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。

op I ＝rerelK K gn I 式中 rel K －可靠系数，rel K ＝1.2。

re K －返回系数，re K ＝0.85~0.90。

gn I －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gn op U U )12.0~06.0(.2= 式中 gn U －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op U ＝0.6gn U ； 对于水轮发电机，取op U ＝0.7gn U 。

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序电流的根源，而120s 内负序电流对转子表层的过热作用以A t I =2*2表示，对于间接冷却式发电机，A ＝30(汽轮发电机)或40(水轮发电机)，*2I 为以gn I 为基值的负序电流标么值，为简化计，以2I 表示。

以120s 内不损坏转子表层的负序电流2I 作为负序过流保护的动作电流，即5.0120.2≈=A I op (汽轮发电机)或6.0.2=op I (水轮发电机)。

此外还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 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 逻辑框图图1 发电机(变压器)复合电压过流保护2.1.1.3 整定内容（1）电流定值dz g I .（2）低电压定值dz l U . （3）负序电压定值dz U .2 （4）短路后备I 时限延时元件1t （5）短路后备II 时限延时元件2t2.1.1.4 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 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 逻辑框图图2 发电机(变压器)负序低压过流保护2.1.2.3 整定内容短路后备1短路后备2短路后备1短路后备2（1）负序电流定值dz I .2 （2）过电流定值dz g I . （3）低电压定值dz U （4）短路后备1延时1t （5）短路后备2延时2t 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。

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：∙∙-B A U U ；电流取相应的线电流：∙∙-B A I I ，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：图3 变压器的阻抗圆(方向指向变压器)2.1.3.2 逻辑框图跳母联跳各侧开关图4 阻抗保护逻辑图2.1.3.3 整定内容（1）启动电流IZ（2）正向电抗分量XZ1（3）正向电阻分量RZ1（4）反向偏移比NZ1t（5）阻抗保护I时限时间元件1t（6）阻抗保护II时限时间元件22.1.3.4 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。

发信或跳闸图5 变压器低压过流保护出口逻辑2.2.1.3 整定内容 (1) 电流定值dz g I . 整定电流。

单位(A)。

(2) 低电压定值dz U .1整定低电压。

单位(V)。

(3) 动作时间1t整定保护的延时动作时间。

单位(S)。

(4) 动作时间2t整定保护的延时动作时间。

单位(S)。

2.2.1.4 保护的整定计算 (1) 电流定值dz g I .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dz U .1A) 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) 动作时间1t 、2t按照和相邻后备保护配合整定。

2.2.2 变压器复合电压过流保护(可带电流记忆) 2.2.2.1 原理保护反应变压器电压、负序电压和电流大小。

电流电压一般取自变压器的同一侧TA 和TV 。

2.2.2.2 出口方式 可发信或跳闸。

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dz g I . 整定电流。

单位(A)。

(2) 低电压定值dz U .1 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1t整定保护的延时动作时间。

单位(S)。

(5) 动作时间2t整定保护的延时动作时间。

单位(S)。

2.2.2.4 保护的整定计算 (1) 电流定值dz g I .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dz U .1A) 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dz U .2按照躲过正常运行时的最大不平衡电压整定。

一般dz U .2＝(0.06～0.07)n U 。

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“高压侧”方式)，接线方式为0度接线方式。

即 AB 相 AB U ,B A I I -BC 相 BC U ,C B I I - CA 相 CA U ,A C I I -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11/-∆Y 时，接线方式为0度接线方式或称为同名相方式。

即 A 相 A A I U ,B 相 B B I U ,C 相 C C I U ,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。

图7 变压器阻抗保护出口逻辑2.2.3.4 整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dz Z .1整定正方向阻抗。

单位(Ω)。

(2) 反方向(偏移方向)阻抗定值dz Z .2整定反方向阻抗。

单位(Ω)。

(3) 动作延时时间1t整定保护的延时动作时间。

单位(S)。

整定保护的延时动作时间。

单位(S)。

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dz Z .1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配合的条件整定。

(2) 反方向(偏移方向)阻抗定值dz Z .2参见《条例》和《规程》。

(3) 动作时间1t 、2t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Ⅰ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Ⅱ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m ϕ＝78，阻抗保护的方向指向由整定值整定实现，一般正方向指向主变，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。

图9 阻抗元件动作特性图中：I为某相间电流，U 为对应相间电压，n Z 为阻抗方向整定值，p Z 为阻抗正向整定值。

阻抗元件的比相方程为：270)()(90<+-<pp Z I U Z I U Arg阻抗保护的启动元件采用相间电流工频变化量启动，开放500ms ，期间若阻抗元件动作则保持。

启动元件的动作方程为：th t I I I +∆>∆25.1其中：t I ∆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。

th I 为固定门坎。

当相间电流的工频变化量大于e I 3.0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Ⅰ段、Ⅱ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Ⅰ段经复压闭锁，过流Ⅱ段经复压闭锁)来控制过流Ⅰ段和过流Ⅱ段经复合电压闭锁。