1、中低压变压器及电动机保护 原理与整定计算,高 亮上 海 电 力 学 院 电气技术研究所,第一部分 10/35KV线路保护,继电保护保护功能 低周、低压减载 重合闸和保护加速 中性点不接地电网单相接地检测 中性点经消弧线圈接地电网中单相接地检测,一.继电保护保护功能,三段式电流保护 方向电流保护 低电压闭锁方向电流保护 低周、低压减载 重合闸和保护加速,三段式电流保护,电流速断保护(段) Iset.=Krel*Ik.max (Krel取1.21.3) 带时限电流速断保护(段) Iset.1=Krel*Iset.2 (Krel取1.11.2) 过电流保护(段) Iset.1=Krel*Iset.
2、.2 (Krel取1.1) Iset.1=Krel*Kss*Iloa.max/Kr Krel取1.2；Kr取0.90.95； Kss大于1； 时间:阶梯形时限 灵敏度:电流保护灵敏度大于1.5(近后备)及1.2(远后备) 应用:末端馈线保护一般只需二段式。,三段式电流保护动作电流及时限特性,方向电流保护,方向问题图4-54 方向元件用900接线： - 900arg(Ig/Ug*eja) 900为正方向,低电压闭锁方向电流保护,其中一段的逻辑图4-55,低周、低压减载,低周减载逻辑见图4-56,低周、低压减载,低压减载逻辑见图4-57,重合闸和保护加速,逻 辑 框 图 4 | 58,二.中性点不
3、接地电网单相接地检测,基波零序电流大小选线 基波零序电流与零序电压的相位关系选线 基波零序群体比幅比相选线 基波零序电流补偿选线 零序电压移相后的零序功率选线 零序无功功率选线,三.中性点经消弧线圈接地 电网中单相接地检测,5次谐波分量选线 5次谐波群体比幅比相选线 零序有功功率选线,第二部分 电力变压器的继电保护,变压器的故障和保护配置 变压器纵差动保护接线 数字式变压器纵差动保护 数字式纵差动保护整定计算 变压器相间短路的后备保护,一.变压器的故障和保护配置,1.变压器的故障和不正常运行 变压器的故障油箱内部故障油箱外部故障 不正常运行工况过负荷（对称）过励磁（大容量变压器）温度压力,一.
4、变压器的故障和保护配置,2.变压器保护配置 瓦斯保护（主保护） 纵差动保护或电流速断保护（主保护） 外部相间短路的后备保护 接地保护 不正常运行的保护,二变压器纵差动保护接线,1.纵差动保护的基本工作原理 相位校正、 幅值校正、 接地故障时零序电流问题 原理接线如图3-12,2. 常规纵差动保护接线,电流的相位校正,星形侧差动回路电流： IbY-IaY=(IB1-IA1)/nTA1 IcY-IbY=(IC1-IB1)/nTA1 IaY-IcY=(IA1-IC1)/nTA1 三角形侧差动回路电流： -Ia/nTA2=(Iad-Ibd)/nTA2=(IA1-IB1)/nTA2*(Ny/Nd) -I
5、b/nTA2=(Ibd-Icd)/nTA2=(IB1-IC1)/nTA2*(Ny/Nd) -Ic/nTA2=(Icd-Iad)/nTA2=(IC1-IA1)/nTA2*(Ny/Nd) 对穿越性正序,负序电流两侧差动回路的电流反相。,3. 数字式纵差动保护接线,电流的相位校正,Y侧用软件进行相位校正(和d侧相位一致)I= (IaY-IBy) /3I=(IbY-IcY) /3I=3(IcY-IAy) /3 电流平衡调整一次电流I1N=SN/3*U二次电流I2N=I1N/nTA以高压侧为基准侧（I2N.B） 计算其他各侧平衡系数Kbal=I2N.B/I2N 其他各侧电流：I2N=Kbal*I2N,2
6、. 常规纵差动保护接线,一.变压器的故障和保护配置,2.变压器保护配置 瓦斯保护（主保护） 纵差动保护或电流速断保护（主保护） 外部相间短路的后备保护 接地保护 不正常运行的保护,例1：常规保护中互感器变比选择计算。 变压器20MVA Un=(110+-2*2.5%)/11KV,Uk=10.5% Yn,d11接线.试选择TA变比并计算不平衡电流. 110KV侧 11KV侧 一次额定电流(KA) 20/(3*110) 20/(3*11)=0.105 =1.05 TA的接线方式 d11 Y12 TA的一次计算电流(A) 3*105=182 1050 TA的标准变比 200/5=40 1200/5=
7、240 TA的一次额定电流(A) 182/40=4.55 1050/240=4.375 差动回路不平衡电流(A) Ibp=4.55-4.375=0.175,例2：微机保护中互感器变比选择计算 变压器31.5MVA Un=(110+-2*2.5%)/38.5/11KV Y，Y，d-12-11，试选择TA变比并计算平衡系数 110KV侧 38.5KV侧 11KV侧 额定电流(A)31.5/(3*110) 473 1650=165 TA的接线方式 Y Y Y TA的计算变比 165/5 473/5 1650/5 选用TA的变比 200/5=40 500/5 2000/5 各侧二次电流 165/40=
8、4.125 4.73 4.125 平衡系数 1 0.872 I1/I3=1,三数字式变压器纵差动保护,1.变压器纵差动保护遇到的问题 正确识别励磁涌流和内部短路电流 区外短路时的不平衡电流和保护的灵敏度 外部短路切除电压突然恢复的暂态过程中不误动作 电流互感器饱和不影响纵差动保护的正确动作,2.变压器励磁涌流及其判别,励磁涌流的特点 励磁涌流幅值大、衰减、含非周期分量 波形呈间断特性图3-14 含有明显2次谐波（15%以上）和偶次谐波,2次谐波电流制动 三相差动电流中的2次谐波判别式:Id2K2*Id K2取15%-20%差动电流Id可以用基波分量Id1。 制动方式分为：谐波比Id2 /Id1
9、最大相制动三相；差动电流（基波）最大相谐波比制动三相；2次谐波最大值与基波最大值谐波比制动三相 偶次谐波电流制动 判别电流波形间断角识别励磁涌流 j650； w1400,3.区外短路时的不平衡电流和 保护的灵敏度,区外短路最大不平衡电流Iunb.max=(KccKapKer+U+m)Ik.max/nTA 比率制动特性Iop.max=KrelIunb.max动作电流随外部短路电流增大而增大称为比率制动特性。,最大不平衡电流和比率制动特性,A两折线比率制动特性,动作量：IOP=|I1/n1+I2/n2| 制动量: Ires=1/2*|I1/n1-I2/n2|或max(I1,I2,I3) 动作条件：
10、IopIq （IresIq+S*（Ires-Ig） (Ires Ig)最小动作电流Iq, 取0.40.6最小制动电流Ig,取0.51.0,B三折线比率制动特性,IopIq （IresIq+S1*（Ires-Ig1） (Ig1Iq+S1*（Ig2-Ig1）+S2*（Ires-Ig2） (IresIg2) Ig1取0.5；Ig2取3；S1取0.30.75；S2取1.0 差动电流速断保护 TA断线闭锁保护,四数字式纵差动保护整定计算,1.比率制动特性参数整定（两折线特性） 最小动作电流IqIunb.loa=(KccKapKer+U+m)Iloa/nTAIq=Krel*Iunb.loaKrel:双绕组
11、变1.21.3；三绕组变1.41.5 最小制动电流Ig(装置内部固定取0.8In ) 斜率S:躲外部短路差动回路最大不平衡电流S=(Krel*Iunb.max-Iq)/(Ires.max-Ig)Krel:取1.31.5；Ires.max=Ik.max/nTA 制动系数:Kres.set=Iq/Ires.max+S(1-Ig/ Ires.max),校验灵敏度最小运行方式下Ik.min,对应Ires的IopKsen=Ik.min/Iop 应不低于2 2.差动电流速断定值 躲初始励磁涌流和外部短路故障的最大不平衡电流IopK*InIopKrel*Iunb.maxKrel取1.31.5K:对6.331
12、.5MVA取4.5-7；对40120MVA取36；容量大取低值。灵敏度应不低于1.2,五变压器相间短路的后备保护,1.复合电压起动过流保护 低电压定值用低压侧电压时Uset=Umin/（Krel*Kr*nTV）(0.80.9)/（1.2*1.05）用高压侧电压时: Uset=0.7*Un/nTV 灵敏度Ksen=Uset/Uc.max,大于2.0(近后备)及1.5(远后备),复合电压起动过流保护逻辑图3-51,负序电压定值U2.set=(0.060.08)UN/nTV 灵敏度Ksen=U2.min/U2.set大于2.0(近后备)及1.5(远后备) 电流元件定值对双绕组变压器:Iset=(Kr
13、el/Kr)(IN/nTA) (1.2/0.95)对三绕组变压器Iset.1=Kp*Iset.2/nTA (Kp取1.2)灵敏度Ksen=Ik.min/(Iset*nTA)大于1.3-1.5(近后备)及1.2(远后备),2.低电压起动过流当IA或IB或IC超过定值与UAB或UBC或UCA低于定值时起动。 3负序电流和单相低电压起动过流提高变压器不对称短路和内部较轻故障时的灵敏度。负序定值取0.1-0.2。 4.阻抗保护当电流保护灵敏度不能满足要求时采用. 5.变压器过负荷保护(信号)装于电源侧,闭锁有载调压.一般:Iset=(Krel/Kr)*IN (1.05/0.85-0.95)动作时间一般
14、取910秒.,6.后备电流保护的配置,单侧双绕组降压变压器电源侧保护1（和3配合） 短时限跳低压分段，长时限跳变压器开关。 单侧电源三绕组降压变压器低压侧保护2（和3配合）短时限跳分段，长时限跳本侧开关电源侧保护1（和2、5配合）短时限跳中压侧，长时限段跳三侧开关 两侧电源三绕组降压变压器（高压为主）无源侧4（和5配合）:跳中压侧主电源侧 带方向保护1 （由变压器到母线） （和6配合）， 不带方向保护1（和4、7配合）,三绕组降压变压器 后备电流保护的配置,六低压变压器的综合保护,1过流保护 段电流速段:高压绕组保护 定值 躲过低压母线最大短路电流整定躲过变压器励磁涌流 灵敏度:保护安装处短路
15、时大于2 段过电流，变压器及相邻后备 定值: 躲自启动电动机启动电流之和与分支过流保护配合 灵敏度: 低压母线短路时大于1.5 时间1.52.5s,也可用反时限特性.,2过负荷保护 躲额定电流, 时间1015s, 也可用反时限特性. 3负序电流保护 不平衡和不对称短路保护. 启动值I2.set(可取0.4) 4高压侧接地保护 带最大相电流制动的零序电流保护 5低压侧零序电流保护启动值:躲正常运行时中线不平衡电流1.2*25%=0.3与相邻元件(有分支)零序保护配合(系数取1.1)灵敏度: 低压母线接地短路时,大于1.5,负序电流保护和高压侧接地保护特性,第三部分 高压电动机保护,电流纵差动保护
16、 电流速断保护 负序电流保护(不平衡保护) 接地保护 过热保护 过负荷保护 启动时间过长保护 低电压保护,一电流纵差动保护,用于定子绕组及引出线相间短路的保护。 1.动作判据 动作量： IOP=|Ia+Ia|；A相和C相 制动量： Ires=1/2*|Ia-Ia|；A相和C相用比率制动特性，如图5-9、10 2.定值整定 最小动作电流IqIq=Krel*Kap*Kcc*Ker*IN/nTA （ 0.20.4）系数(1.5*1*0.5or1.0*0.1),两相式纵差动保护 及比率制动特性,制动系数躲最大启动电流时的不平衡Inub.max=Kap*Kcc*Ker*Ist.max/nTA(Kap取1
17、.5)S=(Krel*Inub.max-Iq)/(Ist.max/nTA-IN/nTA) (Krel取1.3-1.5；一般S为 0.30.4) 3灵敏度校验Id=Ik.min/nTA Ires=1/2*Ik.min 由Ires求对应IopKsen=Id/Iop=2差动电流速断保护取38倍额定电流,二电流速断保护,1动作判据 ImaxIset.H 高定值, 启动中ImaxIset.L 低定值, 启动后投入t tset 保护延时Imax: A相C相取大者(或正序电流) 2保护定值高定值躲过最大启动电流整定Iset.H= Krel*Kst*IN/nTA（系数1.5*实测or取7） 低定值躲过自启动电
18、流整定Iset.L=Krel*Kst*IN/nTA（系数1.3*5),时限当电动机用断路器出口时，动作时间取0s当电动机用F-C做出口时,取0.3秒, 额定电流较大时取0.4s。此时Krel可取1.1。 3.电动机启动时间用实测启动时间乘1.2倍,一般电机可取10s。用其判断何时启动结束。,三.负序电流保护(不平衡保护),负序保护用于作为匝间短路,断相,相序反,电源不平衡及不对称短路的后备保护， 转子开焊以及不对称过负荷等。 1.动作判据 I2I2.set (I2*2 K22)*tAtt2.min及 tt2.maxA：负序热值；K2=I2.set/IN,2负序保护定值 启动值 I2.set按躲
19、过正常运行时允许的负序电流整定 取I2.set=(0.30.4)IN 负序最长延时 t2.max 按电机能够承受的最长时限整定，一般取20秒 负序最短延时 t2.min无外部短路闭锁时取(0.7-1.1)+0.4=1.11.5s一般用反时限特性，如图5-19,3负序热值 K2t*(Iq/I2.set)K2t=0.0060.01；K2t的选取应使0.2秒,四. 接地保护,1.动作判据 IoIo.set 当Imax1.05I2N 或Io1+(Imax/I2N-1.05)/4Io.set当Imax1.05I2N,toto.set特性图5-17 采用最大相电流 Imax作制动量,2定值计算,定值电流定
20、值按躲过电动机外部发生接地故障时的最大电容电流二次值，应实测或按经验数据取得Io.set=Ko*3Ioc (ko=23) 时间定值零序保护延时,一般取to.set=0秒，对熔断器加接触器控制的电机，建议to.set不小于0.3秒 采用零序电流互感器获取电动机的零序电流,五.过热保护,1.动作判据(Ieq*2-1.052)t等效电流 Ieq*2=(k1*I12+k2*I22)/I2N2其中 k1=1；k2=310 (可取6)；:过热时间常数热积累达到70%时发过热告警信号热积累达到100%时发过热跳闸命令,2.过热热值,发热时间常数应由电动机制造厂提供也可由制造厂提供的电动机过负荷能力数据进行估
21、算如在X倍过负荷时允许运行t秒，则可得=(X2-1.052)t若有若干组过负荷能力数据，则取算出的值中最小者 。,六 过负荷保护,启动值躲正常运行负荷Il.set=Krel*Iloa.max (Krel=1.151.2) 或 Il.set= (1.31.5)I2N在启动结束后投入,动作时间取1.2tst.max,发信号. 七.启动时间过长保护tmtst.set 允许最长启动时间1.2*tst.max三相电流从0突变判别为启动。从启动电流达到10%开始到电流过峰值后下降到112%IN测得的时间为tm。启动过长保护在启动完毕后自动退出。,八. 低电压保护,防止电机自启动,对次要电机或不要自启动的电机装设。三个线电压均低于定值且要用低电流闭锁,TV断线和开关跳闸闭锁定值：Uset.L=(6570)%UN动作时间取0.5s,谢 谢！,2004.11.26,
