户供电及系统稳定。2 基本要求：选择性，快速性，灵敏性，可靠性。选择性：指保护装置选择故障元件的能力 断路器失灵后宜采用远后备 220KV及以上电压线路宜采用近后备，含主备两套快速性：快速切除故障可以减小故障元件的损坏程度，加快非故障部分电压的恢复，为电动机自启动创造有利条件，提高电网系统运行的稳定性。灵敏性：指保护装置对被保护电气元件可能发生的故障的反应能力，灵敏性通常用灵敏系数K来衡量，灵敏系数应根据对保护装置动作最不利的条件进行计算。对于过量保护K=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值/保护装置整定动作值 对于欠量保护K=保护装置整定动作值/保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值一般K1，对主保护不小于1.5-2,对后备保护不小于1.2-1.5可靠性: 指保护装置应该动作时,它不应拒动, 而在不应该动作时,它不应误动,它与保护装置本身的设计,制造,安装质量有关,也于调试维护水平有关.二发电机保护原理判据及整定 运行中的发电机,定子绕组和励磁回路都可能发生故障,常见故障如下:1.定子绕组相间短路2. 定子绕组单相接地3. 定子绕组一相匝间短路4. 发电机,励磁回路一点或两点接地故障, 相应故障装设相应的保护 含纵差保护,横差保护,零序保护,相间短路后备保护,过负荷保护, 励磁回路接地保护,过电压保护,失磁保护,逆功率保护.1. 发电机差动保护原理及整定 4.1.1 二段式比率制动差动保护装置设置二段式比率制动差动保护作为发电机的主保护，能反映发电机内部相间短路等故障。其动作特性图如下：原理方程如下： 式中：为差动电流，为差动动作最小值，为制动电流，为制动电流最小值，为二段式比率制动系数。差动电流的计算：制动电流的计算： 式中：为发电机定子绕组两侧二次电流矢量值。4.1.2 TA断线闭锁当TA断线时，可能引起差动保护的误动作，故可通过TA断线识别来闭锁差动保护。当三相电流大于等于0.2In时，启动TA断线判别程序，当同时满足以下条件时，认为TA断线：1) 三相电流中至少一相电流不变（变化范围小于0.2A）；2) 最大相电流小于1.2倍额定电流（线路正常）；3) 三相电流中一相或两相无电流。TA断线闭锁逻辑如下：4.1.3 差流速断保护装置设置差流速断保护，在装置检测到任一相差流大于差流速断整定值时，立即保护动作出口，动作于断路器跳闸，并且发出跳闸信号。4.1.4 差流越限告警装置设置差流越限告警功能，在装置检测到任一相差流大于差流越限告警整定值时，差流越限告警，并发出差流越限告警信号。整定: 其动作特性图如下所示：需要整定的即为上图中所示的A、B、C，图中OD线为实测系统不平衡电流，二段式比率制动差动保护的整定值应该躲过系统的最大不平衡电流。1.1.1 发电机一次额定电流计算一次额定电流计算公式： 式中： 为发电机额定容量， 为发电机功率因数， 为发电机机端额定电压。1.1.2 发电机二次额定电流计算二次额定电流计算公式：式中：为发电机一次额定电流，为发电机TA 变比。1.1.3 最小动作电流的整定（A点）的整定应按保证系统最大负荷时产生的不平衡电流下保护不动作，即：，式中，为互感器误差，为可靠系数，一般取1.5。例如：10P互感器误差大约为3，且高、低压共2个电流互感器，则有，当计算的差电流定值小于0.5A时，建议取(0.10.2) ，充分考虑系统的安全性，一般应选择(0.10.2) 。在特殊情况下，可以根据实际测试的不平衡电流来整定较大的值。1.1.4 差动保护最小制动电流的整定（B点）一般整定为=（0.81.0），根据实际情况选取，若没有特殊要求应取较小值。1.1.5 比率制动系数的整定（C点）在下，纵联差动保护最大不平衡电流为D点；保护的最大制动电流应为C点，按定义则有：；式中： 电流互感器误差（10P TA互感器为3，5P TA互感器为1）；为互感器同型系数，取0.5；为可靠系数，取1.31.5； 非周期系数，取1.52.0。 实际工程应用中，考虑到电流互感器的饱和或TA暂态特性的不一致，推荐取0.30.5。其保护灵敏度校验：以机端两相金属性短路（发电机不与系统并列）计算保护灵敏度，要求灵敏度不小于2，若没有特殊情况应取较小值。 1.2 差动速断电流的整定差电流速断是纵差保护的一个补充部分，一般需躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流，对于大机组，一般可取38 倍额定电流，若没有特殊要求应取较小值。1.3 差流越限电流的整定差流越限反映差动回路中差电流过大，给出告警信号；差流越限电流定值：一般按躲过机组正常运行时的最大不平衡电流整定，推荐整定为0.50.8；差流越限动作时间定值：一般整定为1.03.0s，若没有特殊要求应取较小值。2发电机后备保护原理及整定含复合电压启动过流,过压,定子一点接地, 转子一点接地,失磁保护,逆功率等IMP34024.1.1复合电压启动过电流保护装置设置复合电压启动过电流保护，并且设置为低电压或负序电压启动，同时设置TV断线闭锁；复合电压启动、TV断线可以实现单独投/退。保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能，当且仅当装置复归或电流由故障量恢复到整定值的80%以下，装置解除闭锁，保护判据如下：保护动作后，经T1延时跳闸1动作，跳闸1作用于跳发电机母联开关，经T2延时跳闸2动作，跳闸2作用于下跳发电机断路器和灭磁开关。低电压启动过电流保护功能具有带有电流记忆功能，以适用自并励发电机系统，可以通过控制字设置其投退。4.1.2 过电压保护装置设置过电压保护，作为发电机突然甩负荷时出现的过电压保护。保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能，当且仅当装置复归时，装置解除闭锁。保护判据如下：当投入过电压保护且发电机定子端口任一线电压大于过电压定值，经过Tgy延时后，保护跳发电机断路器和跳灭磁开关。4.1.3发电机3U0综合定子接地保护装置设置发电机3U0综合定子接地保护，其保护功能由两部分构成，以实现定子100接地保护功能。1）基波3U0发电机定子接地保护零序电压取自发电机机端TV的开口绕组或中性点TV二次侧(也可从消弧线圈付方绕组取得)，当发电机3U0大于保护定值时保护动作，装置可发信号或作用于跳闸，跳闸动作于跳发电机断路器和跳灭磁开关，保护具有TV断线闭锁功能，以防止TV断线情况下的保护误动作。中性点电压的投退用来表示是否采用中性点的零序电压作为保护判断用，如果投入，则需要设置“3U0中”电压定值，其与发电机机端零序电压共同构成保护判据。当任意一个条件满足时，保护出口。如果退出，则只采用发电机机端零序电压作为判据。2）三次谐波3U0定子接地保护当发电机中性点侧（即定子绕组50靠近中性点的一侧）发生单相接地故障时，则有，且接地点越靠近中性点比值越大，其中U3E为发电机机端的3次谐波，U3N为发电机中性点的3次谐波。采用机端零序基波电压大于整定值、采用发电机机端零序三次谐波电压大于中性点零序三次谐波电压就可以实现发电机100定子接地保护。零序电压取自发电机机端TV的开口绕组和中性点TV二次侧(也可从消弧线圈副方绕组取得)。可作用于报警信号或作用于跳闸，保护动作于跳发电机断路器和跳灭磁开关。保护判据如下：判据中，K1和K2是调整系数，默认情况下为1，Du是浮动电压门坎，默认为0，以躲过正常情况下或扰动信号的干扰，这三个值可根据现场情况灵活调整。在基波电压判断部分，保护动作后如果作用于跳闸，经延时1跳断路器和灭磁开关，在3次谐波电压判断部分，保护动作后如果作用于跳闸，经延时2跳断路器和灭磁开关。4.1.4发电机3I0定子接地保护装置设置发电机3I0定子接地保护，作为反映发电机的零序电流过流的保护功能，并且具有三次谐波滤除功能。零序电流取自发电机专用零序TA，发电机3I0定子接地保护一般用于具有发电机电压母线且有电缆出线的情况。当发电机3I0大于保护定值时，保护动作跳发电机断路器同时跳灭磁开关，保护动作可以选择作用于报警信号或作用于跳闸。4.1.5负序过电流保护发电机由于负荷不平衡或外部不对程短路而产生的负序电流，将会产生负序旋转磁场，它将会在转子本体等部分感应出倍频电流，此电流在转子中部沿轴向流通，在转子端部附近沿周界方向形成闭合回路。该电流将引起转子过热，在端部、各接触面等电流密度很高的部位造成局部烧伤。如不及时处理就可能严重损坏发电机。因此电力规程要求容量在50MW及以上的或者可能经常出现负序过负荷的发电机上，应装设负序过电流保护。负序电流保护由三种功能构成，定时限负序过负荷保护，定时限负序过流保护和反时限负序过电流保护。1) 定时限负序过负荷保护。当保护计算负序电流大于负序过负荷整定值时，经延时发告警信号。2) 定时限负序过电流保护。当计算负序电流大于负序过流整定值时，经延时保护出口，定时限负序过电流作用于跳母联开关，用于和反时限负序过电流保护配合实现选择性。3) 反时限负序过电流保护原理如下：动作方程：，其中I2为负序电流值，A为发电机过热时间常数，范围通常是150，a为散热系数，范围通常是12。保护的反时限特性曲线由三部分构成：上限短延时、反时限及下限长延时，其特性曲线如下图所示：反时限负序过电流保护判据如下：其中，为负序下限电流定值，为下限长延时，为负序上限电流定值，为上限延时，为热值系数，为散热系数，为负序最小电流值。4.1.6频率异常保护装置设置频率异常保护，通过采集的母线三相电压计算出系统频率，当频率大于或小于频率定值时，保护经延时出口。其中，T1为低频延时，当低频动作，经T1延时，跳发电机断路器和灭磁开关；T2为过频延时，当过频动作，跳发电机断路器和灭磁开关。4.1.7过负荷告警装置设置发电机过负荷保护，过负荷可通过控制字选择动作或告警，其保护跳闸后，相应保护功能闭锁，仅有复归该装置，才能解除闭锁；若保护动作只报警，当故障量恢复到整定值90%以下，保护功能自动复归。保护判据如下：其中，Tn为过负荷延时。4.1.8 TV断线告警装置设置TV断线告警功能，TV断线后，保护输出报警信号。待电压恢复正常后（线电压大于80V）保护返回。TV断线判据为：当发生三相电压和大于18V，并且最大线电压与最小线电压差大于18V时，保护延时5s发告警信号，信号显示并且远传。2 发电机后备保护（IMP-3402）整定说明2.1 复合电压启动过流保护2.1.1 低压的整定对于汽轮发电机，按躲过电动机自启动或发电机失磁而出现非同步运行方式时的最低电压整定。=(0.50.6) ，为发电机机端二次侧的额定电压；对于水轮发电机，由于不允许在失磁情况下运行，因此低电压继电器的动作电压整定为：=0.7 式中：发电机额定线电压。灵敏系数计算为：式中：为后备保护范围末端三相短路时，保护安装处最大残压。2.1.2 负序电压的整定复合电压闭锁中的负序电压元件按躲过正常运行最大不平衡电压整定，经验公式为：=(0.060.09) 灵敏度计算为：式中：为后备保护范围末端两相短路时，保护安装出的最小负序电压值。2.1.3 过电流的整定按发电机额定电流整定，即式中：为可靠系数，取1.21.5；为返回系数，取0.850.95；为二次额定电路。灵敏度计算为：式中：为后备保护范围末端两相短路时，通过本保护的最小短路电流。2.1.4 时间的整定按大于相邻元件保护最大时限的（23）个时间级差t整定，即式中：为相邻元件保护最大动作时限；t为时间级差，一般为0.40.5s。2.2 过负荷保护整定保护装置的动作电流整定为：式中：为可靠系数，取1.05；为返回系数，取0.850.95；为二次额定电流。动作时限：保护延时按躲过后备保护的最大延时整定，应比发电机过电流保护动作时限大（12）t。2.3 过电压保护的整定定子过电压保护的整定值，应根据电机制造厂提供的允许过电压能力或定子绕组的绝缘状况整定。a) 对于200MW 及以上汽轮发电机：式中： 为发电机额定相间电压（二次值）。延时0.5s 动作于解列灭磁。b) 对于水轮发电机： 延时0.5s 动作于解列灭磁。c) 对于采用可控硅励磁的水轮发电机： 延时0.3s 动作于解列灭磁。2.4 定子接地保护的整定发电机中性点接地方式主要有以下三种：不接地（含经单相电压互感器接地）经消弧线圈（欠补偿）接地经配电变压器高阻接地在发电机单相接地故障时，不同的中性点接地方式，将有不同的接地电流和动态过电压以及不同的保护接口方式。2.4.1 基波零序电压型定子接地保护中性点基波零序电压保护应按躲过正常运行时零序电压互感器的最大不平衡电压整定，一般整定为5V10V。 机端基波零序电压保护应校核系统机端接地短路时，通过升压变高低压绕组间的每相耦合电容传递到发电机侧的零序电压。从定值及延时两方面与系统接地保护配合。一般整定为15V30V（二次值）。动作时间整定为1s9s，一般可以取2s。2.4.2 零序电流型定子接地保护此保护取发电机中性点对地电流，必须经3次谐波阻波环节，作为90定子接地的基波零序过电流保护，其动作电流为式中0.05 保护动作死区位于发电机中性点附近5%处；电流互感器比误差系数，=3%；发电机机端电压变化百分数，=10%；机端单相金属性接地电流；电流互感器变比；电流互感器二次额定电流；电流保护继电器动作电流误差,取为5%。保护应经0.5s延时动作于停机。IMP-34034.1.1转子一点接地保护原理转子一点接地切换原理如下示意图所示：以下分析基于：J1和J2不接通。(1) 当S1合，S2分aE = (R+Rs+Rx)I1 U1 = I1Rs已知量E，U1，R，Rs，未知量Rx，I1，a(2) 当S1分，S2合(1-a)E = (R+Rs+Rx)I2 U2 = -I2Rs已知量E，U2，R，Rs，未知量Rx，I2，a联合以上4个方程式，就可以求出4个未知量Rx，I1，I2，a。RxEERs/(EU1-EU2) (Rs+R) a = EU1/(EU1-EU2)注：转子一点接地保护要求励磁回路正常，并且励磁电压满足大于40V时保护启动。4.1.2发电机低励失磁保护原理其中：Ug：发电机电压 Ig：发电机电流 Ued：转子电压1）Ugset的整定母线低压元件用以监视母线电压，按保证电力系统安全运行所允许的最低电压整定，当系统三相电压同时低于设定定值时该元件动作。Ugset可取（0.750.90）Ugn，Ugn为发电机额定相电压。2）阻抗园的整定按静稳态边界阻抗圆进行整定，如下图所示：静稳边界阻抗判据动作特定设计（ZA与ZB分别为圆与JX轴的上下两个交点，全部以绝对值整定）：圆心：，因此圆方程为：静稳边界判据满足后，至少延时11.5s发失磁信号或跳闸以躲开系统振荡。扇形与R轴的夹角取12度是为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路，以及躲开发电机的正常进相运行。L1（正）：，取下限L1（负）：，取下限以上三个不等式同时满足，表示静稳边界阻抗圆判据满足。当异步圆满足时，发电机已经处于异步运行状态，这对于水轮机来说是不允许的。在单一判据产品中一般采用异步阻抗圆判据以防止保护误动，但是在微机保护由于采用了转子和定子端的综合判据，不会轻易误动。也可以采用进入静稳阻抗圆发信号，进入异步阻抗圆跳闸方式。但是在低压等级的水轮机保护中没有这个必要。如果有发电机无法引出转子电压，则采用异步阻抗圆判据。3) 励磁低压的整定按躲开空载运行时的最低励磁电压整定。Ueset整定为（0.20.8）Ufd0，Ufd0为发电机空载励磁电压(V)，一般取0.8Ufd0。4) 灭磁开关位置装置在检测到发电机断路器位置信号为合时，开始检测灭磁开关位置信号，如果灭磁开关为分则立即出口，跳开发电机短路器。注：静稳阻抗园的接线方式为0度接线方式，即Uab,Iab，。4.1.3 发电机逆功率保护原理逆功率保护继电器构成。首先精确测量系统功率大小：如果发现功率为负值，且绝对值小于定值，则延时15S发信号，延时10600S可用于跳闸，此逆功率定值为二次电量计算值。定值整定PsetK（Pset1Pset2）。K：可靠系数，0.50.8；Pset1：水轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般去额定功率的34%；Pset2：发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般去额定功率的11.5%。 3 发电机后备保护（IMP-3403）整定说明3.1 转子一点接地保护汽轮发电机通用技术条件规定：对于空冷及氢冷的汽轮发电机，励磁绕组的冷态绝缘电阻不小于1M，直接水冷却的励磁绕组，其冷态绝缘电阻不小于2k。水轮发电机通用技术条件规定：绕组的绝缘电阻在任何情况下多不低于0.5k；转子一点接地定值：一般整定:1040 k，延时t=5s。3.2 发电机失磁保护的整定3.2.1 静稳园判据按静稳边界整定，静稳边界阻抗扇形圆，如下所示：阻抗继电器取机端三相电压和三相电流，发电机低励失磁故障时静稳极限阻抗圆以阻抗平面为直径，此圆的、象限部分容易在非失磁故障情况下误动，而低励失磁故障的机端异步阻抗轨迹却位于、象限，所以将静稳极限阻抗圆修正为阻抗扇形圆弧OADB，切去阻抗圆的、象限部分，减少失磁保护误动机会。定值整定：阻抗圆：XA=OC= ，XB=OD；倾角：=1015（本装置固定为12）；时间元件:按躲系统振荡周期整定，用户自行整定；负序电压闭锁元件：为了防止外部故障或PT断线保护误动。一般整定为610V。整定算例：电压为15.75 kV、cos=0.85、容量为200MW的汽轮发电机，=198.08%、=25.28%、额定电流为8.625 kV、配置有阻抗圆构成的失磁保护，试计算其失磁保护定值（电流互感器变比为12000/5，电压互感器变比为15.75/01）。阻抗圆整定为0.2428 1.98038.2 时限元件整定：s时，定子判据动作。3.2.2 转子（励磁电压）判据采用转子低电压作为系统故障或系统振荡时的闭锁元件, 其整定值为：式中：为可靠系数，取0.200.50； 为发电机空载额定励磁电压，本装置认为在40V以上的转子电压有效，否则转子判据不满足；动作延时为0.20.5s，本装置固定为0.2s。3.2.3 系统低电压判据一般取系统侧母线电压，本判据主要用于防止由发电机失磁故障引发的无功储备不足的系统电压崩溃，其三相同时低电压动作判据：式中： 为可靠系数，取0.850.90；为高压侧系统最低正常运行电压。本判据也可以取发电机机端电压，一般按（0.850.90）Uef 整定。3.3 发电机逆功率保护整定逆功率保护继电器构成。首先精确测量系统功率大小：如果发现功率为负值，且绝对值小于定值，则延时15S发信号，延时10600S可用于跳闸。定值整定 ： 可靠系数，0.50.8；：水轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般去额定功率的34%；：发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般去额定功率的11.5%。三. 变压器保护原理判据及整定1. 变压器差动保护原理及整定4.1基本保护功能原理4.1.1 二段式比率制动差动保护装置设置二段式比率制动差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障以及匝间短路等故障，并能正确区分励磁涌流、过励磁故障。其动作特性图如下：图中阴影部分要经过励磁涌流判别才出口。原理方程如下： 式中：为差动电流，为差动动作最小值，为制动电流，为制动电流最小值，为二段式比率制动系数。差动电流的计算方法：制动电流的计算方法： 式中：为变压器两侧单相电压（取额定电压），为变压器两侧TA变比（若TA为300/5，则变比为300/5=60），为变压器两侧二次电流矢量补偿值。4.1.2二次谐波闭锁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二次谐波分量，而在变压器内部故障电流中，二次谐波的比例很小，因此，可以利用二次谐波制动原理来防止因变压器励磁涌流而导致的差动误动作。二次谐波闭锁可通过控制字选择投入或者退出。判断方程如下：式中：为A、B、C三相差动电流中最大二次谐波电流，为二次谐波制动系数，为三相差动电流中最大基波电流。4.1.3 TA断线闭锁当TA断线时，可能引起差动保护的误动作，故可通过TA断线识别来闭锁差动保护。当三相电流大于等于0.3A时，启动TA断线判别程序，当同时满足以下条件时，认为TA断线：1） 三相电流中至少一相电流不变（变化范围小于0.2A）2） 最大相电流小于1.2倍额定电流（线路正常）3） 三相电流中一相或两相无电流。保护判据如下：4.1.4 相位补偿电力系统中变压器最常见的接线方式为Y,D-11方式，即高压侧为星形接法，低压侧为三角形接法，并且电流互感器普遍采用Y-Y接法，这样就造成Y侧电流滞后侧电流300，因此对于Y侧电流，在装置内部要进行相位补偿。如下图所示为高、低压侧电压矢量图，其中AB为高压侧Iab的电流矢量，ab为低压侧Iab的电流矢量，本装置是以高压侧电流向量为基准，将高压侧的相位逆时针旋转30度。计算方法如下：其中, 、为补偿后的电流值, 、为补偿前的电流值。4.1.5 差流速断保护装置设置差流速断保护，在装置检测到任一相差流大于差流速断整定值时，立即保护动作出口，动作于高、低断路器跳闸，并且发出速断跳闸信号。4.1.6 差流越限告警装置设置差流越限告警功能，在装置检测到任一相差流大于差流越限告警整定值时，差流越限告警，并发出差流越限告警信号。4 变压器主保护（IMP-3201）整定说明在进行变压器差动保护的整定之前需要根据实际情况对变压器两侧TA二次侧电流的相位调整，可以选择投入“相位补偿”；并且需要通过设置高低压相压和设置高低压侧TA变比来消除高、低压侧不同额定电流产生的不平衡差流。4.1 差流速断的整定其动作电流应按躲过系统励磁涌流来整定；即：；在系统中并不好确定，因此，可靠系数取1.151.3。为励磁涌流倍数，与变压器额定容量和系统等值电抗的大小有关，推荐值为：6300KVA及以下，=712；630031500KVA，=57；40000120000KVA，=36；120000KVA以上，=25；变压器容量越大，系统等值电抗越大，值相应取较小值，并且要求其保护灵敏度大于1.2。4.2 二段式比率制动差动的整定4.2.1 启动电流的整定按躲过变压器最大负荷下的不平衡电流整定。式中：可靠系数，可取1.31.5；变压器分接头调节引起的误差，取调压范围中偏移额定值之最大值（百分比）；TA和TAA未完全匹配引起的误差，一般约为0.05； 电流互感器在额定电流下的比值误差，10P型可以取0.03，5P型可以取0.01。例如：取=1.5, 并且假定为0.1(如果额定是110kV，实际运行为121kV，那么其就应该取0.1)，则有=0.315。一般情况下取：取（0.20.5），并应实测最大负载时系统的最大不平衡差电流，典型的不应低于0.3。4.2.2 制动电流的整定一般整定为（0.81.5），在没有特殊要求情况下应取较小值,典型值可以取1.0。4.2.3 比率制动系数的整定装置的比率制动系数应按躲过外部故障时的最大误差整定，即差动保护动作的电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。由于变压器的种类不同其计算方式也不同，下面以两圈变为例给出计算方法：其中：为非周期分量系数，两侧同为TP级电流互感器取1.0，两侧同为P级电流互感器取1.52.0；为电流互感器的同型系数，取1.0；即为上式的为互感器的比误差，此时取0.1；其他含义同上；，为可靠系数，一般取1.31.5；因此有：，为最大制动电流（二次值），应根据各侧短路时不同制动电流确定；在工程上比率制动系数一般取0.30.5，在没有特殊要求情况下应取较小值。灵敏度的计算方式：应按最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上两相金属性短路计算，要求灵敏系数大于等于2。由上式计算出来的比率制动系数实际上是通过以最小制动电流为横坐标，以最小动作电流为纵坐标的一条斜线的斜率，反相延长此斜线，如果此斜线通过坐标原点，则表明这种整定数据是最为合理的。4.3 二次谐波闭锁系数的整定一般整定为0.150.2，在没有特殊要求情况下应取较小值。2变压器后备保护原理及整定含复合电压启动过流, 过负荷,接地保护.基本保护功能原理4.1.1 限时电流速断保护装置设置限时电流速断保护，主要用于降压变压器，作为防御外部相间短路引起的变压器过流和变压器内部相间短路的后备保护，也可以作为小容量变压器主保护。动作逻辑如下：当任何一相电流值大于限时电流速断定值时，经延时T1跳继电器1、经延时T2跳继电器2、经延时T3跳继电器3，经延时T4跳继电器4。注意：T1T4可以由用户灵活设定，若时间整定为0时，此保护为电流速断保护，作为小容量变压器的主保护功能。装置默认为两个出口继电器，跳闸1作用于跳断路器，跳闸2作用于跳发电机断路器，在特殊情况下可以增设两个出口继电器。4.1.2复合电压启动过电流保护装置设置复合电压启动过电流保护，保护功能设置由低电压或负序电压启动，同时设置方向和TV断线闭锁；低电压启动、方向闭锁和TV断线闭锁都可以实现单独投/退，方向闭锁可以实现正方向或反方向闭锁。保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能，当且仅当装置复归或电流由故障量恢复到整定值的80%以下，装置解除闭锁，保护判据如下：T1T4可以由用户灵活设定，装置默认为两个出口继电器，跳闸1作用于跳断路器，跳闸2作用于跳发电机断路器，在特殊情况下可以增设两个出口继电器。为保证在各种相间短路故障时，方向元件能可靠而灵敏动作，微机保护的方向元件的“接线方式”采用900接线方式。继电器电流Ij电压UjJAIaUbcJBIbUcaJCIcUab以继电器JA的电流Ij和电压Uj方向示例如下：正向动作区为：-9030，电流滞后电压角度为正。为防止变压器倒送电情况下的相间或接地短路引起的过电流故障，装置设置倒送电过电流保护，可以通过控制字设置其投退；在倒送电情况下，装置通过G1位置信号和G2位置信号两个开入量信号来判断是否为倒送电情况，即在G1位置和G2位置同时为“分”时保护认为在倒送电情况，此时保护自动判别为功率反方向，当倒送电电流超过定值时，倒送电过电流保护经T1延时保护动作1动作，经T2延时保护动作2动作，其对应的出口为复合过电流保护出口跳闸1和跳闸2，分别作用于跳短路器和跳发电机断路器。保护判据如下：4.1.3二段式零序方向过电流保护装置设置零序方向过流保护，作为变压器或相邻元件接地故障的后备保护，零序电流可以选择是由外部引入还是装置自产，并且可以选择投入或退出方向，可以选择是正方向还是方方向。零序方向过流保护设置为二段。保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能。当且仅当装置复归或电流由故障量恢复到整定值的80%以下时，解除闭锁。保护判据如下：零序方向元件原理与设置如下：中性点直接接地电网正、反单相接地故障时与间的相位关系如图所示：为系统各元件零序阻抗角，一般，故：正向零序检测元件动作方程为：；反向零序检测元件动作方程为：；例如：取（该值可由用户整定输入实际系统零序阻抗角），则正、反方向动作范围分别为：，零序方向元件只有在时才投入工作。保护跳闸1作用于跳断路器、跳发电机断路器，跳闸2默认情况下没有出口，在需要跳母联开关的情况下，可以整定T2延时，T2时间可以小于T1时间，用于先跳开母联开关，此功能通过出口软矩阵来设置实现。4.1.4零序过压保护装置设置零序过压保护，零序电压保护逻辑为：当零序电压大于零序电压定值时，经过时间Tgy，跳断路器和发电机断路器，保护动作信号显示并远传。4.1.5间隙零序过流保护装置设置间隙过电流保护，适合用于中性点装设放点间隙的变压器。间隙电流取自放电间隙处电流互感器。保护判据如下：跳闸1作用于跳断路器和发电机断路器，跳闸2默认情况下没有出口，在需要跳母联开关的情况下，可以整定T2延时，T2时间可以小于T1时间，用于先跳开母联开关，此功能通过出口软矩阵来设置实现。4.1.6零序电流电压保护装置设置零序电流电压保护，适用于主变中性点未装设间隙，而一台主变接地运行，另一台主变不接地运行的情况。在这种运行情况下，若发生接地故障，保护跳开不接地运行变压器。接地变压器通过中性点零序有流判据给出零序有流信号，不接地变压器收到零序有流联跳信号，同时判明本变压器无零序电流，且有零序电压，则经延时T1跳闸1动作，经延时T2跳闸2动作。保护判据如下：跳闸1作用于跳断路器和发电机断路器，跳闸2默认情况下没有出口，在需要跳母联开关的情况下，可以整定T2延时，T2时间可以小于T1时间，用于先跳开母联开关，此功能通过出口软矩阵来设置实现。4.1.7过负荷告警装置设置过负荷保护，过负荷可选择动作或告警，保护跳闸后，相应保护功能闭锁，仅有复归该装置，才能解除闭锁；若保护动作只报警，当故障量恢复到整定值90%以下，保护功能自动复归。保护判据如下：4.1.8 TV断线告警装置设置TV断线告警，TV断线后，装置产生告警，信号显示并远传。待电压恢复正常（线电压大于80V）后，保护返回，保护判据如下：当发生三相电压和大于18V，并且最大线电压与最小线电压差大于18V时；任一相电流大于0.5A，三相电压同时小于8V时，保护延时5s发告警信号，信号显示并且远传。4.1.9控制回路异常告警装置设置控制回路异常告警，装置采集断路器的跳位TWX和合位HWX的位置信号，当控制回路断线或控制回路电源消失时，装置经过3s的延时报控制回路异常告警信号。控制回路异常告警判据如下：4.1.10非电量保护装置提供5个非电量保护，当对应的非电量保护投入，同时对应的开入量为合时，经过固定的小延时，非电量保护动作，非电量保护可以灵活选择是告警还是作用于跳闸。4.4 复合电压过流保护的整定4.4.1 动作电流的整定过电流保护主要用于降压变压器，作为防御外部相间短路引起的变压器过电流和变压器内部相间短路的后备保护。动作电流的整定按变压器二次侧的额定电流整定，不必考虑电动机自启动和并列变压器跳闸引起的最大负荷电流：其中：为变压器额定电流反应到二次侧的电流值，为可靠系数，取1.21.3； 为返回系数，取0.850.95，静态继电器取较大值。当降压变压器低压侧接有大量异步电动机时，应考虑电动机的自启动电流，即：为正常运行时的最大负荷电流；为电动机自起动系数，其值与负荷性质及电源间的电气距离有关，一般取1.52.0。4.4.2 动作电压的整定对升压变压器或容量较大的降压变压器，按正常运行时可能出现的最低电压整定：其中：为系统正常运行过程中出现的最低电压，0.9(为额定相压或额定线压)；为可靠系数，取1.11.2； 为返回系数，取1.051.25，静态继电器取较小值。当降压变压器低压侧接有大量异步电动机时，应按电动机自起动时的电压整定：当低电压继电器由变压器低压侧互感器供电时：=(0.50.6) 当低电压继电器由变压器高压侧互感器供电时：=0.74.4.3 负序电压的整定应按躲过系统正常运行时出现的最大不平衡电压整定，不平衡电压可以通过实测确定；当不能实测最大不平衡电压时，一般采用：=（0.060.08） 4.5 零序过流保护的整定这里分析中性点直接接地的普通变压器的零序过电流保护，其设置为2段式零序过流保护。段零序过电流动作值应与相邻线路的零序电流保护段或段相配合：其中：为零序过电流保护段动作值；为分支系数，其值等于出线零序过电流保护段保护区末端发生接地短路时流过本保护的零序电流与流过线路的零序电流的比值；为可靠系数，取1.2；为线路零序过电流保护段或段的动作电流。段零序过电流动作值应与相邻线路的零序电流的后备保护相配合：其中：为零序过电流保护段动作值；为分支系数，其值等于出线零序过电流后备保护区末端发生接地短路时流过本保护的零序电流与流过线路的零序电流的比值；为可靠系数，取1.2；为线路零序过电流后备保护的动作电流。动作延时，应与线路的零序电流保护的动作时限相配合。4.6 零序过压保护的整定对于中性点不直接接地运行的变压器的单相接地保护还应增设零序过电压保护，其一次系统动作电压一般整定为150180V，保护动作后带0.30.5s延时跳变压器各侧断路器。当变压器中性点绝缘水平低于半绝缘水平时，其中性点一般应直接接地运行。4.7 间隙过流保护的整定110kV变压器中性点放电间隙零序电流保护的一次电流定值一般可整定为40100A，保护动作后带0.30.5s延时跳变压器各侧断路器。4.8 过负荷保护的整定可按界于变压器过流保护的动作值与返回值之间来整定：其中：为变压器额定电流反应到二次侧的电流值，为可靠系数，取1.05； 为返回系数，取0.850.95，静态继电器取较大值；过负荷时间整定为：35s。4.9 变压器后备保护与系统配合整定的一般原则1) 变压器零序电流保护中，应有对指定侧母线接地故障灵敏系数不小于1.5的保护段；2) 单侧中性点直接接地变压器的零序电流I段定值一般与线路零序电流I段或II段配合，经延时1动作跳母联断路器，经延时2，则可跳本侧断路器；3) 零序电流II段定值应与线路零序电流保护最末一段配合，动作后跳变压器各侧断路器，动作后以较短时间T1跳本侧断路器（或母联断路器），以较长时间T2跳变压器各侧断路器；4) 高压侧零序电流II段定值应与本侧线路零序电流保护最后一段配合，也应与中压侧零序电流II段配合，中压侧零序电流II段定值应与本侧线路零序电流保护最末一段配合，同时还应与高压侧的零序电流I段或线路零序电流保护酌情配合。零序电流II段动作后，跳变压器各侧断路器，动作后以较短时间T1跳本侧断路器（或母联断路器），以较长时间T2跳变压器各侧断路器；5) 对高压侧采用备用电源自动投入方式的变电所，变压器放电间隙的零序电流保护可以0.2s跳高压侧电源线，以0.7s跳变压器；6) 单侧电源两个电压等级的变压器电源侧的过电流保护作为保护变压器安全的最后一级跳闸保护，同时兼作无电源侧母线和出线故障的后备保护；7) 过电流保护的电流定值按躲过额定负荷电流整定，时间定值与无电源侧出线保护最长动作时间配合，动作后，跳两侧断路器；在变压器并列运行时，如无电源未配置过电流保，也可先跳无电源侧母联断路器，再跳两侧断路器；8) 如无电源侧配置过电流保护，则过电流保护的电流定值按躲额定负荷电流整定，时间定值不应大于电源侧过电流保护的动作时间，同时还应与出线保护最长动作时间配合动作后，跳本侧断路器；在变压器并列运行时，也可先跳本侧母联断路器，再跳本侧断路器；9) 单侧电源三个电压等级的变压器电源侧的过电流保护作为保护变压器安全的最后一级跳闸保护，同时兼作无电源侧母线和出线故障的后备保护；10) 变压器过流保护的配置，配置说明如下：a） 对只在电源侧和主负荷侧装有过电流保护和变压器，电源侧过流保护的定应与主负荷侧的过电流保护定值配合整定，同时，时间定值还应与未装保护侧的出线保护最长动作时间配合，动作后，跳三侧断路器，可先跳未装保护侧的断路器，后跳三侧断路器；b） 主负荷的过电流以保护的电流定按躲额定负荷电流以整定，时间 定值应与本侧出线最长动作时间配合，动作后，跳三侧断路器，可先跳未装保护侧的断路器，再跳三侧断路器；c） 三侧均装有过电流保护的变压器，电源侧过流保护的定值应与两个无电源侧过电流保护定值配合，动作后，跳三侧断路器；d） 无电源侧的过电流保护定值按本条a款主负荷侧过的过电流保护整定方法整定；e） 多侧电源变压器主电源侧的方向过电源保护宜指向变压器，其他电源侧方向过电流保护的方向可根据选择性的需要确定，其定值按下述原则整定：a 指向变压器的方向过电流保护，可作为变压器、指定侧母线和出线故障的后备保护。其时间定值可与其他电源侧指向本侧母线的方向过电流保护和电源侧的过电流保护动作时间配合整定（在其他侧无上述保护时，时间定值应与该侧出线后备保护动作时间配合整定），动作后除跳本侧断路器外，根据需要，还可先跳指定侧的母联或总路断路器；b 该方向过电流保护一般应对中（高）压侧母线故障有1.5的灵敏系数；c 指向本侧母线的过电流保护主要保护本侧母线，同时兼作出线故障的后备保护，其电流定值按躲本侧额定负荷电流整定，时间定值应与出线后备保护动作后时间配合整定，动作后，跳本侧断路器；在变压器并列运行时，也可先跳本侧母联断路器，再跳本侧断路器；f） 多侧电源变压器主电源侧的过电流保护作为保护变压器安全的最合一级跳闸保护，同时兼作其他侧母线和出线故障的后备保护，电流定值按躲本侧负荷电流整定，动作时间应大于各侧出线保护最长动作时间，动作后跳变压器各侧断路器。保护的动作时间和灵敏系数可不作为一级保护参与选择配合；11) 小电源侧或无电源侧的过电流保护主要保护本侧母线，同兼作本侧出线故障的后备保护。电流定值按躲本侧负荷电流整定，时间定值应与出线保护最长时间配合，动作后，跳本侧断路器，可先跳本侧断路器，再跳三侧断路器；在变压器并列运行时，还可先跳本侧母联断路器，再跳本侧断路器，后跳三侧断路器。四.10KV及35KV线路保护原理及整定 1.三段式电流电压保护,含定时限过电流保护,瞬时电流速断保护,限时电流速断保护 2.方向元件原理 .基本保护功能原理4.1.1 三段式电流保护原理装置设置三段式电流保护，带电压、方向闭锁。每段保护的电压元件及方向元件均可单独投/退，并且可以实现三段保护功能的分别投/退。三段式电流电压方向保护可选择投入突变量启动元件。段、段电流保护可以设置保护动作延时，段保护为速断保护，动作无延时。保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能，当装置复归或由故障量恢复到整定值的80%以下时装置解除闭锁。1）三段式电流保护判据如下：其中，Tn表示过流时限，段无时限，段、段可以自定义时限。Tjs表示后加速时限，当为段过流时，Tjs无时限，、段采用统一时限。当重合闸动作，合闸位置信号HWX吸合后，在3s时限内的后加速允许动作。2）三段式电流（电压、方向）保护可以选择投入突变量启动元件。突变量启动元件判据如下：其中，为突变量启动元件的整定值，当相电流突变量连续三次大于整定值时，启动元件动作。3）当合闸位置信号HWX吸合后，在3s时限内后加速允许动作，经加速延时（段过流没有加速延时）后，装置后加速保护动作，后加速动作信号显示并远传。4）为保证在各种相间短路故障时，方向元件能可靠而灵敏动作，微机保护的方向元件的“接线方式”采用900接线方式，如下表所示(表中均为相量)。继电器电流Ij电压UjJAIaUbcJBIbUcaJCIcUab以继电器JA的电流Ij和电压Uj方向示例如下：正向动作区为：-9030，电流滞后电压角度为正。4.1.2单相接地保护原理装置设置单相接地保护功能。当线路发生单相接地时，单相接地保护元件动作。保护带有方向和电压闭锁，可以选择投入或退出。保护元件可以根据现场要求选择跳闸或报警功能。保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能，当且仅当装置复归或电流由故障量恢复到整定值的80%以下时解除闭锁，零序电流采集可选择通过外部接入或装置自产。在中性点经消弧线圈接地系统中，一般采用投入5次谐波作为零序过流判据，同时，方向闭锁采用了5次电流与5次电压的相位差，保护判据如下：在中性点不接地系统中，也可以采用零序电流基波作为零序过流的主判据，同时，方向闭锁采用了零序电流与零序电压基波的相位差。保护判据如下：其中，Tn为单相接地保护动作延时，可以由用户自行整定，装置默认为1s。4.1.3 过负荷告警原理装置设置过负荷告警功能，过负荷保护动作于报警，当故障量恢复到整定值90%以下，保护功能自动复归。过负荷保护动作判据如下：其中，Tn为过负荷延时