继电保护定值计算39页

1、华北电力大学（北京）电气与电子工程学院North China Electric Power University继电保护定值计算 一、变压器主保护整定计算方法 变压器的主保护是差动保护及重瓦斯保护，各侧配置有后备保护。 变压器的纵差动保护需要躲过流过差动回路的不平衡电流Iunb。产生不平衡电流Iunb的原因有多种：变压器及变压器两侧的电流互感器的变比各有其标准，三者 的关系很难完全满足nTA2/nTA1=nT。因此计算变比与实际变比不一致将产生不平衡电流。电力系统中经常利用改变变压器分接头的位置来保持系统的运行电压。改变分接头位置即改变了变压器变比nT。由电流互感器传变误差，即两个电流互感器励

2、磁电流之差引起的不平衡电流。 变压器保护整定计算 变压器励磁电流产生的不平衡电流。至于变压器励磁涌流，由于其数值很大，一般通过其他方法来防止误动。 针对各种不平衡电流产生的原因，可以采取相应措施减小区外故障时纵差动保护的不平衡电流。(1)比率制动差动元件整定 目前，在变压器纵差保护装置中，为提高内部故障时的动作灵敏度及可靠躲过外部故障的不平衡电流，均采用具有比率制动特性曲线的差动元件。 不同型号的纵差保护装置，其差动元件的动作特性不相同。差动元件的比率制动特性曲线有一段折线式，两端折线及三段折线式。在国内，广泛采用的变压器纵差保护多采用两段折线式比率制动特性的差动元件。其特性如图所示：启动电流

3、：整定原则是可靠躲过正常运行时由于TA变比等误差产生的最大不平衡电流和TA断线所产生的最大不平衡电流。 最大不平衡电流主要考虑正常运行时电流互感器比误差、调压、各侧电流互感器型号不一致、变压器励磁电流产生的不平衡电流。启动电流IDZo可按下式计算 IDZo=KH(K1+K2+K3+K4)Ie 式中 Ie变压器额定电流（二次值）；当计算得到的差电流IDZ和制动电流IZD所对应的工作点位于两折线的上方时，差动元件动作。KH 可靠系数，取1.52；K1电流互感器TA的比误差。对于10P型TA，取0.03*2 ；对于5P型TA，取0.01*2；K2 变压器改变分接头或带负荷调压造成的误差；K3 其他误

4、差（由变压器励磁电流等引起 ），取0.05;K4 通道变换及调试误差，取0.05*2=0.1 通常取 IDZo = (0.40.5)Ie 拐点电流：对折线型的比率制动差动元件，拐点电流按高压侧的额定电流0.81倍考虑，变斜率等特性不需要考虑。 比率制动系数：以折线型比率制动差动保护为例，按躲过变压器出口三相短路时产生的最大不平衡差流。变压器出口区外故障时最大不平衡电流为Iunbmax=(K1+K2+K3+K4+K5)Ikmax 式中K2K4同(1)式，而K10.4，K5为表征两侧TA暂态特性不一致造成的不平衡电流系数，取0.1；Ikmax为出口三相短路时最大短路电流(TA二次值）。代入得：Iu

5、nbmax=0.4Ikmax忽略拐点电流不计，计算得曲线斜率K约0.4，比率制动系数Kz=(1.11.3)K=0.480.52(2)励磁涌流制动元件整定 从变压器的等值电路可以看出，变压器的励磁电流如同在变压器内部发生短路一样是从变压器纵联差动保护范围内部往外流出的电流，因此励磁电流将成为差电流。而励磁涌流是在空投变压器和变压器区外短路切除这两种特殊情况下的励磁电流，所以此时的励磁涌流也将成为差电流。由于励磁涌流的幅值很大，不采取措施将造成保护误动。 对微型机变压器差动保护广泛采用二次谐波制动元件。 二次谐波制动比是表征单位二次谐波电流制动作用大小的。二次谐波制动比越大，保护的谐波制动作用越弱

6、。通常整定为15%20%。具体整定时根据变压器的容量、主接线及系统负荷情况而定。对于大容量的发电机变压器组，在发电机与变压器之 间没有断路器时，由于变压器的容量大且空投的可能性较小，二次谐波制动比可取较大值。如18%20%。对于容量较大的变压器，由于空充电时的励磁涌流倍数较小，二次谐波制动比可取16%18%。对于容量较小且空投次数可能较多的变压器，二次谐 波制动比应取较小值。即取15%16%。对处于冶炼及电气机车负荷所占比重大的系统而自身 容量小的变压器，在其他容量较大变压器空充电时，穿越性励磁涌流可能使其差动保护误动,取14%15%(3)差动速断元件整定由于变压器差动保护中涌流判别元件，因此

7、其受电流波形畸变及电流中谐波的影响较大。整定值按躲过变压器励磁涌流来确定，通常IDZ=KIe式中IDZ为差动速断元件动作电流，K为正值系数，一般取48，Ie为变压器额定电流。(4)分侧差动元件整定 分侧差动保护是将变压器的Y侧绕组作为被保护对象，在每相Y侧绕组的两侧（自耦变压器用三端）均设置电流互感器而实现分相的分侧差动保护。由于其差动各侧在同一电压等级，所以不存在励磁电流、调压、过励磁等问题，TA误差的影响也小得多，整定计算所考虑的不平衡电流小得多。启动电流整定IDZ0: IDZ0=KH(K1+K2)Ie计算时IDZ0取0.240.32倍的Ie。比率制动系数KZ：差动元件中产生的最大不平衡电

8、流为Idmax=(K1+K2+K3)Ikmax式中：K1为两侧差TA的误差，取0.1；K2通道传输及调整误差，取0.1，同变比，同型号TA取0.05，故 Idmax=(0.250.3) Ikmax在差动元件动作特性平面上，通过最大不平衡电流点曲线斜率为 K=K1+K2+K3则比率制动系数 Kz=KHK式中KH为 可靠系数，取1.21.3，则Kz=0.30.39，可取0.4拐点电流Izd0：在外部故障切除后暂态过程中，差动元件被可靠制动。通常Izd0=(0.50.7)Ie(5)零序差动元件整定 使用Y侧绕组两端（自耦变压器用三端）的零序电流构成的差动保护就是零序比率纵差动保护。零序差动保护的优点

9、同分侧差动，其整定计算方法类似。对不带制动的零序差动元件应考虑躲过外部接地故障和三相短路及励磁涌流所产生的不平衡电流；带制动的零序差动元件整定方法同前。 对零差保护的整定计算，对动作特性为一段折线式零差元件，是要确定比率制动系数Kz及启动电流I0DZ0;而对于无制动特性的零差元件，是确定其动作电流I0p0。动作特性为I段折线式的零差元件最小零序动作电流I0DZ0的整定：按躲过正常工况下零差回路的不平衡电流整定。I0DZ0=KH(K01+K02)Ie式中：KH为可靠系数，取1.52，故I0DZ0=(0.2250.3) Ie可取0.3Ie。比率制动系数：整定原则是使零差保护可靠地躲过区外接地故障时

10、的零序不平衡电流。区外接地故障时最大不平衡电流为I0dmax=(K01+K02+K03)3I0kmax 式中：3I0kmax为区外故障时最大不平衡电流，K01为区外故障时两侧TA暂态特性不一致产生的误差，取0.1，K02为区外故障时TA的10%误差，即0.1，K03为通道转换及调整误差，取0.1。故I0dmax=(0.3)3I0kmax比率制动系数 KH 为可靠系数，取1.31.5，K0z=(0.390.45)，可实取0.40.5 。 无制动特性的零差保护动作电流的整定按躲过区外故障或励磁涌流产生的不平衡电流来整定。 I0DZ=KH(K01+K02+K03)3Iokmax式中：KH为可靠系数，

11、取1.5；K01,K02,K03意义同前式， 3Iokmax为区外接地故障时最大零序电流。将各值代入计算得， I0DZ=0.375Iokmax，实取0.4Iokmax (6)过励磁闭锁元件对过励磁闭锁元件的整定，即确定5次谐波制动比K5wz的值。 K5wz=0.3二、变压器后备保护整定计算 大、中型变压器短路故障后备保护主要分为相间短路故障的后备保护和接地故障的后备保护。前者可采用复压过电流保护、负序方向电流保护、低阻抗保护的等，后者一般采用零序方向电流保护。 变压器后备保护的配置一般在各侧分别配置，构成所谓的高后备、中后备、低后备。各侧后备保护的作用有所 区别，对系统的降压变和联络变而言，主

12、电源侧的高后备主要作为变压器内部故障的后备保护及其中、低压侧母线故障的后备保护。中、低压侧的后备保护则主要作为各侧引出线、各侧母线及各侧相邻线路的后备保护。(1)相间短路故障后备 高压侧可采用一段带方向、一段不带方向的过电流保护，中、低压侧段（带方向）作为各侧引出线及母线故障的后备，不带方向的相间后备作为相邻线路的远后备。1.复压闭锁（方向）过电流保护 复压闭锁方向过电流保护主要由复压闭锁元件、过电流元件及方向元件构成，同时微型机变压器的后备保护往往采用多段式以改善后备保护配合性能，各段的整定方法有所不同。过流元件整定1）中、低压段过流元件整定整定原则：与母线上所有线路速断保护或限时速断保护配

13、合 进行整定，同时应确保其能躲过最大负荷电流。灵敏度校验要求：考虑在系统最小运行方式下中低压侧母线上发生两相金属性短路时流过保护的最小短路电流，一般考虑1.5。2）最末一段过电流元件整定 各侧的过电流元件均应按照可靠躲过实际运行中变压器可能流过的最大负荷电流整定，应考虑如并列运行的多台变压器转负荷、电动机自启动、备自投等情况。过电流元件的整定公式：式中：Kk为可靠系数，取1.21.3；Kf为返回系数，电磁型取0.85，微机型取0.95；IFH.max为最大负荷电流。复合电压闭锁的过电流保护，只考虑本变压器的额定电流，无复合电压闭锁的过电流保护，最大负荷电流应适当考虑电动机的自起动系数。灵敏度要

14、求：对电源侧，一般要求对无电源侧母线的灵敏度为1.5。中、低压侧的过电流元件作为母线及相邻线路的远后备，应在系统最小运行方式下校验对母线和相邻线路的后备灵敏度情况。复压元件整定 复压元件包括低电压和负序电压元件采用或的方式构成，其原则是按照短路故障时有足够的灵敏度整定。 低电压元件应当能躲过电动机启动电压及最低运行电压，公式如下：躲过电动机负荷自起动时的低电压：电压取自变压器低压侧电压互感器时 U1.ZD=(0.50.7)UN电压取自变压器高压侧电压互感器时 U1.ZD=(0.70.8)UN负序电压应按躲过正常运行时的不平衡电压整定U2.ZD=(0.040.08)UN式中： U1.ZD为正序低

15、电压定值； U2.ZD为负序低电压定值；Umin为正常运行时可能出现的低电压，一般取Umin=(0.90.95)UN；UN为额定电压；Kk为可靠系数，取1.11.2；Kf为返回系数，电磁型取1.151.2，微机型取1.05。方向元件整定1）方向元件配置 各段段带方向，以简化整定配合；段均不带方向，以避免因方向元件导致失去最末一段保护。低压侧无电源时各段均不带方向。2）方向元件指向整定整定原则：应有利于加速跳开小电源或无电源的断路器，避免小系统影响主系统或两个较强系统相互影响。 降压变压器（包括中、低压侧有小电源的变压器）的高压侧相间的方向指向变压器，中压侧方向指向该侧母线。 系统联络变压器的高

16、、中压侧方向均可指向变压器，也可指向本侧母线，由系统需要决定，一般采用前者。动作时限整定1）段动作时间动作时间：与出线保护速动段配合，动作时间按照上下级配合关系进行，一般最长时间以不超过0.6s为宜。动作逻辑： 段动作后，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。2）段动作时间动作时间：与出线保护最长动作时间配合，对主电源侧还应与中低压过流保护配合。动作逻辑：最末一段动作，跳三侧断路器。2.阻抗保护整定 低阻抗保护通常用于330kV及以上大型升压变压器、联络变压器及降压变压器，作为变压器引线、母线、相邻线路相间故障后备保护。配置如下：高压侧低阻抗后备保护 配置带

17、偏移特性的相间阻抗保护。指向变压器的阻抗不伸出中压侧母线，作为变压器部分绕组相间故障的后备保护，指向母线的阻抗仅作为本侧母线相间故障的后备保护。设置一段两时限，第一时限跳开本侧断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器。中压侧低阻抗后备保护 配置带偏移特性的相间阻抗保护，指向变压器的阻抗不伸出高压侧母线，作为变压器部分绕组相间故障的后备保护，指向母线的阻抗仅作为本侧母线相间故障的后备保护。设置一段三时限，第一时限跳开本侧分段和母联，第二时限跳开本侧断路器，第三时限跳开变压器各侧断路器。 同时高、中各侧还配置了过流保护，延时跳开各侧，做为总后备。 3.负序电流保护整定 负序电流保护的优点是对相间短路灵

18、敏度较高，缺点是无法对三相短路起作用，因此还需配置相过电流保护。负序电流保护一般配置在大容量的升压变压器中。 (2)接地故障后备保护零序方向电流保护 在中性点直接接地的电网中，如变压器中性点直接接地运行，对单相接地引起的变压器过电流，应装设零序过电流保护，保护可由两段组成，其动作电流与相关线路零序过电流保护相配合。1.零序过流元件整定零序过流段 段零序过电流元件的动作电流应与相邻线路零序过电流保护第段或第段或快速主保护相配合。公式如下：IDZ1=KrelKbrolIDZ1L式中：IDZ1为零序电流段的动作电流；Kbrol为段零序分支系数；Krel为可靠系数，取1.1；IDZ1L为相邻线路零序电

19、流段的动作电流。 零序过流段 段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护的后备段相配合，计算公式同零序过流段，仅需将IDZ1L改为相邻线路零序配合段的动作电流值即可。 灵敏度要求：对母线接地故障应有不小于1.5的灵敏系数。2.零序方向元件整定 对于高中压侧均直接接地的三绕组普通变压器，高中压侧段应带方向，方向可指向本侧母线。零序过流段不应带方向，作为总后备。3.动作时限整定 零序段动作时间：与本侧零序或配合段动作时间按上下级配合关系进行。动作逻辑：可以较短时间跳母联或分段，以较长时间跳本侧。零序段动作时间：与与之配合的线路零序电流保护按照上下级配合关系进行。动作逻辑：延时跳各侧。三

20、、变压器其他相关保护整定(1)中性点间隙保护 全绝缘变压器应装设零序过电流保护，满足变压器中性点直接接地运行的要求。并增设零序过电压保护，当电网失去中性点时，断开变压器各侧断路器。分级绝缘变压器为防止变压器中性点不接地运行时可能过电压，在中性点设置放电间隙。另外也需装设零序过电压保护。(2)变压器过励磁保护过励磁保护一般配置在330kv及以上的大型变压器中，其配置一般包括一段定时限，用于信号报警，一段反时限特性用于跳闸。 定时限过励磁元件：定时限过励磁倍数的整定值，应按躲过正常运行时变压器铁芯中出现的最大工作磁密整定。一般取为1.52倍。动作延时取69s。 反时限过励磁元件：发电机或变压器的反

21、时限动作特性如图示曲线1为变压器的允许过励磁特性曲线；曲线2为反时限过励磁保护动作特性曲线。四、变压器保护的注意事项 合理的安排变压器运行方式以改变变压器保护效果注意变压器的过电流保护与变压器的热稳定问题注意中性点加小电抗后对变压器保护的影响五、变压器保护整定计算算例 例1.图1所示为变压器保护整定计算算例接线图，变压器的中压侧有小电源，10kv侧无出线，仅运行了一台主变压器，试对该主变压器的保护进行整定。见下图所示：图1。图1 变压器保护接线图（一）设备参数情况1.容量Sn=120000MVA，短路阻抗13.785%/23.16%/7.58%,对应的阻抗标幺值为：U1*=0.1223，U2*

22、=-0.0075，U3*=0.0707高压侧TA：600/5；中压侧TA：1200/5；低压侧TA：6000/5。2.系统电源220kv系统侧等值阻抗为：正序大方式0.016，小方式 0.027；零序大方式0.029，小方式0.038。D母线等值电源，正序大方式1.2，小方式3.0；零序 大方式0.65，小方式0.038。E母线等值电源，正序大方式0.32，小方式0.95；零序大方式0.8，小方式0.8。低压侧限流电抗标幺值0.104。线路L1长度18km，正序阻抗0.0544，零序阻抗0.167。线路L2长度27km，正序阻抗0.0817，零序阻抗0.245。（二）有关保护定值情况(均为一次

23、值)1.高压侧线路保护定值（略）2.中压侧线路保护定值L1线路：零序I段3504A，t=0s；零序II段1456A，t=0.3s。L2线路：零序I段3172A，t=0s；零序II段1227A，t=0.3s。3.低压侧出线 均为电容器组和站用变，无馈线出线。（三）短路电流计算表1.零序短路电流计算（1）大方式零序电流表（表中为3I0值，后四项为两相接地，单位为A），H为高压侧实际电流，M为中压侧实际电流，L为低压侧一次电流。 见下面表格：（2）小方式零序电流表， H为高压侧实际电流，M为中压侧实际电 流，L为低压侧一次电流。2.相间短路电流计算（1）大方式三相短路电流表：标幺值。A(K1)B(K

24、1)E(K1)D(K1)A(K1.1)B(K1.1)E(K1.1)D(K1.1)H支路1840100037041315701325311396M支路500627923232598427832219532490A(K1)B(K1)E(K1)D(K1)A(K1.1)B(K1.1)E(K1.1)D(K1.1)H支路154176128734314501078271353M支路419497418762241394704617722308ABCDEH支路2.388 7.6452.5354.9284.524 M支路 2.3887.6451.1824.9284.524L支路 002.891 00（2）小方式两

25、相短路电流表：标幺值。(四) 主保护整定1比率制动差动保护 比率制动差动保护的整定应该考虑保护装置的性能特点、互感器的误差特性等。对二次谐波制动应考虑制动方式及变压器结构特点，最好能根据实验结果运行。ABCDEH支路0.977 6.107 2.418 4.252 3.81 M支路 0.9776.1070.473 4.2523.81L支路 002.891 002差动速断保护 根据变压器容量差动速断保护定值可选为4Ie值。（五）低后备整定 低压侧装设复压闭锁过流保护，由于低压侧仅有电容器组，故不需要考虑出线配合，可按照保低压母线灵敏度整定。低压侧无电源，所以不带方向元件。（1）电流I段：按照保低压

26、母线故障有足够灵敏度整定。 IDZL.I=Id2.min/Klm=2.8915499/1.5=10598A。二次值 IDZLj.I=10598/1200=8.83A（2）电流II段：按躲过变压器额定电流整定。 In.L=120000/1.732/10.5=6598A；二次值：Ie.L=In.L/TA=6598/1200=5.5A。 IDZL.II=KkIe.L/Kfh=1.25.5/0.95=6.95A。（3）复压元件：低电压元件：UDZL=0.7Ue；负序 电压元 件：U2DZL=0.06Ue （六）中后备整定 中压侧装设复压闭锁过电流保护及零序过电流保 护。中压侧连接有小电源，所以I段带方

27、向，II段不带方向。1 复压闭锁过电流保护整定。（1）电流I段：和相邻出线的I/II段相间短路保护配合。 110kv装设相间距离保护，I段保护范围稳定。故 一次值：5.946502=2984A。 IDZM.I=KkId.max=1.22984=3581A，二次值： 3582/240=14.92A。 校核对中压侧母线故障灵敏度：Klm=Idmin/IDZm.I=6.107502/3581=0.856，不满足要求。和相间距离II段配合，由于II段保护范围受分支电流影响，因此，应当先计算其最小保护范围，按躲开此保护范围整定。动作时间和相邻II段配合。（2）电流II段：按照躲过本侧最大负荷电流整定。

28、In.M=120000/1.732/115=603A；二次值为： Ie.M=In.M/TA=603/240=2.51A； InDZM.II=KkIe.M /Kfh=1.22.51/0.95=3.17A。 对中压侧母线故障灵敏度：Klm=Idmin / IDZM.I =6.107502/3.17240=4.03，满足要求。 对L1线路末端故障灵敏度：Klm=Idmin/IDZM.I = 4.252502/3.17240=2.8，满足要求。对L2线路末端故障灵敏度： 对L2线路末端故障灵敏度：Klm=Idmin / IDZM.I =3.81502/3.17240=2.52，满足要求。 对高压母线故障灵敏度：Klm=Idmin / IDZM.I =0.997502/3.172