火电厂设计终稿

西安电力高等专科学校——毕业设计

绪 论

电力系统概述

由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通 过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷 中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、 控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。

电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。在现代社会中，电能已成为工业、农业、交通和国防等等各行业不可缺少的动力和人民生活的必需品。世界各国的发展表明，国民经济每增长1%，电力工业要相应增长1.3%—1.5%，才能为国民经济快速稳定增长提供足够的动力。因此，电力工业是国民经济发展的基础产业，没有电力工业的先行，就没有国民经济快速稳定增长。到2004年底，我国发电机装机容量达44070万千瓦（其中火电32490万kW、水电10826万kW、核电684万kW），年增长12.6；年发电量达21870亿度，年增长14.8%。居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。

预计到2020年，我国电力装机容量将在此基础上翻一番。与之相配套的一大批500kV交流输变电和直流±500kV输电线路已经投入运行，750kV已经带电试运行等。目前，全国已经形成南方、东方、西方、华北、华中、华东6个大跨省区电网和6个独立省电网。这些都为国民经济的快速和可持续发展以及人民生活水品的提高起到了积极的推动作用。因此，各种类型的发电厂建设势在必行，而火力发电在目前一段时间里在我国还将占有主导地位。

毕业设计的主要内容

本次毕业设计的主要内容是一个2*25+1*50MW火力发电厂的电气部分设计。在这次设计中一共分五个步骤来完成本次的设计任务。

1

西安电力高等专科学校——毕业设计

主要内容：

（1）确定电气主接线：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的2—3个

方案，经过技术经济比较，确定最优方案。 （2）选择变压器：选择变压器的容量、台数、型号等。 （3）选择发电机：选择发电机功率、台数、型号等。

（4）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路算点，绘制等值网络

图，计算短路电流，并列表汇总。

（5）电气设备选择：选择并校验断路器、电抗器等，选用设备的型号、数量汇总成设备。 （6）发电机及变压器继电保护的配置及整定计算。

2

西安电力高等专科学校——毕业设计

第1章 100MW 火力发电厂电气主接线的确定

1.1 概 述

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。

发电厂的电气主接线是保证电力网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 1.1.1电气主接线的设计依据

1） 发电厂在电力系统中的地位和作用

电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力或

电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入300-500KV超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110-220KV系统，也有接入330KV系统；企业自备电厂则以本企业供电供热为主，并与地区110-220KV系统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。

2） 负荷大小和重要性

（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，切当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷

不间断供电。

（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。

1.1.2电气主接线的要求和原则

电气主接线的设计原则是：根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。

㈠可靠性

⑴研究主接线可靠性应注意的问题

① 应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。

② 主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。

③ 主接线可靠性在很大程度上取决于设备可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。

3

西安电力高等专科学校——毕业设计

④ 要考虑所设计发电厂、变电站在电力系统中的地位和作用。 ⑵主接线可靠性的具体要求

① 检修时，不宜影响对系统的供电。

② 断路器或母线故障及母线检修时，应尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级 ③ 负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 ④ 尽量避免发电厂、变电所停运的可能性。

⑤ 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 ㈡灵活性

⑴调度时，应可以灵活的投入和切除发电机、变压器、线路，调配电源和负荷，满足系统在故障运行方式、检修方式以及特殊运行方式下系统调度的要求。

⑵检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。

⑶扩建时可以容易的从初期接线过度到最终接线。 ㈢经济性 ⑴投资少

① 主接线力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器、避雷器等一次设投入。 ② 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 ③ 要能限制短路电流，以便于选择廉价的电气设备或轻型设备。

④ 如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV一下分支终端变电所可采用建议电器。 ⑵占地面的小。 ⑶电能损失少。

1.2 电气主接线的选择

发电厂的主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线（又称汇流母线）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可以使接线简单明了和运行方便。 1.2.1主接线的几种基本形式

1） 单母线接线

只有一组母线的接线如图1-1所示是一个典型的单母线接线图。这种接线的特点是电源和供电线路都联在同一母线上。为了便于投入或切除任何一条进、出引线每条引线上都装有可以切除负荷电流和故障电流的断路器。

单母线接线的主要优点是：接线简单、清晰、采用设备少，投资省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。单母线接线一般只适用于一台发电机或一台变压器的以下三种情况：

4

西安电力高等专科学校——毕业设计

（1）6～10KV配电装置的出线回数不超过5回； （2）35～63KV配电装置的出线回数不超过3回； （3）110～220KV配电装置的出线回数不超过3回。

单母线接线最严重的缺陷是母线停运（母线检修、故障，线路故障后线路保护或断路器拒运）将使全部支路停运，即停电范围为该母线段的100%，且停电时间很长，若为母线自身损坏须待母线修复之后方能恢复各支路运行。

线路母线电源T1T2T1T2单母线接线单母线分段接线图1-1图1-2

隔离开关作为操作电器，所以断路器和隔离开关在正常运行操作时，必须严格遵守操作顺序；隔离开关“先合后断”或在等电位状态下进行操作。

2） 单母线分段接线

单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服。如图1-2所示。当母线的中间装设一个断路器后，即把母线分为两段，这样对重要的用户可以由分别接于两段母线上的两条线路供电。

由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，所以这种接线目前仍被广泛应用。单母线分段接线适用范围： （1）6～10KV配电装置的出线回数为6回及以上时； （2）35～63KV配电装置的出线回数为4～8回时； （3）110～220KV配电装置的出线回数为3～4回时。

单母线分段有其如下优点：用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同的段引出两条回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

但是单母线分段接线也有较显著的缺点，就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电；当出线为双回路时，架空线路出现交叉跨越；扩建

5

西安电力高等专科学校——毕业设计

时须向两个方向均衡扩建。显然对于大容量发电厂来说，这都是不允许的。因此，还要改进。

3） 双母线接线

双母线接线是根据单母线接线的缺点提出来的，如图1-3所示。双母线接线，其中一组为工作母线，以组为备用母线，并通过母联断路器并联运行，在进行倒闸操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作或先通后断。它可以有两种运行方式，一种是固定连接分段运行方式。即一些电源与出线固定连接在一组母线上，母联断路器合上，相当于单母线分段运行。另一种工作方式相当于单母线运行方式。很显然双母线分段的可靠性高于前两种接线方式，只是母线保护较复杂。然而它比单母线分段接线的投资更大。

如检修工作母线是其操作步骤是：先合上母线断路器两侧的隔离开关，再合母线断路器，向备用线充电，这是两组母线等电位。为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。完成母线转换后，在断开母联断路器及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。

双母线接线的适用范围：

（1）6～10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；

（2）35～63KV配电装置的出线回数超过8回火连接电源较多、负荷较大时；

（3）110～220KV配电装置的出线回数为5回以上时，或110～220KV配电装置，在系统中居重要

地位，出线回数在4回以上时。 双母线接线的优点有：

a供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。

b调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

c 扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线单位电源和符合均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以至界限不同的母线断路时不回如单母线分段那样导致出线交叉跨越。

d 便于实验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 双母线接线也有其缺点：

a 增加一组母线和使每回路就须加一组母线隔离开关。

b 当母线故障或检修时隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需要隔离关和断路器之间装设连锁装置。

4） 变压器-线路单元接线

6

西安电力高等专科学校——毕业设计

发电机和变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变压器组，称为单元接线。单元接线的特点是几个元件直接单独连接，其间没有任何横的联系（如母线等），这样不仅减少了电器的数目，简化了配

电源1图1-3 双母线接线电源2

电装置的结构和降低了造价，同时也大大减少了故障的可能性。

（1）发电机-双绕组变压器组成的单元接线。在图1-4（a）和（b）中，发电机和变压器成为一个单元组，电能经升压后直接进入高压电网。这种接线由于发电机和变压器都不能单独运行，因此，二者的容量应当相等。单元接线的基本缺点是原件之一损坏或检修时，整个单元将被迫停止工作。这种接线形式适用于大型的发电厂。

（2）发电机-变压器-线路单元接线。如图1-4（c）所示，这种接线不需在发电厂或变电所中建造高压配电装置，从而大大减小了占地面积与造价，并简化了运行。但这种接线的采用却具有相同的局限性，线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时，线路停运。

35-330KV35-220KV110-330KV110-330kv变电所（a ）(b) (c ) 图1-4 单元接线

7

西安电力高等专科学校——毕业设计

1.2.2 主接线的方案确定

设计发电厂的电气主接线时，首先应按技术要求确定可能选用的方案。当有多个方案在技术上相当时，则需进行经济比较。

技术上可行方案的确定

设计发电厂主接线时在技术上应考虑的主要问题是：1）保证全系统运行的稳定性，不应再本厂、站内的故障造成系统的瓦解；2）保证负荷、特别是重要负荷供电的可靠性及电能质量；3）各设备、特别要注意高、中压联络变压器的过载是否在允许范围内。

经济上可行方案的确定

由于在本电厂的设计中对于经济方面的因素不以较多考虑，加之在经济比较方面的相关知识欠缺。在经济因素上只做了简单论证后，做出以下的方案确定：

方案一：

a．110kV电压等级的方案选择。

由于110kV电压等级的电压馈线数目是4回，所以35kV电压等级侧的接线方式可以选择单母线接线方式。由于单母接线本身简单、经济、方便等等基本有点，才有设备少、投资省、操作方便、便于扩建和才用成套电气设备装置，所以110kV电压等级的接线形式选择为单母接线形式。

b. 35kV电压等级的方案选择。

由于35kV电压等级的电压馈线数目是4回，所以在本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。单母线的优点如下：①母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②一段母线故障（或检修） 时，仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。

c.10kV电压等级的方案选择。

对于出线回路数多或者多数线路向用户供电，以及不允许停电的单母线，分段单母线的配电装置，可设旁路母线。采用双母线的6~10kV配电装置多不设置旁路母线。因此，10kV电压等级的接线形式选择为双母分段接线形式。

方案二：

a.110kV压等级的方案选择。

由于110KV电压等级的电压馈线数目是4回，所以在本方案中的可选择的接线形式是单母分段接线形式。由于单母线分段接线的可靠性和灵活性较高，对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不至于使重要用户停电。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一段母线故障时 ，将造成两端母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开，完好段即可恢复供电。

b.35kV电压等级的方案选择。

由于35KV电压等级的电压馈线数目为4回，所以在本方案中可选择的接线形式是单母分段带旁母。优点：可靠性高。缺点：操作难，增加了投资。

8

西安电力高等专科学校——毕业设计

c.10kV的方案选择。

在方案二中的10KV电压等级的接线形式仍然选择单母线分段接线形式。因为在进行主接线的设计中，必须时时刻刻考虑到可靠性、灵活性和经济行动要求。

方案一电气主接线图35kV110kV10kV图：

25MW25MW50MW

9

西安电力高等专科学校——毕业设计

方案二的电气主接线图35kV110kV10kV25MW25MW50MW

通过对两种方案的比较，并且连同电气主接线的设计原则即可靠性、经济性和灵活性的综合考虑，选择出的最优方案是方案一。

10

西安电力高等专科学校——毕业设计

额定短路时耐受 电流：(4s)kA 额定峰值耐受 电流：kA 额定关合电流：kA 额定合闸时间：s 全开断时间：s 最高工作电压：kV ⑵35kV出线断路器的选择

/ 20 / 50 / / / / 50 0.06 0.03 12 根据计算结果，查手册选择断路器型号为LN2—4O。其基本参数如下表 项目 额定电压：kV 最高工作电压：kV 额定电流：A 额定开断电流：kA 额定短路时耐受 电流：（4s）kA 额定峰值耐受 电流：kA 额定关合电流：kA 额定合闸时间：s 全开断时间：s

16

计算数据 35 / 142.03 8.08 / / / / / LN2-40.5 35 40.5 1250 16 16 40 40 0.1 0.06

西安电力高等专科学校——毕业设计

第3章 火力发电厂短路电流计算

3.1 概 述

电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在供电系统的设计和运行中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此，短路电流计算是电气主接线的方案比较、电气设备及载流导体的选择、节地计算以及继电保护选择和整定的基础。

短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中，相与相之间的火中性点直接节地系统中的相与地之间的短接都是短路。为了保证电力系统的安全、可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，一定要考虑系统等不正常工作状态。 3.1.1 短路的原因及后果

1）短路原因

造成短路的原因通常有以下几种：

（1）电气设备及载流导体因绝缘老化、或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起的绝缘损坏。 （2）架空线路因大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等都可能导致短路。 （3）电气设备因设计、安装、维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短路。

（4）运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后

未拆除接地线就加上电压等都回造成短路。根据国外资料显示，每个人都有违反规程操作的潜意识。

（5）其他原因。如输电线断线、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路。 2）短路后果

短路故障发生后，由于网络总阻抗大为减小，将在系统中产生几倍甚至几十倍于正常工作电流的短路电流。强大的短路电流将造成严重的后果，主要有以下几方面：

（1）强大的短路电流通过电气设备是发热急剧增加，断路持续时间较长时，足以使设备因过热而

损坏甚至烧毁；

（2）巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏

17

西安电力高等专科学校——毕业设计

（3）短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或

停转，造成产品报废甚至设备损坏；

（4）短路将引系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳

定性，造成大面积停电。这是短路所导致的最严重后果；

（5）巨大的短路电流将在周围空气产生很强大电磁厂，尤其是不对称短路时，不平衡电流所产生

的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。

3.1.2短路计算的目的和简化假设

因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果，所以一方面应采取措施以限制短路电流，另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置。这一切都离不开对短路电流故障的分析和短路电流的计算。概括起来，计算短路的主要目的在于：

（1）为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流

以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性； （2）为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；

（3）为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。 在实际短路计算中，为了简化计算工作，通常采用一些简化假设，其中主要包括： （1）符合用恒定电抗标识或忽略不计；

（2）认为系统中个元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，即个元件军用春电抗

表示，并认为系统中各发电机的电势通相位，从而避免了复数的运算； （3）系统出不对称故障出现局部不对称，其余部分是三相对称的。

3.2 各系统短路电流的计算

3.2.1短路计算的基本假定和计算方法

1．基本假定

（1）正常工作时，三相系统对称运行。 （2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）系统中的电机均为理想电机，不考虑电磁饱和、磁滞、涡流及导体肌肤效应等影响；转子

结构完全对称；

（4）短路发生在短路电流为最大的瞬间；

18

西安电力高等专科学校——毕业设计

（5）不考虑短路电的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 3.2.2短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算

无限大容量电力系统是指容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，可将该电力系统视为无限大容量电力系统。但是， 在实际电力系统中，他的容量和阻抗都有一定的数值，一次，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压相应的有所变动。但一般的供电系统，由于它是在小容量线路上发生短路，电力系统母线电压基本不变，因此，电力系统可视为无限大容量电力系统。由于无限大容量电力系统的三相短路电流是对称的，所以他的变化规律只需考虑一相的。

短路点的选择应选择通过导体和电器的短路电流为最大的那些点作为短路计算点。

首先，应在三条电压等级的母线上选择三个短路计算点k1,k2,k2如图所示。由于10KV电压等级有电缆馈线8回，所以在10KV的出线上需加设电抗器。

注：电抗图见计算书

无线大功率系统的主要特征是：内阻抗X=0，端电压U=C，它所提供的短路电流周期分量的幅值恒定且不随时间改变。虽然非周期分量依指数率而衰减，但一般情况下只需计及他对冲击电流的影响。因此，在电力系统短路电流计算中，其主要任务是计算短路电流的周期分量。而在无限大功率系统的条件下，周期分量的计算就变得简单。

如取平均额定电压进行计算，则系统的短电压U=Uav，若选取Ud=Uav，则无限大功率系统的短电压的标幺值

U*?，

U?1Ud

短路电流周期分量的标幺值为

IP*? 式中

U*1?X?*X?*

X?* ——无限大系统功率系统对短路点的组合电抗（即总电抗）的标幺值

短路电流的有名值为

IP*Id?IP?Id?X?*

则冲击电流为

ish?Ksh?IPM?KshIP2 ?0.01Ta 式中

Ksh?1?e——冲击系数，表示冲击电流对周期分量幅值的倍数。当时间常数Ta

19

西安电力高等专科学校——毕业设计

的值由零编制无限大时，冲击系数值的变化范围为：

1?Ksh?2

在以下的计算中，取Ksh =1.8；（短路计算过程详见附录计算书）

20

西安电力高等专科学校——毕业设计

第4章 发电厂继电保护

4.1 概述

4.1.1 电力系统继电保护的基本任务

所谓继电保护装置，就是指能反映电力系统中电气设备所发生故障或不正常状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：

（1）自动的、迅速的、有选择性的将故障设备从电力系统中切除，以保证系统无故障部分能迅速

恢复正常运行，并使故障设备免予继续遭受破坏；

（2）反应电气设备的不正常工作状态，并根据维护运行的条件，而动作于信号、减负荷或跳闸，

这时，保护动作可以带有一定的延时，以保证动作的选择性。

由于电力系统发生故障时，总是伴随有电流的增大、电压的降低以及电流电压之间相位角的变化等物理现象，因此，利用这些物理量的变化，就能正确地区分系统是否出于正常运行状态、发生故障或出现不正常的运行状态，从而实现保护。 4.1.2 电力系统继电保护的作用

电力系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发

生各种形式的短路。在电力系统中，除应采用各项积极措施消除或者减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求笑道十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有在每个电气元件上装设一种具有“继电保护”的自动装置才有可能满足这个要求。

自动装置与继电保护的配置：

110kV装设一台三相检同步自动重合闸。 35kV装设一台三相一次重合闸。

每台机装设一套KFD-3自动调节励磁装置，全场装设两套准同期并列装置。 （1） （2）

装设一套带有相位闭锁手动同期装置。 装设一套

ZZQ-3自动准同期装置。

21

西安电力高等专科学校——毕业设计

4.2 变压器的继电保护

电力变压器是供电系统中的重要设备，他的故障对供电的可靠性和用户的生产、生活将产生严重的影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设适当的保护装置。现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型的故障和异常运行。为了保证电力系统的正常运行，并将异常和故障运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压等级等因素，装设必要的、动作可靠性高的继电保护装置。

变压器一般分为内部故障和外部故障两种。

变压器的内部故障主要有绕组的相间短路 、绕组匝间短路和单相接地短路。内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘、烧坏铁心，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器的油箱爆炸。

变压器常见的外部故障是引出线上绝缘套管的故障。该故障可能引出线的相间短路和接地短路。 变压器的不正常工作状态有：由于外部短路和过负荷而引起的过电流，右面的过度降低和温度升高等。

变压器的内部故障和外部故障均应动作于跳闸；对于外部相间短路引起的过电流，保护装置应带时限动作于跳闸；对过负荷、油面降低、温度升高等不正常状态的保护一般只作用于信号。

变压器保护装置的配置原则,变压器一般装设下列继电保护装置。 （1） 反映变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护

容量为800 KVA级以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。对于高压侧未装设断路器的线路—变压器组，为采取是瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护可以动作于信号。

对于容量为400 KVA级以上的车间内的油浸式变压器，也应装设瓦斯保护。 （2）相间短路保护

反映变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护，对其中性点枝节节地侧绕组的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。

容量为6300 KVA级以下并列运行的变压器以及10000 KVA级以下单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s 时，应装设电流速断保护。

容量为6300 KVA级以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器。10000 KVA级以上厂用备用变压器和单独运行的变压器以及2000KVA级以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。

22

西安电力高等专科学校——毕业设计

对高压侧电压为330KV及以上的变压器，可装设双重差动保护。

对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，变压器应装设纵联差动保护，当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW及以下的发电机，可只装设发电机变压器组共用的纵联差动保护。对于200MW及以上的汽轮发电机，为提高快速性，在机端还宜设置符合电流速断保护，或在变压器上增设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护方式。

如果变压器的纵联差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。 （3）后备保护

对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护：

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（包括抚恤电压及线电压）启动的过电流保护，宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。

③ 负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护，可用于63000 KVA级以上的升压变压器。 ④ 对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述（2）、（3）保护不能满足系统灵敏性和选择性的要求时，可采用阻抗保护。

上述各种保护动作后，应带时限动作于跳闸。

本火电厂的变压器后备保护采用复合电压启动过电流保护。 （4）过负荷保护

对于400 KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组的变压器，保护装置应能反映公共绕组以及各侧过负荷的情况。过负荷保护应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸和断开部分负荷。 （5）过激磁保护

为降低材料消耗，现代大型变压器铁心一般都用新型电工硅酮片制成。其额定磁密接近于饱和磁密，过电压或低频率时容易引起过激磁，因此，500KV及以上的大容量变压器以装设过激磁保护。

4.3 变压器继电保护整定计算

4.3.1 纵联差动保护的整定计算

变压器的纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流入差动继电器的电流为零。但由于实际上变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，继电器中有不平衡的电流

23

西安电力高等专科学校——毕业设计

流过。由于这些特殊因素影响，变压器差动保护得不平衡电流远比发电机差动保护的大。因此，变压器差动保护需要解决的重要问题之一是采取各种措施避越不平衡电流的影响。在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。

按照避越励磁涌流的不同，变压器差动继电器可按不同的工作原理来实现。目前，国内广泛应用的

以下几种类型继电器构成的差动保护： （1） 带短路线匝的BCH—2型差动继电器 （2） 带磁制动特性的BCH—1型差动继电器 （3） 多侧磁制动特性的BCH—4型差动继电器 （4） 鉴别涌流间断角的型差动继电器 （5） 二次谐波制动的型差动继电器

BCH—2型差动继电器是具有带短路线匝的速保和变流器，它能可靠的躲过变压器励磁涌流及保护区外的故障时的不平衡电流，可以用作双绕组和三绕组的变压器的差动保护。

变压器纵联差动保护的整定计算（附于计算书中）

4.4过电流保护的整定计算

使用过电流保护或复合电压启动的过电流保护或负序电流保护或低阻抗保护，用来为反 变压器外部故障而引起的变压器绕组的过电流，以及在变压器内部故障时，并作为瓦斯保护和纵联差动保护（或电流速断保护）的后备。

变压器相间后备保护的配置原则

（1）变压器后备保护应作为相邻元件及变压本身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大

为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。

（2）变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。 （3）变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护而代替。 （4）变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。

过电流保护的动作电流的整定计算，一般包括动作电流的计算、动作时限的整定和灵敏度的校验。

4.5 发电机的继电保护

发电机安全运行对保护电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用，同时发电机本身也是一个十分贵重的电气元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保

24

西安电力高等专科学校——毕业设计

护装置。一旦发生发电机故障，保护装置能够有选择的快速将其从系统中切除，并将发电机励磁开关跳开并灭磁。当同步发电机处于异常工作状态时，保护装置应及时发出信号，以便于运行人员快速处理。在电力系统中运行的发电机，由于容量相差悬殊，在设计、结构、工艺、励磁乃至运行等方面都有很大的差异，这就使得发电机极其励磁回路发生故障，故障的几率和异常工作状态有所不同，进而所装设的保护也有差异。

发电机的故障主要分为定子故障和转子故障，其故障类型主要有：

1 ）定子绕组相间短路； 2 ）定子绕组单相匝间短路； 3 ）定子绕组单相接地；

4 ）转子绕组一点接地或两点接地； 5 ）转子励磁回路电流消失。 发电机的异常工作状态：

1 ）外部短路或系统振荡引起的定子绕组过电流； 2 ）定子绕组引起的三相对称过负荷；

3 ）外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机不对称过负荷； 4 ）突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；

5 ）励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷； 6) 汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等。

4.5.1发电机一般配置下列继电保护： （1）同步发电机的纵联差动保护

发电机定子绕组短路是发电机内部最严重的故障，要求装设快速动作的保护装置。当发电机中性点侧有分相引出线时，可装设纵差动保护作为发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护。

发电机纵联差动保护，根据接入发电机中性点电流的份额，可分为完全纵差动保护和不完全纵差动保护。完全纵差保护能反映发电机内部及其引出线上的相间短路，但不能反映发电机内部匝间短路及分支开焊、对于大电流系统侧的单相接地短路故障，灵明度有所下降。不完全纵差保护，适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。它除了能反映发电机相间短路故障，还能反映定子线棒开焊及分支匝间短路。

保护接线与构成原理

25

西安电力高等专科学校——毕业设计

：

发电机纵联差动保护的原理示意图

工作原理

① 正常运行或外部故障时，继电器中只有流过数值较小的不平衡电流。 ② 当发电机内部发生故障，故障电流流过继电器时，瞬时动作于跳闸。 ③ 保护范围是两侧电流互感器之间的部分。

中性点**..I NI .I .一相绕组IT..**2中性点*I N2..一相绕组I 2..*.IT*装置交流模件*装置交流模件发电机完全纵差保护的交流接入回路示意图发电机不完全纵差保护的交流接入回路示意图

（2） 同步发电机定子绕组匝间短路保护

容量较大的发电机每相都有两个或者两个以上的并联支路，定子绕组的匝间短路包括同相同分支绕组匝间短路、同相不同分支的短路，定子绕组匝间短路，纵联保护不能反应，故在发电机上装设匝间短路保护。

发电机定子绕组匝间短路的特点：

①发电机定子绕组一相匝间短路时，在短路电流中有正序、负序和零序分量，且各序电流

26

西安电力高等专科学校——毕业设计

相等，同时短路初瞬也出现非周期分量。

②将在并联分支绕组的两个中性点之间的连接线上形成环流。 ③在转子回路中将产生二次及其它次谐波的电流分量。 ④短路环中电流的大小与短路匝数大致成反比关系。 (3）失磁保护

对失磁保护的要求主要有三点：①发电机虽然失磁，但对失磁发电机和电力系统尚未形成危害时，应能及时发出信号。②在发电机失磁后备威胁到发电机及电力系统安全运行时，失磁保护应能及时动作，切除失磁发电机③在发电机外部故障，电力系统振荡，发电机自同期并列等非正常运行状态下，失磁保护不应误动作。

失磁保护由阻抗元件，母线低电压元件和闭锁元件组成，阻抗元件用于失磁故障，母线低电压元件用于监 视母线电压，以保证系统安全，闭锁元件用于保证保护装置在外部短路，系统振荡。自同步及电压回路断线等情况下不误动作，当失磁后母线电压低于允许值时，失磁保护带时限动作于断路器跳闸，当母线电压未低于允许值时，保护带时限动作于信号，同时动作于切换励磁回路和自动减出力，可作为失磁保护的判据有： ①无功功率改变方向

②机端测量阻抗超越静稳边界阻抗圆的边界③机端测量阻抗进入异步边界阻抗 失磁保护的辅助判据有：

①励磁电压下降

②不出现负序分量③用延时躲过振荡。失磁保护用上述一个或几个主要判据与辅助判据一起组合而成有关失磁保护的构成方案可参阅继电保护原理与运行分析 （4） 负序功率方向匝间短路保护 ①负序功率方向的特点及保护原理

②当负序功率由发电机流向系统时表示发电机内部发生了故障

③若负序功率由系统流向发电机，则表示发电机本身完好，系统存在不对称故障。 方向匝间短路保护的特点：

负序功率优点：保护对于电流互感器和电压互感器没有特殊要求，装置简单，不需附设其它闭锁

元件。

27

西安电力高等专科学校——毕业设计

缺点：只能适用于正常运行时负序电流较小的发电机，特别是在发电机启动过程中或在并网前这种保护将失效。

发电机纵向零序电压匝间短路保护原理图 1—二次谐波滤过器；2—断线闭锁保护；3—出口

保护构成及原理 ：

当发电机正常运行和外部相间短路时。

当发电机内部或外部发生单相接地故障时 ，三相对中性点的电压完全对称，第三绕组输出电压 当发电机内部发生匝间短路或者发生对中性点不对称的各种相间短路时 ，零序电压匝间短路保护正确动作

TV断线闭锁及负序功率方向闭锁

28

西安电力高等专科学校——毕业设计

负序功率方向闭锁：在外部短路时，使保护退出工作，提高了保护灵敏度。

TV断线闭锁元件：以防止专用电压互感器因断线在开口三角绕组侧出现很大的零序电压而造成保护误动。在断线时，使保护退出工作，并发出信号。

纵向零序电压的整定

运行经验表明，纵向零序电压的整定值一般可取为2.5~3V （5）发电机的单相接地保护

根据安全需要，发电机的外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较奥普遍。但接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁心烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。我国规定，当接地电容电流等于或者大于5A时，应装设动作于跳闸的接地保护；当接地电流小于5A时，一般装设作用于信号的接地保护。

发电机定子绕组单相接地的特点

①发电机发生单相接地时，接地相电压最低，非接地相电压升高； ②故障点的零序电压将随着故障点的位置不同而不同 短路电流

??j3?CU??3I?C0G?E0G0GK0(?)??j3A??j3?CU??3I?C01?E0101K0(?)??j3A故障点总的接地电流

??3I?(C0G?C01)?E K(?)??j3A流经故障点的接地电流与? 成正比 TA0U0(V)40+Uk0 30

20-C0GC01100.10.20.3?发电机内部单相接地时零序等效网络发电机的关系图

（6）发电机相间短路后备保护

发电机相间短路的后备保护应在下列情况下动作：

29

西安电力高等专科学校——毕业设计

①发电机外部故障，而故障元件的保护或者断路器拒动时。 ②发电机电压母线上发生短路，而该母线又未被设专用保护时。 ③发电机内部发生相间短路，纵差保护拒动时。

发电机的最大负荷电流通常比较大。采用一般过电流保护时，保护的动作电流较大，致使保护反映外部故障时的灵明系数往往不能满足要求。为了提高保护的灵明性，可采用低电压或者复合电压启动的过电流保护或者负序电流保护。当对灵明系数与时限的配合要求较高时，也可采用阻抗保护。

A 复合电压启动过电流保护 适用范围

1MW以下的发电机和升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不能满足灵敏度要求的降压变压器

电压元件：

负序电压元件和反映相间电压的低电压元件，两者构成或门关系。

负序电压元件主要针对于不对称故障，提高了反应不对称故障的保护的灵敏度； 低电压元件主要反映对称故障，灵敏度较高。 记忆元件：

采用加记忆元件或利用低电压自保持，以防止保护装置中途返回。

复合电压过电流保护出口逻辑

B 负序电流和单相式低电压启动的过电流保护 适用范围：

30

西安电力高等专科学校——毕业设计

50MW以上发电机和63MVA及以上升压变压器 构成：

负序电流元件和单相式低电压启动的过电流保护 ： 负序电流元件用来反应不对称故障；

单相式低电压启动的过电流保护主要反映对称故障。 保护逻辑框图

(7)同步发电机的负序电流保护和过负荷保护 转子发热特点

（1）发电机长期承受负序电流的能力。

我国有关规定为：在额定负荷下，汽轮发电机持续负序电流，对于大型直接冷却式发电机相应值更低一些。

（2）发电机短时承受负序电流的能力。

与流经发电机的负序电流的平方及所持续的时间成正比，即 因此这对于发电机保护的性能提出了更高的要求。

发电机负序电流保护原理：保护反映发电机定子绕组负序的大小，保护一般由两部分组成，即定时限过负荷与反时限过流。

定时限负序电流保护 保护的构成 保护由两段式构成：

I段 经t1（3~5s）延时动作于跳闸； Ⅱ段 经t2（5~10s）延时动作于信号。 保护动作行为分析

I?2 ? 2t?A发电机定时限负序电流保护动作特性

31

西安电力高等专科学校——毕业设计

（1）ab段 保护装置的动作时限大于发电机的允许时间，对发电机是不安全的； （2）bc段 保护装置的动作时限小于允许时间，未充分利用发电机承受负序电流的能力； （3）cd段 靠保护装置动作发信号，然后由运行人员来处理。当负序电流靠近c点附近时，

由于运行人员处理的时间可能已大于发电机允许时间，对发电机有潜在的威胁。

（4）de段 保护根本不反应

32

西安电力高等专科学校——毕业设计

专 题

变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组的若干问题探讨

1 引言

电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备之一，对电力系统的安全稳定运行至关重要，尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大。一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成很大的经济损失；另外，发生故障后突然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动。因此，对继电保护的要求很高。

作为电力变压器的主保护之一的变压器差动保护历来得到广大保护同行们的重视，对其主要保护原理的研究已经相当有成果。但是对于其电流互感器TA及其联接组的若干问题尚留有进一步探讨的余地，如：

1).变压器各侧电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正 2).电流互感器TA饱和时的对策

3).电流互感器TA二次电路断线或短路时的对策 4).电流互感器TA的相序、极性和接地问题等

这些问题处理的不好也会直接影响变压器差动保护的可靠工作，降低保护性能。特别是现在大量采用的微机型变压器差动保护，由于具有了更加强大的数据处理、计算、逻辑判断等软件功能，更应该很好处理和解决这些问题。本文针对这些问题并通过长期在变压器保护方面的研究、设计和应用中的体会，对变压器差动保护中变压器各侧电流互感器 TA及其联接组的若干问题专门作了探讨。 2 电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正

一般来说，在电力变压器中有电流流过时，通过变压器各侧电流互感器TA的二次电流不会正好完全平衡，这是由于变压器的变比和接线组别以及变压器各侧的电流互感器TA的变比和接线等情况有关。因此，变压器差动保护系统设计时必须考虑下列各项因素，使得经过合理匹配的各侧电流才能进行比较。这些因素主要是：

1).变压器各侧的电压等级，包括分接头情况 2).变压器各侧的电流互感器情况及其接线方法 3).变压器Ｙ-△接线下造成的电流相位角差 4).变压器Ｙ接线绕组侧的中性点接地情况 5).变压器△侧有无接地故障零序电流电源

常规的变压器差动保护装置，普遍采用合理的选择电流互感器TA的应用接线方式修正相位差，并通过装置内部的器件进行变比匹配或者通过专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配，从而解决这些问题，这里不再赘述。

目前，微机型变压器差动保护装置普遍利用本身方便的计算条件，通过保护软件单纯地以数学方法来实现匹配各种变压器和其电流互感器TA的变比，以及被保护变压器接线组别形成的相位差。不需要装置内部的器件进行变比匹配或专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配。

33

西安电力高等专科学校——毕业设计

一般情况下，微机型变压器差动保护装置可以采用如下的数学表达式模拟变压器各侧电流的匹配情况，不再要求电流互感器TA的接线方式。其通常的编程系数矩阵数学表达式如下： [IOUT] = Kn·[A]·[IIN] (2-1) 式中：

[IOUT]―匹配后的该侧电流Ia、Ib、Ic的矩阵 Kn ―该侧变比平衡系数 [A] ―该侧相位平衡系数的矩阵

[IIN]―该侧输入装置的电流IA、IB、IC的矩阵

如果采用零序电流补偿方式，其通常的编程系数矩阵数学表达式如下： [IOUT] = Kn·[A]·[IIN]+K0·[I0] (2-2) 式中：

[I0]―该侧零序电流的矩阵 K0 ―该侧零序变比平衡系数

例如，对于如图1所示的变压器接线情况，如果设定输入微机型变压器差动保护装置的变压器主一次和主二次电流的各侧电流互感器 TA均为星形接法，且同名端均在变压器的外侧，那么保护装置电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正方式可以采用如下两种方式：

方式一，变比匹配和相位修正按照无零序补偿的常规方式。 方式二，有零序补偿的方式。

它们之间的区别主要是：方式一符合常规使用方式，应用经验丰富；方式二对于变压器一次侧的接地故障灵敏度较方式一好；方式二由于对于变压器一次侧电流互感器输入的电流没有相关合成，因此对于变压器产生的励磁涌流的原始特征保留情况可能比方式一好些；方式二的缺点是需要输入保护装置接地侧的零序电流，应用经验不够丰富。

通过以上分析和在实际应用中的体会，采用纯数学方法依靠软件实现电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正方式带来的好处是：可靠性高、方式灵活、不受环境影响、经济性好、修改方便等。但是，在应用中一定要注意选择的变比平衡系数的限制范围，避免变比平衡系数本身放大保护的采样值影响保护工作。

3 电流互感器TA饱和时的对策

当前和今后一段时间内仍然大量采用的常规电磁耦合方式的电流互感器TA，由于故障电流大和（或）系统时间常数长以及电流互感器TA本身的剩磁等因素引起的电流互感器TA饱和情况，会对变压器差动保护装置产生极为不利的影响。特别是电流互感器TA的暂态饱和对引用变压器各侧电流量的变压器差动保护的影响更大，应该采取相应的识别方法区分是否为变压器差动保护区外的故障造成的电流互感器TA饱和的情况，避免变压器差动保护发生误动作。

目前，一方面对于电流互感器TA的选型已经考虑或注意到电流互感器TA的暂态饱和问题，如在高压系统或大容量电力设备高压侧普遍设计采用TPY级电流互感器，以及选用带小气隙的PR级电流互感器等；另一方面要求保护装置本身具有一定的抗电流互感器TA饱和的能力，特别是抗电流互感器TA的暂态饱和的能力。对于保护装置采用的判别方法主要是利用电流互感器TA饱和后的电流特征

34

西安电力高等专科学校——毕业设计

识别，如电流波形识别法、谐波含量判别法、时差判别法等。下面介绍一种变压器差动保护中选用的抗电流互感器TA饱和的附加稳定特性区判别方法：

首先，对于发生在被保护变压器区内的短路故障，它引起的电流互感器TA饱和是不易用差动电流和制动电流的比值区分的。这是因为差动电流和制动电流的测量值都会受到影响，而且它们的比值立即就会满足保护动作条件。这时的比率差动保护的动作特性还是有效的，故障特征满足比率差动保护的动作条件。

其次，对于发生在被保护变压器区外的故障，它产生的较大的穿越性短路电流引起的电流互感器TA饱和，会产生很大的虚假差动电流，这在各个测量点的电流互感器TA饱和情况不同时更为严重。如果由此产生的量值引发的工作点落在了比率差动保护的动作特性区内，而且不采取任何稳定比率差动保护的措施，比率差动保护将会误动作。但是我们知道：电流互感器TA并不是在故障一开始就发生饱和，而是在故障发生后经过一段时间，其铁芯的磁通达到它的饱和密度后才开始的。这样，电流互感器TA从故障起始到开始饱和时总会有一段时间（不小于1/4T~1/2T左右，T为工频周期的时间）还能够线性变换电流量，不会立即产生饱和。因此，按照基尔霍夫电流定律计算变压器各侧的电流量得到的差动电流，在开始的短时间内基本平衡，仅会产生较小的不平衡电流，待电流互感器TA饱和后才会产生较大的差动电流，引起变压器差动保护误动。

针对上述情况，变压器差动保护可以设一个电流互感器TA饱和时的附加稳定特性区，它能够区分出这种变压器区内、外故障情况。 对于发生在被保护变压器区外的故障引起的电流互感器TA饱和，利用故障发生的最初的1/4T~ 1/2T时间内，可以通过高值的初始制动电流（ITA ）检测出来，此制动电流会将工作点短暂的移至附加稳定特性区内。反之，当变压器区内故障时，由于差动电流很大，其与制动电流的比值引发的工作点会立即进入比率差动保护的动作特性区内。因此，保护通过测量的电流量值引发的工作点是否在附加稳定特性区内，在半个周期内由此判别作出决定。一旦检查出外部故障引起电流互感器TA饱和，可以选择差动保护自动闭锁了比率差动保护，并按照整定的时间（TTA）内一直有效闭锁比率差动保护，直到整定的时间到时才解除闭锁。

Iz ≥ ITA

Id ≤ KB1/2·Iz （3-1） t ≤ TTA 式中：

ITA — 检查TA饱和制动电流门坎值 TTA — TA饱和闭锁时间

在外部故障引起的电力互感器TA饱和闭锁了比率差动保护期间，如果发生故障变化在变压器保护区内也发生了故障，其引发的工作点稳定地连续两个周期工作在高定值的动作区内，那么电流互感器TA饱和闭锁会被立即解除。由此可靠地检查出被保护变压器发展中的故障而迅速动作。 4 电流互感器TA二次电路断线或短路时的对策

历来，对于微机型变压器差动保护判别其电流互感器TA二次电路的断线或短路故障比较困难，原因是单纯通过本身的电流量去判断接线比较复杂的电流互感器TA二次电路的多种多样的断线和短路故障，很难与各种各样的系统异常或故障情况区分，因此很多微机型变压器差动保护都只是配有简单的电流互感器TA二次电路的断线判别元件。针对这种情况，介绍一种由电流量和电压量共同判别电流互感器TA二次电路断线或短路的判别原理，它特别适用于主后备一体化方式的微机型变压器保

35

西安电力高等专科学校——毕业设计

护装置。

变压器差动保护的差流异常报警和电流互感器TA二次电路断线或短路判据如下： (1）差流异常告警

当任何一相差流的有效值大于告警门坎值，而且连续满足该动作条件的时间超过10秒钟时，保护装置发出差流异常告警信号，但是不闭锁比率差动保护。该项功能兼有电流互感器TA二次电路断线或短路、采样通道异常（器件损坏或特性改变等）、外部接线回路不正常等情况的综合告警作用。 (2）瞬时电流互感器TA断线或短路告警

瞬时电流互感器TA断线或短路告警判据，在保护启动后满足以下任一条件时开放比率差动保护： a).任一侧任一相的电压元件有突变启动 b).任一侧负序电压大于门坎值

c).启动后任一侧的任一相电流比启动前增大 d).启动后最大相电流大于1.2Ie

如果上述排除系统故障或扰动的判据不满足，而差动电流的工作点满足公式（4-1）时，那么保护判别为电流互感器TA二次电路断线或短路故障，而不认为发生了变压器内部短路故障。 Id ≥ Idset

Id ≥ k· Iz （4-1） 式中：

Idset—检查断线或短路差动电流门坎值 k — 检查断线或短路的比率系数

在以上判据的实际应用中，为了满足不同用户的需要，该判据元件可以设计为通过配置字选择仅仅发出告警信号，或者选择发出告警信号并且闭锁比率差动保护，或者选择不投入此判据元件。在选择了发出告警信号并且闭锁比率差动保护时，在此选择下还可以选择“永久”闭锁比率差动保护或相电流增大超过1.2Ie时自动解除闭锁比率差动保护。

由于以上判据选择了电流量和电压量综合判别，所以对于电流互感器TA二次电路的各种断线或短路情况都能够很好地判别出来。因此，不仅全面增加了电流互感器TA二次电路故障情况的判别类型范围，而且对于电流互感器TA二次电路的各种各样的断线或短路情况判别得更准确、更可靠、更全面。

5 电流互感器TA接线的相序、极性和接地问题

变压器差动保护按照有关的规定在保护投运前要严格检查输入保护装置的电流互感器TA接线电路的相序和极性，确保变压器差动保护的正确工作。但是工程实践反映，由于各种各样的原因，现场确有接错变压器各侧电流互感器三相电路的接线，导致相序和极性错误的情况发生，造成变压器差动保护不应有的误动。如果保护装置本身可以直观的显示输入的变压器各侧电流量的相角、幅值，那么对于变压器差动保护的各侧电流互感器TA接线的相序和极性检查会有很大的帮助，对变压器差动保护的安全稳定运行又多了一份保证。基于此考虑，利用微机型保护的较强的人机接口功能，可以直观显示变压器各侧电流量的相对相位角度和幅值，显示差流的幅值等，观察输入电流量的测量情况。因此，在变压器投运后带有轻负荷的情况下，由现场的保护技术人员通过观察变压器差动保护装置测量显示的变压器各侧电流量的情况和差流的情况，绘出变压器各侧电流量的相量图，就可以直接分析验证变压器各侧电流互感器TA电路接线是否正确。如果通过观察分析和得到的相量图确认接入变压器差动保护装置的变压器各侧的相电流电路接线正常，仅仅有显示的差流不正常，那么有可能是保护装

36

西安电力高等专科学校——毕业设计

置本身的数字化平衡变压器各侧电流量的整定值整定有问题，从而也验证了保护装置的数字化平衡变压器各侧电流量的整定值是否正确。

变压器差动保护的二次电流回路接线的另外一个值得注意的问题是：接地点问题。关于仪用互感器的二次回路必须有可靠的接地的要求，在国内外的相应规程中都有明确的规定。例如，在1983年部颁《继电保护和安全自动装置技术规程》中，就有如下条文：

第4.0.11条 电流互感器的二次回路应有一个接地点，并在配电装置附近经端子排接地。但对于有几组电流互感器联接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地。

此外，对于变电站内的地网也要按照有关规程的要求安全可靠的构成一个完整的等电位面的地网，无论主控制室内的地网和开关站的地网都要可靠安全的互连，二次设备的接地点也一定要按照有关规程安全可靠的接在地网上。以免开关站内发生接地故障时串入高压造成二次电缆烧毁和损坏二次的保护控制设备或一些意想不到的事情发生，对保护的正确工作造成影响。

37

西安电力高等专科学校——毕业设计

附录1 计算书

1 各电压等级下短路电流计算

（1） 10kV母线上（k1）点短路计算： 图

X5X1K1X4XT3XSX2XTX3XL

X1=X2=0.554 X3=0.282 X4=X5=0.533 XT1=0.275 XT2=0.175 XT3=-0.0125 XS=0.04

a . 当加入电抗器时：

图

X6XT1X5X7X1X4XLX2

xL?x0L0100T3T2?U3INN?SUB2B?410.5100???0.001 21003?148.810.5x?x?x x67?xS?0.04-0.0125?0.0275?x3?0.175?0.282?0.257

图

38

西安电力高等专科学校——毕业设计

X5K1X1X8X9X11X10X2x0.0275?0.4578?x6∥x7?0.457?0.0275?0.026

x?x5?x40.533?0.5339x5?x4?x?0.533?0.533?0.001?0.2841.067?0.266L

x420.533?0.00110?x?x1.067?1.067?0.0005

x11?X10?0.0005

X12X11K1X1X13x12?x8?x9?xT1?0.292?0.275?0.567x

13?x2?x10?0.544?0.0005?0.5445

X14K1X1

x0.567?0.544514?x12∥x13?x11?0.567?0.5445?0.0005?0.278

x0.278?0.544??x14∥x1?0.278?0.544?0.184 I1F??x?10.184?5.435kA ?39

图

图

西安电力高等专科学校——毕业设计

IB?1003?10.5?5.5kA

由于短路点有负荷为综合负荷，则其提供的冲击电流为： iim?LD?2

kim?G?IL?2?1.8?2.29?35?11.22 kA

3?10.5iim?G?2?1.8?IF?IB?2?1.8?5.435?5.5?76.08KA

iim?76.08?11.22?87.30kA

b . 当不加电抗器时：

图

X6X1K1X5XT1

X7X8

x?x?x?0.544?0.533?1.077x?x?x?0.175?0.282?0.457?x?x?0.04?0.0125?0.0275 x

6742T238T3S图

X1K1X5X6X9 图

x9?x7∥x8?xT1?X10.457?0.0275?0.275?0.3

0.457?0.0275K1X10

40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gs67.html