35kV主变保护配置与计算

35kV主变保护配置与整定导入2020年2月14日9时42分，35kV张XX站张#1主变，本体重瓦斯、调压重瓦斯动作，差动保护动作，张31、11开关跳闸。跳闸前35kV张XX站张#1（4MW）主变、张#2（10MW）主变并列运行带张XX站2.3MW负荷。经现场检修运维检查：张#1变保护装置情况（9时42分11.778毫秒，重瓦斯、比率差动动作，差动电流Id=6.925A,制动电流Ir=2.560A，定值差动启动值2.85A，k=0.5,CT变比100/5）。根据保护装置情况，张#1变比率差动保护正确动作，张#1主变跳闸因两台变压器并列运行未造成负荷损失。导入那么问题来了，继电保护装置是如何保护我们的主变的呢？培训对象：电力调度员课程目标学会使用35kV变压器的继电保护整定计算03熟悉35kV变压器继电保护装置的定值单02能了解35kV变压器的故障类型和相应的继电保护配置01目录CONTENTS一、变压器的常见故障类型及保护配置二、35kV变压器常见保护配置三、35kV主变的继电保护整定计算A变压器的常见故障类型及保护配置PARTONE变压器的常见故障类型变压器的故障油箱内部故障油箱外部故障匝间短路单相接地短路相间短路内部故障电流将产生电弧，会烧坏线圈的绝缘和铁芯，引起绝缘油气化（瓦斯）使变压器爆炸。主要是绝缘套管和引出线的故障（包括引线相间短路，单相接地短路等）变压器故障现象变压器的保护分类B35kV变压器常见保护配置PARTTWO35kV变压器的保护配置35kV系统是不接地系统，没有零序保护，在保护配置上就不需要太复杂，简单配置主保护和后备保护即可，非电量保护投入轻/重瓦斯保护。35kV主变保护配置

主保护配置。a.比率制动式差动保护。由于中压电力系统主变压器容量不大，通常采用二次谐波闭锁原理的比率制动差动保护。b.差动速断保护。c.非电量保护(瓦斯保护)。

后备保护配置。a.三段复合电压闭锁过电流保护。Ⅰ段动作跳本侧分段断路器，Ⅱ段动作跳本侧断路器，Ⅲ段动作跳开两侧断路器。b.过负荷保护。c.TV断线保护。d.低压侧接地保护。

对于已配备了差动保护和瓦斯保护的变压器，后备保护只需投入一段复压过流保护即可，不带延时的速断后备保护一律退出。35kV变压器的差动保护差动保护的原理基本原理：基尔霍夫定理：正常运行时或外部短路时，变压器三侧电流的向量和为0（归算到同一侧）。正常运行或外部故障时：

内部故障时：

35kV变压器的差动保护

差动速断保护采用分相式差动，当任一相差动电流大于差动速断保护定值时，继电保护装置瞬间动作与出口，跳开变压器各侧断路器。由于差动速断保护定值较大，该保护可用于变压器内部发生严重故障时快速切除故障变压器。差动速断采用短窗算法，保护动作速度快，且有一定的抗CT饱和能力。35kV变压器的差动速断保护逻辑框图35kV变压器的差动保护

比率差动保护差动保护主要是反应内部故障的保护，但当外部故障产生的不平衡电流会形成穿越电流流过主变，造成差动保护的误动作。因此为了躲过外部故障时的不平衡电流引起的差动保护动作，引入了制动电流的概念来平衡穿越电流，即使差流超过差动启动电流定值继电保护装置也不会动作。所谓比率差动保护简单点就是使差动电流定值随着制动电流的增大而按一定比率提高，使制动电流在外部故障产生很大穿越电流的情况下发挥制动作用；而内部故障发生时制动电流很小，制动作用最小。35kV变压器的差动保护比率差动保护的判据

K2是二次谐波系数I2cd是差流中的二次谐波Icd是差流中的基波35kV变压器的差动保护比率差动保护的比率制动特性图

35kV变压器的差动保护差动保护基本要求应能躲过励磁涌流和外部故障的不平衡电流，以免变压器在空载投入或切除外部穿越性故障时，出现励磁涌流误动。在变压器过励磁时，差动保护不误动。在变压器内部故障、CT饱和时，不拒动。在变压器内部故障、短路电流中含有谐波分量时，不拒动。保护应反应区内各种短路故障，动作速度快，一般不大于30ms。励磁涌流当变压器空载投入和外部故障切除后，电压恢复时，可能出现数值很大的励磁电流（即励磁涌流）。励磁涌流特点：很大的非周期分量，偏于时间轴一侧；含有大量高次谐波，其中二次谐波为主，占基波30-50%；波形之间出现间断，在一个周期中间断角为60-65°。躲励磁涌流方法：波形对称；二次谐波制动，制动系数取15%；间断角判别；不平电流的产生(1)变压器各侧绕组接线方式不同。(2)变压器各侧电流互感器的型号和变比不相同，实际的电流互感器变比和计算变比不相同。(3)带负荷调分接头引起变压器变比的改变。(4)变压器空载投入或外部故障，电压恢复时产生的励磁涌流。(5)电流互感器铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。35kV变压器的后备保护后备保护为了实现继电保护的选择性，某些主保护往往不能保护被保护元件的全部，尤其是变压器保护范围外的近区故障，变压器各侧需要搭配后备保护在主保护不动作时切除故障。变压器的后备保护既可以作为主保护的近后备，也可以作为近区故障的远后备。

35kV变压器的后备保护高低后备保护定义：高后备保护和低后备保护是相对变压器而言的，变压器高压侧的后备保护称为高后备，变压器低压侧的后备保护称为低后备。高后备是指在35kV线路或母线故障时断路器拒动的情况下，由变压器高压侧断路器通过保护装置来断开故障电流，即作为35kV线路和母线的后备保护；低后备是指在10kV线路或母线故障时断路器拒动的情况下，由变压器低压侧断路器通过保护装置来断开故障电流，即作为10kV线路的后备保护。35kV变压器的后备保护高低后备保护种类：变压器相间短路的后备保护有：过电流保护、低压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护及负序过电流保护等。35kV变压器没有接地保护。

后备保护用于在主保护故障拒动情况下，保护变压器。一般包含：（1）高压侧复合电压启动的过电流保护；（2）低压侧复合电压启动的过电流保护；（3）防御外部接地短路的零序电流、零序电压保护；（4）防止对称过负荷的过负荷保护；（5）和高压侧母线相联的保护：高压侧母线差动保护、断路器失灵保护；（6）和低压侧母线相联的相关保护：低压侧母线差动保护等。低后备的作用：变压器低压母线、变压器低压线圈的保护以及低压出线的后备（远后备）保护。

35kV变压器的后备保护高低后备保护范围：

问题一：高后备保护自高压侧CT以下的部分，作为主变差动保护的后备保护，同时也是中压侧及低压侧的总的后备保护；中后备保护作为中压侧出线的后备保护；低后备同中后备。高后备分有带方向和不带方向两种情况。不带方向的保护范围是：各侧母线及出线，包括主变本体，带方向的是指向母线（或指向主变）。

问题二：母线桥穿墙套管故障，应该属于主变差动保护范围，应该差动保护动作，如果差动保护没有跳开开关才轮到高后备保护动作，低后备保护是不会动作的，低后备只能保护低压侧CT以外的，不能保护以里的，不能倒过来保护主变方向。

问题三：高后备保护是一个总称，包括相间故障的复压方向过流保护和接地故障的零序方向过流保护、间隙保护等。

双绕组变压器当高后备投入的话，投低后备意义就不大。因为低后备保护动作后变压器处于空载状态，变压器运行已经失去价值。所以投入高后备不投低后备直接将变压器高压侧开关断开，以防止故障电流对变压器的损害。35kV变压器的后备保护相间短路后备保护方向设置：（1）三侧有电源的三绕组升压变压器，相间故障后备保护为了满足选择性要求，在高压侧或中压侧要加功率方向元件，其方向可指向该侧母线。方向元件的设置，有利于加速跳开小电源侧的断路器，避免小系统影响大系统。（2）高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器和联络变压器，相间故障后备保护为了满足选择性要求，在高压或中压侧要加功率方向元件，其方向宜指向变压器。（3）反应相间故障的功率方向继电器，通常由两只功率方向继电器构成，接入功率方向继电器的电流和电压应按90接线的要求。为了消除三相短路时功率方向继电器的死区，功率方向继电器的电压回路可由另一侧电压互感器供电。35kV变压器的后备保护相间短路后备保护方向设置：（1）三侧有电源的三绕组升压变压器，相间故障后备保护为了满足选择性要求，在高压侧或中压侧要加功率方向元件，其方向可指向该侧母线。方向元件的设置，有利于加速跳开小电源侧的断路器，避免小系统影响大系统。（2）高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器和联络变压器，相间故障后备保护为了满足选择性要求，在高压或中压侧要加功率方向元件，其方向宜指向变压器。（3）反应相间故障的功率方向继电器，通常由两只功率方向继电器构成，接入功率方向继电器的电流和电压应按90接线的要求。为了消除三相短路时功率方向继电器的死区，功率方向继电器的电压回路可由另一侧电压互感器供电。CPARTTHREE35kV主变的继电保护整定计算（难点）35kV变压器的差动保护整定计算差动保护的取值原则：差动保护各项取值国网整定规程中已给出了推荐值，只要按照推荐值来取，一般都不会出现问题。35kV变压器的差动保护整定计算差动速断保护当变压器内部发生严重故障时，短路电流较大，应快速切故障，已确保变压器的安全。其整定值大于励磁涌流，一般取4-12Ie即可。容量越小，取值越大。一般10MVA及以下取8-12Ie，10—50MVA取6-8Ie，100MVA及以上取4-6Ie。Ie为主变高压侧额定电流。35kV变压器的差动保护整定计算比率差动保护取值原则:

差动启动电流门槛值lcdqd:0.4~0.5le(le为高压侧额定电流,下同)(主变容量越大,取值越大)

差动拐点电流定值Igd:两折线的拐点一般取0.8~1le,三折线第一个拐点0.5~0.8le,第二个拐点3~6le。(主变容量越大,取值越大)

比率制动系数(斜率)Kb:0.4~0.5。(主变容量越大,取值越大)(10MW最大取0.8)

二次谐波制动系数K2:0.15~0.2容量越大,谐波系数越小。。35kV变压器的差动保护整定计算比率差动保护取值原则:差流越限定值,起到差流不平衡监视作用,一般为1/3~1/2倍差流启动门槛值,因此取0.1Ie~0.2Ie。(主变容量越大,取值越大)CT断线闭锁定值,按照躲过CT断线时差动保护误动的最大负荷电流值,取1.2Ie。平衡系数k,要查看说明书定义,要注意哪一侧为基准侧,另外注意是否要手工乘以√3。35kV变压器的差动保护整定计算

差动保护定值整定完毕后，需要校核差动保护灵敏度是否满足规程要求，详细校验方法可参考如下：变压器差动保护灵敏度校验方法：最小方式下差动保护范围内低压侧母线两相短路电流时灵敏度不小于2。（流过装置的短路电流与装置实际动作电流的比值不小于2）假如故障发生在主变低压侧开关出口，靠近母线的地方。这里是差动保护范围为最不灵敏的地方，因此拿它来进行灵敏度校验。因此该主变低压侧母线等值阻抗为最大方式正序：上级母线大方式阻抗+变压器阻抗=0.74578+2.096=2.84178最小方式正序：上级母线小方式阻抗+变压器阻抗=0.8365+2.096=2.9325最小短路电流Idl=√3/2×高压侧标么电流/主变低压侧最小方式等值阻抗/高压侧开关CT变比=0.866×1560/2.9325/20=2335kV变压器的差动保护整定计算

以上为某保护装置比率制动特性图，由图中可以看出，它采用3折线的动作方式，两个拐点电流值均由装置固定，第一个拐点为0.5Ie，第二个拐点为3Ie。35kV变压器的差动保护整定计算

假设差动电流启动值取了0.5Ie，第二段折线斜率为0.4，第三段折线为1（装置固定），短路电流为23A时，根据动作和制动方程，制动电流为短路电流的1/2=11.5A；主变额定电流为2.6A，因此动作点在第三段折线范围内(1