吴斌 电力系统继电保护毕业设计论文

变压器相间短路保护研究

摘要：通过对差动保护比率制动整定计算中动作电流与自动系数分析，纠正了整定计算中一些错误概念。实现这种动作特性的纵差继电器以差动电流作为动作电流，引入一侧或多侧短路电流作为制动电流。评论了各种微机差动保护，在此基础上拟定了多段式微机差动继电器方案，并介绍了差动比率制动整定方案和内部故障时灵敏度问题。

关键词：相间短路；差动保护；复合电压启动过电流保护；相位补偿

1.引言

随着电力系统容量的增大，大机组不断增多，在电力主设备上要求装设优越完善的或者双重化的继电保护装置，这不仅对电力系统的可靠运行有着重大意义，而且可保护重要而昂贵的的主设备减少在各种设备和异常运行中所造成的设备损坏，还有着显著的经济效益。因此，在电力主设备的保护设计中应遵守的原则是符合现行的《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB 14285-2006），对具体的工程设计项目，则要求保护在配置、原理接线和设备选型等方面，根据电气主接线和被保护设备的一次接线及主设备的运行工况和结构特点，达到可靠性、灵敏性、速动性和选择性等四性要求。当灵敏性与选择性产生矛盾时，首先要保证灵敏性，没有灵敏性即失去了装设保护的意义；当快速性与选择性产生矛盾时，宜先满足选择性，但特殊情况下也可考虑快速无选择性动作并采取补救措施。

2变压器保护装设原则]1[

电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分重要的元件，因此必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。

（一）变压器应根据工程具体情况考虑装设相应的保护

对升压、降压、联络变压器的下列故障及异常运行状态，按规定装设相应的保护装置：

①绕组及引出线的相间短路和中性点直接接地或经小电阻接地

侧的接地短路；②绕组的匝间短路；③外部相间短路引起的过电流；

④中性点直接接地或经小电阻接地电网中外部短路引起的过电流及

中性点过电压；⑤过负荷；⑥过励磁；⑦中性点非有效接地侧的单相接地故障；⑧油面降低；⑨变压器油温、绕组温度过高及邮箱压力过高和冷却系统故障。

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB 14285-2006）及变压器保护装设的基本要求，对安砂水电站变压器应装设差动保护、瓦斯保护、复合电压启动过电流保护、对称过负荷保护和过电压保护。（二）变压器保护装设的基本要求]2[

1. 变压器对主保护的要求

对变压器的内部、套管及引出线的短路故障，按其容量及重要性的不同，应装设下列保护作为主保护，并瞬时动作于断开变压器的各侧断路器：

（1）电压在10kV及以下、容量在10MVA及以下的变压器，采用电流速断保护。

（2）电压在10kV以上、容量在10MVA及以上的变压器，采用纵差保护。对于电压为10kV的重要变压器，当电流速断灵敏度不符合要求时也可采用纵差保护。

（3）电压为220kV及以上的变压器装设数字式保护时，除非电量保护外，应采用双重化保护配置。当断路器具有两组跳闸线圈时，两套保护宜分别动作于断路器的一组跳闸线圈。

2. 变压器对差动保护的基本要求

纵联差动保护应满足下列要求：

（1）应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；

（2）在变压器过励磁时不应误动作；

（3）在电流回路断线时应发出端线信号，电流回路断线允许差动保护动作跳闸；

（4）在正常情况下，纵联差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线，如不能包括引出现时，应采取快速切除故障的辅助措施。在设备检修等特殊情况下，允许差动保护短时利用变压器套管电流互感器，此时套管和引线故障由后备保护动作切除；如电网安全稳定运行有要求时，应将纵联差动保护切至旁路短路器的电流互感器。

3. 变压器装设相间短路后备保护的基本要求

对外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间短路后备保护。保护带延时跳开相应的断路器。相间短路后备保护宜选用过

流保护、复合电压（负序电压和线间电压）启动的过电流保护或复合电流保护（负序电流和单相式电压启动的过电流保护）。

（1） 35-66kV及以下中小容量的降压变压器，宜采用过电流保护，其保护的整定值要考虑变压器可能出现的过负荷。

（2） 110-500kV降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，相间短路后备保护用过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压启动过电流保护或复合电流保护。

4.影响变压器纵联差动保护的因素。

电流差动保护从原理上讲，灵敏性高，选择性好。但由于变压器各侧的额定电压和额定电流不相等各侧电流的相位也不同，且高低压侧是通过电磁联系的在电源侧有励磁电流存在，更严重的是在空负荷合闸或外部短路故障切除有电压恢复时，有很大的励磁涌流出现，都将导致差动回路中的暂态不平衡电流和稳态不平衡电流大大增加，这便构成了实现变压器纵差保护的特殊问题

（1）变压器励磁涌流所引起的不平衡电流对差动保护的影响。

（2）变压器两侧的电流相位不同产生的不平衡电流。

（3）两侧电流互感器型号不同和计算变比与实际变比不同引起的不平衡电流对变压器差动的影响。

（4）变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流对变压器差动的影响

3.变压器差动保护分析

（一） Y、d变压器差动保护不平衡电流产生的原因及减小不平衡电

流的方法]3[]4[

在电力系统中大、中型变压器采用Y,d11接线的很多，变压器一、二次侧线电流相位差为30°，如果两侧电流互感器采用系统接线方式，即使1∙I 和2∙I 的数值相等，其不平衡电流为1unb I =21I sin15°

=0.5181I 。因此，必须补偿由于两侧电流相位不同而引起的不平衡电

流。具体方法是将Y,d11接线的变压器星形侧的电流互感器接成三角线接线，三角线接线侧的电流感器接成星形线接线这样可以使两侧电流互感器二次连接臂上的电流2AB I 和2ab I 相位一致如图3-1（a ）所示，

变压器Y,d11接线的电流相位图如图3-1（b ）所示。按图3-1（a ）接线进行行为补偿后，高压侧保护臂中电流比该侧互感器二次侧电流打大3倍，为使正常负荷时两侧保护臂中电流接近相等，故高压侧互感器变比侧增大3倍或采用计算机补偿增大3倍。

在实际接线中，必须严格注意与两侧电流互感器的极性要求，要防止发生差动继电器的的了相互接错，极性接反现象。在变压器差动保护投入前要做一次接线检查，在运行后，如测量不平衡电流值过大不合理时，应在变压器带负荷时，测量互感器一二次侧的相位关系，判别接线是否正确。

图3-1（a ）为Yd11接线的三相变压器及差动保护用两侧电流互感器的接线；图3-1（b ）为电流相量图。其中AY I ∙、∙

I BY 、∙I

CY 分别表示变压器星形侧的线电流，该侧电流互感器二次电流为∙'

I aY 、∙'I bY 、∙

'I cY ，因电流互感器为三角形接线，故流入差动臂的三个电流用软件

补偿相位时可求得用做差动计算的三相电流为∙

I

aY 、∙I bY 和∙I cY 为：