许继变压器保护讲义

比率制动式差动保护是变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障；保护能正确区分励磁涌流、过励磁故障。

保护采取自适应提高定值的方式，防止外部故障时由于CT饱和引起差动误动，当差流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时，自动提高比率制动差动的动作值、改变比率制动系数和最小制动电流，进一步提高保护的可靠性。

800系列发-变组保护装置最多可实现6侧差动，动作特性图如下：

                  比率差动动作特性图

    图中阴影部分要经过励磁涌流判别、TA断线判别和TA饱和判别后才出口，双阴影部分只要经过励磁涌流判别就出口。

1.1 比率差动原理

差动动作方程如下

Iop > Iop.0                       ( Ires  Ires.0) 

Iop  Iop.0 + S(Ires – Ires.0)           ( Ires > Ires.0 )     (5-6-1)

Ires >1.2 In（我站为0.54A）

Iop  1.2In + 0.8(Ires –1.2 In)      ( Ires >1.2 In )    (5-6-2)

Iop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值（我站为0.16A），Ires为制动电流，Ires.0为最小制动电流整定值（我站为0.16A），S为比率制动特性斜率（我站为0.4），In为基准侧电流互感器的额定二次电流，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。

对于两侧差动：

Iop =  | 1 + 2 |                    (5-6-3)

Ires =  |1 - 2| / 2                   (5-6-4)

对于三侧及以上差动：

Iop = | 1 +2 +…+ n |              (5-6-5)

Ires = max{ |1|，|2|，…，|n| }       (5-6-6)

式中：3≤n≤6， 1， 2，。。n分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。

判据(5-6-1)为低定值的比率制动差动，判据(5-6-2)为高定值比率制动差动。    

1.2 励磁涌流判别

装置提供两种励磁涌流识别判据，用户可根据需要由控制字进行选用，该控制字设为“1”时，励磁涌流判据为波形畸变判据；该控制字设为“0”时，励磁涌流判据为二次谐波判据。（我站为0）

1.2.1 二次谐波判据

保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据。

判别方程如下：

     (5-6-7)

式中：Iop.2为A，B，C三相差动电流中最大二次谐波电流，K2为二次谐波制动系数（我站为1），Iop.1为三相差动电流中最大基波电流。

该判据闭锁方式为“或”闭锁，即涌流满足(5-6-7)式，同时闭锁三相保护。

1.2.2波形畸变判据

 保护利用每相差流波形的畸变作为励磁涌流闭锁判据。

判别方程如下：

Ssum+ > K * Ssum—    (5-6-8)

式中：Ssum+为差动电流采样点的不对称度值， Ssum—为对应差动电流的对称度值，K为某一固定系数。

该判据闭锁方式为“或”闭锁，即任一相涌流满足(5-6-8)式，同时闭锁三相保护。

1.3  TA饱和判别

 保护利用每相电流中的三次谐波分量作为TA饱和闭锁判据。

判别方程如下：

I3 > K3 * I1     (5-6-9)

式中：I3为每相电流中三次谐波电流，K3为三次谐波比例系数（装置内部固定，不需整定），I1为对应基波电流。

   任一相电流满足(5-6-9)式，比率制动差动自动改变该相的最小动作电流和比率制动斜率，保证差动保护正确、可靠动作。

1.4  TA断线判据（我站为0）

    当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时启动TA断线判别程序，满足下列条件认为TA断线: 

 本侧三相电流中至少一相电流不变；

 最大相电流小于1.2倍的额定电流；

 本侧三相电流中至少有一相电流为零。

1.5  差流速断保护

当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。（我站为3.2A）

1.6 比率制动式差动保护极性接线图及保护逻辑图

                   图5.6.2   比率制动差动极性接线图

图   比率制动差动保护逻辑图

1.7  整定计算    

（1） 平衡系数的计算

项目

1、Sn为计算平衡系数的基准容量。对于两圈变压器Sn为变压器的容量；对于三圈变压器Sn一般取变压器高压侧的容量，平衡系数计算和变压器容量无关。

2、Uh、Um、Ul分别为变压器高压侧、中压侧、低压侧的额定线电压。

3、Nha、Nma、Nla分别为高压侧、中压侧、低压侧的TA变比。

4、TA的二次侧均接成“Y”型

5、Ib为计算平衡系数的基准电流，一般取变压器额定容量下高压侧的二次电流。如果按上述的基准电流计算的平衡系数大于4或小于0.1，那么要更换基准电流Ib，直到平衡系数满足0.16、基准电流Ib变化或因平衡系数调整时，差动保护的最小动作电流和最小制动电流的定值也需要和基准电流同比调整定值。例如原基准电流为5.0A现调整为6.0A时，最小动作电流和最小制动电流定值也变为原来1.2倍。

（2）最小动作电流Iop。0

Iop。0为差动保护的最小动作电流，应按躲过变压器额定负载运行时的最大不平衡电流整定，即：

Iop.0=

式中：

Ib为变压器基准侧的额定电流归算到TA二次侧的值，

      Krel为可靠系数，Krel=1.3—1.5；

fi(n)为电流互感器在额定电流下的变比误差。fi(n)=0.032（10P），fi(n)=0.012（5P）

ΔU 为变压器分接头调节引起的误差（相对于额定电压的百分数）；

Δm为TA和TAA变比未完全匹配产生的误差，Δm一般取0.05。

一般情况下可取：

  Iop.0=。

 （3） 最小制动电流的整定

  Ires.0 =。

（4）比率制动斜率S的整定

     最大不平衡电流的计算

      a、三圈变压器

Iunb.max =KstKaperfiIs.max +ΔUHIs.H.max +ΔUMIs.M.max

                      +Δm1Is.1.max+Δm2Is.2.max

式中：

Kst为TA的同型系数，Kst=1.0

Kaper 为TA的非周期系数，Kaper=1.5—2.0（5P或10P型TA）或Kaper=1.0（TP型TA）

fi 为TA的比值误差， fi=0.1；

Is.max为流过靠近故障侧的TA的最大外部短路周期分量电流；

Is.H.max、Is.M.max分别为在所计算的外部短路时，流过调压侧（H、M）TA的最大周期分量电流；

Is.1.max、Is.2.max分别为在所计算的外部短路时，流过非靠近故障点的另两侧的最大周期分量电流；

Δm1、Δm2为由于1侧和2侧的TA（包括TAA）变比不完全匹配而产生的误差，初选可取Δm1=Δm2=0.05；

   b、 两圈变压器

   Iunb.max =（KstKaperfi +ΔU +Δm）Is.max

     式中的符号与三圈变压器一样。

比率制动特性斜率S为：

S= 

应根据上式的计算来整定S值，一般取S=0.3-0.5。

（5）灵敏度计算校验

在系统最小运行方式下，计算变压器出口两相短路的最小短路电流Is.min。

如果变压器具有单侧电源运行的可能性，则以单侧电源的情况计算，即

差动电流I op=

制动电流I res=

在比率制动式差动保护的动作特性曲线上以Ires=值查找出保护相应的动作电流整定值Iop.set，见图5.6.4。则灵敏系数Ksen为：

                Ksen= 

要求Ksen≥2.0。

                                     图5.6.4

（6）谐波制动的整定

利用二次谐波来防止励磁涌流误动的差动保护，二次谐波制动比表示差流中的二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15%—20%。（我站为0.2）

（7）差流速断

为了加速切除变压器严重的内部故障，常常增设差流速断保护，其动作电流按照避越励磁涌流来整定，即：

            Iop=KrelIe.amx

式中：Ie.amx为变压器实际的最大励磁涌流。

        Krel为可靠系数，可取1.15—1.30。

实际的最大的励磁涌流很难测量，应参考整定计算导则进行整定。

差流速断保护的灵敏度系数按正常运行方式下保护安装处两相金属性短路计算，要求Ksen≥1.2。

（8）差流越限整定

本保护主要是防止由于特殊工况或TA回路缓慢变化等异常情况时引起差动保护频繁启动，危害设备稳定可靠运行。保护动作发信号，告警。一般保护动作电流整定为差动最小动作电流值的0.5倍即可，延时整定为5s。

1.8 定值清单

  （1）主变差动定值清单

采用零序电压发现变压器低压侧单相接地故障

零序过流保护作为变压器或相邻元件接地故障的后备保护，保护可以配置成多段多时限。

3.1 保护原理

采用变压器中性点专用零序TA的电流构成。

3.4 零序方向过流保护原理框图

                  图5.18.3  零序方向过流保护逻辑框图

3.5 定值清单

4.1 保护原理

    本保护适用于中性点接地系统中（110kV~500kV系统）中性点不接地的变压器以及中性点有时可能不接地的变压器，而不管其中性点是否有放电间隙。本保护作为变压器中性点不接地运行时的单相接地后备保护，它接于变压器高压母线TV的开口三角与变压器中性点专用零序TA的电流构成。

4.2  定值清单

6、主变高压侧复压方向过流保护

7、失灵保护

8、非全相保护

9、负序过流保护

10、主变高压侧TV断线保护

11、主变重瓦斯保护

12、主变轻瓦斯保护

13、主变压力释放保护

14、主变绕组温度保护

15、主变油温保护

16、主变油位保护

17、主变冷却器全停保护