变压器相间短路后备保护.docx

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1、变压器相间短路后备保护第五节 变压器(发变组)相间短路后备保护 1.概述 变压器(发变组)相间短路后备保护有过流保护、复合电压启动的过流保护、负序过流保护和单元件低压启动过流保护、阻抗保护。 1.1 过流保护 用于降压变压器，动作电流应考虑电动机自启动和变压器可能出现的最大过负荷时不误动。 1.2 复合电压启动(负序电压和线电压)的过流保护 用于升压变压器、系统联络变压器，当降压变压器的过流保护灵敏度不够时也可采用此后备保护。整定原则如下： (1) 过电流元件动作电流按下式计算。 IopKKrelreIgn 式中 Krel可靠系数，Krel1.2。 Kre返回系数，Kre0.850.90。 I

2、gn发电机额定电流。 (2) 负序电压元件动作电压按避越正常运行时最大负序不平衡电压整定，根据经验取 U2.op=(0.060.12)Ugn 式中 Ugn发电机额定电压。 (3) 线电压元件动作电压按两条原则整定： 1） 电动机自启动时不应误动； 2） 发电机失磁时不应误动。 对于汽轮发电机，取Uop0.6Ugn； 对于水轮发电机，取Uop0.7Ugn。 1.3 负序过流保护和单元件低压启动过流保护 对于5000KW及以上的发电机，不对称短路后备保护采用负序过流保护，对称短路后备保护采用单相低压启动过流保护。 负序过流保护的动作电流的整定原则是：假定值班人员在120s内可能采取措施来消除产生负

3、序电流的根源，而120s内负序电流对转子表层的过热作用以I2*t=A表示，对于间接冷却式发电机，A30(汽轮发电机)或40(水轮发电机)，I2*为以Ign为基值的负序电流标么值，为简化计，以I2表示。以120s内不损坏转子表层的负序电流I2作为负序过流保护的动作电流，即I2.op=A1200.5(汽轮发电机)或I2.op=0.6(水轮发电机)。此外还2应考虑与相邻元件保护装置在灵敏度方面的配合来决定其延时大小。 如灵敏度不满足要求，可改用阻抗保护。 1.4 阻抗保护 当其他后备保护不满足灵敏度要求时，不得不改用阻抗保护作为发变组相间短路的后备保护。 2.原理及其微机实现 2.1四方 2.1.1

4、 发电机(变压器)复合电压过电流保护(电流可带记忆) 2.1.1.1 保护原理 保护反应发电机或变压器电压、负序电压和电流大小，保护设一段两时限，保护动作于发信或跳闸。 2.1.1.2 逻辑框图 IAIBICUABUBCUCAPT断线+0/t内(当有记忆时)&t1t2短路后备1短路后备2+图1 发电机(变压器)复合电压过流保护 2.1.1.3 整定内容 电流定值Ig.dz 低电压定值Ul.dz 负序电压定值U2.dz 短路后备I时限延时元件t1 短路后备II时限延时元件t2 2.1.1.4 保护的整定计算 以上各项定值参考导则。 2.1.2 发电机(变压器)负序过流以及单相式低压启动过流保护

5、2.1.2.1 保护原理 当不对称短路故障时，保护反应发电机或变压器负序电流大小；由单相低压过电流保护反应三相对称故障。保护动作于发信或跳闸。 2.1.2.2 逻辑框图 CT断线&I2+IA&UABt1短路后备1t2短路后备2图2 发电机(变压器)负序低压过流保护 2.1.2.3 整定内容 负序电流定值I2.dz 过电流定值Ig.dz 低电压定值Udz 短路后备1延时t1 短路后备2延时t2 2.1.2.4 保护的整定计算 以上各项定值整定参考导则。 2.1.3 发电机(变压器)阻抗保护 2.1.3.1 保护原理 当电流、电压保护不能满足灵敏度要求或根据网络保护间配合的要求，发电机和变压器的相

6、间故障后备保护可采用阻抗保护。阻抗保护反应测量阻抗的大小。 当相电流大于阻抗启动电流定值IZ，辅助启动和保护判据启动。 相间阻抗保护设置一段偏移特性阻抗圆，阻抗正方向指向线路或变压器可由控制字整定，一段阻抗设t1和t2两时限。阻抗元件可受TV断线闭锁。 B阻抗元件计算的电压和电流采用零度接线，电压选择线电压最小者，如：UA-U；电流取相应的线电流：IA-IB，计算阻抗。当作为发电机阻抗保护时，电流取自发电机机端或中性点TA，电压取自发电机机端TV；当作为主变压器阻抗保护时，电流取自主变高压侧TA，电压取自主变高压侧TV。 各定值在阻抗圆中的意义如下图： jXA:RZ1B:XZ1C:RZ1*NZ

7、1D:XZ1*NZ1BC0DAR图3 变压器的阻抗圆(方向指向变压器) 2.1.3.2 逻辑框图 ZABZBCZCAIBICPT断线+t2跳各侧开关图4 阻抗保护逻辑图 2.1.3.3 整定内容 启动电流IZ 正向电抗分量XZ1 正向电阻分量RZ1 反向偏移比NZ1 阻抗保护I时限时间元件t1 阻抗保护II时限时间元件t2 2.1.3.4 保护的整定计算 作为发电机的后备阻抗保护与主变压器的后备阻抗保护在整定上应考虑与相邻元件后备保护的配合，有关整定的具体细节参考导则。 2.2 南自厂 2.2.1 变压器低压过流保护(可带电流记忆) 2.2.1.1保护原理 保护反应变压器电压电流大小。 电流电

8、压一般取自变压器同一侧TA和TV。但也可取自不同侧，此时应分析保护的动作行为。 2.2.1.2 出口方式 可发信或跳闸。 IAIB+0/t内(当有记忆时)IC&t1/0发信或跳闸UUAB+t2/0发信或跳闸BCUCAIB0/t内(当有记忆时)IC&t1/0UCAt2/0U2图6 变压器复合电压过电流保护出口逻辑 2.2.2.3 整定内容 (1) 电流定值Ig.dz 整定电流。单位(A)。 (2) 低电压定值U1.dz 整定低电压。单位(V)。 (3) 负序电压定值 整定负序电压。单位(V)。 (4) 动作时间t1 整定保护的延时动作时间。单位(S)。 (5) 动作时间t2 整定保护的延时动作时

9、间。单位(S)。 2.2.2.4 保护的整定计算 (1) 电流定值Ig.dz A) 按和相邻后备保护配合整定。 B) 按躲变压器的额定电流整定。 取两者最大值。 (2) 低电压定值U1.dz A) 按躲过运行中可能出现的最低电压整定。 B) 按躲过电动机的自启动整定。 取最小值。 (3) 负序电压定值U2.dz 按照躲过正常运行时的最大不平衡电压整定。 一般U2.dz(0.060.07)Un。 (4) 动作时间t1、t2 按照和相邻后备保护配合整定。 2.2.3 变压器阻抗保护 2.2.3.1 保护原理 保护反应测量阻抗的大小。 当阻抗继电器的电压和电流取自变压器的高压侧TV、TA(简称“高压

10、侧”方式)，接线方式为0度接线方式。 即 AB相 UAB,IA-IB BC相 UBC,IB-IC CA相 UCA,IC-IA 当阻抗继电器的电压和电流取自变压器的发电机侧TV、TA(简称“发电侧”方式)，若变压器为Y/D-11时，接线方式为0度接线方式或称为同名相方式。 即 A相 UA,IA B相 UB,IB C相 UC,IC 当“发电侧”阻抗继电器采用“同名相方式”时，可准确测量线路的相间短路故障。 不论“发电侧”或“高压侧”方式，阻抗圆灵敏角方向均指向变压器或线路。 2.2.3.3 出口方式 可发信或跳闸。 ZABt1/0ZBCZCAt2/0图7 变压器阻抗保护出口逻辑 2.2.3.4 整

11、定内容 装置灵敏角内部固定为85。 (1) 正方向(灵敏角方向)阻抗定值Z1.dz 整定正方向阻抗。单位(W)。 (2) 反方向(偏移方向)阻抗定值Z2.dz 整定反方向阻抗。单位(W)。 (3) 动作延时时间t1 整定保护的延时动作时间。单位(S)。 o(4) 动作延时时间t2 整定保护的延时动作时间。单位(S)。 jXZ10jlm=85oRZ2图8 变压器阻抗保护动作特性 2.2.3.5 保护的整定计算 (1) 正方向(灵敏角方向)阻抗定值Z1.dz 作为远后备时：按最低负荷阻抗整定，和按与相邻后备保护相配合的条件整定。 作为近后备时：按相邻母线短路保证可靠动作整定，或按与相邻元件主保护相

12、配合的条件整定。 (2) 反方向(偏移方向)阻抗定值Z2.dz 参见条例和规程。 (3) 动作时间t1、t2 根据整定方式合理选取动作时间。 参见条例和规程。 2.3 南自院 2.3.1 相间阻抗保护 装置设有二段阻抗保护，作为发变组相间后备保护，第段：分两时限，可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻抗圆。第段：分两时限，可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻抗圆。当某段阻抗反向定值整定为零时，选择为方向阻抗圆；当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻抗圆；当某段阻抗正向定值与反向定值相等时，选择全阻抗圆。阻抗元件灵敏角jm78，阻抗保护的方向指向由整定值整定实现，一般

13、正方向指向主变，TV断线时自动推出阻抗保护。 阻抗元件的动作特性如图9所示。 o图9 阻抗元件动作特性 &为对应相间电压，Z为阻抗方向整定值，Z为阻抗正向图中：I&为某相间电流，Upn整定值。 阻抗元件的比相方程为： 90oArg&-I&Z)(Up&+I&Z)(Up1.25DIt+Ith 其中：DIt为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提高。取1.25倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输出，保证在系统工振荡和频率偏移情况下，保护不误动。Ith为固定门坎。当相间电流的工频变化量大于0.3Ie时，启动元件动作。 TV断线对阻抗保护的影响：当装置判断出变压器高压侧TV断线时，自动退出阻抗保护。 图

14、10 阻抗保护逻辑框图 2.3.2 复合电压闭锁过流 设有两段两时限复合电压闭锁过电流保护，作为主变压器相间后备保护，通过整定控制字可选择过流段、段经复合电压闭锁。 (1)复合电压元件：复合电压元件由相间低电压和负序电压或门构成，有两个控制字(即过流段经复压闭锁，过流段经复压闭锁)来控制过流段和过流段经复合电压闭锁。当过流经复压闭锁控制字为1时，表示本段过流保护经过复合电压闭锁。 (2)电流记忆功能：对于自并励发电机，在短路故障后电流衰减变小，故障电流在过电流保护动作出口前可能已小于过流定值，因此，复合电压过流保护启动后，过流元件需带记忆功能，使保护能可靠动作出口。控制字“电流记忆功能”在保护

15、装置用于自并励发电机时置“1”。 (3)经低压侧复合电压闭锁：控制字“经低压侧复合电压闭锁”置“1”，过流保护不但经主变高压侧复合电压闭锁，而且还经低压侧发电机机端复合电压闭锁。 (5)TV断线对复合电压闭锁过流的影响：装置设有整定控制字(即TV断线保护投退原则)来控制TV断线时复合电压元件的动作行为。当 装置判断出本侧TV断线时，若TV断线保护投退原则控制字为1时，表示复合电压元件不满足条件；若TV断线保护投退原则控制字为0时，表示复合电压元件满足条件,这样复合电压闭锁过流保护就变为纯过流保护。 图11 变压器复合电压过流保护出口逻辑图 2.4 许继 2.4.1 低阻抗保护 低阻抗保护有两种

16、配置方案： 2.4.1.1 方案一 当电流、电压保护不能满足灵敏度要求时或根据网络保护间配合的要求，发电机和变压器相间故障后备保护可采用阻抗保护。低阻抗保护通常用于330500KV大型升压及降压变压器，作为变压器引线、母线及相邻线路相间短路的后备保护，可实现偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。低阻抗启动值可按需要配置若干段，每段可配不同的时限。 2.4.1.1.1 保护原理 a. 启动电流判据 满足以下条件时，开放阻抗保护 IAIset或IBIset或ICIset Iset为启动电流整定值。 b. 阻抗判据 其动作方程为： UJ-12IJ(1-a)Zset12IJ(1+a)Zset 其中UJ线电压

17、； IJ与线电压对应的线电流； Zset整定阻抗； a偏移因子，及灵敏角下反相偏移阻抗与整定阻抗之比。 阻抗特性曲线见图12。 jXjXZsetZ0Z0R-aZset-ZsetZ0ZsetjXZjj-Z00ZsetZZjjRR0图12 阻抗特性曲线（a)a=0为方向阻抗(b)0a1为偏移阻抗(c)a=1为全阻抗c.TV断线判据 满足下列两条件中任一条件，判为TV二次回路断线。 &+U&+U&-3U&U或三相电压均低于8V，且0.1AIIa,b,cI/VIBICZABUa,b,c1&t跳闸V/VZBCZCAIa,b,cIB1I/VICZABt&跳闸Ua,b,cV/VZBCZCA13U0ZAZBV

18、/VZCPT断线信号 图14 阻抗保护逻辑框图 框图中共六个低阻抗元件： “ZAB”、“ZBC”、“ZCA”、“ZA”、“ZB”、“ZC”，它们在R-X平面上的动作特性如图15所示，圆内为动作区。 jXZsetjLM0ZsetR图15 阻抗特性曲线 低阻抗保护的正方向指向主变，第象限的整定值： =1.15ZT Zset式中ZT为主变阻抗。 第象限整定值： 直径的0.15倍。 Zset最灵敏角：jsen=7580。 主变高压侧两相短路时，“ZA”、“ZB”、“ZC”三元件中之一能正确动作(例如高压侧AB两相短路时，“ZA”元件能正常动作；主变低压侧两相短路时，“ZAB”、“ZBC”、“ZCA”三

19、元件中之一能正常动作(例如低压侧AB两相短路时, “ZABU2op U2op为负序电压整定值； opUIop Iop为动作电流整定值； c. 相间功率方向元件 方向元件的软件算法采用90接线方式，动作判据为(以IA，UBC): &e-j30ReUIBCAoo0或ReU&BC&e-j45IAo0 Re表示取向量的实部。 为防止三相短路失去方向性，相间方向元件的电压可由另一侧电压互感器提供。不能由另一侧提供的，本保护带有记忆的功能。 2.4.2.2 主要技术指标 a.负序电压整定范围：050V，误差不超过5%； b.低电压整定范围：0100V，误差不超过5%； c.动作电流整定范围：012In，误

20、差不超过5%； d.延时整定范围：0.150s； e.相间功率方向动作区：1755； f.相间功率方向最大灵敏角(jsen):-30或45，误差5； g.相间功率方向投退控制：01； oooooh.相间功率方向指向控制：01。 2.4.2.3 定值整定计算 a.电流元件的动作电流按发电机额定负荷下可靠返回的条件整定 IopKrelIgn/Krna 式中：Krel可靠系数，取1.31.5； Kr返回系数，取0.95。 b.低电压元件接线电压，动作电压可按下式整定。 对于汽轮发电机： U0.6Unvgngnop 式中：U发电机额定电压 nv电压互感器变比 对于水轮发电机： U0.7Unvgnop

21、c.负序电压元件的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定。 U2op=(0.060.12)Unvgn d.方向元件的整定 三侧有电源的三绕组升压变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向可指向该 侧母线； 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，在高压侧和中 压侧加功率方向元件，其方向指向变压器； e.动作时限，按大于相邻主变压器后备保护的动作时限整定。动作于解列或停机。当整定 时限与发电机安全的允许时限有矛盾时，应以发电机安全的允许时限为准。 2.4.2.4 工程应用 a.相间方向元件的电压可取本侧或对侧，取对侧时，两侧绕组接线方式应一样，选用时应 指明。 b.

22、复合电压元件可取本侧的，也可取变压器各侧“或”的方式，选用时也应指明。 2.4.3 低压启动过流保护 低压启动过流保护作为升压或较大容量的降压变的后备保护，过流启动值可按需要配置若干段，每段可配不同的时限。 2.4.3.1 保护原理 由低电压元件三相过流元件“与”构成。逻辑框图见图17。 Ua,b,cV/VIa,b,cI/V低电压&过流t跳闸图17 低压过流保护逻辑框图 2.4.3.2 判据说明 a.低电压元件 满足下列条件时，低电压元件动作。 UIop Iop为动作电流整定值。 2.4.3.3 主要技术指标 a.低电压整定范围：0100V，误差不超过5%； b.动作电流整定范围：012In，误差不超过5%； c.延时整定：0.150s。 2.4.3.4 定值整定计算 a. 电流元件的动作电流，按躲过最大负荷电流整定； b. 电压元件的动作电压，按躲过最低运行电压整定； c. 高压母线上发生两相短路时，电流元件和电压元件都应当保证可靠动作； d. 动作延时：第一要与相邻元件后备保护相配合，第二要大于躲过振荡过程所需的时间( 一般为11.5s) ,第三要低于发电机的允许时间。