變壓器保護(hù)的整定計(jì)算

整定計(jì)算現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)對(duì)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(guò)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，基本上是對(duì)的的。但也存在某些局限性，重要的局限性之處是：可操作性差、說(shuō)理性不強(qiáng)及靈活性差。本章，將重點(diǎn)敘述某些發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的整定計(jì)算根據(jù)、整定計(jì)算辦法以及如何靈活取值。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)現(xiàn)在，國(guó)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(lái)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)，另首先是標(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(guò)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(hào)、變比可完全相似，而后者兩側(cè)差動(dòng)TA的型號(hào)、變比不可能完全相似。完全縱差和不完全縱差的構(gòu)成框圖完全相似，均可采用品有比率制動(dòng)特性的保護(hù)裝置或含有標(biāo)積制動(dòng)特性的保護(hù)裝置，還能夠采用反映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)含有比率制動(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能夠看出：含有比率制動(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為含有比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的三要素。對(duì)該型差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)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(guò)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。在發(fā)電機(jī)額定工況下，在差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流的因素，重要有差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA的變比誤差、兩側(cè)通道回路的調(diào)節(jié)誤差。發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)普通采用10P級(jí)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的差別，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）。差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA二次電流分別通過(guò)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、通道回路的差別及調(diào)節(jié)誤差，也會(huì)在差動(dòng)回路中產(chǎn)生差流。該誤差普通稱為通道變換及調(diào)節(jié)誤差。按照有關(guān)規(guī)程規(guī)定，通道變換及調(diào)節(jié)的綜合誤差不應(yīng)不不大于5％Ie。由于差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)都有通道，因此，在額定工況下，由于通道變換及調(diào)節(jié)誤差在差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流最大為10％Ie。總而言之，初始動(dòng)作電流可按下式計(jì)算：………………（7－1）式（7－1）中：KH—可靠系數(shù)，取1.5～2；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)節(jié)誤差產(chǎn)生的差流，取0.1Ie。代入上式得：Idzo＝（0.24～0.32）Ie

普通取0.3Ie。對(duì)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別，應(yīng)適宜提高Idzo的整定值。⑵

拐點(diǎn)電流Izdo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能夠看出：在初始動(dòng)作電流Idzo及動(dòng)作特性曲線的斜率Kz相似的狀況下，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)作敏捷度。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取（0.8～1.0）Ie，其理由是：當(dāng)發(fā)電機(jī)的電流不大于或等于額定電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不必含有制動(dòng)特性。

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不大于或等于額定電流。但在遠(yuǎn)處故障或故障切除后的暫態(tài)過(guò)程中，由于差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA及回路的暫態(tài)特性差別，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(duì)于不完全差動(dòng)保護(hù)，由于兩側(cè)TA變比、型號(hào)的不同，由上述因素產(chǎn)生的不平衡電流將更大。基于上述因素，建議減小拐點(diǎn)電流，整定為：Izdo＝（0.5～0.7）Ie。國(guó)外生產(chǎn)的含有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，其拐點(diǎn)電流普通等于零。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。能夠看出，當(dāng)拐點(diǎn)電流（即圖中B點(diǎn)的橫坐標(biāo)）擬定后，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）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)節(jié)誤差有關(guān)外，尚與差動(dòng)兩側(cè)TA暫態(tài)特性有關(guān)?？紤]到上述狀況，外部故障時(shí)，為躲過(guò)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：…………………（7－3）在式（7－3）中：KH—可靠系數(shù)，取1.3～1.5；Kf—暫態(tài)特性系數(shù)，當(dāng)兩側(cè)TA變比、型號(hào)完全相似時(shí)，Kf≈0。而當(dāng)兩側(cè)TA變比、型號(hào)不相似時(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：Idzmax≈（0.26～0.45）Ikmax

將Idzmax代入式（7－2），可得：Kz≈（0.26～0.45）因此，對(duì)于發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)，Kz可取0.3；而對(duì)于不完全縱差保護(hù)，Kz可取0.3～0.4。⑷

有關(guān)含有比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作敏捷度以往，我們有一種不對(duì)的的概念，認(rèn)為提高差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作敏捷度，能夠通過(guò)減少其初始動(dòng)作電流或減小其比率制動(dòng)系數(shù)。事實(shí)上，拐點(diǎn)電流的大小對(duì)保護(hù)的動(dòng)作敏捷度也有影響。下列舉一實(shí)例加以闡明。某一發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)整定值以下：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：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。其它條件（涉及所在系統(tǒng)條件）完全相似。試問(wèn)：哪一臺(tái)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作敏捷度高？下列，用比較它們的動(dòng)作特性加以闡明。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。圖7－2

兩套差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性在圖7－2中：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。比較兩者可知，當(dāng)Izd＞0.7Ie之后，Idzo＝0.1Ie的保護(hù)的動(dòng)作敏捷度反而低于Idzo＝0.3Ie的保護(hù)的動(dòng)作敏捷度?？傊瑢?duì)含有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，僅用其初始動(dòng)作電流來(lái)闡明其動(dòng)作敏捷度是不完全的。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：…………（7－4）式（7－4）中：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；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)同樣。在區(qū)外故障時(shí)，標(biāo)積制動(dòng)與比率制動(dòng)的動(dòng)作特性完全相似。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)量反映發(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)兩者之間的相位不不大于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)作敏捷度高。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)完全相似。因此，對(duì)標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的整定，也是擬定初始動(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)相似。但Kz可適宜取大某些?？偠灾瑢?duì)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)現(xiàn)在，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)合用于含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)能反映定子繞組匝間短路、分支線棒開焊及機(jī)內(nèi)繞組相間短路。對(duì)單元件橫差保護(hù)的整定原則是：能可靠躲過(guò)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(guò)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的最大不平衡電流。⑴

發(fā)電機(jī)不同中性點(diǎn)之間產(chǎn)生電流的因素發(fā)電機(jī)不同中性點(diǎn)之間產(chǎn)生電流的因素可能有：（I）定子繞組同相而不同分支繞組的參數(shù)不完全相似，致使兩端的電勢(shì)及支路電流有差別；（II）發(fā)電機(jī)定子氣隙磁場(chǎng)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(shì)不同；（III）系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)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(shì)。⑵

單