【《220kV变电站继电保护系统中的变压器的保护配置与整定分析案例》6100字】

4变压器的保护配置与整定kV变电站继电保护系统中的变压器的保护配置与整定分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u16586220kV变电站继电保护系统中的变压器的保护配置与整定分析案例 1233561.1变压器保护配置 1192371.1.1变压器的故障类型与特征 1198031.1.2变压器保护配置的基本原则 2250501.2变压器保护方式的确定 3246181.2.1瓦斯保护 3190151.2.2电流速断保护的整定 4213651.2.3纵联差动保护的整定 5156881.2.4变压器复合电压起动的过电流保护的整定 771441.2.5变压器方向性零序电流保护 8264151.2.6中性点直接接地电网的零序电流保护的整定 8239571.2.7变压器过负荷保护 922161.3变压器保护整定计算 9224781.3.1瓦斯保护的整定计算 9183451.3.2电流速断保护的整定计算 10135371.3.3纵联差动保护的整定计算 10309311.3.4变压器后备保护的整定计算 1211221.3.5变压器方向性零序电流保护的整定计算 12115071.3.6中性点直接接地电网的零序电流保护整定计算 1374761.3.7变压器过负荷保护的整定计算 131.1变压器保护配置1.1.1变压器的故障类型与特征变压器发生故障时，其故障类型通常可以分为内部故障和外部故障。当故障发生的位置在变压器的油箱内时，此时的故障称之为内部故障，大致可分为两类：电气故障和“初始”故障。而当故障发生的位置在油箱外部绝缘套管及引出线上时，此时的故障称之为外部故障。现场实际应用情况表明，在变压器的引出线上经常会发生的故障类型为单相接地短路、相间短路以及绕组匝间短路。内部相间短路不会发生在三台单相变压器组成的变压器组，在三相变压器中发生的概率也很小。变压器的不正常工作状态产生的原因主要为：变压器外部发生短路故障或者是负荷过大而引起的过电流；冷却系统发生异常而导致变压器的工作温度过高。变压器的保护按其保护类型可分为短路保护和异常运行保护。短路保护是变压器保护的保护范围内发生单相接地、相间故障以及匝间短路故障时，保护装置会使保护动作从而使断路器跳闸。通常会有主保护和后备保护。异常运行保护是在变压器不在正常工作状态时，此时保护装置会发出信号。这类保护通常不设后备保护。1.1.2变压器保护配置的基本原则由于一些大型变压器的成本较高，所以在变压器发生故障时，对变压器的检修所花费的时间较长，排查故障的难度较大，通常会造成比较严重的经济损失。尤其是系统容量中含有高比例的单台容量的情况下，由于故障而导致变压器从电力系统中切除，会对电力系统的稳定性造成很大的影响。综上所述，大型变压器在进行保护配置时，除了保证保护的可靠性，还需要尽可能减小故障对电力系统的影响程度。这样，不仅要求有性能良好的保护继电器，还要求在继电保护的总体配置上尽量做到完善、合理。为了加强主保护、简化后备保护，大型变压器的主保护除瓦斯保护以外，可实现快速保护双重化；大型变压器的后备保护中，在变压器各侧母线短路时相间保护需保证有足够的灵敏度，同时可不作为相邻线路的后备。根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，变压器通常应配备以下几种保护：(1)瓦斯保护瓦斯保护通常在车间内油浸式变压器容量在超过400KVA的情况下和油浸式变压器容量在超过800KVA的情况下会装设。当变压器的油箱内部的油面低于一定值或者再内部发生短路故障时，瓦斯保护会动作。当保护跳开变压器各个电源侧的断路器时，此时为重瓦斯保护动作；当保护发出信号时，此时为轻瓦斯保护动作。(2)纵差保护或电流速断保护纵差保护通常装设在容量在6.3MVA以上并列运行的变压器和容量在10MVA以上单独运行的变压器[19]，同样的6.3MVA以上的一些工业企业和发电厂使用的对系统稳定性影响较大的变压器，也应当装设纵差保护。对于其他类型的变压器则应采用电流速断保护，其中过电流保护的保护动作时限应满足大于0.5s。而当电流速度按保护的灵敏度的要求不能够满足实际工程的需要时，容量在2MVA以上的变压器仍需要采用纵差保护。(3)相间短路的后备保护相间短路的后备保护的动作时限的整定原则和电流保护的整定原则相同，都采用阶梯原则来整定，通常是作为瓦斯保护、纵差保护和电流速断保护的后备保护[20]。延迟一定时间来使变压器的各侧电源侧断路器动作，并且发出相应的信号。在变压器外部发生相间短路而引起变压器的过电流时，相间短路的后备保护主要用于反映该种情况。(4)接地短路的零序保护接地短路的零序保护通常装设在中性点直接接地的电力系统中的变压器中，用于反映变压器高、中压侧的零序电流变化情况。(5)过负荷保护负荷保护通常装设在一定数量并列运行的变压器或者单独运行且是另外负荷备用电源的变压器且容量在0.4MVA以上的变压器。过负荷保护通常只安装在三相中的一相，动作时限相比较而言长，延迟一定时间来动作发出信号。1.2变压器保护方式的确定变压器的保护方式如表4-1所示。表4-1变压器保护配置变压器主保护配置瓦斯保护、纵联差动保护、电流速断保护变压器后备保护配置方向性零序电流保护、中性点直接接地零序电流保护、复合电压起动的过电流保护、过负荷保护1.2.1瓦斯保护变压器内部发生故障后，由于故障电流会导致变压器内部的某些位置温度升高，高温会导致变压器油箱内部的油温也升高，从而导致油的体积膨胀甚至是沸腾，故障产生的电流会使变压器的绝缘物和变压器油分解从而产生相应的气体，瓦斯保护就是采用这种原理来实现的[22]。1.2.2电流速断保护的整定在发生接地过渡电阻为零的单相或多相短路故障时，由于故障时间较长而导致设备长时间承受过大的过电流从而会影响电力系统中其他设备的正常运行，所以常设置变压器的电流速断保护以快速切除故障点。(1)保护动作电流按避越变压器外部故障的最大短路电流来整定：(1.1)式中——可靠系数，取1.4~1.6；——降压变压器低压侧母线发生三相短路时，流过保护装置的最大短路电流。电流速断保护的动作电流还应避越空载投入变压器时的励磁涌流，一般动作电流应大于变压器额定电流的3~5倍。保护装置的灵敏系数(1.2)式中——系统最小运行方式下，变压器的电源侧引出端发生两相金属短路时流过保护装置的最小短路电流。灵敏系数：≥2(2)中性线回路的零序电流继电器的动作电流，应按避越变压器受电侧故障时流过继电器的最大不平衡电流来整定=(1.3)式中——可靠系数，取1.3；——电流互感器的同型系数，取0.5；——电流互感器的相对误差，取0.1；、——降压变压器低压侧母线上发生三相短路时，流过继电器的最大短路电流和不平衡电流。1.2.3纵联差动保护的整定在变压器的绕组内部或引出线上发生多相短路和变压器的单相匝间或接地短路时会导致变压器的不正常运行，变压器纵差保护主要用于解决这种问题[23]。在变压器的内部和外部短路时变压器的高压侧和低压侧的电流差会出现不同的情况，差动保护就是基于此故障特征而提出的。但在实际应用中会出现不平衡电流的问题，因此纵差保护必须要解决不平衡电流的存在对其的影响。(1)变压器差动保护的动作原理工作原理：变压器在正常工作或者外部故障的情况下，变压器高压和低压侧的电流方向相同，此时差动继电器所感受到的较小的一个电流差值即为不平衡电流。由于预先选择好两侧电流互感器的变比和接线方式[24]，故该部平衡电流值很小，流入电流继电器内的电流，保护部不动作。当保护区内发生故障时，对于单电源侧变压器，则（或）=0，故=（或）＞（为继电器的动作整定电流），则继电器动作，瞬时使变压器侧的断路器跳开。(2)采用BCH-2型差动继电器的整定计算1.动作电流的整定首先决定基本侧。以变压器额定运行时所计算出的流入继电器电流较大者为基本侧。然后按以下各式计算基本侧差动保护的动作电流。(a)按躲过变压器空载投入或外部短路切除后电压恢复时的励磁涌流来整定(1.4)式中——可靠系数，取1.5；——变压器的额定电流；(b)按躲过最大不平衡电流来整定=(1.5)=(1.6)式中——可靠系数，取1.3；——最大不平衡电流（A）；——非周期分量引起的误差，取1；——电流互感器同型系数，两侧互感器型号相同时取0.5，不同时取1；——电流互感器最大相对误差，取0.1；——变压器调压范围的一半，取0.05；——继电器实用匝数与计算匝数不等产生的相对误差，取中间值0.05；——变压器外部三相短路时流经基本侧的最大稳态短路电流（A）。(c)按躲过电流互感器二次侧回路断线而引起的电流变动来计算(1.7)式中——可靠系数，取1.3；——变压器的额定电流；基本侧继电器动作电流计算值为(1.8)2.动作时限的整定差动保护的动作时限取0s。3.确定基本线圈及平衡线圈的匝数(1.9)式中——差动线圈匝数；——继电器的动作安匝值，对于BCH-2型，=60At；——差动线圈实用匝数；——平衡线圈实用匝数。1.非基本侧线圈匝数的计算(1.10)式中——非基本侧线圈匝数；——实际选用线圈匝数；——电流互感器的二次额定电流；——差动线圈实用匝数。5.校验值=＜5%(1.11)式中——非基本侧线圈匝数；——非基本侧线圈实际匝数——差动线圈实用匝数。6.灵敏度校验≥2(1.12)式中——灵敏度系数；——最小运行方式下变压器低压侧两相短路稳态电流（A）；——保护装置二次动作电流。1.2.4变压器复合电压起动的过电流保护的整定变压器复合电压起动的过电流保护的整定原则也需要躲开正常运行方式下的最大不平衡电流[25]。根据运行经验，保护动作的起动电流可按下式计算：(1.13)式中——可靠系数，取1.2；——返回系数，取0.85；——变压器额定电流。负序电压继电器动作电压按躲开正常运行时的不平衡电压整定：0.06(1.14)式中——额定相间电压。对于高中压侧有电源的降压变压器，如高压侧为主电源时，则保护装于高压侧及低压侧。低压侧无电源时，保护以较短时限断开该侧断路器。高压侧保护包括带方向和不带方向的两部分，带方向的保护其方向指向后备保护时限较小的一侧，以短时限断开该侧断路器，不带方向的保护以较大时限断开另一侧断路器，以再大一级时限断开全部断路器。当高压侧断开时，变压器本身对内部故障无后备保护，这种运行方式机会少，变压器故障少，差动和瓦斯保护都拒动的可能性更小，三者凑在一起的概率可以不考虑，因而上述保护配置是可以允许的。如果上述保护不能满足灵敏性的要求，允许三侧都装设后备保护。高、中压两侧中后备保护时限较小的一侧装设方向保护，另一侧装设不带方向的保护。1.2.5变压器方向性零序电流保护在电力系统中电源的数量大于等于两个的网络中，电源处的变压器必定至少会有一个接地。通常我们认为零序电流的方向为故障点流向中性点接地的变压器，当接地变压器的数量较多时，零序电流保护就需要考虑到方向问题。零序功率方向继电器接于零序电压3和3之上，它只反应于零序功率的方向而动作。当保护范围内部故障时，按规定的电流电压方向看，3超前于3为，继电器此时应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。继电器动作方程为＞0(1.15)目前在电力系统中，都是把最大灵敏角做成，即要求加入继电器的应超前于时动作最灵敏。为适应这个要求，将电流线圈与电流互感器之间同极性连接，而电压线圈和电压互感器之间不同极性连接，即=，=-，，刚好符合最灵敏的条件。零序功率方向元件不存在死区问题。但故障点离保护安装处很远时，保护可能会出现不动作的情况。因此须校验方向元件在这种情况下的灵敏系数，即应采用相邻元件末端短路时，在本安装处的最小零序电流与功率方向继电器的最小起动电流之比来计算灵敏系数，并要求≥1.5。1.2.6中性点直接接地电网的零序电流保护的整定部分变压器中性点接地，中性点未装设间隙的分级绝缘变压器应装设零序电流保护和零序电压保护。(1)部分变压器中性点接地运行，中性点未装设间隙的分级绝缘变压器，零序电流保护整定计算(1.16)式中——配合系数，取1.1；——零序电流分支系数，其值等于出线零序电流保护范围末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过线路零序电流之比，选用值为最大运行方式，作为计算运行方式；——出线零序电流后备段的动作电流。(2)与中性点不接地运行的变压器的零序电压元件在灵敏系数上相配合。当零序电压元件处于动作边缘时(1.17)式中——当零序电压元件处于动作边缘时，流过被保护变压器的零序电流；——被保护变压器的零序电抗；——零序电压元件的动作电压。(3)灵敏系数＞1.5(1.18)1.2.7变压器过负荷保护变压器长时间在过负载条件下运行会影响变压器的寿命，为防止该种情况的发生需要装设过负荷保护。(1)动作电流的整定。按躲过变压器的额定电流来整定(1.19)式中——过负荷保护装置动作电流整定值（A）；——变压器额定电流（A）；——电流互感器变比。(2)动作时限的整定：动作时限为，一般用于信号。1.3变压器保护整定计算1.3.1瓦斯保护的整定计算(1)一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250~300cm3,变压器容量10000kVA以上时，一般正常整定值为250cm3，气体容积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0.6~1.5m/s，在整定流速时均以导油管中的速度为准。内部故障最灵敏油速为0.6~1m/s时。故障点在变压器外部时，为防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1m/s左右。1.3.2电流速断保护的整定计算(1)保护动作电流按避越变压器外部故障的最大短路电流而进行整定：1.由下式得kA(1.20)2.灵敏度校验，按下式：＜2，不满足要求(1.21)故选用纵联差动保护。(2)中性线回路的零序电流继电器的动作电流，应按避越变压器受电侧故障时流过继电器的最大不平衡电流来整定，按式（1.3）计算得：=kA(1.22)1.3.3纵联差动保护的整定计算对三相绕组变压器采用BCH-2型差动继电器的计算。（1）计算变压器T的额定电流，选择电流互感器，计算流入继电器的电流，计算结果列于表4-2中。表4-2变压器T参数计算结果名称各侧数值额定电压（kV）22011010额定电流（A）472.4941.784949电流互感器的接线方式YYy电流互感器一次侧计算值472.4941.784949选用电流互感器变比600/5=1201000/5=2005000/5=1000电流互感器二次额定电流（A）3.941.721.949由于额定电流最大，选择10kV侧为基本侧。（2）确定保护装置的动作电流1.避越变压器的励磁涌流，按式(1.4)计算==1.5×4949=7423.5A(1.23)2.按躲过最大不平衡电流来计算，按式(1.5)、(1.6)计算=(1.24)=（1×1×0.1+0.05+0.05+0.05）×55.3716=13.8429kA==1.3×13.8129=17.966kA(1.25)3.按躲过的电流互感器二次侧回路发生断线而引起的电流变化来进行计算，按式(1.7)计算==1.3×4949=6433.7A(1.26)按式(1.8)，基本侧继电器动作电流计算值为=A(1.27)（3）确定基本线圈及平衡线圈的匝数，按式(1.9)有：=A(1.28)实际选用为4匝，取=3匝，匝实际差动电流为=A(1.29)保护装置实际动作电流==98.98A（4）非基本侧线圈匝数的计算，由式(1.11)得：=(1.30)取=2匝（5）校验值，根据式(1.12)计算：=%＜5%，满足要求（6）灵敏度校验。根据式(1.13)，按最小运行方式下，变压器10kV侧出口处两相短路电流校验。1