变压器2保护设计辅导.docx
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变压器2保护设计辅导
电力变压器保护的整定计算
第一节变压器的主要保护方式
电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，其故障将对供电可靠性和系统的正常稳定运行带来严重影响，同时大量的电力变压器是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。
根据有关规程的规定，对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应按规定装设相应的保护装置：
1）绕组及引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；
2）绕组的匝间短路；
3）外部相间短路引起的过电流；
4）中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；
5）过负荷；
6）油面降低；
7）变压器温度升高和冷却系统故障
对应的保护方式为：
对变压器出线套管及内部的短路故障，应按下列规定装设相应的保护装置为主保护：
1.对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.55时，应装设电流速断保护；
2.当变压器纵差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求时，可增设零序保护；
3.本条规定的各侧保护装置，瞬时动作于断开变压器的各侧短路器；
第2.3.5条：
对由外部相间短路引起的变压器过电流可采用下列保护装置作为后备保护：
1.过电流保护，宜用于降压变压器保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷；
2.复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器，系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器；
3.阻抗保护，对升压变压器和系统联络变压器时当第二款不满足时，采用阻抗保护；
第2.3.8条：
110KV级以上中性点直接接地的电力网如变压器的中性点直接接地运行，对外部单相接地引起的过电流应装设零序电流保护。
零序电流保护可由两段组成，每段各带两个时限并均以较短的时限动作于缩小事故影响范围，以较长的时限有选择地动作于断开变压器各侧断路器。
双绕组或三绕组变压器地零序电流保护应接到中性点引出线地电流互感器上。
第二节变压器的纵差动保护整定计算原则
微机变压器差动保护中各侧电流平衡补偿由软件完成，中低压侧电流平衡均以高压侧为基准。
变压器各侧CT二次电流相位也由软件自动校正，即变压器各侧CT二次回路都应接成Y型，这样简化了CT二次接线，增加了可靠性，易于实现CT二次断线的准确可靠判别,同时对减小电流互感器的二次负荷和改善电流互感器的工作性能有很大好处。
1、比率差动保护
比率差动保护的动作特性如图，能可靠躲过外部故障时的不平衡电流。
其中：
Id为动作电流，Izd为制动电流，Icdset为差动电流起动值，K1,K2为比率差动制动系数，图中阴影部分为保护动作区。
110kV主变压器保护整定计算算例（微机型）
一、保护配置
1．主保护
CT接线方式，变压器为Yn/Yn/△，CT为Y/Y/Y接法。
即全星型接线。
1）差动电流速断瞬时跳三侧，发信号。
变压器内部严重故障时动作。
2）差动比率差动+断线闭锁+二次谐波制动（高中压侧）
瞬时跳三侧断路器，并发出动作信号。
3）后备保护
（1）高压侧：
由于是单侧电源，采用复合电压过电流保护，电流取自高压侧，电压取自中压侧（t1短时限跳中压侧分段，t2较长时限跳中压侧，t3跳三侧，发动作信号），同时作为高中压侧的保护。
另有电压回路断线，过负荷保护等。
零序过电流保护I段：
t1（短时限）跳本侧母联及旁路，t2跳本侧DL。
零序过电流保护II段：
t1（短时限）跳本侧，t2跳三侧。
零序电流电压保护（间隙保护）t1跳各侧。
零序电压保护（直接接地）t1跳各侧。
（2）中压侧：
不另设保护，高压侧配置的后备保护应校核是否满足中压侧保护灵敏度要求。
（3）低压侧：
配置简单过电流保护或复合电压过电流保护（t1跳本侧分段，t2本侧，发动作信号）。
3）开关量信号
调压重瓦斯瞬时跳三侧
本体重瓦斯瞬时跳三侧
冷却器电源全停延时跳三侧
强油通风故障延时跳三侧
调压轻瓦斯与本体轻瓦斯延时发信号
4）告警保护（信号）
三侧过负荷
三侧PT断线
三侧CT断线
二、保护工作原理
1）差流速断保护
作用：
在变压器差动区内发生严重故障时，快速切除变压器。
原则：
躲最大励磁涌流及外部故障穿越电流引起的不平衡电流。
2）比率差动保护
包括三部分：
三段式比率制动特性，二次谐波制动特性，CT断线闭锁。
（1）三段（或两段）折线式比率制动特性
采用三段折线式比率制动特性用于反应主变压器内部故障，有两个拐点。
最小动作电流较小，以提高保护对变压器内部轻微故障及匝间短路的灵敏度。
当差电流较小时，CT不饱和，Ibp较小，制动作用可小一些，以提高保护灵敏度，此时制动特性曲线斜率较小。
当差电流较大时，CT饱和，Ibp较大，为了保证在外部短路穿越性电流时可靠不误动，第二个拐点斜率较大，当两段折线斜率K1=K2时，即为常规制动特性（两段式）。
注意：
选择制动特性时，必须保证在外部短路穿越性电流引起的不平衡电流时保护可靠不误动。
同时又要考虑差动区内故障时有足够的灵敏度。
在变压器出现励磁涌流时应能正确判断，为此必须配合低电压加速判据或二次谐波判据才能正确区分内外部故障。
低电压加速判据根据电压高低判断是否出现故障或励磁涌流。
当变压器空载投入时，有励磁涌流但电压不会降低，而故障时电压降低，不会有涌流，此时不必投入谐波制动，从而加速保护的动作。
（2）二次谐波制动判据
利用计算差回路电流中二次谐波分量与基波分量的比K21=I2/I1是否大于整定值，决定保护是否动作。
K21可进行整定，一般不大于20%。
（3）CT断线闭锁保护
如果不采取有效措施，CT断线可能引起保护误动。
对大型变压器，为保证可靠性，差东保护要求采用独立的CT，这为微机差动保护进行CT断线判断提供了可能。
常规差动保护为了调整两侧电流相角，采用Y侧CT二次回路接成Δ型，而Δ侧CT二次回路接成Y形。
电流互感器采用Y接线时判断CT断线较简单。
而Δ接线CT断线判断类型较多，但有时无法区分是故障还是断线。
目前微机差动保护CT接线基本采用全Y接线，使得接线简单，易于判断。
3）后备保护
可以采用复合电压启动的过流保护，也可用阻抗保护作为变压器后备保护，这里用复合电压过流为例：
工作原理：
由复合电压元件，三相过流元件与门组成，保护可设两组电压元件由负序电压元件与低电压元件两部分组成，分别反应不对称故障和对称故障，下列条件满足任一个，复合电压元件即动作。
U2＞Uzd或U＜Uzd（三个线电压最小值）
高压侧过流元件；接于CT二次三个相电流回路，可设多段定值；也可设相同定值，取不同时限，可单独整定。
采用不同时限的目的是保证保护的选择性，缩小故障范围。
低压侧后备保护可设简单过流保护，灵敏度不满足时采用复合电压过流保护，微机型保护提供了三侧复合电压过流供选择。
4）非全相保护
非全相运行时的保护，由负序电流或零序电流以及非全相判别回路组成，实际应用时，零序和负序可任取一种。
5）过流（过负荷。
有载调压闭锁，风冷启动）保护
6）中性点间隙零序电流及零序电压保护
用于中性点装设有放电间隙的主变压器，由零序电流元件和零序电压元件构成。
零序电压取自对应侧母线PT开口三角侧。
零序电流取自放电间隙处CT，两者或门延时输出。
7）非电量保护
包括：
瓦斯，冷却器故障等。
三、整定计算
以31.5KVA/110KV变压器为例说明采用WBH-100型微机保护的整定值。
1）接线形式：
主变Yn,Y,Δ11，各侧CT接线均为星形。
2）额定电流计算（保护内部进行幅值和相位的调整）
变压器各侧额定电流计算如下：
IHe=31500/（
×110）=165.33AIMe=31500/（
×38.5）=473A
ILe=31500/（
×11）=1650A
3）选择变比
高压侧CT变比：
200/5，二次电流4.133
中压侧CT变比：
500/5，二次电流4.73
低压侧CT变比：
2000/5，二次电流4.133
以高压侧为基准进行计算。
4）主保护定值
差动速断定值：
IdQ=（5-7）Ie，
与常规保护相同，也可按躲最大不平衡电流来整定
差动动作电流最小动作电流Id=（0.3~0.5）Ie
拐点制动电流Is=Ie
斜率K=0.5两段式比率制动系数
二次谐波制动比K2B=20二次谐波与基波的%。
平衡系数对差动回路电流不平衡进行补偿。
先计算各侧二次额定电流Ie，然后以高压侧为基准计算。
高压侧平衡系数Khhhh=1
中压侧平衡系数Km=Ihe/Ime
低压侧平衡系数Kl=Ihe/Ile=4.133/4.133=1
突变量启动值IQD=0.2Ie
零序量启动值I0QD=0.3Ie
起动通风门坎IL=2/3Ie
起动通风延时T1L》10S
5）高压侧后备
突变量启动值IQDm=0.2Ie同上
突变量启动值IQDl=0.2Ie同上
零序量启动值I0QD=0.3Ie
低电压门坎UDZ=Uemin/kk*kf=0.9*100/1.2*1.15=0.65Ue
实际计算可直接取：
Ulh=（0.6~0.7）Ue=66V
负序电压门坎Ul2h=6.6V
出口时限1TIl1fh与相邻后备保护配合跳中压母联或分段
出口时限2TIl2fh》TIl1fh跳三侧
零序间隙电流值I0gh=100/间隙CT变比
一次电流为100A,一般根据主变间隙电流大小的经验值确定.
零序间隙电压值U0gh=180V
间隙出口时限TU0gh=0.3-0.5S
过负荷电流门坎Ilh=1.2Ie
持续告警时间T=10-15S
零序电流一段3I01h
一段出口时限1TI011h跳高压母联或分段
一段出口时限2TI012h跳三侧
零序电流二段3I02h
二段出口时限1TI021h跳高压母联或分段
出口时限2TI022h跳三侧
低电压门坎Ulm=66
负序电压门坎UL2m=6.6
低电压门坎Ull=66
负序电压门坎UL2l=6.6
6）低压侧后备保护清单（110KV.10KV）
突变量启动值IQDm=0.2Ie本侧二次额定电流
突变量启动值IQDl=0.2Ie同上
低电压门坎Ull=66
负序电压门坎UL2l=6.6
过流一段IL1l=Kk/Kh*Ie
Ie为低压侧额定电流
原则：
与相邻后备保护配合，躲变压器最大负荷电流
出口时限1TIL11L与相邻后备保护配合跳10kv母联2.0S
出口时限2TIL12L》TIL11L跳10KV本侧2.5
过流二段IL12=Kk/Kh*Ie
出口时限1TIL21L》TIL12L跳三侧2.5
过负荷电流门坎IlL=1.2Ie
四、继电保护定值通知单
变电站名称：
XX变电站
被保护设备名称：
1#变压器31.5MVA/220
被整定设备名称：
许继WBH-100系列（110kV）微机变压器保护
1）.变压器主保护定值清单
序号
定值名称
符号
整定值
备注
01
电流比例系数
IBL
厂家给定
0.178
02
电压比例系数
VBL
厂家给定
0.125
03
控制字
KG
04
差动速断保护
IdQ
05
差动动作电流
Id
06
拐点制动电流
Is
07
斜率
K
08
二次谐波制动比
K2B
09
高压侧平衡系数
KH
10
中压侧平衡系数
KM
11
低压侧平衡系数
KL
12
突变量启动值
IQD
13
零序量启动值
I0QD
14
起动通风门坎
IL
15
起动通风延时
TIL
注：
1.主变各侧CT变比按额定电流计算结果选取
110kV：
35kV
10.5kV：
2.110kV中性点CT变比分别为：
300/5。
3.110kV放电间隙CT变比分别为：
100/5。
2）（110kV）后备保护定值清单
序号
定值名称
符号
整定值
备注
01
电流比例系数
IBL
厂家给定
0.178
02
电压比例系数
VBL
厂家给定
0.125
03
突变量启动值
IQD
04
零序量启动值
I0QD
05
控制字
KGh1
06
低电压门坎
Ulh
07
负序电压门坎
Ul2h
08
方向过流一段
IL1Fh
09
出口时限1
TIL1Fh
10
出口时限2
TIL2Fh
11
过流二段
IL2h
12
出口时限1
TIL21h
13
零序间隙电流值
I0gh
14
零序间隙电压值
U0gh
15
间隙出口时限
TU0gh
16
过负荷电流门坎
Ilh
17
持续告警时间
T
18
方向选择
SFh
19
方向零序电流一段
3I01h
20
一段出口时限1
TI01h
21
一段出口时限2
TI01h
22
零序电流二段
3I02h
23
二段出口时限1
TI02h
24
非全相零序电流值
NI0h
25
非全相负序电流值
NI2h
26
非全相出口时限1
TNI2h
27
控制字
KGh2
28
低电压门坎
Ulm
29
负序电压门坎
UL2m
30
低电压门坎
ULl
31
负序电压门坎
UL2l
三．（35kV和10kV））后备保护定值清单
序号
定值名称
符号
整定值
备注
01
电流比例系数
IBL
厂家给定
0.178
02
电压比例系数
VBL
厂家给定
0.125
03
突变量启动值
IQDm
04
突变量启动值
IQDL
05
零序量启动值
I0QDm
06
控制字
KGh
07
低电压门坎
Ulh
08
负序电压门坎
UL2h
09
控制字
KGm
10
低电压门坎
Ulm
11
负序电压门坎
UL2m
12
方向过流一段
ILF11m
13
出口时限1
TIF11m
14
出口时限2
TIF12m
15
过流一段
IL1m
16
出口时限1
TIL11m
17
零序间隙电流值
I0gm
18
零序间隙电压值
U0gm
19
间隙出口时限
TU0gm
20
过负荷电流门坎
ILm
21
持续告警时间
T
22
方向选择
SFm
23
方向零序电流一段
3I01Fm
24
一段出口时限1
TI011Fm
25
一段出口时限2
TI012Fm
26
方向零序电流二段
3I02Fm
27
二段出口时限1
TI021Fm
28
控制字
KGL
29
低电压门坎
ULL
30
负序电压门坎
UL2L
31
过流一段
IL1L
32
一段出口时限1
TIL11L
33
一段出口时限2
TIL12L
34
过负荷电流门坎
ILL
五、保护型号
目前主要型号有：
许继集团WBH-100系列（220kv,110kv）
南自厂WBZ-1201型（A：
二次谐波制动）
（B：
波形对称）
WBZ-500型（500kv.220kv）
其中WBZ-500型适宜500kV及以下各电压级的变压器，WBZ-1201适宜220kV及以下各电压级的变压器，下面以WBZ-500型为例进行整定。
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