能源化工发电厂主变压器复合电压方向过流保护原理与整定.docx
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能源化工发电厂主变压器复合电压方向过流保护原理与整定
发电厂主变压器复合电压（方向过流保护原理与整定
作者:
周玉彩
一、主变压器复合电压（方向过流保护的原理
复合电压过流保护复合电压启动部分由负序过电压与低电压元件组成。
在微机保护中,接入微机保护装置的三个相电压或三个线电压,负序过电压与低电压功能由算法实现。
过电流元件的实现通过接入三线电流由算法实现,二者相与构成复合电压启动过电流保护。
在微机保护装置中,加设相间短路保护并在保护上设置相间功率方向,使此保护形成了复合电压（方向过流保护。
该保护动作可靠、准确为此在工程中现广泛使用。
1、过流保护
过流保护作为变压器或相邻元件的后备保护,复合电压闭锁和方向元件闭锁均可投退。
过流元件接入三相电流,当任一相电流满足下列条件时,过流元件动作。
opII,其中opI为动作电流整定值。
2、复合电压元件
对某侧过流保护可通过整定相关定值控制字选择是否经复合电压启动或仅由本侧复合电压启动还是可由多侧复合电压启动。
例如对于高压侧后备保护,定值“过流一段复压控制字”整定为“0”时,表示高压侧过流保护一段退出其复合电压元件,不经复合电压闭锁;整定为“1”时,表示高压侧过流保护一段仅由本侧复合电压启动;整定为“2”时,表示高压侧过流保护一段由多侧复合电压启动,任一侧复合电压动作均可启动高压侧过流保护一段。
3、相间功率方向元件
3.1方向元件TA与TV的极性接线图相间功率方向元件采用90°接线方式,接入保护装置的TA和TV极性如图1所示,TA正极性端在母线侧。
对各段过流保护可通过整定相关定值（控制字选择是否带方向或方向指向变压器还是方向指向母线。
当相间方向元件TA、TV接线极性符合图1所示接线原则时,例如对于高压侧后备保护,定值“过流一段方向控制字”整定为“0”时,表示高压侧过流保护一段退出其方向元件,不带方向性;整定为“1”时,表示高压侧过流保护一段方向元件指向变压器;整定为“2”时,表示高压侧过流保护一段方向元件指向母线。
对三卷变高、中压侧相间功率方向元件的方向电压可通过整定相关定值选择取本侧电压或对侧电压,近处三相短路时方向元件无死区。
例如对于高压侧后备保护,定值“过流一段方向电压”整定为“0”时,表示高压侧过流保护一段方向元件的方向电压取本侧电压;整定为“1”时,表示高压侧过流保护一段方向元件的方向电压取中压侧电压。
以方向指向变压器时来说,相间方向的灵敏角可通过整定相关定值选择为-30º或-45º（当方向指向母线,则灵敏角则对应为150º或135º。
例如对于高压侧后备保护,定值“过流一段方向灵敏角”整定为“0”时,表示高压侧过流保护一段方向元件的灵敏角当方向指向变压器时为-30º（当方向指向母线时则对应为150º;整定为“1”时,表示高压侧过流保护一段方向元件的灵敏角当
方向指向变压器时为-45º（当方向指向母线时则对应为135º。
高压侧
低压侧相间方向元件TA与TV的极性接线图
3.2方向元件判据方程
相间方向元件的动作判据方程为（以AI
BCU为例:
[]
0>⋅⋅-senjABCeeˆRϕI
U[
]eR表示取向量的实部,其中senϕ为灵敏角。
3.3方向元件动作特性
当相间方向元件TA、TV接线极性符合图1所示接线原则,且相应“方向灵敏角”定值为“1”时,“方向指向”定值为“1”时,方向指向变压器,灵敏角为-45
°;“方向指向”定值为“0”时,方向指向母线,灵敏角为135°,相间功率方向元件的动作特性如图2所示。
（a方向指向变压器时的动作区（阴影侧（b方向指向母线时的动作区（阴影侧
图2相间功率方向指向不同时各自的动作区
注意:
以上所示的相间功率方向动作特性均是基于相间方向元件TA、TV接
线极性符合图1所示接线原则情况下的。
否则以上说明将与实际情况不符。
3.4TV检修对复压元件、方向元件的影响
当某侧TV检修或旁路代路未切换TV时,为保证该侧后备保护的正确动作,需退出该侧“电压硬压板”。
装置设有定值“电压退出后方向与零压”来控制该侧保护的方向元件所用电压的“电压硬压板”退出时该侧方向元件的动作行为。
例如对于高压侧后备保护,定值“电压退出后方向与零压”,整定为“0”时,当高压侧过流保护的方向元件所用的“电压硬压板”退出后,高压侧过流保护的方向元件不满足条件,闭锁高压侧过流保护;整定为“1”时,当高压侧过流保护的方向元件所用的“电压硬压板”退出后,高压侧过流保护的方向元件条件满足,开放高压侧过流保护。
装置对各侧的过流保护设有定值“电压退出后复压元件”来控制该侧过流保护的复压元件所用电压在某侧电压压板退出时该侧过流保护复压元件的动作行为。
例如对于高压侧后备保护,如2所述,当定值“电压退出后复压元件”整定为“0”时,当高压侧过流保护的复压元件所取电压侧中的某侧电压退出时,该侧复合电压判别不动作,若高压侧过流保护仅由该侧复合电压启动,则此时复压元件不满足条件,闭锁高压侧过流保护,若高压侧过流保护由多侧复合电压启动,则此时高压侧过流保护需由其它侧复合电压启动;整定为“1”时,当高压侧过流保护的复压元件所取电压侧中的某侧电压退出时,该侧复合电压判别动作,高压侧过流保护的复压元件条件满足,开放高压侧过流保护。
3.5TV异常对复压元件、方向元件的影响
装置对各侧的保护设有定值“TV异常后方向与零压”来控制该侧的保护的方向元件所用电压出现TV异常时该侧方向元件的动作行为。
例如对于高压侧后备保护,定值“TV异常后方向与零压”整定为“0”时,当高压侧过流保护的方向元件所用的电压出现TV异常时,高压侧过流保护的方向元件不满足条件,闭锁高压侧过流保护;整定为“1”时,当高压侧过流保护的方向元件所用的电压出现TV异常时,高压侧过流保护的方向元件满足条件,开放高压侧过流保护。
装置对各侧的过流保护设有定值“TV断线后复压元件”来控制该侧过流保护的复压元件所用电压在某侧TV断线时该侧过流保护复压元件的动作行为。
例如对于高压侧后备保护,如2所述,当定值“TV断线后复压元件”整定为“0”时,当高压侧过流保护的复压元件所取电压侧中的某侧TV断线时,该侧复合电压判别不动作,若高压侧过流保护仅由该侧复合电压启动,则此时复压元件不满足条件,闭锁高压侧过流保护,若高压侧过流保护由多侧复合电压启动,则此时高压侧过流保护需由其它侧复合电压启动;整定为“1”时,当高压侧过流保护的复压元件所取电压侧中的某侧TV断线时,该侧复合电压判别动作,高压侧过流保护的复压元件条件满足,开放高压侧过流保护。
二、WFB-800A微机变压器复合电压（方向过流保护逻辑框图
复合电压方向过流保护启动条件:
当复压元件、方向元件、过流元件均满足启动定值时,启动元件动作。
图3复压方向过流保护逻辑图
三、复合电压（方向过流保护的整定方法
1、过流元件整定计算
电流元件按躲过变压器的额定电流整定,电流元件的动作电流按下式整定:
TA
rNrelopnKIK=
I
式中:
relK为可靠系数,取1.2~1.3;rK为返回系数,取0.85~0.95;
NI为变压器一次额定电流;TAn为电流互感器变比。
灵敏系数按下式校验TA
opK
sen
nIIK2（min.=式中:
2（min.KI为后备保护末端两相金属性短路时,流过保护安装点的最小短
路一次电流。
要求3.1≥senK（近后备或1.2（远后备。
2、低电压元件整定
低电压元件为最小线电压,按躲过电动机自启动时的电压整定。
1当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时,动作电压可按下式整定:
TV
N
opnUU6.05.0（~=
2当低电压继电器由变压器高压侧电压互感器供电时,动作电压可按下式整定:
TV
NopnUU7.0=
式中
N
U为额定线电压;
TV
n为电压互感器变比。
低电压继电器的灵敏系数按下式校验
TV
rop
sennUUKmax=
式中:
maxrU为计算运行方式下,灵敏系数校验点发生金属性相间短路时,保护安装处的最高残压。
要求3.1≥senK（近后备或1.2（远后备。
在校验电流继电器和低电压继电器的灵敏系数时,应分别采用各自的不利正常系统运行方式和不利的短路类型。
当低电压继电器灵敏系数不够时,可在变压器各侧装设低电压继电器。
3对发电厂中的升压变压器,当低电压继电器由发电机侧电压互感器供电时,还应考虑躲过发电机失磁运行时出现的低电压,动作电压可按下式整定:
TV
N
opnUU6.05.0（~=
式中NU为额定线电压;
TV
n为电压互感器变比。
3、负序电压元件整定
负序电压元件应按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定,不平衡电压通过实测确定,当无实测值时,根据现行规程的规定可取:
TV
N
opnUU08.0~06.0（2=
式中:
NU为额定线电压;
TV
n为电压互感器变比。
灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验TV
opsennUUK2min
.2=
式中:
min.2U为后备保护末端两相金属性短路时,保护安装处的最小负序电压值。
要求0.2≥senK（近后备或1.5（远后备。
4、方向元件的整定
1三侧有电源的三绕组升压变压器,保护为了满足选择性要求,在高压侧或中压侧要加功率方向元件,其方向通常指向该侧母线。
2高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器和联络变压
器,保护为了满足选择性要求,在高压或中压侧要加功率方向元件,其
方向通常指向变压器,也可指向本侧母线。
5、保护动作时间的整定
1单侧电源的双绕组降压变压器,保护通常设一段时限,其值大于与之配合的保护动作时间一个时间阶段（t∆断开变压器两侧断路器。
当负荷侧无专用母线保护,且分段断路器装有备用电源自动投入装置时,保护可设两段时限。
以第一段时限1t断开分段断路器;以ttt∆+=12断开变压器两侧断路器。
2单侧电源的三绕组降压变压器,保护一般在低压侧和电源侧。
低压侧保护可设两段时限,以ttt∆+=01断开低压母线分段断路器（0t为与之配合的馈线保护动作时间;以ttt∆+=12断开变压器低压侧断路器。
电源侧保护应设两段时限,以第一段时限ttt∆+=m013断开中压侧断路器（m01t为与之配合的中压侧保护的动作时间;以第二段时限ttt∆+=34断开变压器各侧断路器。
3高压及中压侧均有电源的三绕组降压变压器,若只有一台变压器且高压侧为主电源侧,当保护设在高压及低压侧时,低压侧保护只带一个时限
ttt∆+=01,断开本侧断路器。
高压侧保护设带方向和不带方向两部分,带方向
的指向变压器并以ttt∆+=m012断开中压侧断路器;不带方向的以ttt∆+=23断开变压器各侧断路器。
当两台高压及中压侧均有电源的三绕组降压变压器并联运行且低压母线分段断路器断开时,可在三侧装设相间故障后备保护。
低压侧保护带两段时限,以ttt∆+=01断开低压侧断路器;以ttt∆+=12断开三侧断路器。
方向指向变压器的中压侧方向保护以ttt∆+=hm011断开高压侧断路器（h01t为与之配合的高压侧馈线相间故障保护动作时间;以ttt∆+=mm12断开各侧断路器;高压侧带方向的保护（方向指向变压器以ttt∆+=mh011断开中压侧分段断路器;以
ttt∆+=hh12断开变压器中压侧断路器。
高压和中压侧不带方向保护的动作时间
应大于各侧带方向保护的动作时间,按选择性要求断开变压器各侧断路器。
4双绕组升压变压器,相间故障后备保护装在变压器的低压侧。
设一段时限ttt∆+=01（0t为与之配合的保护动作时间断开变压器的两侧断路器。
5中压侧无电源的三绕组升压变压器,保护装于低压侧和中压侧。
中压侧保护只作为该侧母线及线路的相间故障后备保护,以ttt∆+=01（0t为与之配合的线路保护的动作时间断开本侧断路器。
低压侧保护作为变压器内部和高压侧外部相间故障后备保护。
设两段时限,以ttt∆+=h012断开高压侧断路器（h01t为与之配合的高压侧保护动作时间;以ttt∆+=23断开变压器各侧断路器。
6三侧均有电源的三绕组升压变压器,保护装于低压侧及高压侧部分的方向指向本侧母线,以ttt∆+=01（0t为与之配合的线路保护动作时间断开本侧断路器;不带方向部分以ttt∆+=12断开中压侧（或高压侧断路器。
低压侧保护以
ttt∆+=23断开变压器各侧断路器。
四、复合电压（方向过流保护的整定实例
2、短路电流计算2.1网络等效阻抗图
升压变压器电抗:
X×1B=10Ud%×Sj/SN=13.31×103/160000=0.0832;
发电机电抗:
X×U=（X,,
d%/100×（Sj×COSø/Pe
=17.64%×100×0.85/135=0.1111。
系统
图4、大方式下正序网络等效阻抗图
系统
图5、小方式下正序网络等效阻抗图2.2.运行小方式下,d1发生三相金属性短路电流:
2.2.1.发电机1G供给短路电流:
X*=0.1111+0.0832=0.1943;
X*js=X*×S
N
/Sj=0.1943×158.8/100=0.308由X*js=0.308在短路电流运算曲线查得I*=3.4;
发电机额定电流（基准电压为230KV:
I*j=S
N
/√3×Uf,n=158.8/√3×230=0.399KA
I（3d1=I*j×I*d=3.4×0.399=1.35KA
2.2.2.220KV系统供给的短路电流:
X*L=0.0271
Ij=Sj/√3Up=100/√3×230=0.251
I3d.min=Ij/X*Σ=0.251/0.0271=9.26KA
2.3.运行小方式下,d2发生三相金属性短路短路电流:
2.3.1.发电机1G供给短路电流:
X*js=X*×S
N
/Sj=0.1111×158.8/100=0.1764由Xjs=0.1764在短路电流运算曲线查得I*=6.2
I*j=Se/√3×Uf,n=158.8/√3×13.8=6.644KA
I（3d1=6.2×6.64=41.2KA
2.3.2.220KV系统供给的短路电流:
X*Σ=0.0271+0.0832=0.1103
Ij=Sj/√3Up=100/√3×13.8=4.18
I（3d.min=Ij/X*Σ=4.18/0.1103=37.89KA
2.4.运行大方式下,d1发生三相金属性短路电流:
X*=（0.0165//（0.1111+0.0832=0.0152
I（3d.min=Ij/X*Σ=0.251/0.0152=16.51KA
2.5.运行大方式下,d2发生三相金属性短路电流:
X*=（0.0165+0.0832//0.1111=0.05255
I（3d.min=Ij/X*Σ=4.18/0.05255=79.5KA
2.5.1.变压器各侧一次额定电流:
高压侧:
I
1.N=Sn/（√3×Ul
N
=160000/（√3×242=381.7A
式中:
U1
N
为变压器高压侧额定电压;Sn为变压器额定容量。
低压侧:
I
1.N=Sn/（√3×Ul
N
=160000/（√3×13.8=6694A
式中:
U1
N
为变压器低压侧额定电压;Sn为变压器额定容量。
2.5.2.变压器各侧二次额定电流:
高压侧:
I
2.N
=I1.N/n1.N=381.7/120=3.18A
N
1.N
为主变高压侧TA变比600/5
低压侧:
I
2.N
=I1.N/n1.N=6694/1600=4.18A
3.复合电压过流保护
电流继电器的动作电流应按躲过变压器额定电流整定,计算公式如下:
TA
rNrelopnKIK=
I=1.2×3.18/0.85=4.49A
式中:
Krel为可靠系数,取1.2;Kr为返回系数,可取0.85;IN为额定电流二次值。
灵敏系数校验:
TA
opK
sen
nIIK2（min.==（0.866×1350×5/600/4.49
=9.7/4.49=2.16>1.2.（满足要求。
式中:
I2
k.min为后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流。
4.低电压继电器
按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定,还应考虑躲过发电机失磁运行时出现的低
TV
N
opnUU6.05.0（~=
电压,取UOP=0.6Un
=60V
式中:
Un为额定线电压二次值。
5.负序电压继电器
负序电压继电器应按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定,不平衡电压值可实测确定。
TV
N
opnUU08.0~06.0（2=
本工程取:
U2.op=0.07UN=0.07×100=7V
式中:
UN为额定相电压二次值100V。
灵敏系数校验:
op
senUUK2min
.2**=
=0.5/0.07=7.14>2（满足要求。
式中:
U2.min取0.5。
6.对称过负荷保护的动作电流
按避越额定电流整定:
IOP=Kk×IN/Kf=1.05×3.18/0.85=3.93A
式中Kk为可靠系数取1.05,Kf为返回系数取回0.85,IN为保护安装处的额定电流。
过负荷保护延时整定:
t=12S发信号。
7.起动风冷电流
I=0.7×3.18=2.3A延时整定:
t=5S。
8.方向过电流
按躲过主变压器最大负荷电流整定
额定电流整定:
I
=Kk×IN/Kf=1.3×3.18/0.85=4.86A
OP
式中Kk为可靠系数取1.3,Kf为返回系数取回0.85,IN为保护安装处的主变压器最大负荷电流。
9.方向元件的整定
高压及中压侧有电源,保护为了满足选择性要求,在高压或中压侧要加功率方向元件,其方向通常指向变压器。
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