变压器短路故障的后备保护

1、变压器短路故障的后备保护大、中型变压器短路故障后备保护的类型，通常有复合电压过电流保护、零序电流及零序方向电流保护、负序电流及负序方向电流保护、低阻抗保护及复合电压方向过流保护。一复合电压过电流保护复合电压过电流保护，实质上是复合电压启动的过电流保护。它适用于升压变压器、系统联络变压器及过电流保护不能满足灵敏度要求的降压变压器。1动作方程及逻辑框图复合电压过流保护，由复合电压元件、过电流元件及时间元件构成，作为被保护设备及相邻设备相间短路故障的后备保护。保护的接入电流为变压器某侧TA二次三相电流，接入电压为变压器该侧或其他侧TV二次三相电压。为提高保护的动作灵敏度，三相电流一般取自电源侧，而电

2、压一般取自负荷侧。保护的动作方程为.（11-43）.（11-44）式中：TV二次a、c两相之间电压；TA二次a相或b相或c相电流；负序电压（TV二次值）；过电流元件动作电流整定值；低电压元件动作电压整定值；负序电压元件的动作电压整定值。复合电压过电流保护动作逻辑框图如图11-32所示。图11-32复合电压过电流保护逻辑框图在图中：Uac接在a、c两相电压之间低电压元件；U2负序过电压元件；Ia、Ib、Ic分别为a、b、c相过电流元件。由图可以看出：当变压器电压降低，或负序电压大于整定值及a相或b相或c相过电流时，保护动作，经延时t作用于切除变压器。2整定原则及定值建议（1）过电流元件过电流元件

3、的动作电流，按躲过变压器运行时的最大负荷电流来整定，即.（11-45）式中：动作电流整定值；可靠系数，取1.151.2；返回系数，取0.950.98；变压器额定电流，TA二次值。代入式（11-45）可得（1.171.2）。（2）低电压元件低电压元件的动作电压按躲过无故障运行时保护安装处出现的最低电压来整定。即（11-46）式中：动作电压整定值；正常运行时出现的最低电压值；返回系数，取1.05；可靠系数，取1.2。发电厂厂高变复合电压过电流保护低电压元件的引入电压，通常取自变压器低压侧各段厂用母线。其低电压元件的动作电压，应按躲过电动机自启动的条件整定。对于发电厂升压变压器，当低电压元件的电压取

4、自机端TV二次时，还应考虑躲过发电机失磁运行出现的低电压。一般（0.60.7）式中：额定电压（TV二次值）。（3）负序电压元件按躲过正常运行时系统中出现的最大负序电压整定。此外，还应满足相邻线路末端两相短路时负序电压元件有足够的动作灵敏度。通常式中：额定电压（TV二次值）。（4）动作延时应按与相邻线路相间短路后备保护相配合整定。即式中：t复合电压过流保护的动作延时；相邻线路相间短路后备保护的最长延时；时间级差，一般取0.30.5秒。二零序电流及零序方向电流保护电压为110KV及以上的变压器，在大电流系统侧应设置反映接地故障的零序电流保护。有两侧接大电流系统的三卷变压器及三卷自耦变压器，其零序电

5、流保护应带方向，组成零序方向电流保护。两卷或三卷变压器的零序电流保护的零序电流，可取自中性点TA二次，也可取自本侧TA二次三相零线上的电流，或由本侧TA二次三相电流自产。零序功率方向元件的接入零序电压，可以取自本侧TV三次（即开口三角形）电压，也可以由本侧TV二次三相电压自产。在微机型保护装置中，零序电流及零序电压大多是自产，因为有利于确定功率方向元件动作方向的正确性。1动作方程及逻辑框图对于大型三卷变压器，零序电流保护可采用三段，其中I段及II段带方向，第III段不带方向兼作总后备作用。每段一般由两级延时，以较短的延时缩小故障影响的范围或跳本侧断路器，以较长的延时切除变压器。以三卷变压器为例

6、，其零序电流保护的动作方程为零序I段.（11-47）零序II段.（11-48）零序III段.（11-49）在上述三式中：零序功率元件的测量功率；零序电流元件的测量电流；、分别为零序I段、II段、III段动作电流的整定值。零序方向电流保护的逻辑框图一般如图11-33所示。图11-33三卷变压器零序方向电流保护逻辑框图在图11-33中：、的物理意义同式（11-47）（11-49）。由图11-33可以看出：零序方向电流保护的I段或II段动作后，分别经延时或作用于缩小故障影响范围，而经或切除变压器。零序III段不带方向，只作用于切除变压器。1 整定原则及定值建议（1）功率方向元件的动作方向零序功率方向

7、元件动作方向的整定，应根据变压器的作用、保护安装位置（电气位置）及电力系统的具体情况确定。（I）发电厂的三卷升压变压器发电厂的三卷升压变压器，其低压侧一般接有大容量的发电机。发电机设置有完善的后备保护，可兼作变压器内部各种短路故障的后备保护。另外，大型超高压变压器的主保护已双重化。此时，变压器高压侧及中压侧的零序电流保护，应分别作为相邻母线及线路故障的后备保护，因此，保护的动作方向应分别指向各侧的母线。（II）大型变电站的降压变压器为了经济运行及系统中各保护之间的配合，降压变电站的主电源在高压侧，其低压侧或中压侧一般无电源及开环运行，高压侧环网运行。高压侧零序方向电流保护的动作方向应指向变压器

8、，作为变压器及中压侧线路接地故障的后备保护。中压侧的零序方向电流保护的动作方向，应指向中压侧母线，作为母线及相邻线路接地故障的后备保护。（2）各段零序电流元件的动作电流（I）中压侧零序电流元件中压侧零序电流I段的动作电流，应与相邻线路零序电流的I段或线路快速主保护配合，即.（11-50）式中：中压侧零序电流I段的动作电流；I段零序分支系数，其值等于线路零序电流I段保护区末端接地故障时，流过本保护安装处的零序电流与流过线路零序电流之比，取各种运行方式的最大值；可靠系数，取1.1；相邻线路零序电流I段的动作电流。零序电流II段的动作电流，与相邻线路零序电流II段相配合。 （11-51）式中：II段

9、零序电流保护的动作电流；可靠系数，取1.1；II段零序分支系数，其值为线路零序电流II段保护区末端接地故障时，流过本保护安装处的零序电流与流过线路的零序电流之比，取各种运行方式下的最大值；相邻线路零序电流II段的动作电流。（II）高压侧零序电流元件当零序方向电流保护的动作方向指向高压侧母线时，其各段动作电流的整定原则及计算公式同中压侧。当零离方向电流保护的动作方向指向变压器时，整定原则如下：零序电流I段保护的动作电流，应保证在中压侧母线上发生接地故障时有灵敏度，且 .（11-52）式中：高压侧零序电流I段保护的动作电流；中压侧零序电流I段保护的动作电流；可靠系数，取1.15。零序电流II段保护

10、的动作电流，应与中压侧零序电流II段保护的动作电流相配合，即.（11-53）式中：高压侧零序电流II段保护的动作电流；中压侧零序电流II段保护的动作电流；可靠系数，取1.15。（3）动作延时的整定当各侧零序方向电流保护的动作方向指向各侧母线时，其电流I段保护的短延时（即图11-33中的）应与相邻线路零序电流I段保护的动作时间相配合。式中：变压器零序电流I段保护的短延时；相邻线路零序电流I段保护的动作时间；时间级差，通常取0.30.5秒。零序电流I段的长延时（即图11-33中的），应比零序电流I段的短延时长一个时间级差（0.30.5秒）。变压器各侧零序电流II段的动作短延时应与相邻线路零序电流I

11、I段的动作延时相配合，而长延时比短延时长一时间级差。当变压器高压侧零序方向电流保护的动作方向指向变压器时，其I段及II段的动作延时，应分别与中压侧零序电流I段、II段保护的动作延时相配合，前者比后者（即高压侧保护比中压侧保护）长一个时间级差。需要着重指出：为有效保护变压器，零序电流I段保护的最长动作时间不应超过2秒。三负序电流及负序方向电流保护63MVA及以上容量的变压器，可采用负序电流或单相式低电压启动的过电流保护作为相间短路的后备保护。三卷变压器或三卷自耦变压器，上述保护宜设置在电源侧或主负荷侧。此外，为满足选择性要求，对负序电流保护有时要加装负序功率方向元件，构成负序方向电流保护。在微机

12、保护装置中，负序电压及负序电流均由装置对TV二次三相电压及TA二次三相电流计算自产。1动作方程及逻辑框图根据变电站的主接线及运行方式，负序电流及负序方向电流保护，可带一段延时，也可带二段延时。若带两段延时，则以较短的时间作用于缩小故障影响的范围；以较长的时间切除变压器。负序电流保护的动作方程为（11-55）负序方向过流保护的动作方程为（11-56）式中：保护测量的负序电流；保护测量的负序功率；负序电流元件的动作电流。负序方向电流保护的逻辑框图如图11-34所示。图11-34负序方向电流保护逻辑框图在图中：I2负序过电流元件；负序功率方向元件。由图11-34可以看出：当负序过电流及负序功率为正值

13、时，保护动作，以较短的延时作用于缩小故障影响范围，以较长的时间切除变压器。2整定原则及定值建议（1）负序电流元件负序电流元件的整定原则是：按相邻线路断线保护不误动的条件整定。另外，还要考虑与相邻线路零序电流后备段在灵敏度上配合，防止非选择性动作。（I）按相邻线路断线不误动条件整定.（11-57）式中：负序电流动作整定值；可靠系数，取1.2；负序电流分支系数，其值等于线路断线时流过保护安装点的负序电流与流过断线处负序电流之比；、由断线处测得的正序、负序及零序阻抗；断线前流经线路的最大负荷电流。（II）按与断线线路零序电流后备段灵敏度配合整定 .（11-58）式中：断线线路零序过流保护后备段动作电

14、流；其他符号的物理意义同式（11-57）。在实际应用时，一般（0.50.6）（变压器额定电流）。（2）负序功率方向元件动作方向的整定装于主电源侧的负序功率方向元件，其动作方向应指向变压器，作为变压器相间短路的后备保护，而装于其他侧负序功率方向元件的动作方向，可指向本侧母线。（3）动作时间的整定应根据变压器的类型，保护的安装位置及系统具体情况整定。但是，为有效保护变压器，其动作时间不宜过长，最好小于2秒。四低阻抗保护低阻抗保护是变压器相间故障后备保护的一种。通常，该保护由三个相间方向阻抗元件构成。阻抗元件的接入电压和接入电流，取自保护安装侧TV二次三相电压及TA二次三相电流。并采用零度接线方式。

15、1动作方程及逻辑框图用阻抗元件构成发电机及变压器短路后备保护的缺点很多。首先用测阻抗的方法来确定发电机、变压器内部故障位置的正确性存在着问题，该保护的正确动作率不高。另外，TV断线要误动。目前，为防止TV断线时低阻抗保护误动，采用以下措施：（a）采用TV二次断线闭锁元件，发现TV断线时，立即将保护闭锁；（b）采用负序电流或相过电流启动；（c）采用故障变化量启动。一般，阻抗元件的动作特性为阻抗复平面上的一个偏移阻抗园，其动作方程为.（11-59）.（11-60）式中：、相间阻抗元件，；、TA二次a、b、c三相电流；阻抗元件的动作阻抗；相电流元件的动作电流；负序电流（TA二次值）；负序电流元件的动

16、作电流。三卷变压器高压侧低阻抗保护的动作阻抗只有一段，中压侧有二段，有时有三段。只有一段动作阻抗的低阻抗保护逻辑框图如图11-35所示。图11-35低阻抗保护逻辑框图由图11-35可以看出：当三个阻抗元件同时动作或其中之一动作及相电流很大或负序电流大时，保护动作，经作用于缩小故障影响范围，经延时切除变压器。2整定原则及定值建议（1）动作方向的整定阻抗元件的动作方向（即方向阻抗圆的方向），应根据变压器的类型，保护的安装位置及系统条件来确定。主电源在高压侧的三变压器，装于高压侧的阻抗元件的动作方向应指向变压器。有时高压侧阻抗元件的动作阻抗圆有5%左右的偏移度，兼作高压母线故障的后备保护。变压器中压

17、侧的方向阻抗元件，其动作方向指向中压侧母线，作为中压侧母线及相邻线路故障的后备保护。（2）阻抗元件动作阻抗的整定降压变压器高压侧阻抗元件正方向的动作阻抗，应按中压侧相间故障有灵敏度的条件来整定；而中压侧阻抗元件的动作阻抗，应与相邻线路距离保护的动作阻抗相配合。（3）动作时间的整定低阻抗保护的动作时间，应按以下两个条件来确定。（a）为有效保护变压器，高压侧及中压侧I段的动作时间，最长不超过2秒；（b）与相邻元件保护相配合。五复合电压方向过流保护为确保动作的选择要求，在两侧或三侧有电源的三卷变压器上配置复压闭锁的方向过流保护，作为变压器相间短路故障的后备保护。保护的接入电流和电压为本侧（保护安装侧）TA二次三相电流及TV二次三相电压，有时还引入变压器另一侧TV二次三相电压作为相间功率的计算电压。1动作方程及逻辑框图保护由相间功率方向元件、过电流元件及复合电压元件（低电压和负序电压）构成。相间功率方向元件多采用900接线，其计算功率为.（11-61）式中：、三相相间功率；、三相电流；、三相相间电压，取另一侧电压（与电流不同侧）；、与、与、与之间的相位差；计算功率内角。保护的动作方程为.（11