中低压变压器及电动机保护原理与整定计算

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2.
常
规
纵
差
动
保
护
接
线
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一.变压器的故障和保护配置
2.变压器保护配置 ➢ 瓦斯保护（主保护） ➢ 纵差动保护或电流速断保护（主保护） ➢ 外部相间短路的后备保护 ➢ 接地保护 ➢ 不正常运行的保护
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例1：常规保护中互感器变比选择计算。
变压器20MVA Un=(110+-2*2.5%)/11KV,Uk=10.5%
灵敏度应不低于1.2
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五．变压器相间短路的后备保护
1.复合电压起动过流保护
➢ 低电压定值
用低压侧电压时
Uset=Umin/（Krel*Kr*nTV） (0.8—0.9)/（1.2*1.05）
用高压侧电压时: Uset=0.7*Un/nTV 灵敏度Ksen=Uset/Uc.max,
最小动作电流Iq, 取0.4—0.6
最小制动电流Ig,取0.5—1.0
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B．三折线比率制动特性
Iop>Iq
（Ires<=Ig1）
Iop>Iq+S1*（Ires-Ig1） (Ig1<Ires<=Ig2)
Iop>Iq+S1*（Ig2-Ig1）+S2*（Ires-Ig2）
(Ires>Ig2)
额定电流(A)31.5/(√3*110) 473
1650
=165
TA的接线方式 Y
Y
Y
TA的计算变比 165/5
473/5 1650/5
选用TA的变比 200/5=40
500/5 2000/5
各侧二次电流 165/40=4.125 4.73 4.125
平衡系数
1
0.872 I1/I3=1
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➢ 三段式电流保护 ➢ 方向电流保护 ➢ 低电压闭锁方向电流保护 ➢ 低周、低压减载 ➢ 重合闸和保护加速
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三段式电流保护
电流速断保护(Ⅰ段)
Iset.Ⅰ=Krel*Ik.max
(Krel取1.2—1.3)
带时限电流速断保护(Ⅱ段)
Iset.Ⅱ.1=Krel*Iset.Ⅰ.2 过电流保护(Ⅲ段)
中低压变压器及电动机保护 原理与整定计算
高亮
上海电力学院 电气技术研究所
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第一部分 10/35KV线路保护
➢ 继电保护保护功能 ➢ 低周、低压减载 ➢ 重合闸和保护加速 ➢ 中性点不接地电网单相接地检测 ➢ 中性点经消弧线圈接地电网中单相接地检测
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一.继电保护保护功能
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一.变压器的故障和保护配置
1.变压器的故障和不正常运行 ➢ 变压器的故障
油箱内部故障 油箱外部故障 ➢ 不正常运行工况 过负荷（对称） 过励磁（大容量变压器） 温度压力
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一.变压器的故障和保护配置
2.变压器保护配置 ➢ 瓦斯保护（主保护） ➢ 纵差动保护或电流速断保护（主保护） ➢ 外部相间短路的后备保护 ➢ 接地保护 ➢ 不正常运行的保护
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二．变压器纵差动保护接线
1.纵差动保护的 基本工作原理
相位校正、 幅值校正、 接地故障时零
序电流问题 原理接线 如图3-12
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2.
常
规
纵
差
动
保
护
接
线
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星形侧差动回路电流：
IbY-IaY=(IB1-IA1)/nTA1
电 流
IcY-IbY=(IC1-IB1)/nTA1
Ig1取0.5；Ig2取3；S1取0.3—0.75；S2取1.0
❖差动电流速断保护
❖TA断线闭锁保护
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四．数字式纵差动保护整定计算
1.比率制动特性参数整定（两折线特性） ➢ 最小动作电流Iq
Iunb.loa=(Kcc＊Kap＊Ker+ΔU+Δm)＊Iloa/nTA Iq=Krel*Iunb.loa Krel:双绕组变1.2—1.3；三绕组变1.4—1.5
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2次谐波电流制动
三相差动电流中的2次谐波
判别式:Id2φ>K2φ*Idφ K2φ取15%--20%
差动电流Idφ可以用基波分量Idφ1。 制动方式分为：
谐波比Id2 /Id1最大相制动三相； 差动电流（基波）最大相谐波比制动三相； 2次谐波最大值与基波最大值谐波比制动三相
偶次谐波电流制动
(Krel取1.1—1.2)
Iset.Ⅲ.1=Krel*Iset. Ⅲ.2
(Krel取1.1)
Iset.Ⅲ.1=Krel*Kss*Iloa.max/Kr
Krel取1.2；Kr取0.9—0.95； Kss大于1；
时间:阶梯形时限
灵敏度:电流保护灵敏度大于1.5(近后备)及1.2(远后备)
应用:末端馈线保护一般只需二段式。
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最大不平衡电流和比率制动特性
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A．两折线比率制动特性
动作量：IOP=|I1/n1+I2/n2| 制动量: Ires=1/2*|I1/n1-I2/n2|
或max(I1,I2,I3)
动作条件：Iop>Iq
（Ires<=Ig）
Iop>Iq+S*（Ires-Ig） (Ires >Ig)
大于2.0(近后备)及1.5(远后备)
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复合电压起动过流保护逻辑图3-51
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➢ 负序电压定值
U2.set=(0.06—0.08)UφN/nTV 灵敏度Ksen=U2.min/U2.set
大于2.0(近后备)及1.5(远后备)
➢ 电流元件定值
对双绕组变压器:
Iset=(Krel/Kr)(IN/nTA) (1.2/0.95) 对三绕组变压器
➢ 最小制动电流Ig(装置内部固定取0.8In ) ➢ 斜率S:躲外部短路差动回路最大不平衡电流
S=(Krel*Iunb.max-Iq)/(Ires.max-Ig) Krel:取1.3—1.5；Ires.max=Ik.max/nTA
➢ 制动系数:
Kres.set=Iq/Ires.max+S(1-Ig/ Ires.max)
判别电流波形间断角识别励磁涌流
θj>650； θw<1400
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3.区外短路时的不平衡电流和 保护的灵敏度
❖区外短路最大不平衡电流
Iunb.max=(Kcc＊Kap＊Ker+ΔU+Δm)
❖比率制动特性
＊Ik.max/nTA
Iop.max=Krel＊Iunb.max
动作电流随外部短路电流增大而增大称为 比率制动特性。
低周减载逻辑见图4-56
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低周、低压减载
低压减载逻辑见图4-57
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重合闸和保护加速
逻 辑 框 图 4 | 58
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二.中性点不接地电网单相接地检测
✓ 基波零序电流大小选线 ✓ 基波零序电流与零序电压的相位关系选线 ✓ 基波零序群体比幅比相选线 ✓ 基波零序电流补偿选线 ✓ 零序电压移相后的零序功率选线 ✓ 零序无功功率选线
单侧电源三绕组降压变压器
低压侧保护2（和3配合） 短时限跳分段，长时限跳本侧开关
电源侧保护1（和2’、5配合） 短时限跳中压侧，长时限段跳三侧开关
两侧电源三绕组降压变压器（高压为主）
无源侧4（和5配合）:跳中压侧主电源侧 带方向保护1 （由变压器到母线） （和6配合）， 不带方向保护1（和4、7配合）
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三段式电流保护动作电流及时限特性
A
B
C
D
A
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B
C
D
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方向电流保护
方向问题图4-54
方向元件用900接线： - 900<arg(Ig/Ug*eja)< 900为正方向
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低电压闭锁方向电流保护
其中一段的逻辑图4-55
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低周、低压减载
❖ 灵敏度: 低压母线短路时大于1.5 ❖ 时间1.5—2.5s,也可用反时限特性.
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2．过负荷保护
躲额定电流, 时间10—15s, 也可用反时限特性.
3．负序电流保护
不平衡和不对称短路保护.
启动值I2.set(可取0.4)
4．高压侧接地保护
带最大相电流制动的零序电流保护
5．低压侧零序电流保护
4.阻抗保护
当电流保护灵敏度不能满足要求时采用.
5.变压器过负荷保护(信号)
装于电源侧,闭锁有载调压.一般:
Iset=(Krel/Kr)*IN (1.05/0.85-0.95)
动作时间一般取9—10秒.
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6.后备电流保护的配置
单侧双绕组降压变压器
电源侧保护1（和3配合） 短时限跳低压分段，长时限跳变压器开关。
启动值: 躲正常运行时中线不平衡电流1.2*25%=0.3 与相邻元件(有分支)零序保护配合(系数取1.1)
的 IaY-IcY=(IA1-IC1)/nTA1
相 三角形侧差动回路电流：
位 校
-Ia/nTA2=(Iad-Ibd)/nTA2=(IA1-IB1)/nTA2*(Ny/Nd)
正 -Ib/nTA2=(Ibd-Icd)/nTA2=(IB1-IC1)/nTA2*(Ny/Nd)
-Ic/nTA2=(Icd-Iad)/nTA2=(IC1-IA1)/nTA2*(Ny/Nd)
=4.375
差动回路不平衡电流(A) Ibp=4.55-4.375=0.175
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例2：微机保护中互感器变比选择计算
变压器31.5MVA Un=(110+-2*2.5%)/38.5/11KV
Y，Y，d-12-11，试选择TA变比并计算平衡系数
110KV侧 38.5KV侧 11KV侧
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三.中性点经消弧线圈接地 电网中单相接地检测
❖ 5次谐波分量选线 ❖ 5次谐波群体比幅比相选线 ❖ 零序有功功率选线
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第二部分 电力变压器的继电保护
❖ 变压器的故障和保护配置 ❖ 变压器纵差动保护接线 ❖ 数字式变压器纵差动保护 ❖ 数字式纵差动保护整定计算 ❖ 变压器相间短路的后备保护
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Байду номын сангаас
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三绕组降压变压器 后备电流保护的配置
6
1
7
2
3
4
5
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六．低压变压器的综合保护
1．过流保护
Ⅰ段电流速段:高压绕组保护
❖ 定值 躲过低压母线最大短路电流整定
躲过变压器励磁涌流 ❖ 灵敏度:保护安装处短路时大于2
Ⅱ段过电流，变压器及相邻后备
❖ 定值: 躲自启动电动机启动电流之和 与分支过流保护配合
Yn,d11接线.试选择TA变比并计算不平衡电流.
110KV侧
11KV侧
一次额定电流(KA) 20/(√3*110) 20/(√3*11)
=0.105
=1.05
TA的接线方式
d11
Y12
TA的一次计算电流(A) √3*105=182 1050
TA的标准变比
200/5=40
1200/5=240
TA的一次额定电流(A) 182/40=4.55 1050/240
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三．数字式变压器纵差动保护
1.变压器纵差动保护遇到的问题
✓ 正确识别励磁涌流和内部短路电流 ✓ 区外短路时的不平衡电流和保护的灵敏度 ✓ 外部短路切除电压突然恢复的暂态过程中
不误动作 ✓ 电流互感器饱和不影响纵差动保护的正确
动作
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2.变压器励磁涌流及其判别
励磁涌流的特点
➢ 励磁涌流幅值大、衰减、含非周期分量 ➢ 波形呈间断特性图3-14 ➢ 含有明显2次谐波（15%以上）和偶次谐波
Iset.1=Kp*Iset.2/nTA
(Kp取1.2)
灵敏度Ksen=Ik.min/(Iset*nTA)
大于1.3-1.5(近后备)及1.2(远后备)
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2.低电压起动过流
当IA或IB或IC超过定值与UAB或UBC或UCA低于定 值时起动。
3．负序电流和单相低电压起动过流
提高变压器不对称短路和内部较轻故障时的灵敏 度。负序定值取0.1-0.2。
对穿越性正序,负序电流两侧差动回路的电流反相。
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3.
数
字
式
纵
差
动
保
护
接
线 2021/7/9
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电 流 的 相 位 校 正
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Y侧用软件进行相位校正(和d侧相位一致)
Iα= (IaY-IBy) /√3 Iβ=(IbY-IcY) /√3 Iγ=3(IcY-IAy) /√3 电流平衡调整 一次电流I1N=SN/√3*UＮφφ 二次电流I2N=I1N/nTA 以高压侧为基准侧（I2N.B） 计算其他各侧平衡系数Kbal=I2N.B/I2N 其他各侧电流：I2N’=Kbal*I2N
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➢ 校验灵敏度
最小运行方式下Ik.min,对应Ires的Iop
Ksen=Ik.min/Iop
2.差动电流速断定值
应不低于2
躲初始励磁涌流和外部短路故障的最大不平衡电流
Iop>K*In
Iop>Krel*Iunb.max Krel取1.3—1.5
K:对6.3—31.5MVA取4.5--7； 对40—120MVA取3—6；容量大取低值。