浅谈继电保护线路的设计

中国电力教育　２０１０年管理论丛与技术研究专刊　浅谈继电保护线路的设计　吕泉城¨。　（１．山东电力集团公司广饶县供电公司，山东　广饶２５７３００；２．华北电力大学，北京　１０２２０６）　摘要：电力变压器在电力系统中是非常重要的设备，它的故障将会给整个系统带来严重的后果，通常变压　器故障分为油箱内部故障和油箱外部故障，我们在对变压器进行保护时，应该找出发生故障的本质原因，根据相　应的规则作出可靠、合理的保护。变压器保护分为电量保护和非电量保护两种，主要有瓦斯保护、纵差动保护、　过负荷保护、过电流保护、过励磁保护以及其他非电量保护。本文对变压器的所有保护作了简单的介绍，并对变　压器的主保护纵差动保护的整定计算以及校验分析作了较详细的介绍。　关键词：纵差动保护；继电保护；变压器保护；过电流保护；变压器；整定计算　一、变压器保护配置图　二、变压器保护的各部分组成　变压器保护分为电量保护和非电量保护两大类，包　根据规程规定，变压器一般应该装设一下保护：过　括电流纵向差动保护、瓦斯保护、过负荷保护、复合电　负荷保护、过励磁保护、瓦斯保护、纵差动保护、过电　压启动的过电流保护、过励磁保护以及其他非电量保　流保护以及其他的一些非电量保护。　护。在变压器保护中，电流纵向差动保护和瓦斯保护常　１．过负荷保护　作为变压器的主保护，过电流保护常作为变压器的后备　为防御变压器因过负荷造成异常运行，而装设保　保护。三绕组变压器的保护单相配置图如图１所示。　护。变压器的过负荷电流，在大多数情况下，都是三相　电压互感器的型号为ＪＤＣＦ一３５、ＪＤＣＦ一１１０、ＪＤ．　对称的，故过负荷保护只要接入一相电流，电流继电器　ＣＦ一１０，过流继电器型号为ＧＬ一２５／５，时间继电器型　来实现，并进过一定的延时作用于信号。选择保护安装　号为ＤＳ一２１Ｃ，差动继电器型号为ＢＣＨ一２，电流继电　在哪一侧时，要考虑它能够反映变压器所有各侧线圈过　器型号为ＤＬ一２１Ｃ，电压继电器型号为ＤＹ一２８Ｃ，电　负荷情况。原理接线图如图２所示。　流互感器的型号为ＬＢ６—１１０、ＬＢ６—３５、ＬＢ６—１０。　７　图２　变压器过负荷保护原理接线图　适用情况：变压器长时间过负荷运行时，绕组会因　受热而受到损伤。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，　应根据过负荷情况，装设过负荷保护。　２．瓦斯保护　瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，对变　压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组　１一复合电压启动的过电流保护２一纵差动保护　内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。　３一过负荷保护４一瓦斯保护５～其他非电量保护　当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘　图１　变压器保护配置图　材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强　作者简介：吕泉城，男，山东电力集团公司广饶县供电公司调度所，助理工程师；华北电力大学工程硕士研究生。　６１９　浅谈继电保护线路的设计　烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与　用于变压器的主保护，三绕组变压器纵差动保护单相接　　油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。瓦斯　线原理如图５所示。保护的原理接线图如图３所示。　图３　变压器瓦斯保护原理接线图　适用情况：对于容量为８００ｋＶＡ及以上的油浸是变　压器和４００ｋＶＡ及以上的车间内油浸式变压器，应装设　瓦斯保护。　变压器发生轻微故障时，邮箱内产生的气体较少且　速度较慢，气体眼管道上升，是气体继电器内的油面下　降，当下降到动作门槛是，轻瓦斯动作，发出警告。发　生严重事故时，故障点周围的温度剧增二迅速产生大量　的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从邮箱经　过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到的油速达到　门槛是，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除电压　器，以防事故扩大。　３．过励磁保护　对于频率减低或电压升高而引起变压器过励时，励　磁电流急剧增加，铁芯及附近的金属构件损耗增加，引　起高温。长时间或多次反复过励磁，将因过热而使绝缘　老化。变压器过励磁保护原理接线图如图４所示。　ＴＡ　图４变压器过励磁保护原理接线图　适用情况：高压侧电压为５００ｋＶ及以上的变压器，　应装设过励磁保护在变压器允许的过励磁范围内，保护　作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。　４．纵差动保护　纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出　电流的相量差。电流纵差动保护不但能够区分区内区外　故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时　的切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛的　６２０　ＫＤ（差动继电器）　图５　三绕组变压器纵差动保护单相接线原理图　正常运行和变压器外部故障时，差动电流为零，保　护不会动作；变压器内部故障时，相当于变压器内部多　了一个故障支路，流人差动继电器的差动电流等于故障　点电流，只要故障点电流大于差动继电器的动作电流，　差动保护就动作。　５。过电流保护　当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种　保护方式。过电流保护主要包括短路保护和过载保护两　种类型。短路保护的特点是整定电流大、瞬时动作。电　磁式电流脱扣器（或继电器）、熔断器常用作短路保护　元件。过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。　热继电器、延时型电磁式电流继电器常用作过载保护元　件。变压器过电流保护的原理接线图如图６所示。　ＴＡ　图６　变压器过电流保护的原理接线图　（其中ＫＴ为反时限的时间继电器）　三、相关参数的计算整定　主变压器：　型号：ＳＦＳ２８—３１５００／１１０　接线方式：Ａ／ａ／Ｙ　变比：１１０＋４×２．５％／３８．５＋２×２．５％／１１　空载损耗（ＫＷ）：４Ｏ．６　浅谈继电保护线路的设计　空载电流百分数（％）：０．４６　Ｕｋ％ｕ　短路电压百分数（％）：高一中１Ｏ．４７、高一低１８、　ｘＴ　中一低６．３３　短路损耗（ＫＷ）：高一中１６９．７、高一低１８１、中　Ｚ：ｄ１　　—　莹　：４一　６．４８Ｑ　一低１３６．４　基本侧的确定　Ｚｄ２：　—　丽　了一　：－２＿５２Ｑ　。）　在变压器的各侧中，二次额定电流最大一侧为基本　侧，各侧二次额定电流的计算方法如下：　ｚｄ３＝　＝２９．１０Ｑ　１．按额定电压及变压器的最大容量计算各侧一次　额定电流　（１５．２　４－８．２９）（２２．４＋６．６４）　＝０　０一（１５．２＋８．２９）＋（２２．４＋６．６４）　１２．９９Ｑ　ＩＮ。　ｓＴＮ为一次变压器最大额定容量，ＵＮ为　（１５．２＋５．５３）（２２．４＋４．４３）　＝ｉ“ｕ０一（１５．２＋５．５３）＋（２２．４＋４．４３）　１１．６９ｎ　变压器额定电压　（４）３５ｋＶ母线短路流过变压器的最大电流：（系　２．选择电流互感器的变比　统取最小阻抗，两台变压器分裂运行时，短路电流最　。　：　出Ｋ　。　为电流互感器接线系数　大）　求出电流互感器计算变比，选择的标准变比ｎＴ　Ｉ。…　：—————．———————　．！　．　！．！　！　！—．———一：１　１９３Ａ　ｍ　＞ｎＴＡｃａｌ　ｏ　３．按下列公式计算各侧电流互感器的二次额定　（５）１０ｋｖ母线线路短路流过变压器的最大电流：　电流　（系统取最小阻抗，两台变压器分裂运行时，短路电流　ＫＣＯＮＩＮ最大）　Ｉ２Ｎ：——ｎＴＡ为电流互感器变比　Ｉ…　——ｊ旦　。一　（１１６９＋４６．６８～２９．１０）一　一：７６１Ａ　．表１　去二次额定电流最大一侧为基本侧　计算基本匝数　（１）按躲开变压器励磁涌流整定　名称　各侧数据　额定电压　ｌ１ＯｋＶ　３８．５ｋＶ　ｌｌｋＶ　１０ｐ．　定电流　额定电流　１６５．３Ａ　４７２．４Ａ　１６５３．４Ａ　Ｉ　ｌ＝１．３×１６５．３＝２１４．９Ａ　ＣＴ二次接线方式　△　△　Ｙ　（２）按躲开３５ｋｖ侧外部短路时的最大不平衡电流　ＣＴ计算变比　２８６／５　８ｌ８／５　ｌ６５３／５　整定　选用ＣＴ变比　３ｏｏ／５　１０００／５　２ｏｏ０／５　Ｉ。ｎｒｅｔｌ　ｎｂ．　ａＩ＝Ｋ　．　ａ　＝Ｋ　。Ｊ（Ｉ　ｎｂ．Ｉ＋Ｉ　ｎｂ．２＋Ｉ　ｂ．３）　各侧二次额定电流　４．７７２Ａ　４．０９１Ａ　４．１３４Ａ　Ｉ　ｂ１＝Ｋ　。ＫｔｓｆｅｒＩＫ．．　Ｉｕｎｂ２＝ＡＵ　Ｉｋ．ｈ．ｍａｘ＋△Ｕ　Ｉｋ．ｍ．ｍａｘ　．选额定二次电流最大的一侧为基本侧，故选ｌ１０ｋＶ　Ｉ　ｂ３＝Ａｆｅｒ．１Ｉｋ．１．ｍａｘ＋Ａｆｅｒ．２Ｉｋ．２．ｍａｘ　．侧位基本侧。　Ｉ。。。　ｌ＝１．３（１　Ｘ　１×０．１＋４×２．５％＋０．０５）Ｘ　计算各侧外部短路时流过变压器最大短路电流　ｌ１９３＝３８７．７Ａ　（有名值计算，全不归算到基本侧１１０ｋＶ侧）　（Ｉｋ　一最大外部短路电流周期分量　ｆｅｒ一电流互　（１）各侧短路电压百分比计算　感器相对误差０．１　Ｋ…一非周期分量系数１Ｋｔｓ一电流　１　互感器同型系数１）　Ｕｄｌ％　÷（ｕｋ（Ｉ＿３）％＋Ｕｋ（３一１）％一Ｕｋ（２—３）％）　（３）按躲过电流互感器二次回路断线时变压器的　＝１１．０７：　最大负荷电流为　１　Ｉ。…　ｌ＝Ｋ　ｌ×ＩＩ．　Ｋ　ｌ——可靠系数１．３　Ｕｄ２％＝÷（ｕｋ（１—２）％＋Ｕｋ（２—３）％一Ｕｋ（３一１）％）　Ｉ１。　——　．变压器基本侧最大负荷电流　＝一０．６：　Ｉｏｐ．ｃａｌ＝１．３×１６５．３＝２１４．９Ａ　１　Ｕｄ３％＝÷（Ｕｋ（２—３）％＋Ｕｋ（３—１）％一Ｕｋ（１—２）％）　故按（２）整定基本侧继电器线圈匝数　基本侧直接接差动线圈，另外两侧接平衡线圈　＝６．９３；　基本侧继电器动作电流：　（２）各侧阻抗计算　电阻很小可忽略，主要计算电抗　１０ｐ…ａｌ＿　：　．６．４６Ａ　６２１　浅谈继电保护线路的设计　时，流过变压器的最小短路电流为：　，　・　ｗ…　＝　＝　９匝　一一　Ｈ　１一　一　！二　一　．．　——　即Ｗｓｅｔ＝１０匝　２一　故二次动作电流为Ｉｏｐ．ｊ：６０／１０＝６．０Ａ　一１２．９９＋（　８　５２）・÷）　６７２　Ｊｕｕ　次动作电流为Ｉ。。＝６３００／５：３６０Ａ　＝９４９．３Ａ　Ｗｗ．ｃａｌ基本工作线圈计算匝数　ＡＷ０继电器动作安匝　＝　＝　ｏｐ　ｂ　Ｉｏｐ．Ｌ　ｃａｌ继电器动作电流计算值　ｎＴＡ基本侧电流互感器变比　计算平衡匝数：　Ｗｎｂ．ｃａｌ：　二　生　Ｗｄ．（２）在最小方式下（系统取最大阻抗，两变压器　并列运行时，短路电流最小），主变１０ｋｖ侧三相短路　时，流过变压器的最小短路电流为：　，．　：　：　！　：　ｓｅｔ　ＩＮ２．ｎｂ　Ｗｎｂ．ｃａ１——非基本侧平衡线圈计算匝数　ＩＮ２．ｂ，Ｉｎ２．ｎｂ——基本侧．非基本侧流入继电器　的电流　２Ｒ　２（１２．９９＋（４６．４８＋２９．１　０）．告）　＝１１３３Ａ　＝　＿３＿１５＞２　Ｗｄ．ｓｅｔ——差动线圈整定匝数　Ｗｎｂ．ｃａ１３５ｋｖ＝［（４．７７２—４．０９１０／４．０９１］×１０＝　１．６６匝　满足要求　工作线圈匝数如下　，　．。。ｔ．１１０＝１０　Ｗｎｂ．ｃａｌｌ０ｋｖ＝［（４．７７２—４．１３４）／４．１３４］×１０　：１．５４匝　７　．　．３．５　１２　Ｌ　．　实取３５ｋＶ侧Ｗｎｂ３５ｋｖ＝１０＋２＝１２匝　１０ｋＶ侧Ｗｎｂｌ０ｋＶ＝１０＋２＝１２匝　计算相对误差：　．　ｅｔ．１Ｏ　１２　参考文献：　［１］张保会，尹项根．电力系统继电保护［Ｍ］．北京：中国　电力出版社．　Ｗｎｂ．ｃａｌ—Ｗｎｂ．ｓｅｔ　Ｗｎｂ．ｃａｌ＋Ｗｄ．ｓｅｔ　一”　Ａｆ。　３５ｋｖ＝Ｉ（１．６６—２）／（１．６６＋ｌ０）Ｉ＝０．０２９　＜０．０５　［２］崔家佩，等．电力系统继电保护与安全自动装置整定　计算［Ｍ］．北京：中国电力出版社．　［３］陈曾田，电力变压器保护（第二版）［Ｍ］．北京：中国　电力出版社．　Ａｆ　１０ｋｖ＝Ｉ（１．５４—２）／（１．５４＋１０）Ｉ＝０．０４０　＜０．０５　［４］王维俭．电力系统继电保护基本原理［Ｍ］．北京：清　华大学出版社．　满足要求　检验灵敏度：　［５］贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理（第三版）　［Ｍ］．北京：中国电力出版社．　（１）在最小方式下（系统取最大阻抗，两变压器　并列运行时，短路电流最小），主变３５ｋｖ侧两相短路　６２２