变压器的纵差动保护原理及整定方法

wordword格式支持编辑，如有帮助。10支持编辑，如有帮助。热电厂主变压器的纵差动保护原理及整定方法一、构成变压器纵差动保护的根本原则11İ图1 变压器纵差动保护的原理接线İ′1I ”=I

I” I””n1 =1n

nnİ n

I””IB1=nIB2 2 nl1

2 ”l2 n l1 1l1nnnl1B

In —低压侧电流互感器的变比；l2İ22l2İ22n İ′′

′-İ′′1İ′′1

〔即高、低压侧额定电压之比。nB，这是与前述送电线路的纵差动保护不而变压器的纵差动保护则必需考虑变压器变比的影响。二、变压器纵差动保护的特点平衡电流产生的缘由和消退的方法进展认真的争论，现分别争论如下：1ILY所产生的不平衡电流响，可能消灭数值很大的励磁电流〔又称为励磁涌流。励磁涌流有时可能到达6~8励磁涌流具有以下特点：包含有很大成分的非周期重量，往往使涌流偏向于时间轴的一侧；包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；波形之间消灭连续，在一个周期中连续角为ɑ。依据以上特点，在变压器纵差动保护中，防止励磁涌流影响的方法有：承受具有速饱和铁心的差动继电器；利用二次谐波制动；鉴别短路电流和励磁涌流波形的差异等。2、由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流30°，3臂中，电流又增大了 倍。此时为保证在正常运行及外部故障状况下差动回路333

倍，以削减二次电流，使式中n 和n 为适应Y，d接线的需要而承受的变比。l1 l23、由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流n也是肯定的，因此，三者的关系很难满足l2 nn Bl1

的要求，此时差动回路中将有w 来消退此差电流的影响。ph4、由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流K=1。CC5、由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流转变分接头就是转变变压器的变比nB。前面已经说过，变压器的差动保护与变压器的变比有关，假设差动保护已经依据某一变比调整好〔如利用平衡线圈，对由此而产生的不平衡电流，应在纵差动保护的整定值中予以考虑。5233变压器的纵差动保护必需躲开这些不平衡电流的影响。由于在满足选择性的同要困难。Ibpmax可由下式确定式中 10%—电流互感器容许的最大相对误差；K 1；txU被调整变压器额定抽头的状况下处于平衡时，则U等于电压调整范围的一半；m—由于所承受的互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不同时，所引起的相对误差；Id.max/nl

—保护范围外部最大短路电流归算到二次侧的数值。三、变压器纵差动保护的整定计算原则、变压器纵差保护出线的相间和接地短路故障，以及绕组的匝间短路故障。、对220～500kV变压器纵差保护的技术要求误动作。在变压器过励磁时，纵差保护不应误动作。为提高保护的灵敏度，纵差保护应具有比率制动或标积制动特性。在短路电流小于起始制动电流时，保护装置处于无制动状态，其动作电流很小(小于额定电流)，保护具有较高的灵敏度。当外部短路电流增大时，保护的动作电流又自动提高，使其牢靠不动作。2。在纵差保护区内发生严峻短路故障时，为防止因电流互感器饱和而使、纵差保护整定计算内容b)短路电流计算。d)纵差保护灵敏系数的校验。e)其他关心验算和阅历数据的推举，包括谐波制动比(对谐波制动原理的差动保护)和闭锁角(对连续角原理的差动保护)的推举。1表1中作了如下假定：三绕组变压器；额定容量S；绕组接法为Y,Y,d11；如N N N1A。额定电流I额定电流I序号名称各侧 参数1额定电压UUUU2NNhNmNLN31)YYd11NN4各侧电流互感器二次接线ddY5电流互感器的计算变比n6c电流互感器实际变比nnnn7sshsmsL82)9中间电流互感器的变比n各侧二次电流Im对于通过软件实现电流相位和幅值补偿的微机型保护，各侧电流互感器二次均可按Y各侧二次电流Im对于通过软件实现电流相位和幅值补偿的微机型保护，各侧电流互感器二次均可按Y接线。一般可选二次电流较小侧为根本侧。示。该坐标系纵轴为保护的动作电流I；横轴为制动电流I

2op res线ACD的左上方为保护的动作区，折线右下方为保护的制动区。图2 纵差保护动作特性曲线图这一动作特性曲线由纵坐标OA，拐点的横坐标OB，折线CD的斜率S三个参数所确定。OA表示无制动状态下的动作电流，即保护的最小动作电流I.。OBI。

opminres.0动作特性三个参数，目前在工程有用上有两种整定计算方法，现分述如下。第一种整定法：

与制动电流I

I/I＝K

称为纵差保护的制动op res

op

res系数。由图2中各参数之间的关系可导出，制动系数Kres

与折线斜率S之间的(1)关系如下式所示(1)(2)从图2S是一个常(2)数，而制动系数KI而变化的。在实际应用中，是通过保护res res装置的参数调整整定折线的斜率来满足制动系数的要求。不平衡电流，即Iop.min=Krel〔Ker+△U+△m〕Ib2n(3)I——变压器额定电流；Nn——电流互感器的变比；aK1.3～1.５；relK10P0.03×25PP0.01×2；erΔU——变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值)；0.05。在工程有用整定计算中可选取I ＝0.2～0.5In一般工程宜承受不小于/n

OP.minN a依据实际状况(现场实测不平衡电流)确有必要时也可大于0.5I/n。起始制动电流Ires.0

N a的整定。起始制动电流宜取I＝(0.8～1.0)I/n。 〔4〕ree N a动作特性折线斜率S的整定。纵差保护的动作电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不同，不平衡电流计算也有较大差异，下面给出一般双绕组和三绕组变压器差动保护回路最大不平衡电流Iunb.max

计算公式。双绕组变压器Iunb.max=(Kap×Kcc×Ker+△U+△m)Ik.max/n〔5〕

＝0.1；er a erK——电流互感器的同型系数，K＝1.0；cc ccI——外部短路时，最大穿越短路电流周期重量；k.maxK——非周期重量系数，两侧同为TP1.0；两侧同为Pap1.5～2.0。三绕组变压器(以低压侧外部短路为例说明之)I ＝KKKI/n+Δunb.max

apccer

k.max a+ΔmI

/n+ΔmI

(6)1k.Ⅰ.max

a.h

1k.Ⅱmax am式中：K，K,K

含意同式(5)；ap cc erΔU,ΔUUNh m范围中偏离额定值的最大值；I——低压侧外部短路时，流过靠近故障侧电流互感器的最k.max大短路电流周期重量；,，流过高、中压侧电流互感器电流的周期重量；I ,I ——在所计算的外部短路时，相应地流过非靠近故障点两侧电流k.Ⅰ.max k.Ⅱ.max互感器电流的周期重量；n、nna ah amΔmΔm——由于电流互感器(包括中间互流器)的变比未完全匹配而产生Ⅰ Ⅱ的误差。差动保护的动作电流I ＝KI (7)op.max最大制动系数Sres.ma=x

relunb.maxK relunb.maxIres

(8)式(8)中最大制动电流I 的选取，因差动保护制动原理的不同以及制动线圈res.max和制动回路的接线方式而定。制动线圈的接线原则是使外部故障时制动电流最将几个有源侧电流合并接入制动线圈。依据I.、I、I 、K 按式(1)可计算出差动保护动作特性曲线中opmin

res.0

res.max

res.max折线的斜率S，当I ＝I 时有res.max k.maxS -I /IS= res.max1-I

op.0/I

res.maxres.0

res.max

(9)其次种整定法：此法不考虑负荷状态和外部短路时电流互感器误差Ker

的不同，使不平衡电流完全与穿越性电流成正比变化，如图3所示，比率制动特性CD通过原点，从而制动系数K为常数；当K和I 确定后，I 随之确定，不必另作计算。res res res.0 op.min此法计算简洁，安全牢靠，但偏于保守。图3 第一种整定法纵差保护动作特性曲线图K，即resK＝K

(KK

K+ΔU+Δm)＝Sres

rel

apccer式中：K、K、K、K、ΔU、Δm的含意及取值同式(3)K

＝0.10。rel ap cc er er画一条通过坐标原点斜率为Kres/nI

的直线OD(见图3)，在横坐标上取OB。N a res.0在直线OD上对应I 的C点纵坐标值OA为最小动作电流I 。res.0折线ACD即为差动保护的动作特性曲线。

op.min上述两种整定方法中假设I 和折线(CD)斜率S的整定不是连续调整的，op.min则I 和S的整定值应取继电器能整定的，并略大于计算值的数值。op.min灵敏系数的计算纵差保护的灵敏系数应按最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上电流I k.min

rKsen=I(2)d.mn/IOP

op(10)K≥2。sen图4纵差保护灵敏系数计算说明图220～500kV平衡电流整定，一般取I=6Ib2nOPI——差电流速断的动作电流；opIb2n—变压器的额定电流；下：6300kVA及以下 7～12；6300～31500kVA 4.5～7.0；40000～120230kVA 3.0～6.0；120230kVA及以上 容量越大，系统电抗越大，K取值越小。按正常运行方式保护安装处二相短路计算灵敏系数，K≥1.2。senI 见式(5)和式(6)。unb.max二次谐波制动比的整定。在利用二次谐波制动来防止励磁涌流误动的纵15%～20%。四、许继：WBH-821变压器保护规律框图15所示：2620ms(1.5图6 保护规律框图3、差流越限告警规律框图7所示：1/277差流越限告警规律框图五、某热电厂主变压器比率差动微机保护整定实例1、发电机参数表2〔#1、＃2发电机〕厂、站名称**热电机号#1、#2额定容量158.8MVA型式QF-138-2-13.8额定功率135MW功率因数85后)额定电流6645A额定电压13.8KV17.64%x态电抗22.4%x’xd170.64%x219.69%x07.53%2、主变压器参数表3〔#1、＃2主变〕厂名厂名**热电投产日期容量160MVA相数3电压比242KV±2*2.5%/13.8KV接线电流382/6694A调压方式YNd11磁调压型式SFP10－160000/220制造厂***变压器有限责任公司阻抗电压13.8%备注Sn=160MVASb=100MVA3、短路电流计算短路电流计算网络等效阻抗如图，电网对本电厂系统阻抗为归算至某电厂220KVb.系统正常运行大方式(不包括变压器):ZP1=0.0165；ZP0=0.0269c.系统正常运行小方式(不包括变压器):ZP1=0.0271；ZP0=0.0453e.数据格式：正序/零序.f.网络等效阻抗图升压变压器电抗:X*1B=10Ud%*Sj/Sn=13.31×103/160000=0.0832；发电机电抗:X*U=(X,,d%/100)×(Sj×COSø/Pe)=17.64%×100×0.85/135=0.1111高厂变电抗:X*2B=10Ud%*Sj/Se=10.19×103/20230=0.50953×240mm2105参数为：电缆线路电抗:X*L=X×L×Sj/U2p=0.08×0.105×100/4×6.32=0.0053X0*=0.35×X*L=0.0018558、大方式下正序网络等效阻抗图系统0.0271X1

d1 220KV0.5095X4

0.0832X213.8KV d26.3KV

0.0053X5d3

0.1111X31G9、小方式下正序网络等效阻抗图由于封闭母线尺寸较短,截面大,阻抗值太小,本工程无视不计.对6KV出线段，本阻抗图只列出其中一回。运行小方式下,d1发生三相金属性短路电流：a.1GX*=0.1111+0.0832=0.1943；X*js=X*×Sn/Sj=0.1943×158.8/100=0.308I*=3.4；发电机额定电流(基准电压为230KV)：,n=158.8/√3×230=0.399KAI(3)d1=*j×*d=3.4×0.399=1.35KAb.220KVX*L=0.0271I(3)d.min=Ij/X*Σ=0.251/0.0271=9.26KA运行小方式下,d2发生三相金属性短路短路电流：a.1GX*js=X*×Sn/Sj=0.1111×158.8/100=0.1764Xjs=0.1764I*=6.2；,n=158.8/√3×13.8=6.644KAI(3)d1=6.2×6.64=41.2KAb.220KVX*Σ=0.0271+0.0832=0.1103I(3)d.min=Ij/X*Σ=4.18/0.1103=37.89KA运行小方式下,d3发生三相金属性短路短路电流：X*=[(0.0271+0.0832)//0.1111]+0.5095+0.0053=0.0553+0.5095+0.0053=0.0553+0.5148=0.5701Ij=Sj/√3Up=100/√3×6.3=9.16I(3)d.min=Ij/X*Σ=9.16/0.5701=16.06KA运行大方式下,d1发生三相金属性短路电流：X*=(0.0165)//〔0.1111+0.0832〕=0.0152I(3)d.min=Ij/X*Σ=0.251/0.0152=16.51KA运行大方式下,d2发生三相金属性短路电流：X*=(0.0165+0.0832)//0.1111=0.05255I(3)d.mn=j/X*Σ=4.18/0.05255=79.5KA运行大方式下,d3X*=[(0.0165+0.0832)//0.1111]+0.5095+0.0053=0.05255+0.5095+0.0053=0.56735I(3)d.mn=j/X*Σ=9.16/0.56735=16.15KA4、整定计算4.1.变压器根本计算TATA1500/5,机机端)TA8000/5。高压侧：Ibln=Sn/(√3×Ubln)=160000/(√3·242)=381.7A;Sn低压侧：Ibln=Sn/(√3×Ubln)=160000/(√3×13.8)=6694ASnb.变压器各侧二次额定电流：高压侧：nblhTA600/5；低压侧:nblhTA8000/5；高压侧：平衡系数:Kph=Ib2n-b/Ib2n=4.18/3.18=1.314低压侧：Kph=Ib2n-b/Ib2n=4.18/4.18=1b2b-b值；对发变组差动、主变差动,基准侧为主变低压侧(发电机侧)。d.差动各侧电流相位差与平衡补偿变压器各侧电流互感器二次均承受星形接线。变压器各侧TA二次电流相位由软件自调，装置承受Y->Δ变化调整差流平衡4.2Iop.minIop.min不平衡电流整定；即：Iop.min=Krel〔Ker+△U+△m〕Ib2n=1.4×(0.01×2+0.05+0.05)×4.18=0.7A(归算到低压侧)依整定计算导则:在工程有用计算中可取0.2～0.5In。对应于励磁变变压器，由于工作时，强励持续时间较长，两侧TA特性差异大，差流不平衡值较大，差动启动定值应大于0.5In。0.5In，故取：Iop.min=0.5In=0.5×4.18=2.09A。△U2×2.5%；△m0.05;Krel1.4;。4.3.比率制动最小电流的整定=0.8×4.18=3.35A比率制动系数的整定Kbl1=Ker=0.1式中Ker0.1Kbl10.107～0.20照厂家技术使用说明书)变斜率比率差动最大斜率：S=(Iunb.max*-Icdqd*-3Kbll)/(Ik.max*-3)=[(13.66÷4.18)-(2.09÷4.18)-(3×0.1)]/[79500÷(1600×4.18)-3]=0.278依据工程阅历建议取0.6，故取0.6。式中:不平衡电流的计算，对于两绕组变压器：Iunb.max=(Kap×Kcc×Ker+△U+△m)Ik.max/n=(1.75×1×0.1+0.05+0.05)×79500/1600=13.66A△U2×2.5%；△m0.05；Iunb.maxIunb.max*、cdqd*、Ik.max*Ker0.1；Kcc1.0)；Ik.max8000/5)；Kap1.5～2,1.75.比率差动保护灵敏系数的计算灵敏系数应按发电机-变压器不并网、最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上(d1Ik.mnr,d,则灵敏系数为：Ksen=I(2)d.mn/I式中:

OP=(√3×1350/2)×(5/8000)×242×2/13.8×5.33=1169×242×2/1600×13.8×5.33=4.8>2I(2)d.mn=I(3)d.mn×√3/2=1350×√3/2=1169Ar-Ine=[1169×242×2/(8000/5)·13.8]×0.5-6×4.18=12.8-25.08=-12.28Ir<Ine，故为变斜率,所以：Id=kbl×Ir+Iop.min=0.253×[1169/(8000/5)]×242×2×0.5/13.8+2.09=3.24+2.09=5.33其中:kblr=(kbl2-kbl1)/2·n=(0.7-0.1)/2·6=0.05kbl=kbl1+kblr×Ir/In=0.1+0.05×[1169/(8000/5)]×