变压器保护的整定计算

电力变压器的保护配置与整定计算

重点 ：掌握变压器保护的配置原则和差动保护的整定计算，理解三绕组变压器后备保护及过负荷保护配置

难点 ：变压器差动保护的整定计算

能力培养要求：基本能对变压器的保护进行整定计算方法。

学时：6学时

2.1  电力变压器保护配置的原则

一、变压器的故障类型与特征

  变压器的故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等。变压器油箱内的故障十分危险，由于油箱内充满了变压器油，故障后强大的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性瓦斯气体，很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。

  电力变压器不正常的运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等。

二、变压器保护配置的基本原则

1、瓦斯保护:

800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反应变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。

2、纵差保护或电流速断保护:

6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用或工业企业中自用6300KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。其他电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于0.5S。对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。纵差保护用于反应电力变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器并发相应信号。

3、相间短路的后备保护:

相间短路的后备保护用于反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器，并发相应信号。一般采用过流保护、复合电压起动过电流保护或负序电流单相低电压保护等。

4、接地短路的零序保护:

对于中性点直接接地系统中的变压器，应装设零序保护，零序保护用于反应变压器高压侧（或中压侧），以及外部元件的接地短路。

5、过负荷保护:

对于400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相，其动作时限较长，延时动作于发信号。

6、其他保护:

高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高，应装设变压器过励磁保护。

对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行标准要求，应装设相应的保护装置。

三、关于三绕组变压器后备保护配置

对于三绕组变压器的后备保护，当变压器油箱内部故障时，应断开各侧断路器，当油箱外部故障时，只应断开近故障点侧的变压器断路器，使变压器的其余两侧继续运行。

1、对于单侧电源的三绕组变压器，应设置两套后备保护，分别装于电源侧和负荷侧。保护带两级时限，以较小的时限跳开变压器断路器QF3，以较大的时限断开变压器各侧断路器。

2、对于多侧电源的三绕组变压器，应在三侧都装设后备保护。

























四、关于变压器的过负荷保护

1、对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。

2、对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。

3、对三侧有电源的三绕组升压变压器，三侧均应装设。

4、对于双绕组降压变压器，装于高压侧。

5、仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧的容量相等，只装于电源侧；若三侧的容量不等，则装于电源侧及容量较小侧。

6、对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。

装于各侧的过负荷保护，均经过同一时间继电器作用于信号。

五、关于变压器接地保护

要求：大电流接地系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地（零序）保护,作为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。有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的方式。如图所示两台升压变压器并列运行，其中T1中性点接地运行，T2中性点不接地运行。对于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。



按下列原则来构成保护：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的变压器，后切除中性点不接地运行的变压器。

35KV变压器保护配置图

110KV变压器保护配置图

2.2 变压器保护的整定计算

一、电力变压器电流速断保护

对于容量较小的变压器，当其过电流保护的动作时限大于0.5s时，可在电源侧装设电流速断保护。

保护动作电流:

1、躲开变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短路电流



2、躲过变压器空载投入时的励磁涌流



取上述两条件较大值为整定值。

要求在保护安装处K2点发生两相金属性短路进行校验：

要求Ksen≥2

二、用DCD-2构成的差动保护整定计算

1、确定基本侧

计算一次侧额定电流:

   选择电流互感器变比:

  主变D侧，Kcon=1；Y侧Kcon=√3

确定基本侧:

二次电流大的那一侧为基本侧。

2、确定动作电流计算值

①躲开励磁涌流：

②躲开TA二次回路断线影响：

③躲开外部短路时流经保护的最大不平衡电流：

根据经验，可靠系数取1.3。其中：

△Uhm——高、中压侧调压分接头调压范围的一半；

Kts——两侧TA同型系数，型号相同取0.5，不同取1；

fer——TA的最大误差，取10%；

△fer——计算误差，初次计算取0.05；

Ikmax——流经保护的最大外部短路电流；

若是双绕组变压器，则:

保护动作电流计算值取上述三条件最大值。



3、确定基本侧工作绕组匝数：



其中：

AW0——DCD-2继电器额定动作磁势，取60安.匝；

Kcon——基本侧TA接线系数；

nTA——基本侧TA变比；

选用Ww.set≤Ww.cal

工作绕组匝数:

根据DCD—2差动线圈的固有数值，先选定差动线圈的匝数，则基本侧平衡线圈匝数即可得到。

继电器的动作电流：





4、确定非基本侧平衡绕组

三绕组变压器：

双绕组变压器：

式中：

I2b——额定情况下，基本侧TA二次侧电流；

I2nb——额定情况下，非基本侧TA二次侧电流；

整定：根据计算值按四舍五入法确定平衡绕组匝数（取整数）。

5、相对误差校验

要求：△fer≤0.05。若条件不满足，应将计算出来的值带入公式重新确定保护动作电流。



6、灵敏度

  要求≥2。

7、短路绕组位置的确定

中小型变压器励磁涌流大、衰减快，对保护动作的快速性要求低，故一般选择C—C或D—D位置。（必须保证2个抽头螺丝位于相同字母处，内部关系才成立。）大容量变压器一般选A—A或B—B位置。所选位置是否恰当，应由空载投入变压器试验时差动保护不误动为准。

三、相间短路后备保护的整定计算

1、过电流保护

动作电流：

最大负荷电流ILmax的确定：

变压器并列运行时：

降压变压器：

动作时间按阶梯原则整定；灵敏度校验方法、要求都与线路定时限过流保护完全一致。

2、复合电压过流保护

①电流元件

灵敏度校验同过流保护。

②低压元件





低压元件灵敏度：

要求Ksen＞1.2

③负序电压元件

负序电压元件灵敏度

要求Ksen＞1.2

④时间元件

动作时间的确定同过流保护。

3、负序电流和单相低电压过流保护

对于大容量的发电机变压器组，由于额定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵敏度的要求，可采用负序电流保护。它是由反应不对称短路故障的负序电流元件和反应对称短路故障的单相式低压过电流保护组成。

负序电流保护灵敏度较高，且在接线的变压器另一侧发生不对称短路故障时，灵敏度不受影响，接线也较简单。整定计算则比较复杂，主要是需要计算负序电流，请查阅相关资料。

四、过负荷保护的整定计算

过负荷保护只反应一相电流的大小，由于变压器允许过负荷能力比较强，所以保护延时一般较长，至少应该比变压器后备保护动作时间多一个级差Δt。

五、变压器接地短路后备保护的整定计算

变压器中性点引出线上的零序电流保护应与包保护侧母线引出线上配置的零序电流保护后备段进行配合。保护的灵敏系数按后备保护范围末端接地短路校验，灵敏系数应不小于1.2。



  保护的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△t。

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。较短时限断开母联或分段断路器，较长时间段开变压器断路器。

六、瓦斯保护与温度保护

  瓦斯继电器动作值由变压器生产厂家在出厂前设定；1000KVA及以上容量的油浸式变压器才装设有温度信号计，一般规定正常运行时上层油温不超过85°，否则应发出信号提示值班人员。最高不超过95°，超过则动作于跳开变压器各侧开关。

变压器零序保护

    变压器零序保护适用于110kV及以上电压等级的变压器。主变压器零序保护由零序电流、零序电压、间隙零序电流元件构成。根据变压器中性点接地方式的不同，设置不同的保护形式。

1．变压器中性点直接接地时的保护

变电站单台或并列运行的变压器中性点接地运行时，其接地保护一般采用零序电流保护，可从变压器中性点处零序电流互感器上取得零序电流。正常情况下，零序电流互感器中没有电流，当发生接地短路时，有零序电流通过，使零序保护动作。一般零序电流保护方式由两段构成。

2．中性点可接地也可不接地运行的变压器零序保护

为了限制短路电流并保证系统中零序电流的大小和分布不受系统运行方式变化的影响，变电站中通常只有部分变压器的中性点接地。变压器中性点不接地的运行方式有时根据需要也可以切换为中性点接地运行方式。

(1)全绝缘变压器。全绝缘变压器除了装设零序电流保护作为变压器中性点直接接地运行时的保护外，还应增设零序电压保护，作为变压器中性点不接地运行时的保护。

(2)中性点设有放电间隙的分级绝缘变压器。中性点设有放电间隙的分级绝缘变压器，除了装设零序电流保护作为变压器中性点直接接地运行的保护外，还应增设零序电流电压保护，作为变压器中性点不接地运行时的保护。

变压器中性点接地运行时，零序电流保护投入；变压器中性点如不接地运行，当电网发生单相接地故障且失去中性点时，中性点不接地的变压器中性点将出现零序电压，放电间隙击穿，间隙零序电流启动，跳开变压器，将事故切除，避免间隙放电时间过长。如果万一放电间隙拒动，则零序电压启动将变压器切除。

(3)中性点不设放电间隙的分级绝缘变压器。对中性点不设放电间隙的分级绝缘变压器，其中性点绝缘水平较低。为了防止中性点绝缘在工频过电压作用下损坏，当发生接地故障时，应采用零序电压保护先断开中性点不接地的变压器，后采用零序电流保护断开中性点接地的变压器。

 

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