變壓器保護(hù)的整定計(jì)算

整定計(jì)算)W5e:S$Y.e8?1s/@6P3R;l

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目前，國內(nèi)對大型發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的整定計(jì)算，大多數(shù)參考或按照DL/T684－1999大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則。

通過實(shí)踐表明：大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則的內(nèi)容，基本上是正確的。但也存在一些不足，主要的不足之處是：可操作性差、說理性不強(qiáng)及靈活性差。;u$A,y9b%|/[

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本章，將重點(diǎn)闡述某些發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的整定計(jì)算依據(jù)、整定計(jì)算方法以及如何靈活取值。,D:\8g/y#}-j2](z6{&l

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第一節(jié)

發(fā)電機(jī)及變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算

一

發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的微機(jī)型發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)，按照接入電流來分類有：完全縱差保護(hù)、不完全縱差保護(hù)；若按動(dòng)作特性分類，則有比率制動(dòng)式縱差保護(hù)、標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)及故障分量比率制動(dòng)式縱差保護(hù)。而應(yīng)用最多的是比率制動(dòng)式縱差保護(hù)，其次是標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)。

完全縱差和不完全縱差的區(qū)別，是接入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電流不同。完全縱差保護(hù)接入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的全部電流，而不完全縱差保護(hù)則引入中性點(diǎn)的（n—每相定子繞組支路數(shù)）電流。因此，完全縱差和不完全縱差的實(shí)質(zhì)不同處是：當(dāng)不通過軟件修正差動(dòng)兩側(cè)的平衡系數(shù)時(shí)，前者兩側(cè)差動(dòng)TA的型號、變比可完全相同，而后者兩側(cè)差動(dòng)TA的型號、變比不可能完全相同。

完全縱差和不完全縱差的構(gòu)成框圖完全相同，均可采用具有比率制動(dòng)特性的保護(hù)裝置或具有標(biāo)積制動(dòng)特性的保護(hù)裝置，還可以采用反應(yīng)故障分量的比率制動(dòng)式保護(hù)裝置。

1

比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)

具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，其動(dòng)作特性如圖7－1所示。

圖7－1

差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)特性

由圖7－1可以看出：具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性，可由A、B、C三點(diǎn)決定。A點(diǎn)或B點(diǎn)的縱坐標(biāo)電流Idzo為差動(dòng)保護(hù)的初始動(dòng)作電流。B點(diǎn)的橫坐標(biāo)電流Izdo稱之為拐點(diǎn)電流，它等于差動(dòng)保護(hù)開始出現(xiàn)制動(dòng)作用的最小電流。直線BC與橫坐標(biāo)夾角α的正切（即tgα）稱之為動(dòng)作特性曲線的斜率，近似稱之為比率制動(dòng)系數(shù)Kz。

Idzo、Izdo及Kz為具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的三要素。對該型差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算，實(shí)質(zhì)上就是對Idzo、Izdo及Kz的整定計(jì)算。

⑴

初始動(dòng)作電流Idzo的整定

初始動(dòng)作電流Idzo的整定原則，是躲過發(fā)電機(jī)額定工況下差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)回路中的最大不平衡電流。-y%V6@!_/_#W

在發(fā)電機(jī)額定工況下，在差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流的原因，主要有差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA的變比誤差、兩側(cè)通道回路的調(diào)整誤差。%j!}#l1j5p"o

發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)通常采用10P級電流互感器，在一次額定電流和額定二次負(fù)載的條件下，變比誤差為±3％。因此，在額定工況下，由于兩側(cè)差動(dòng)TA的差異，在差動(dòng)回路形成的最大不平衡電流為0.06Ie（Ie—發(fā)電機(jī)額定工況時(shí)差動(dòng)TA的二次電流）。/?7z#k4W%t

差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA二次電流分別通過裝置的輔助小TA等回路進(jìn)入差動(dòng)回路。由于兩側(cè)輔助TA、通道回路的差異及調(diào)整誤差，也會(huì)在差動(dòng)回路中產(chǎn)生差流。該誤差通常稱為通道變換及調(diào)整誤差。

按照有關(guān)規(guī)程規(guī)定，通道變換及調(diào)整的綜合誤差不應(yīng)大于5％Ie。由于差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)均有通道，因此，在額定工況下，由于通道變換及調(diào)整誤差在差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流最大為10％Ie。3J#Y"I)K

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B"@

綜上所述，初始動(dòng)作電流可按下式計(jì)算：

………………（7－1）;Z-N.k"F&L&|!F

式（7－1）中：6J1`._4Y(U"Q3c%y

KH—可靠系數(shù)，取1.5～2；/g+F3K1g:I3O#C5d

IHe1—兩側(cè)TA變比不同產(chǎn)生的差流，取0.06Ie；

IHe2—由于通道變換及調(diào)整誤差產(chǎn)生的差流，取0.1Ie。

代入上式得：Idzo＝（0.24～0.32）Ie

通常取0.3Ie。

對于不完全縱差保護(hù)，尚需考慮發(fā)電機(jī)每相各分支電流的差異，應(yīng)適當(dāng)提高Idzo的整定值。

⑵

拐點(diǎn)電流Izdo/t

x9J(]"z!x.o/R'c

拐點(diǎn)電流Izdo的大小，決定保護(hù)開始產(chǎn)生制動(dòng)作用的電流的大小。由圖7－1可以看出：在初始動(dòng)作電流Idzo及動(dòng)作特性曲線的斜率Kz相同的情況下，Izdo越小，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作區(qū)越小，而制動(dòng)區(qū)增大；反之亦反。因此，拐點(diǎn)電流的大小，直接影響差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度。3r

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o._&W%l9g

在大型發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則中，建議Izdo?。?.8～1.0）Ie，其理由是：當(dāng)發(fā)電機(jī)的電流小于或等于額定電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不必具有制動(dòng)特性。

"x1K,h2C%W.E:\,I6l

運(yùn)行實(shí)踐表明：當(dāng)故障點(diǎn)距離發(fā)電機(jī)較遠(yuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)提供的短路電流可能小于或等于額定電流。但在遠(yuǎn)處故障或故障切除后的暫態(tài)過程中，由于差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA及回路的暫態(tài)特性差異，可能在差動(dòng)保護(hù)中短時(shí)出現(xiàn)較大的差流，致使差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。對于不完全差動(dòng)保護(hù)，由于兩側(cè)TA變比、型號的不同，由上述原因產(chǎn)生的不平衡電流將更大。

基于上述原因，建議減小拐點(diǎn)電流，整定為：Izdo＝（0.5～0.7）Ie。6g8z(k#B1j#i

K*R

國外生產(chǎn)的具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，其拐點(diǎn)電流通常等于零。

⑶

比率制動(dòng)系數(shù)Kz

發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)系數(shù)，決定于圖7－1中的夾角α。可以看出，當(dāng)拐點(diǎn)電流（即圖中B點(diǎn)的橫坐標(biāo)）確定后，夾角α決定于C點(diǎn)。而特性曲線上的C點(diǎn)近似決定于發(fā)電機(jī)外部故障時(shí)最大短路電流Ikmax與差動(dòng)回路中的最大不平衡電流Iubmax的比值。即

………………………（7－2）#`

y;N5]&M;E9b+a&z'b

差動(dòng)回路中的最大不平衡電流，除與差動(dòng)TA的10％誤差及調(diào)整誤差有關(guān)外，尚與差動(dòng)兩側(cè)TA暫態(tài)特性有關(guān)?？紤]到上述情況，外部故障時(shí)，為躲過差動(dòng)回路中的最大不平衡電流，C點(diǎn)的縱坐標(biāo)電流應(yīng)為：7C2n'O+r3I/{-L!A

…………………（7－3）

在式（7－3）中：

KH—可靠系數(shù)，取1.3～1.5；+s!N*]5Y3C5J)n:_

Kf—暫態(tài)特性系數(shù)，當(dāng)兩側(cè)TA變比、型號完全相同時(shí)，Kf≈0。而當(dāng)兩側(cè)TA變比、

Y&D,m8}9b%Z(H-y;`(\8`%x

型號不相同時(shí)，Kf可取0.05～0.1；

Idzmax—最大動(dòng)作電流。

將以上數(shù)據(jù)代入式（7－3）得：$W3E0\/k)C+F$e

Idzmax≈（0.26～0.45）Ikmax

將Idzmax代入式（7－2），可得：

Kz≈（0.26～0.45）

因此，對于發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)，Kz可取0.3；而對于不完全縱差保護(hù)，Kz可取0.3～0.4。

⑷

關(guān)于具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度3c5\$v"q&j&i){$T

以往，我們有一個(gè)不正確的概念，認(rèn)為提高差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度，可以通過降低其初始動(dòng)作電流或減小其比率制動(dòng)系數(shù)。實(shí)際上，拐點(diǎn)電流的大小對保護(hù)的動(dòng)作靈敏度也有影響。以下舉一實(shí)例加以說明。+W2T1x2M-K8e

某一發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)整定值如下：(L'i7\%I+J&p4k

初始動(dòng)作電流Idzo＝0.3Ie；拐點(diǎn)電流Izdo＝Ie；比率制動(dòng)系數(shù)Kz=0.3。

另一發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)整定值為：(S6c5f.b1Z:i/e2n.]-v

初始動(dòng)作電流Idzo＝0.1Ie；拐點(diǎn)電流Izdo＝0；比率制動(dòng)系數(shù)Kz=0.3。

其他條件（包括所在系統(tǒng)條件）完全相同。

試問：哪一臺發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度高？以下，用比較它們的動(dòng)作特性加以說明。

在同一坐標(biāo)系中，畫出上述兩套差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性如圖7－2所示。'f4W

c*m0v7Y8C(B

圖7－2

兩套差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性

在圖7－2中：-I%n$S#O1~8V

曲線（1）的初始動(dòng)作電流等于0.1Ie，拐點(diǎn)電流等于零；

曲線（2）的初始動(dòng)作電流等于0.3Ie，而拐點(diǎn)電流等于Ie。$c1_0L)e%d*C.@8@"i

比較二者可知，當(dāng)Izd＞0.7Ie之后，Idzo＝0.1Ie的保護(hù)的動(dòng)作靈敏度反而低于Idzo＝0.3Ie的保護(hù)的動(dòng)作靈敏度。

總之，對具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，僅用其初始動(dòng)作電流來說明其動(dòng)作靈敏度是不完全的。)T;P$`(S-J"I%a3D

2

標(biāo)積制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)

標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)的動(dòng)作方程為：4Q/n$L7L!r(Z:a)O.{"|

f)x

…………（7－4）

式（7－4）中：;P0d5H"u'B6Y

IS—機(jī)端差動(dòng)TA二次電流；

IN—中性點(diǎn)差動(dòng)TA二次電流；!`+p!}$[-x$|1n$x"S$o.K

?

φ—IS與IN之間的夾角。

實(shí)質(zhì)上，標(biāo)積制動(dòng)原理差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作量與比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)一樣。在區(qū)外故障時(shí)，標(biāo)積制動(dòng)與比率制動(dòng)的動(dòng)作特性完全相同。兩者不同的是區(qū)內(nèi)故障。在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)量反應(yīng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電流與機(jī)端電流之間相角差的余弦。當(dāng)兩者之間的相位大于90度時(shí)，制動(dòng)量變成負(fù)值。因此，在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度高。在正常運(yùn)行及區(qū)外故障時(shí)，為使保護(hù)不誤動(dòng)，標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性與圖7－1應(yīng)完全相同。

因此，對標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的整定，也是確定初始動(dòng)作電流Idzo、拐點(diǎn)電流Izdo及比率制動(dòng)系數(shù)Kz。上述各量的整定原則及取值與比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)相同。但Kz可適當(dāng)取大一些。*@,n(b3O'p&e,o'Z&E

綜上所述，對于完全縱差保護(hù)，建議：Idzo取0.3Ie；Izdo?。?.5～0.7）Ie；Kz取0.3～0.4。

二

發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)

目前，應(yīng)用較多的發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)，有單元件橫差保護(hù)和裂相橫差保護(hù)。

1

單元件橫差保護(hù)

該類保護(hù)適用于具有多分支的定子繞組及有兩個(gè)以上中性點(diǎn)引出端子的發(fā)電機(jī)。該保護(hù)能反應(yīng)定子繞組匝間短路、分支線棒開焊及機(jī)內(nèi)繞組相間短路。4l,b*Y3P7^8S1R+?6I

對單元件橫差保護(hù)的整定原則是：能可靠躲過外部故障或不正常運(yùn)行工況（例如發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行）時(shí)，流過發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的最大不平衡電流。8o.t$C4^4P

⑴

發(fā)電機(jī)不同中性點(diǎn)之間產(chǎn)生電流的原因

發(fā)電機(jī)不同中性點(diǎn)之間產(chǎn)生電流的原因可能有：

（I）定子繞組同相而不同分支繞組的參數(shù)不完全相同，致使兩端的電勢及支路電流有差異；（II）發(fā)電機(jī)定子氣隙磁場不完全均勻例如，轉(zhuǎn)子偏心時(shí)，在不同定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢不同；1m+Q8T:g

Y'X1C2P

（III）系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障或發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行時(shí)（例如失磁失步運(yùn)行）造成轉(zhuǎn)子偏心，在不同的定子繞組中產(chǎn)生不同電勢。6O(?)C:I)o.E

⑵

單元件橫差保護(hù)動(dòng)作電流的整定"p$N1P-B4T*R(L

單元件橫差保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按下式計(jì)算：8S7~7f,Y"f%P