变压器保护分析论文

 成人高等教育毕业论文

题    目：     大型变压器保护分析

专    业         电力工程及自动化

函授站点     安徽电气工程职业技术学院

班    级：          2010级

姓    名：          陈泽林

学    号：         110320575

指导老师：          文老师

二0一二年 八 月 十 日

大型变压器保护分析

摘要

电力变压器是电力系统中的重要设备，其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定地工作。而随着电力系统的发展，特别是现代新材料、新工艺的发展，变压器容量不断增大，对变压器保护的快速性和可靠性也提出了更高的要求。

作为电力系统重要设备之一的变压器，其主保护仍然是传统的差动保护。差动保护作为变压器的电气量主保护，其性能决定着变压器保护的性能，本文对现有的应用于变压器的差动保护做了介绍。如何区分励磁涌流和内部故障是变压器保护的重要研究内容，由于变压器的特殊性，变压器保护动作正确率不高，拒动、误动事件时有发生的事实说明，我们迫切需要研究新的变压器保护方法和解决一些存在的问题。

近年，随着技术的发展，微机保护成为主要的保护。本文对现有的变压器保护方法进行了详尽的原理分析分析，后又通对RCS-978成套保护系统的工作原理，了解了微机保护在变压器保护中的重要作用，以及变压器保护未来的发展。文中主要设计了220KV变电站中变压器的保护回路、各主要参数的整定，以及对RCS-978保护装置的操作进行了设置。

关键词　变压器保护；微机保护；保护回路

1绪论

1.1 课题背景

在电力系统中广泛使用变压器来升压或者降压。变压器是电力系统不可或缺的重要电气设备。利用电磁感应原理把一种电压的交流电能转变成频率相同的另一种电压的交流电能，在电力系统中，需要用变压器将电压升级进行远距离传输，以降低线路损耗，当电能到达用户区后，再采用不同等级的变压器将电能降压使用，因此，变压器的正常运行对保持系统的稳定与安全有着特殊的意义。它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是非常重要的设备。因此，应根据变压器的容量等级和重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。

将微型计算机技术应用于变压器保护是提高变压器保护水平的一个重要途径。采用微机保护技术构成的变压器保护系统，较现有的模拟式保护具有更加完善的功能，提高了电力系统安全运行水平[1]。

论文中也以RCS-978E型微机保护装置为案例，具体说明微机保护与以往的保护区别及各自的保护方式。

1.2电力变压器保护综述

1.2.1变压器的故障

电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，他的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。

电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动保护动作切除变压器。速动保护（瓦斯和差动）无延时动作切除故障变压器，设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故障设备未配保护（如低压侧母线保护）或保护拒动时，则只能靠变压器后备保护动作跳开相应开关使变压器脱离故障。因后备保护带延时动作，所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。因此，变压器后备保护的定值整定与变压器自身的热稳定要求之间存在着必然的联系[2]。

1.2.2电力变压器的异常工作状态

变压器处于不正常运行状态时，继电器应根据其严重程度，发出警告信号，使运行人员及时发现并采取相应措施，以保安全运行。变压器不正常工作状态主要有：1.由于外部短路引起的过电流；2.由于电动机自起动或并联工作的变压器被断开及尖峰负荷等与原因引起的过负荷；3.外部接地短路引起的中性点过电压；4.油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高；5.大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况下导致变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。

1.2.3电力变压器的保护方式

根据变压器的故障和异常工作状态，其通常装设的保护装置如下：

1.瓦斯保护

对变压器油箱内部的各种故障及油面的降低应装设瓦斯保护。容量为800KVA及以上的油浸式变压器，对于容量为400KVA及以上的车间内油浸式变压器，匀应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬间动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。对于高压侧未装设断路器的线路-变压器组，未采取使瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护可仅动作于信号。

2.纵差保护或电流速断保护

容量在10000KVA及以上的变压器应装设纵差保护，用以反应变压器内部绕组、绝缘套管及引出线相间短路、中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路。

3.过流保护

变压器的过流保护用作外部短路及变压器内部短路的后备保护。

4.零序过流保护    

变压器中性点直接接地或经放电间隙接地时，应补充装设零序过流保护。用以提高保护在单相接地时的灵敏度。零序过流保护主要用作外部电网接地短路的后备保护。

5.过负荷保护

变压器过负荷时，应利用过负荷保护发出信号，在无人值班的变电所内可将其作用于跳闸或自动切除一部分负荷[3]。

1.3电力变压器保护研究现状

随着计算机硬件的迅速发展,微机保护硬件也在不断发展。微机保护的硬件已由第一代单CPU硬件结构和第二代多单片机的多CPU硬件结构发展到以高性能单片机结构的第三代硬件结构,其具有电路简单的特点,抗干扰的性能进一步加强,并完善了通信功能,为实现变电站自动化提供了方便。近年来,数字信号处理技术开始广泛应用于微机保护领域。DSP的特点是计算能力强、精度高、总线速度快,将数字信号处理应用于微机继电保护,极大地缩短了数字滤波、滤序和傅立叶变换算法的计算时间,可以完成数据采集、信号处理的功能和传统的继电保护功能。差动保护为变压器主保护的主要形式,长期以来受到保护工作者的关注。1931年, R. E. Cordray提出比率差动的变压器保护,标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。1958年R. L. Sharp和WE. GlassBurn提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的新方法,并在模拟式保护中加以实现[4]。目前国内外生产变压器继电保护装置的厂家很多,就主保护而言,国外保护装置基本是以二次谐波制动为主的比率差动保护,而国内则以二次谐波制动和间断角两种原理为主导,以波形对称原理为补充的格局正在形成。

1.4继电保护的发展

1.4.1计算机化

随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。南京电力自动化研究院目前在研究32位保护硬件系统。天津大学一开始即研制以16位多CPU为基础的微机线路保护。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D转换器分辨率的，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存（Cache）和浮点数部件都集成在CPU内。

　电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机做成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。继电保护装置的微机化是不可逆转的发展趋势。

1.4.2网络化 

计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和事故影响范围，还要保证全系统的安全稳定运行，这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。

对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理，初步研制成功了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个母线保护单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用计算机网络联接起来，每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字量后，通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元，各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算，如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器，将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络有较高的可靠性。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。

1.4.3保护、控制、测量、数据通信一体化 

在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置是电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的信息和数据传送给网络控制中心或任何一终端。因此，每个微机保护装置实现保护、控制、测量、数据通信一体化。

目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器（OTA）和光电压互感器（OTV）已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。

1.4.4智能化

近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确做出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。

2电力变压器保护的原理分析

2.1.瓦斯保护

2.1.1保护的工作原理

瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内部各种短路故障，特别是对绕组的相间和匝间短路。由于短路点电弧的作用，将使变压器和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体数量及流速构成瓦斯保护。如图2-1所示：

图2-1  瓦斯保护的原理接线图

图2-1上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延时发出报警信号。下面的触点表示“瓦斯保护”，动作后启动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。当油箱内部发生严重事故时，由于油流不稳定，可能造成弹簧触点的抖动，此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器KM，动作后由断路器的辅助触点来解除出口回路的自保持。此外，为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片XB将跳闸回路切换到信号回路。

2.1.2瓦斯保护的缺点

不能反应变压器油箱外套管及联接战线上的故障，因此，不能作为防御变压器内部事故的唯一保护。由于构造问题，在运行中正确动作率还不高。挡板式瓦斯继电器也存在当变压器油面严重下降，需要跳闸时，动作不快的缺点。

2.1.3瓦斯保护的优点

灵敏度高、结构简单，并能反应变压器油面内部各种类型的故障。特别是当绕组短路匝数很少时，故障点的循环电流虽然很大，可能造成严重的过热，但反应在外部电流的变化却很小，各种反应电流量的保护都难以动作，因此瓦斯保护对保护这种故障有特殊的优越性。

2.2电流速断保护

2.2.1保护的工作原理

变压器的电流速断保护是反应于大电流增大而瞬间动作的保护。装于变压器的电源测，对于变压器用引出线上各种形式的短路电流进行保护。为证明选择性，速断保护只能保护变压器的一部分，一般能保护变压器的原绕组，它适合用于容量在10MVA以下小容量的变压器，当电流保护时限大于0.5S时，可在电源侧装设电流速断保护，其接线原理如图2-2所示：

                         图2-2电流速断保护接线图

2.2.2电流速断保护的特点

电流速断保护的优点是接线简单、动作迅速。但作为变压器内部故障的保护时存在以下缺点：

1.当系统容量不大时，保护区伸不到变压器的内部，即保护区很短，灵敏度达不到要求。2.在无电源的一侧，从套管到断路器的一段故障要靠过电流保护跳闸，这样切除故障很慢，对系统安全运行影响很大。3.对于并列运行的变压器负荷侧故障时，将由过电流保护无选择性的切除所有变压器。

2.3纵联差动保护

2.3.1变压器差动保护基本原理

电力变压器可能发生的内部故障包括：各侧绕组的相间短路故障，中性点直接接地的变压器的单相接地短路，绕组的匝间短路等。变压器内部的各种短路都将产生电弧，引起主绝缘烧毁，绝缘油分解，内部油压增大，有可能引起油箱爆炸起火。因此，对变压器内部故障应尽快切除。

纵差动保护是变压器的电气主保护，由于变压器在电力系统中占有重要地位，纵差动保护必须满足如下要求：

1.能反应保护区内各种相间和接地短路故障。

2.动作速度快，一般动作时间不能大于 30ms。

         　　3.在变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复期间产生励磁涌流时不应

误动作。

4.在变压器过励磁时，纵差动保护不应该动作。

5.发生外部故障时电流互感器饱和应可靠不动作。

6.保护区内故障时，电流互感器饱和，纵差动保护不应拒动或延时动作。

7.保护区内发生短路故障，在短路电流中含有谐波分量时，纵差动保护不应拒动或延时动作。

按照反应电流和电压量变化构成的保护装置，测量元件限于装设在被保护元件的一侧，无法区别保护范围末端和相邻范围始端的故障。为了保证动作的选择性，在整定动作参数是必须与相邻元件的保护相配合，一般采用缩短保护区或延长动作时限的方法获得选择性。差动保护的原理接线图如图2-3所示。

图2-3差动保护接线图

变压器差动保护是按照循环电流原理构成的，图为差动保护的单相原理接线图。双绕组变压器，在其两侧装设电流互感器当两侧电流互感器的同极性端子在同一方向，差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此必须适当选择两侧电流互感器的变化，使得在正常工作时和外部故障时两侧的二次电流相等，流过差动继电器线圈的电流在理论上等于零。即：

                                           （2-2）

所以两侧的CT变比应不同，且应使

即：           （2-3）

按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。

2.3.2变压器差动保护不平衡电流分析

1.稳态情况下不平衡电流

变压器在正常运行时纵差保护回路中不平衡电流主要是由电流互感器、变压器接线引起：

（1）由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。正常运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零，则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等，即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但是，实际上由于电流互感器的变比都是根据产品目录选取的标准变比，而变压器的变比是一定的，因此上述条件是不能得到满足的，因而会产生不平衡电流。

（2）由变压器两侧电流相位不同而产生。变压器常常采用两侧电流的相位相差30°的接线方式（对双绕组变压器而言）。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式（即均采用Ｙ形接线方式），则二次电流由于相位不同，也会在纵差保护回路产生不平衡电流。

（3）由变压器两侧电流互感器型号不同而产生。电流互感器是一个带铁心的元件，在变换电流的过程中，需要一定的励磁电流，所以一次电流和二次电流的关系如式（2-4）：

                          （2-4）

当变压器两侧电流互感器的型号不同时，它们的饱和特性、励磁电流等也就不同，即使两侧电流互感器的变比符合要求，流入差动继电器的差电流为，如式（2-5）：

            （2-5）

差电流也不会为零，即在正常运行或外部短路时，会有不平衡电流流入差动继电器[5]。

2.暂态情况下的不平衡电流

（1）由变压器励磁涌流产生

正常运行情况下，铁芯未饱和，相对导磁率很大，变压器绕组的励磁电感也很大，因而励磁电流很小，一般不超过额定电流的3%~5%。当投入空载变压器或外部故障切除后的电压回复时，一旦铁芯饱和后，想对导磁率接近于1，变压器绕组的电感降低，相应出现数值很大的励磁电流，称为励磁涌流，其值可能达到变压器额定电流的6~8倍。励磁涌流具有如下特征：①励磁涌流数值很大，最大可达变压器额定电流的6~8倍；②励磁涌流包含有很大成分的非周期分量，波形呈尖顶波形且偏于时间轴的一侧；③励磁涌流包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；④励磁涌流相邻波形是不连续的，因而波形之间出现了间断角。由于励磁涌流的存在，使变压器差动回路产生很大的不平衡电流，常常导致纵差保护的误动作，给变压器纵差保护的实现带来困难。

（2）由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生

纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。因此，必须考虑外部故障暂态过程的不平衡电流对它的影响。在变压器外部故障的暂态过程中，一次系统的短路电流含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难变换到二次侧，而主要成为互感器的励磁电流，从而使互感器的铁心更加饱和。本来按10%误差曲线选择的电流互感器在变压器稳态外部短路时，就会处于饱和状态，再加上非周期分量的作用，则铁心将严重饱和。因而，电流互感器的二次电流的误差更大，暂态过程中的不平衡电流也将更大。

2.3.3变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法

从上面的分析可知，构成纵差保护时，如不采取适当的措施，流入差动继电器的不平衡电流将很大，按躲开变压器外部故障时出现的最大不平衡电流整定的纵差保护定值也将很大，保护的灵敏度会很低。若再考虑励磁涌流的影响，保护将无法工作。因此，如何克服不平衡电流，并消除它对保护的影响，提高保护的灵敏度，就成为纵差保护的中心问题。

1.由电流互感器变比产生的不平衡电流的克服方法

对于由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流可采用2种方法来克服:一是采用自耦变流器进行补偿。通常在变压器一侧电流互感器（对三绕组变压器应在两侧）装设自耦变流器，将LH输出端接到变流器的输入端，当改变自耦变流器的变比时，可以使变流器的输出电流等于未装设变流器的LH的二次电流，从而使流入差动继电器的电流为零或接近为零。二是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿。通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线圈，接入差动电流，另外还绕一个平衡线圈和一个二次线圈，接入二次电流较小的一侧。适当选择平衡线圈的匝数，使平衡线圈产生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势，则在二次线圈里就不会感应电势，因而差动继电器中也没有电流流过。采用这种方法时，按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数，但实际上平衡线圈只能按整数进行选择，因此还会有一残余的不平衡电流存在，这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。

目前微机继电保护已被广泛应用，对于变压器纵差保护中由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流可以通过软件补偿，也可采用在模数变换（VFC）板上直接调整变压器各侧电流的硬件调整平衡系数的方法，把各侧的额定电流都调整到保护装置的额定工作电流（5A或1A），这类似于整流型保护调整平衡绕组的方法[6]。

2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流的克服方法

对于由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流可以通过改变LH接线方式的方法（也称相位补偿法）来克服。对于变压器Y形接线侧，其LH采用△形接线，而变压器△形接线侧，其LH采用Y形接线，则两侧LH二次侧输出电流相位刚好同相。但当LH采用上述连接方式后，在LH接成△形侧的差动一臂中，电流又增大了3倍，此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧LH的变比扩大3倍，以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等。接线图如图2-4

图2-4 纵差保护BCH-II

差动臂中的同相位了，但。为使正常运行或区外故障时，，则应使

故此时选择LH变比的条件如式（2-7）：

                   （2-7）

在采用微机保护的变压器中，变压器各侧LH均可接成Y形，因相位不同而产生的不平衡电流可以通过软件进行相位校正。

3.由电流互感器型号不同和由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流的克服方法

该不平衡电流均可在变压器纵差保护定值整定计算中予以考虑。在稳态情况下，为整定变压器纵差保护所采用的最大不平衡电流可如式（2-8）确定：

        （2-8）

为LH的同型系数，当LH型号相同时取0.5，不同时取1.0；为变压器带负荷调压引起的相对误差，一般采用变压器调压范围的一半；为平衡线圈整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差。

2.3.4实施纵差动保护遇到的问题

实施变压器纵差动保护，除应满足继电保护的要求外，应解决几个问题。

1.正确识别励磁涌流和内部短路故障时的短路电流。变压器空载合闸或外部短路故障切除电压突然恢复时，变压器有很大的励磁电流即励磁涌流流过，因该励磁涌流仅在变压器的一侧流通，故流入差动回路。变压器内部短路故障时，差动回路通过的是很大的短路电流，应正确识别励磁涌流和短路电流。

2.应解决好区外短路故障时差动回路中的不平衡电流和保护灵敏度间的矛盾。区外短路故障时，由于纵差动保护各侧电流互感器变比不匹配、调压变压器分接头的改变、电流互感器误差特别是暂态误差的影响，差动回路中流过数值不小的不平衡电流，为保证纵差动保护不动作，动作电流应高于区外短路故障的最大不平衡电流，这势必要影响内部短路故障时保护的灵敏度。作为纵差动保护，既要保证区外短路故障差动回路流过最大不平衡电流时不误动，又要在内部短路故障时保证一定的灵敏度。

3.电流互感器饱和不应影响纵差动保护的正确动作。特别是在保护区外短路故障时，一侧电流互感器的饱和导致差动回路电流增大，若不采取措施，很容易使差动保护误动作。此外，变压器内部短路故障时一侧电流流出以及内部短路故障时二次谐波[7]。

2.4过电流保护

变压器相间短路的保护既是变压器主保护的后备保护，又是相邻母线或线路的后备保护。根据变压器容量大小和系统短路电流的大小，变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护和复合电压起动的过电流保护等。

2.4.1不带低电压起动的过电流保护

过电流宜用于降压变压器，过电流保护采用三相式接线，且保护应该装设在电源侧。不带低电压起动的过电流保护的原理接线图如图2-5：

图 2-5 变压器过电流保护单相原理接线图

保护的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，如式（2-9）：

                 （2-9）

—可靠系数，一般为1.2~1.3；

    —为返回系数。

2.4.2低电压起动的过电流保护

对于升压变压器或容量较大的降压变压器，当过电流保护另名都不够时，可以考虑并列变压器跳闸或电动机自起动等因素引起的最大可能的负荷电流，而可以按躲过变压器的额定电流来整定。这样可以降低过电流保护的整定值，从而提高保护的灵敏度。

对升压变压器，如果低电压继电器只接在一侧电压上则当另一侧发生短路时，往往不能满足灵敏度的要求。为此，可采用两套低电压继电器，分别接在变压器的高、低压侧。

当采用低电压起动的过流保护时，其动作电流按躲开变压器的额定电流整定。低电压及电器的动作电压应小于正常运行情况下的最小工作电压。双侧电源的变压器或多台并列运行的变压器，一般均采用低电压起动的过流保护或复合电压起动的过流保护。

2.5零序电流保护

在大电流接地的系统中，一般在变压器上装设接地保护。作为便宜变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。

    当系统接地短路时，零序电流的大小和分布是与系统中变压器中性点接地的数目和位置有关。对于有一台变压器的升压变电站，变压器都采用中性点接地运行方式。对于若干台变压器并联运行的变电站，则采用一部分变压器中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地运行。

2.5.1中性点直接接地变压器的零序电流保护

图2-6为中性点直接接地双绕组变压器的零序电流保护原理接线图。保护用电流互感器接于中性点引出线上。其额定电压可选择低一级，其变比根据接地短路电流的热稳定和动态稳定条件来选择。

图2-6  中性点直接接地零序电流保护原理接线图

保护灵敏系数按后备保护范围末端接地短路校验，灵敏系数不小于1.2。保护动作时限应比引出线零序电流后备段的最大动作时限大一个阶梯时限。

为了缩小接地故障的影响范围及提高后备保护动作的快速性 ，通常配置为两段式零序电流保护，每段各带两级时限。零序段作为变压器及母线的接地故障后备保护，其动作电流以与引出线零序电流保护段在灵敏系数上配合整定，以较短延时（通常为0.5S）作用于断开母联断路器或分段断路器；以较长延时（0.5+）作用与断开变压器的断路器。零序段作为引出线接地故障的后备保护，其动作电流按上式选择，第一级延时与引出线零序后备段动作延时配合，第二级延时比第一级延时长一个阶梯时限。

                              （2-13）

式（2-13）中  —变压器零序过电流保护的动作电流；

              —配合系数，取1.1~1.2；

              —零序电流分支系数；

              —引出线零序电流保护后备段的动作电流。

2.5.2中性点可能接地或不接地变压器的保护

当变电站部分变压器中性点接地运行时，如图（2-6）所示，当两台变压器并列运行时，其中T1中性点接地运行，T2中性点不接地运行。当线路上发生单相接地时，有零序电流流过QF1、QF3、QF4和QF5的四套零序过电流保护。按选择性要求应满足t1>t3，即应由QF3和QF4的两套保护动作于QF3和QF4跳闸。

若因某种原因造成QF3拒绝跳闸，则应由QF1的保护动作跳闸。当QF1和QF4跳闸后，系统成为中性点不接地系统，而且T2仍带着接地故障继续运行。T2的中性点对地电压将升高为相电压，两非接地相的对地电压将升高倍，如果在接地故障点出现间歇性电弧过电压，则对变压器T2的绝缘危害更大。如果T2为全绝缘变压器，可利用在其中性点不接地运行时出现的零序电压，实现零序过电压保护，作用于断开QF2。如果T2是分级绝缘变压器，则不允许上述出现情况，必须在切除T1之前，先将T2切除。

图 2-7 中性点接地运行图

因此，中性点有两种运行方式的变压器，需要装设两套相互配合的接地保护装置：零序过电流保护－用于中性点接地运行方式；零序过电压保护－用于中性点不接地运行方式。并且还要按下面的原则进行保护：对于分级绝缘变压器应先切除中性点不接地运行的变压器，后切除中性点接地运行的变压器；对于全绝缘变压器应先切除中性点接地运行变压器，后切除中性点不接地运行变压器。

1.分级绝缘变压器

图2-8为分级绝缘变压器的零序过电流和零序过电压保护原理接线图。当系统发生接地故障时，中性点不接地运行变压器的TAN无零序电流，装置中的KA不动作，零序过电流保护动作，KV因有零序电压3U0而动作。这时，与之并列运行的中性点接地运行变压器的零序过电流保护则因TAN有零序电流，KA动作并经其时间继电器1KT的瞬时闭合常开接地将正电源加到小母线WB上。此正电源经中性点不接地运行变压器的KV接点和KA的常闭接点使KT2起动零序过电压保护。在主保护拒绝动作的情况下，经过较短时限使KCO动作，先动作于中性点不接地运行变压器的两侧断路器跳闸。与之并列运行的中性点接地运行变压器的KV虽然也已动作，但由于KA已处于动作状态，其常闭接点已断开，故小母线上的正电源不能使KT2动作，其零序过电压保护不能起动，要等到整定时限较长的KT1延时接点闭合时，才动作于中性点接地运行变压器的两侧断路器跳闸。 

图2-8 分级绝缘变压器的接地保护原理图

2.全绝缘变压器

图2-9为全绝缘变压器的零序过电流和零序过电压保护原理图。当发生接地故障时，中性点接地运行变压器的零序过电流保护和零序过电压保护都会起动。因KT1的整定时限较短，故在主保护拒绝动作的情况下先动作于中性点接地运行变压器的两侧断路器跳闸。与之并列运行的中性点不接地运行变压器，则只有零序过电压保护动作，其零序过电流保护并不起动作。因KT2的整定时限较长，故后切除中性点不接地运行变压器的两侧短路器。

图2-9 全绝缘变压器的接地保护装置原理接线图

2.6过负荷保护

当变压器过负荷电流三相对称，过负荷保护装置只采用一个电流继电器，经过较长的延时后发出信号。对于三绕组变压器，三侧都装有过负荷启动元件；对于双绕组变压器，过负荷保护应装设在电源侧。其原理如图2-10所示。

图2-10  变压器过负荷保护接线图

3微机保护

3.1 RCS-978系列变压器成套保护装置

RCS-978系列数字式变压器保护适用于220kV及以上电压等级，需要提供双套主保护、双套后备保护的各种接线方式的变压器。

RCS-978装置中可提供一台变压器所需要的全部电量保护，主保护和后备保护可共用同一TA。这些保护包括：稳态比率差动、差动速断、工频变化量比率差动、零序比率差动/分侧比率差动、复合电压闭锁方向过流、零序方向过流、零序过压。后备保护可以根据需要灵活配置于各侧。另外还包括以下异常告警功能：过负荷报警、起动冷却器、过载闭锁有载调压、零序电压报警、差流异常报警、零序差流异常报警、差动回路TA断线、TA异常报警和TV异常报警。

3.1性能特征

1.高性能的硬件，实时计算    

采用32位微处理器＋双DSP的硬件结构，三个CPU并行工作，32位微处理器负责出口逻辑，两个DSP负责保护运算。高性能的硬件保证了装置在每一个采样间隔对所有继电器进行实时计算。

2.的起动元件启动＋保护动作出口跳闸方式，杜绝保护装置硬件故障起的误动。

3.强电磁兼容性整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背配方式，同时在软件设计上也采取相应的抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高，对外的电磁辐射也满足相关标准。

4.双主、双后备保护的配置原则   

真正实现一台装置完成所有的主保护后备保护功能。

5.程序模块化   

模块化的程序使保护配置灵活，功能调整方便。可选择的励磁涌流判别原理，提供了二次谐波原理和波形识别原理两种方法识别励磁涌流，可经整定选择使用任一种原理，或同时使用两种原理。高灵敏度的工频变化量差动保护利用工频故障分量构成的工频变化量比率差动保护，不受负荷电流影响，灵敏度高，抗TA饱和能力强。可靠的差动回路TA异常判断功能结合电压量对差回路的异常情况进行判别，可以判断出TA多相断线，多侧断线，短路等复杂情况。整定，留有可以配置的备用接点，方便特殊应用。

6.汉化界面显示、报告、定值等相关的内容均为简体汉字。

7.完善的事件记录功能     

可记录32次故障及动作时序，8次故障波形，32次开关量变位及自检结果。

9.丰富的PC机辅助软件   

基于Windows 9X/Me/2000/NT的PC机软件，使装置更易于应用。

3.2保护工作原理

主程序按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波，开关量的采集、装置硬件自检、外部异常情况检查和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而进入正常运行程序或故障计算程序。硬件自检内容包括RAM、E2PROM、跳闸出口三极管等。正常运行程序进行装置的自检，装置不正常时发告警信号，信号分两种，一种是运行异常告警，这时不闭锁装置，提醒运行人员进行相应处理；另一种为闭锁告警信号，告警同时将装置闭锁，保护退出。故障计算程序中进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断。

3.2.1稳态比率差动保护

由于变比和联接组的不同，电力变压器在运行时，各侧电流大小及相位也不同。在构成继电器前必须消除这些影响。现在的数字式变压器保护装置，都利用数字的方法对变比与相移进行补偿。以下的说明的前提均为已消除了变压器各侧幅值和相位的差异。 

稳态比例差动保护用来区分差流是由于内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障时）引起。

RCS-978 采用了的稳态比率差动动作方程，如式（3-1），（3-2）：

                   （3-1）

                                   （3-2）

其中为变压器额定电流，为稳态比率差动起动定值，为差动电流，为制动电流，为比率制动系数整定值,推荐整定为0.5。

稳态比率差动保护按相判别，满足以上条件时动作。式（3-1）所描述的比率差动保护经过TA饱和判别，TA断线判别（可选择），励磁涌流判别后出口。它可以保证灵敏度。同时由于TA饱和判据的引入，区外故障引起的TA饱和不会造成误动。式（3-2）所描述的比率差动保护只经过TA断线判别（可选择），励磁涌流判别即可出口。它利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA饱和时能可靠正确动作。

3.2.2励磁涌流识别原理

1.利用谐波识别励磁涌流

RCS-978 系列变压器成套保护装置采用三相差动电流中二次谐波、三次谐波的含量来识别励磁涌流，判别方程如式（3-3）：

                                     （3-3）

其中、分别为每相差动电流中的二次谐波和三次谐波，为对应相的差流基波， 、分别为二次谐波和三次谐波制动系数整定值。推荐整定为0.1~0.2， 整定为0.1~0.2。

当三相中某一相被判别为励磁涌流，只闭锁该相比率差动元件。

2.利用波形畸变识别励磁涌流

故障时，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波分量存在，波形发生畸变，间断，不对称。利用算法识别出这种畸变，即可识别出励磁涌流。故障时，有表达式成立，如式（3-4）

                   （3-4）

其中S是差动电流的全周积分值，S+是“差动电流的瞬时值+差动电流半周前的瞬时值”的全周积分值，是某一固定常数，是门槛定值。的表达式如式（3-5）：

                （3-5）

式中是差电流的全周积分值，是某一比例常数。当三相中的某一相不满足以上方程，被判别为励磁涌流，只闭锁该相比率差动元件。

装置设有“涌流闭锁方式控制字供用户选择差动保护涌流闭锁原理。当“涌流闭锁方式控制”字为“0”时，装置利用谐波原理识别涌流；当“涌流闭锁方式控制字”为“1”时，装置利用波形判别原理识别涌流。

3.TA饱和的识别方法

为防止在变压器区外故障等状态下TA的暂态与稳态饱和所引起的稳态比率差动保护误动作，装置利用二次电流中的二次和三次谐波含量来判别TA是否饱和，所用的表达式如式（3-6）：

                   （3-6）

其中为电流中的二次谐波，为电流中的三次谐波，为电流中的基波，和为某一比例常数。当与某相差动电流有关的电流满足以上表达式即认为此相差流为TA饱和引起，闭锁稳态比率差动保护。此判据在变压器处于运行状态才投入。

3.2.3差动回路的异常情况的判别

装置将差回路的异常情况分为两种：未引起差动保护起动和引起差动保护起动。

1.未引起差动保护起动的差回路异常报警

方法一：当任一相差流大于差流报警定值的时间超过10秒时发出差流异常报警信号，不闭锁差动保护。差流报警定值应避开有载调压变压器分接头不在中间时产生的最大差流，其他原因运行时可能产生的最大差流。

方法二：当任一相差流满足下式的时间超过10秒时发出差流异常报警信号，不闭锁差动保护。差流报警起始定值应避开变压器的励磁电流。

                                            （3-7）

2.引起差动保护起动的差回路异常报警

差动保护起动后满足以下任一条件认为是故障情况，开放差动保护，否则认为是差回路TA 异常造成的差动保护起动。

通过“TA 断线闭锁差动控制字”，引起差动起动的差回路异常可只发报警信号，或额定负荷下闭锁差动保护，或任何情况下闭锁差动保护。当“TA断线闭锁差动控制字”整定为“0”时，比率差动、零序或分侧比率差动不经过TA 断线和短路闭锁。当“TA断线闭锁差动控制字” 整定为“1”时，比率差动的式和零序或分侧比率差动经过TA断线和短路闭锁，比率差动的式不经过TA断线和短路闭锁；当“TA断线闭锁差动控制字”整定为“2”时，比率差动、零序或分侧比率差动均经过TA断线和短路闭锁。工频变化量比率差动保护始终经过TA断线和短路闭锁。由于上述判据采用了电压量与电流量相结合的方法，使得差回路TA二次回路断线与短路判别更准确、更可靠[8]。

3.2.4过激磁的判别

由于在变压器过激磁时，变压器励磁电流将激增，可能引起差动保护误动作。因此应该判断出这种情况，闭锁差动保护。装置中采用差电流中五次谐波的含量作为对过激磁的判断。其判据如式（3-8）：

                （3-8）

其中、分别为每相差动电流中的基波和五次谐波， 为五次谐波制动系数。当过激磁倍数大于1.4倍时，不再闭锁差动保护。过激磁闭锁差动功能可整定选择。

3.3零序比率差动保护与分侧比率差动保护

3.3.1零序比率差动原理：

零序比率差动保护主要应用于自耦变压器，其动作方程如式（3-9）：

          （3-9）

其中  、、分别为I 侧、II 侧和公共绕组侧零序电流，  为零序比率差动起动定值，为零序差动电流，为零序差动制动电流，为零序差动比率制动系数整定值，为TA二次额定电流。推荐整定0.5。当满足以上条件时，零序比率差动动作。零差各侧零序电流通过装置自产得到，这样可避免各侧零序TA极性校验问题。若零序比率差动起动定值> 拐点电流自动设定为，即动作方程如式（3-10）：

          （3-10）

3.3.2避免TA 暂态特性不同导致的零序比率差动误动

为避免由于TA暂态特性差异和TA 饱和造成的区外三相短路故障时的“错误的差动回路零序电流”对零序比率差动的影响，装置采用正序电流制动的闭锁判据和TA 饱和判据来避免。正序电流制动的原理是，零差各侧的零序电流大于其正序电流的倍时，认为零序电流由故障造成。

其表达式如式（3-11）：

                    （3-11）

其中  为某侧的零序电流， 为对应侧的正序电流， 是某一比例常数。

3.3.3 分侧差动保护原理

分侧差动保护也主要应用于自耦变压器，其动作方程如式（3-12）：

              （3-12）

其中、、分别为I 侧、II 侧和公共绕组侧电流，为分侧差动起动定值， 为分侧差动电流，为分侧差动制动电流， 为分侧差动比率制动系数整定值，为TA 二次额定电流。推荐整定为0.5。装置中依次按相判别，当满足以上条件时，分侧差动动作。分侧差动各侧TA 二次电流由软件调整平衡。若分侧差动起动定值0.5I ，则其拐点电流自动设定为，即动作方程如式（3-13）：

             （3-13）

3.3.4零序方向过流保护

零序过流保护，主要作为变压器中性点接地运行时接地故障后备保护。通过整定控制字可控制各段零序过流是否经方向闭锁，是否经零序电压闭锁，是否经谐波闭锁，是否投入，跳哪几侧开关。方向元件所采用的零序电流：装置设有“零序方向判别用自产零序电流控制字”来选择方向元件所采用的零序电流。若“零序方向判别用自产零序电流”控制字为“1”，方向元件所采用的零序电流是自产零序电流；若“零序方向判别用自产零序电流”控制字为“0”，方向元件所采用的零序电流为外接零序电流。方向元件：装置分别设有“零序方向指向”控制字来控制零序过流各段的方向指向。当“零序方向指向”控制字为“1”时，方向指向变压器，方向灵敏角为255°；当“零序方向指向”控制字为“0”时，表示方向指向系统，方向灵敏角为75°。同时装置分别设有“零序过流经方向闭锁”控制字来控制零序过流各段是否经方向闭锁。当“零序过流经方向闭锁”控制字为“1”时，本段零序过流保护经过方向闭锁[9]。

3.4 TA、TV异常判别原理

TV异常判别判据如下：

1.正序电压小于30V，且任一相电流大于0.04In或开关在合位状态；

2.负序电压大于8V。满足上述任一条件，同时保护起动元件未起动，延时 10 秒报该侧母线TV 异常，并发出报警信号，在电压恢复正常后延时10秒恢复。在异常期间，根据整定控制字选择是退出经方向或电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消方向和电压闭锁，以上各节均有详细说明。

3.5接线端子及原理图

RCS-978E 端子及微机保护原理接线图如图3-1，3-2，3-3。

图3-1  RCS-978E 跳闸接点图

图3-2  RCS-978E 跳闸信号接点图

图3-3 微机保护原理图

4变压器保护的整定

4.1差动保护整定计算

4.1.1比率差动

装置中的平衡系数的计算

计算变压器各侧一次额定电流：

                   （4-1）

式中为变压器最大额定容量，为变压器计算侧额定电压。

计算变压器各侧二次额定电流：

                      （4-2）

式中为变压器计算侧一次额定电流，为变压器计算侧TA 变比。  计算变压器各侧平衡系数：

            （4-3）

式中为变压器计算侧二次额定电流，为变压器各侧二次额定电流值中最小值，为变压器各侧二次额定电流值中最大值。平衡系数的计算方法即以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧为基准，其它侧依次放大。若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值大于4，则取放大倍数最大的一侧倍数为4，其它侧依次减小；若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，则取放大倍数最小的一侧倍数为1，其它侧依次放大。装置为了保证精度，所能接受的最小系数为0.25，因此差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16 倍。

4.1.2差动各侧电流相位差的补偿

变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。电流互感器各侧的极性参见前图，都以母线侧为极性端。变压器各侧TA二次电流相位由软件调整，装置采用Δ-Y 变化调整差流平衡，这样可明确区分涌流和故障的特征，大大加快保护的动作速度。对于Y0/Δ-11 的接线，其校正方法如下：

Y0 侧：

                    （4-4）

Δ侧：                      

                   （4-5）

式中：，，为Δ侧TA二次电流，，，为Δ侧校正后的各相电流；，，为Y0侧TA 二次电流，，，为Y0 侧校正后的各相电流。其它接线方式可以类推。装置中可通过变压器接线方式整定控制字（参见装置系统参数定值）选择接线方式[10]。

4.1.3差动电流起动定值

为差动保护最小动作电流值，应按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流整定，即：

           （4-6）

式中：为变压器二次额定电流；为可靠系数（一般取1.3~1.5）；为电流互感器的比误差（10P 型取0.03-2，5P 型和TP 型取0.01~2）；为变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值）；m为由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，可取为0.05。在工程实用整定计算中可选取=（0.2~0.5），并应实测最大负载时差回路中的不平衡电流。

注意装置的差动电流起动值的整定计算是以变压器的二次额定电流为基准。若在实际的整定计算中差动起动电流整定值是归算到变压器某一侧的电流有名值，则将这一有名值除以变压器这一侧的变压器二次额定电流，即为保护装置的整定值（标幺值）。

4.1.4斜率整定

差动保护的制动电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不同，不平衡电流计算也有较大差别，下面给出普通两绕组和三绕组电力变压器差动回路最大不平衡电流Iunb.max（二次值）的计算公式。

1.两绕组变压器

      （4-7）

式中：、、的含义同上；为电流互感器的同型系数（取1.0）；为外部短路时最大穿越短路电流周期分量（二次值）；为非周期分量系数，两侧同为TP级电流互感器取1.0，两侧同为P级电流互感器取1.5~2.0。

2.三绕组变压器（以低压侧外部短路为例）

  （4-8）

    式中：  、、的含义同上；、分别为变压器高、中压侧调压引起的相对误差（对Un而言），取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值）； 为低压侧外部短路时，流过靠近故障侧电流互感器的最大短路电流周期分量（二次值）； 、分别为在计算低压侧外部短路时，流过调压侧电流互感器电流的周期分量（二次值）分别为在计算低压侧外部短路时，相应地流过非靠近故障点两侧电流互感器电流的周期分量（二次值）； 、分别为由于电流互感器（包括中间变流器）的变比未完全匹配而产生的误差；差动保护的动作门槛电流（二次值）

式中：为可靠系数（一般取1.3~1.5）；因此，最大制动系数式中：为最大制动电流（二次值），应根据各侧短路时的不同制动电流而定。根据差动起动值  、第一拐点电流Ires.01、、可按下式计算出比率差动保护动作特性曲线中折线1 的斜率。

4.1.5差动速断保护

差动速断保护可以快速切除内部严重故障，防止由于电流互感器饱和引起的纵差保护延时动作。其整定值应按躲过变压器励磁涌流整定，一般可取：

                                        （4-9）

式中： K 为倍数，视变压器容量和系统阻抗的大小。40~120MVA 的变压器K值可取3.0~6.0；120MVA 及以上的变压器K 值可取2.0~5.0。即变压器容量越大，或系统电抗越大，K 的取值越小。差动速断保护灵敏系数应按正常运行方式下保护安装处两相金属性短路计算，要求。

注意装置的差动速断电流值的整定计算是以变压器的二次额定电流为基准。若在实际的整定计算中差动速断电流整定值是归算到变压器某一侧的电流有名值，则将这一有名值除以变压器这一侧的变压器二次额定电流，即为保护装置的整定值（标幺值）。

4.1.6谐波制动比的整定

在利用二次谐波和三次谐波制动来防止励磁涌流误动的差动保护中，二次谐波制动比和三次谐波制动比分别表示差电流中的二次谐波分量，三次谐波分量与基波分量的比值。一般二次谐波制动比可整定为10%~20%，三次谐波制动比可整定为10%~20%[11]。

4.2后备保护整定计算

4.2.1零序过流

4.2.1.1零序电流继电器的整定

对于高压及中压侧均直接接地的三绕组普通变压器，高中压侧均应装设零序方向过电流保护，方向指向本侧母线。

1.I 段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护第I 段或II 段或快速主保护相配合。

              （4-10）

式中：为I 段零序过电流保护动作电流（二次值）；为零序电流分支系数，其值等于线路零序过电流保护I 段保护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过该线路的零序电流之比，取各种运行方式的最大值，为可靠系数，取1.1；为与之相配合的线路保护相关段动作电流（二次值）[12]。

I段保护——设最大短路电流为2452A，按躲开本线路末端短路时的最大段路电流来计算：

=1.32452=3187（A）

选定=3187A，t=0s 

2.II 段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护的后备段相配合。

             （4-11）

式中：为II 段零序过电流保护动作电流（二次值）；为零序电流分支系数，其值等于线路零序过电流保护后备段保护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过该线路的零序电流之比，取各种运行方式的最大值；为可靠系数，取1.1； 为与之相配合的线路零序过电流保护后备段的动作电流（二次值）。

II段保护——按与I段保护配合来整定。

正常方式      

计算选定

则 =1.15

4.2.1.2零序电流继电器的校验

灵敏度应按下式（4-12）校验：

                   （4-12）

式中： .为I 段（或II 段）保护区末端接地短路时流过保护安装处的最小零序电流（二次值）；为I段（或II段）零序过电流保护的动作电流，要求。

最小电流为2069A，则 

零序电流保护结果表明，灵敏度满足要求。

4.2.2变压器不接地运行时的后备保护

对于中性点经放电间隙接地的变压器，应增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电压电流保护。

4.2.2.1零序过电压继电器的整定

过电压保护动作值按下式（4-13）整定：

               （4-13）

式中： 为零序过电压保护动作值（二次值）；为在部分中性点接地的电网中发生单相接地时或中性点不接地变压器两相运行时，保护安装处可能出现的最大零序电压（二次值）；为用于中性点直接接地系统的电压互感器，在失去接地中性点时发生单相接地，开口三角绕组可能出现的最低电压。

考虑到中性点直接接地系统一般取： =180V。

4.2.2.2间隙零序过电流继电器的整定

装在放电间隙回路的零序过电流保护的动作电流与变压器的零序阻抗、间隙放电的电弧电阻等因素有关，一般保护的一次动作电流可取为100A[13]。

5结论

本文对高压变电站中变压器保护的原理进行了详细的分析。研究了对变压器保护的发展趋势和研究方向。因此，应根据变压器的容量等级和重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。随着计算机硬件的迅速发展，微机保护也在不断地发展。

通过研究得到结论如下：

1.了解了变电站中变压器保护的基本原理。

2.阐述了220KV RCS-978，成套保护装置的性能特征。通过对大型变压器的微机保护设计，对稳态比率差动的保护、励磁涌流的识别，以及对TA、TV异常判别进行了多方面的研究。对主保护—纵差保护，后备保护—零序过流保护的整定计算，完成了变压器保护的设计。

综上所述，本文对大型变压器保护的问题做了对比，从传统的继电保护到如今的微机保护，变压器保护有了很大的发展，今后将保护、控制、测量一体化应用在智能化的变电站中，我们应该在微计保护以及智能化变电站的问题上继续研究。

参考文献

1  刘立群．微机型电力变压器保护系统．变压器，1996年，第2卷：28~33

2  J．C．Yang， X．G．Yin，D．S．Chen， senior member IEEE，Z．Zhang and Z．H．Wang．Fundamentals of protection practice．IEEE Trans．on Neural Networks，1994，5(1) ：24~38

3  陶然，熊为群.继电保护自动装置及二次回路.中国电力出版社，1998年：116~127

4  G．Sturnberger，B．Pllajzer，B．Sturnberger，M．Toman，＂Evaluation of Experimental Methods for determining magnetically nonlinear characteristics of electromagnetic devices，＂ [International Asia 2005: Digest of the IEEE International Magnetic Conference (IEEE Cat．No．05CH37655)，2005：1075~1076

5  徐习东．电力变压器纵差保护研究．浙江大学博士学位论文，2005年：5~25

6  陈增田．电力变压器保护．第二版.水利电力出版社， 19年：25~78

7　施雄杰．变压器差动保护中的两个问题.电力系统自动化设备，2004，24(10)：99~101

8  熊小伏，邓祥力，游波，基于参数辨识的变压器微机保护，电力系统自动化,2003：13~15

9  朱声石．吴运祥．微机变压器的相间后备保护.继电器，2000年

10 AI-Tallaq．K．N．Discrimination between magnetizing inrush and fault currents in single-phase transformers using power method，Power Engineering，2004 Page:118~133

11  山东工学院编写组．电力系统继电保护.水利电力出版社．1990年：536~597

12  韦钢．电力工程概论．第二版．中国电力出版社，2007/2：36~

13  刘介才．工厂供电．第四版．天津大学出版社，2001/8：167~181

附录A