变压器主保护定值整定

电力变压器主保护定值整定计算

前言

变压器是变电的一个重要部分，包括升压变压器、降压变压器；它的故障会直接导致停电，尤其大型变压器，更会导致大面积停电。对工业、农业生产造成很大的经济损失，直接影响居民的正常生活。因此变压器稳定运行是非常重要的。变压器能否稳定运行，除与变压器本身质量有关外，还与其定值息息相关。如果定值整定不合理，会造成变压器误动。下面我就谈谈变压器故障以及其主保护差动、差动速断的整定计算。 一、变压器的故障：

各项绕组之间的相间短路

油箱内部故障 单项绕组部分线匝之间的匝间短路

单项绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障

引出线的相间短路 油箱外部故障 绝缘套管闪烁或破坏引出线通过外壳发生的单相接地短路

二、变压器不正常工作状态：

外部短路或过负荷 过电流 油箱漏油造成油面降低 变压器中性点接地

外加电压过高或频率降低 过励磁等

三、应装设的继电保护装置 1、瓦斯保护（反应变压器油箱内部故障和油面降低），容量为800KVA及以上油浸式变压器和容量为400KVA及以上车间内油浸式变压器均应装设瓦斯保护； 2、纵联差动保护或电流速断保护（反应变压器绕组和引出线的相间短路，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。）容量为6300KVA以下并列运行的变压器以及10000KVA以下单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。容量为6300KVA及以上、厂用工作变压器和并列运行的变压器、10000KVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器、以及2000KVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。

3、防止励磁涌流影响的方法：二次谐波制动，间断角闭锁，波形对称原理。 大型变压器（500kV及以上）差动保护中防止过励磁影响的方法：五次谐波制动。

四、变压器主保护定值整定计算

以下差动保护采用二次谐波制动，以二圈变压器为例,所有计算均为向量和。 1、不平衡电流产生的原因和消除方法：

①、由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流；

（Y/Δ-11）Y.d11 接线方式——两侧电流的相位差30°。

消除方法：相位校正。

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(a)二次接线调整

变压器Y侧CT（二次侧）：Δ形。 Y.d11 变压器Δ侧CT（二次侧）：Y形。 Y.Y12 (b)微机保护软件调整

②、由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流；

③、由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流；(CT变换误差) ④、由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流；(一般取额定电压) ⑤、暂态情况下的不平衡电流；

当变压器电压突然增加的情况下(如:空载投入,区外短路切除后). 会产生很大的励磁涌流.电流可达2-3 In，其波形具有以下特点 (a)有很大的直流分量.(80%基波)

(b)有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主.(20%基波) (c)波形间出现间断.(削去负波后)

可采用二次谐波制动，间断角闭锁，波形对称原理

⑥、并列运行的变压器，一台运行，当令一台变压器空投时会产生和应涌流 所谓“和应涌流”就是在一台变压器空载合闸时，不仅合闸变压器有励磁涌流产生，而且在与之并联运行的变压器中也出现涌流现象，后者就称为“和应涌流”。其波形特点与励磁涌流差不多。

2、保护整定计算

①、计算变压器两侧额定一次电流 In=Sn/3 Un

式中Sn—变压器额定容量（kVA）；

。 Un—该侧额定电压（kV）②、计算变压器两侧额定二次计算电流

In`=Kjx*In/n

LH式中Kjx与变压器绕组接线形式有关的接线系数，Ｙ接线侧Kjx=3，△接

线侧Kjx=1，例如某110KV/10KV变压器的绕组接线形式为Ｙ/△，则两侧接线系数为3/1；

CT变比。

注意：Kjx只与变压器本身有关，而与保护装置的CT接线形式无关。传统的差动保护装置中，变压器Ｙ形绕组侧的CT多采用△接线，新的微机型差动保护装置中，变压器Ｙ绕组侧的CT可以采用Ｙ接线，微机型差动保护在装置内部实现了CT的△接线，因此在保护定值计算时可完全等同于外部△接线。 对于Ｙ/△-11接线方式： Ia`=Ia-Ib,Ib`= Ib -Ic, Ic `= Ic – Ia 对于Ｙ/△-1接线方式： Ia = Ia- Ic, Ib`= Ib - Ia, Ic `= Ic – Ib ③、计算平衡系数

设变压器两侧的平衡系数分别为Kh和Kl，则：

(a) 降压变压器：选取高压侧（主电源侧）为基本侧，平衡系数为

Kh=1

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nLH—该侧

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Kl=Inh`/Inl`

(b) 升压变压器：选取低压侧（主电源侧）为基本侧，平衡系数为

Kl=1

Kh=Inl`/Inh`

④、保护内部计算用变压器各侧额定二次计算电流

经平衡折算后，保护内部计算用变压器各侧二次电流分别为：

Ih=Kh*Ih`

Il=Kl*Il`

保护内部计算用各侧额定二次电流分别为： (a)对降压变压器

Inh=Kh*Inh`= Inh` Inl=Kl*Inl`= Inh` (b)对升压变压器

Inh=Kh*Inh`= Inl` Inl=Kl*Inl`= Inl`

可见经平衡折算后Inh=Inl，即保护内部计算用变压器两侧额定二次电流相等，都等于所选的基本侧的额定二次电流。因而，在进行整定计算时，可不考虑变压器的实际变比，而以折合到基本侧的标幺值进行计算，此时容量基值应使用变压器额定容量Sn，电压基值应使用基本侧的额定电压Un，电流基值就是基本侧的额定二次计算电流。 ⑤、动作特性曲线参数的整定

差动保护动作特性曲线如下图所示：

图中Idzo为最小动作电流，Izdo为最小制动电流，Isd为差流速断动作电流，K为比率制动系数。

动作电流Idz=|Ih-Il|

制动电流Izd=|0.5(Ih+Il)|

⑥、最小动作电流Idz0的整定

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最小动作电流应大于变压器额定负载下的不平衡电流，即 Idzo=Kk(KtxFa+ΔU+ΔM)

式中Kk—可靠系数，取1.3～1.5；

Ktx—电流互感器的同型系数，取1.0；

Fa—电流互感器的变比误差，取0.03（稳态值）；

ΔU—由于调压引起的相对误差，分别取调压范围中偏离额定值的最大值； ΔM—非基本侧由于电流互感器的变比未完全平衡而产生的误差，根据设计经验（非现场经验），此误差与平衡系数及装置的模拟通道精度有关，当平衡系数大于1时，可取（平衡系数/100）；当平衡系数不大于1时，可取（1/平衡系数/100），但最小不要小于0.03。如果计算平衡系数时采用平均电压而不是变压器的实际额定电压，则由此而带来的误差也应计入m中。

注意：最小动作电流Idz0的整定只考虑了在额定负载下的不平衡电流（乘上适当的可靠系数后也可认为是在允许的最大过负荷下的不平衡电流）作用下保护不误动，至于此整定值对变压器匝间短路故障有多大灵敏度，则应另当别论。 在工程实用计算中可选取Idzo=0.3～0.5In，一般工程宜采用不小于0.3 In的整定值。

⑦、最小制动电流Izd0的整定

最小制动电流宜取Izd0=0.8～1.2 In，其上限应是允许的最大过负荷值，推荐取Izd0=1.0 In。

⑧、动作特性折线斜率K的整定

在变压器外部短路时差动保护中流过的最大不平衡电流为 Ibp.max=(KfzKtxFa+ΔU+ΔM)Kmax

式中Kmax—外部短路时，最大穿越电流的周期分量； Kfz—非周期分量系数，TP级电流互感器取1.0，P级电流互感器取1.5～2.0； Fa—电流互感器的变比误差，取0.1（暂态值）； Ktx，ΔU，ΔM—与计算最小动作电流Idz0时的意义相同； 动作特性折线斜率K可按下式计算： K=（KkIbp.max-Idzo）

式中Kk—可靠系数，取1.1～1.5 在工程中一般可选取K=0.5左右。 ⑨、二次谐波制动系数的整定

变压器空载合闸时会产生大量励磁涌流，由于变压器的不同，二次谐波含量也不一样，大概占基波的17%～20%基波，并列运行变压器还要考虑和应涌流

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影响，其谐波含量相对励磁涌流小一点。因此二次谐波系数一般取K2=0.15～0.2

⑩、差流速断动作电流Isd的整定

当变压器发生严重的内部短路时，由差动速断动作来切除，此时的动作电流应按变压器空载合闸、有最大励磁涌流时不误动来整定。差动速断动作电流：

Iop=Krel*K*In

式中Krel——可靠系数，取1.2～1.3 K——励磁涌流倍数 K的推荐值为：

6300kVA及以下 K=7～12 6300～31500kVA K=5～7

例：莱钢大H型钢差动保护动作与定值分析 一、基本参数

变压器额定容量Sn＝3X3700；高压侧额定电压Unh＝35kV，CT变比nh＝300/5；低压侧额定电压Unl＝1.15kV，CT变比nL＝3000/5。其中BD、UR为d/y-11，UF为d/d-12。系统接线如下：

BD、UR整流变 UF整流变

二、整定计算 1、BD、UR整流变 (a)计算额定电流：

高压侧额定一次电流：Inh=Sn/3 Unh =3×3700/(1.732×35)=183.1A 低压侧额定一次电流：Inl=Sn/3 Unl =3700/(1.732×1.15)=1857.6A 高压侧额定二次电流：Inh` = Inh /nh =183.1/60=3.05A

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低压侧额定二次电流：Inl`= Inh /nl =1857.6/600=3.09 A

注：由于变压器为d/y-11接线方式，高、低压侧电流相位差30º，要计算差流必须对低压侧进行相角调整，即把低压侧CT的二次接线由星型调整为角型，可采用外部接线调整或者软件调整，本站采用软件调整。调整后低压侧二次电流扩大3倍，即低压侧额定二次电流：Inl`= Inh /3 nl =5.36 A。 对于单台变压器高压侧额定二次电流：Inh` = Inh /3nh =1.017 A。 (b)计算平衡系数： Kl=1

Kh= Inl`/ Inh`=5.36/1.017=5.27 (c)最小动作电流的整定：

在工程实用计算中可选取Idzo=0.3～0.5In，BD、UR整流变取0.5In。 (d)最小制动电流Izd0的整定：

最小制动电流宜取Izd0=0.8～1.2In，BD、UR整流变取1.0In (e)比率制动系数及二次谐波制动系数的整定： 根据实际经验K1取0.5，K2取0.17 (f)差动速断动作电流Isd的整定：

对升压变压器（包括发变组）一般取4～6In，对降压变压器一般取6～8In，大容量变压器取较小值，小容量变压器取较大值。因本工程接线方式的特殊性，需分两种情况进行计算：

空投变压器时会产生2～3In的励磁涌流，建议取4In，Isd=4*3.05*5.27=.3,取60 A；

运行时，为了保证保护的灵敏性和动作的可靠性，则必须保证当其中一台整流变故障时，保护可靠动作。故障电流为6～8 In，加上另外两台整流变电流，大约为6～10 In，现取6In，Isd=6*1.017*5.27=32.15，取32 A

2、UF整流变 (a)计算额定电流

高压侧额定一次电流：Inh=Sn/3 Unh =3X3700/(1.732*35)=183.1A 低压侧额定一次电流：Inl=Sn/3 Unl =3700/(1.732*1.15)=1857.6A 高压侧额定二次电流：Inh` = Inh /nh =183.1/60=3.05A 单台变压器高压侧额定二次电流：Inh` = Inh` /3nh =1.017 A。 低压侧额定二次电流：Inl`= Inh /nl =1857.6/600=3.09 A (b)计算平衡系数 Kl=1

Kh= Inl`/ Inh`=3.09/1.017=3 (c)最小动作电流的整定

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在工程实用计算中可选取Idzo=0.3～0.5In，UF整流变取0.4In。 (d)最小制动电流Izd0的整定

最小制动电流宜取Izd0=0.8～1.2In，UF整流变取1.0In (e)比率制动系数及二次谐波制动系数的整定： 根据实际经验K1取0.5，K2取0.17 (f)差流速断动作电流Isd的整定

Iop=Krel*K*In

式中Krel——可靠系数，取1.2～1.3 K——励磁涌流倍数 K的推荐值为：

6300kVA及以下 K=7～12 6300～31500kVA K=5～7

根据上述公式，若按单体计算，对于BD、UR整流变，差动速断定值应为1.017*5.27A的9～15倍；对于UF整流变，差动速断定值应为1.017*3A的9～15倍。若按整台计算，对于BD、UR整流变，差动速断定值应为3.05*5.27A的5～7倍；对于UF整流变，差动速断定值应为3.05*3A的9～15倍。 根据现场几次动作的情况来看取11倍单体的额定电流既能保证保护的灵敏 性，又能躲过励磁涌流 。这样BD、UR整流变差动速断定值可为 11*1.017*5.27=59A ；UF整流变差动速断定值可为 11*1.017*3=33.5A。

三、2005年9月9日UF整流变空投时差动速断动作记录及分析： 1、2005年9月9日11时45分空投变压器时，差动速断动作 2、故障计录如下

Hiafn=9.34、Hibfn=8.36、Hibfn=2.67、Ciafn=28.05、Cibfn=25.08、Cibfn=8.08，其他电流为0。 3、分析

动作电流为3In（3×3.05×Kh），此电流应该是空投变压器产生的励磁涌流。由于所产生的励磁涌流中会有0.17~0.2 In的二次谐波，比率差动保护被正确闭锁，但差流超过差动速断定值（19A），差动速断保护正确动作。 结束语

由于个人水平有限，不足之处，还望专家多多指正。

周跃军

2006年8月2日

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