变压器差动保护整定计算

变压器微机差动保护的整定计算

作者：程秀娟

(扬子石油化工设计公司 南京 210048)

摘要：本文首先对变压器差动保护误动的原因作了初步分析,然后介绍了三段折线式比率制动特性的变压器差动保护的基本原理，并对各种参数的整定值设置进行了详细论述。 关键词： 变压器 差动保护 三折线参数 整定 1 前言

电力变压器是电力系统中十分重要的供电设备，它出现故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。纵联差动保护是大容量变压器的主保护之一，然而，相对于线路保护和发电机保护来说，变压器保护的正确动作率显得较低，据各大电网的不完全统计，正确动作率尚不足70%。究其原因，就在于变压器结构及其内部独特的电磁关系。要提高变压器差动保护的动作正确率，首先必须找出误动的原因，从而在整定计算时充分考虑这些因素，才能有效地避免误动的出现。 2 变压器差动保护误动原因分析 2.1 空载投入时误动

变压器空载投入时瞬间的励磁电流可能很大，其值可达额定电流的10倍以上，该电流称为励磁涌流。其产生的根本原因是铁心中磁通在合闸瞬间不能突变，在合闸瞬间产生了非周期性分量磁通。

励磁涌流波形特征是：含有很大成分的非周期分量；含有大量的谐波分量，并以二次谐波为主；出

变压器保护

一、变压器可能发生的故障和异常情况

(一) 变压器的内部故障：指变压器油箱里面发生的各种故障。 (1) 主要故障类型：

各相绕组之间的相间短路

油箱内部故障 单相绕组部分线匝之间的匝间短路

单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障

(2) 内部故障的危害：因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧毁绕组绝缘和铁芯，而且会使绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量气体，有可能使变压器外壳局部变形破裂，甚至发生油箱爆炸事故。因此，当变压器内部发生严重故障时，必须迅速将变压器切除。 (二) 变压器的外部故障：系指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。

(1) 主要故障类型：

引出线之间发生的相间短路

油箱外部故障 绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路

(三) 变压器的异常情况：由于外部短路或过负荷而引起的过电流、油箱漏油而造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。

二、变压器保护的配置

(一) 瓦斯保护:防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低

第 1 页 共19页

重瓦斯 跳闸 轻瓦斯 信号

(二) 差动保护或电流速断保护:防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统

变压器保护

一、变压器可能发生的故障和异常情况

(一) 变压器的内部故障：指变压器油箱里面发生的各种故障。 (1) 主要故障类型：

各相绕组之间的相间短路

油箱内部故障 单相绕组部分线匝之间的匝间短路

单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障

(2) 内部故障的危害：因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧毁绕组绝缘和铁芯，而且会使绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量气体，有可能使变压器外壳局部变形破裂，甚至发生油箱爆炸事故。因此，当变压器内部发生严重故障时，必须迅速将变压器切除。 (二) 变压器的外部故障：系指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。

(1) 主要故障类型：

引出线之间发生的相间短路

油箱外部故障 绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路

(三) 变压器的异常情况：由于外部短路或过负荷而引起的过电流、油箱漏油而造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。

二、变压器保护的配置

(一) 瓦斯保护:防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低

第 1 页 共19页

重瓦斯 跳闸 轻瓦斯 信号

(二) 差动保护或电流速断保护:防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统

整定计算

9 `. s$ t% H1 T+ ) W5 e: S$ Y. e8 ?1 s/ @6 P3 R;

目前，国内对大型发电机变压器保护的整定计算，大多数参考或按照DL/T684－1999大型发电机变压器继电保护整定计算导则。 通过实践表明：大型发电机变压器继电保护整定计算导则的内容，基本上是正确的。但也存在一些不足，主要的不足之处是：

可操作性差、说理性不强及灵活性差。

; u$ A, y9 b% |/ [ M0 m7 本章，将重点阐述某些发电机变压器保护的整定计算依据、整定

计算方法以及如何灵活取值。

; c% E1 N# F( h8 X, D: \\8 g/ y# }- j2 ]( z6 {& l

第一节 发电机及变压器差动保护的整定计算

一 发电机纵差保护

目前，国内生产的微机型发电机差动保护，按照接入电流来分类有：完全纵差保护、不完全纵差保护；若按动作特性分类，则有比率制动式纵差保护、标积制动式纵差保护及故障分量比率制动式纵差保护。而应用最多的是比率制动式纵差保护，其次是标积

制动式纵差保护。

完全纵差和不完全纵差的区别，是接入发电机中性点的电流不同。完全纵差保护接入发电机中性点的全部电流，而不完全纵差保护则引入中性点的

注：本节内容主要摘自《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。

16.3.1. 变压器相间短路后备保护 16.3.1.1 复合电压闭锁方向过流保护 16.3.1.1.1 电流元件的整定计算

a） 过电流保护的动作电流计算。电流元件的动作电流应躲过变压器的额定电流，计算公式如下：

Iop?KrelIe Kr式中： Krel为可靠系数，取1.2～1.3；

Kr为返回系数，取0.85～0.95；

Ie为变压器的额定电流，下同。 b） 灵敏系数校验：

)Ik(.2min ?IopKsen)式中：Ik(.2min为后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流，要

求Ksen?1.3（近后备），Ksen?1.2（远后备）。 16.3.1.1.2 低电压启动元件的整定计算 低电压启动元件的整定应考虑以下情况：

a）按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定

Uop?Umin KrelKr式中： Krel为可靠系数，取1.1～1.2；

Kr为返回系数，取1.05～1.25；

Umin为变压器正常运行可能出现的最低电压，一般可取0.9Ue（额定线电压，下同）

b）按躲过电动机自起动时的电压整定：

当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时

注：本节内容主要摘自《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。

16.3.1. 变压器相间短路后备保护 16.3.1.1 复合电压闭锁方向过流保护 16.3.1.1.1 电流元件的整定计算

a） 过电流保护的动作电流计算。电流元件的动作电流应躲过变压器的额定电流，计算公式如下：

Iop?KrelIe Kr式中： Krel为可靠系数，取1.2～1.3；

Kr为返回系数，取0.85～0.95；

Ie为变压器的额定电流，下同。 b） 灵敏系数校验：

)Ik(.2min ?IopKsen)式中：Ik(.2min为后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流，要

求Ksen?1.3（近后备），Ksen?1.2（远后备）。 16.3.1.1.2 低电压启动元件的整定计算 低电压启动元件的整定应考虑以下情况：

a）按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定

Uop?Umin KrelKr式中： Krel为可靠系数，取1.1～1.2；

Kr为返回系数，取1.05～1.25；

Umin为变压器正常运行可能出现的最低电压，一般可取0.9Ue（额定线电压，下同）

b）按躲过电动机自起动时的电压整定：

当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时

例题1：

已知35kV单独运行的降压变压器的额定容量为15MVA，电压为35±2*2.5%/6.6kV，绕组接线为Yd11，短路电压比Uk%=8,35kV母线上短路时，归算到平均额定电压为37kV时的三相短路电流：最大运行方式时为3570A，最小运行方式时为2140A，6.6kV最大负荷电流为1000A，试为该差动保护进行整定计算。 解：（1）求变压器各侧的一次额定电流、选择保护用电流互感器变比、求各侧电流互感器的二次回路的额定电流，计算结果如下表 序号 1 2 3 4 5 数值名称 变压器一次额定电流（A） 电流互感器接线方式 选电流互感器标准变比 二次回路额定电流（A） 各侧数值（A） 35kV侧 三角形接 500/5=100 1.732*247/100=4.28 6kV侧 星形接 1312 1500/5=300 1312/300=4.37 15000/(1.732*35)=247 15000/(1.732*6.6)=1312 电流互感器一次电流计算值（A） 1.732*247=423 由上表可见，6kV侧的二次回路电流较大，因此确定6kV侧为基本侧。

（2）就基本侧，计算保护的一次动作电流Iset： a）按躲过最大不平衡电流

Iset=

差动保护整定计算

1. 理论分析

差动保护是最易满足“四性”要求的一种性能优良的继电保护。它还具备选相能力强，适应能力强等优点，因而作为主保护广泛地应用于线路、发电机、变压器、母线、电抗器等电气设备。根据基尔霍夫电流定律，只要被保护设备无短路电流分支，理论上差动继电器的动作量等于零，具有极高的安全性；被保护设备发生横向短路纵向差动继电器的动作量大于零，发生纵向短路横向差动继电器的动作量大于零，具有极高的灵敏性。设两侧差动继电器

?I???的电流为Im,In，它们之间的相对关系为In*?n,Im?In，若TA无误差，区外故障?Im???1，事实上，TA不可能完全真实地传变一次电流。使得区外故障I???1。TA误差In*n*包括相对误差和绝对误差，大电流和小电流TA都会产生较大误差，如：5P20是指20的短

路电流最大误差不超过5%。实际应用中，TA的传变误差使差动继电器的动作量产生的不平衡输出与理想情况存在很大的差异，这种差异主要表现在，区外短路不平衡的电流随短路电流增加而增加，人们自然想到利用短路电流作制动量。因此，对差动继电器的研究归根结底是对制动量的研究。

1.1 现行差动继电器简评

现行的差动继电器有如下几种：

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变压器差动保护讲课资料

一、 引言：

电力变压器对电力系统的安全稳定运行至关重要。一旦发生故障遭到损坏，将会造成很大的经济损失，因此，对继电保护的要求很高，差动保护是变压器主保护之一，动作迅速、灵敏而且可靠。该保护也是我们继电保护调试人员在工作中经常接触到的设备。下面将介绍一些有关于差动保护方面的一些知识。

二、 差动保护的作用：

差动保护是防止变压器内部故障的主保护，在35KV及以上变电站中普遍采用，主要用于保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备以及连接这些设备的导线。简单地讲，就是输入的两端TA之间的设备。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，发生区内故障时，可以整定为瞬时动作。差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，所以用于变压器主保护。

三、 差动保护的原理：

差动保护是利用基尔霍夫电流定律中“在任意时刻，对电路中的任一节点，流经该节点的电流代数和恒为零”的原理工作的。差动保护把被保护的变压器看成是一个节点，在变压器的各

变压器差动保护讲课资料

一、 引言：

电力变压器对电力系统的安全稳定运行至关重要。一旦发生故障遭到损坏，将会造成很大的经济损失，因此，对继电保护的要求很高，差动保护是变压器主保护之一，动作迅速、灵敏而且可靠。该保护也是我们继电保护调试人员在工作中经常接触到的设备。下面将介绍一些有关于差动保护方面的一些知识。

二、 差动保护的作用：

差动保护是防止变压器内部故障的主保护，在35KV及以上变电站中普遍采用，主要用于保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备以及连接这些设备的导线。简单地讲，就是输入的两端TA之间的设备。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，发生区内故障时，可以整定为瞬时动作。差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，所以用于变压器主保护。

三、 差动保护的原理：

差动保护是利用基尔霍夫电流定律中“在任意时刻，对电路中的任一节点，流经该节点的电流代数和恒为零”的原理工作的。差动保护把被保护的变压器看成是一个节点，在变压器的各