(电气工程设计)电气主设备保护

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（建筑电气工程）电气主设

备保护

20XX年XX月

多年的企业咨询顾问经

电气主设备继电保护

华北电力大学

张举

目录

绪论大机组的特点及其保护配置

第一章发电机的继电保护

第一节发电机的故障和不正常运行状态及配置的保护方式

第二节发电机的纵联差动保护

第三节发电机的匝间短路保护

第四节发电机的定子绕组单相接地保护

第五节发电机的失磁保护

第六节发电机的后备保护

第二章电力变压器的继电保护

第一节电力变压器的故障、不正常运行状态及配置的保护方式

第二节变压器的差动保护

第三节变压器的励磁涌流分析

第四节变压器的接地保护

第三章母线的继电保护

第一节概述

第二节母线的电流差动保护

第三节电流比相式母线保护和母联相位差动保护

第四节微机型母线保护

第五节断路器失灵保护

绪论大机组的特点及其保护配置

一发电机单机容量增大，主变容量增加

发电机单机容量：100MW.200MW,300MW,600MW,800MW,1300MW

变压器容量：120MVA,240MVA,360MVA,720MVA

(一)设计方参数方面

1材料利用率高

的绝对值增加，但与容量的比值减小，产生以下影响。

(1)惯性时间常数咸小。

H为机组从加速到时所需的时间。

(2)发电机结构紧凑，热容量减小。

减小。一瓦.秒/；一损耗。

定子绕组：时，中小机组可运行2分钟。而600MW机组仅可运行30秒。

转子绕组：时，中小机组可运行30秒。而600MW机组仅可运行10秒。

(3)发电机承受负序电流的能力降低。

值减小。

中小机组：水轮机组；40汽轮机组30

大机组：汽轮机组4

2发电机参数方面

(1)增大，中小机组：1.7;600MW机组：2.5~2.7。

稳态短路电流值减小。影响发电机后备保护的灵敏度。

⑵增大，功率极限下降，稳定储备降低。

(3)增大，发电机的平均异步转矩下降，发电机异步运行的滑差增大，从系统吸收的无功

增加。

(4)增大，维持发电机额定电压所需的励磁电流增大。由于突然甩负荷引起的过电压、

过励磁严重。

(5)增大，中小机组：0.125~0.15;600MW机组：0.3~0.4。短路电流的周期分量

减小。主保护灵敏度降低。

(6)大机组的增大，减小，定子绕组时间常数增大，短路电流中的非周期分量衰减慢。

(二)结构工艺方面

1大机组的冷却方式复杂，大多数采用水一氢一氢方式。通风槽结构复杂，发生故障后修复

困难。

2大机组轴向长度与直径的比明显增大，运行时的振动加剧。匝间的绝缘磨损快，容易发生

匝间短路。

3大机组的并联分支多，尤其是水轮发电机。中性点引出方式复杂。水轮发电机多采用分布

中性点，汽轮发电机的中性点难于引出六个抽头，给匝间保护的实现带来困难。

(三)运行方面

1大机组的励磁系统复杂，可靠性较低。发生过电压，失磁故障的几率增加。

2采用自并励系统的发电机，应考虑故障后短路电流快速衰减的问题。

3发生异常运行的工况多，例如逆功率，低频、非全相、误上电等。

4采用发电机变压器组的接线方式，发电机变压器之间无断路器，机端故障和发电机失磁后

使厂用电电压严重下降。

各型机组额定电流

200600

667889

0.90.9

19.2421.38

二大机组保护的配置

加强主保护，适当简化后备保护。最大限度保证机组的安全可靠运行。

保护的类型可分为：主保汨、后备保护、异常运行保护、非电量保护。

保护方案：小机组：采用单主、单后备方式。

中等机组：双主、单后备方式。

大机组：双主、双后备方式。

保护的动作对象：

高压侧断路器、母联断路器、灭磁开关、厂用变压器低压侧断路器。

保护还需提供的出口：

关主汽门(水轮发电机关导水翼)、减励磁、切换厂用电、起动失灵。

保护的跳闸方式：

(1)全停：跳高压侧断路器、灭磁、跳厂变低压侧断路器、关主汽门、切换

厂用电。

⑵解列灭磁：跳高压侧断路器、灭磁、汽机甩负荷。

⑶解列；跳高压侧断路器、汽机甩负荷。

(4)程序跳闸：对汽轮发电机首先关主汽门，待逆功率后，逆功率保护动作，再

跳开发电机断路器并灭磁，对水轮发电机先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并

灭磁。

⑸减励磁：将发电机的励磁电流减小到给定值。

(6)切换厂用电：厂用电由工作电源切换到备用电源。

三60OMW机组的保护配置方案

(一)发电机保护

1主保护

(1)发电机纵联差动保护(比率制动、标积制动、突变量差动)

(2)发电机的定子绕组匝间短路保护

高灵敏度横差保护、裂相横差保护、纵向零序电压匝间保护、工频变化量方向匝间保护。

(3)100%定子绕组一点接地保护；

基波零序电压保护、三次谐波电压保护；

(4)转子绕组两点接地保护；

2后备保护

(1)定子绕组定、反时限过流过负荷保护

(2)转子绕组定、反时限负序过流过负荷保护

(3)复合电压闭锁的过电流保护(电流可带记忆)

(4)阻抗保护

3异常运行保护

(1)转子绕组一点接地保护

(2)失磁保护

(3)失步保护

(4)定、反时限过励磁保护

(5)过电压保护

(6)低频保护

(7)过频保护

(8)逆功率保护

(9)程序跳闸逆功率保护

(10)误上电保护

(11)断口闪络保护

(12)起、停机保护

(13)轴电流、轴电压保护

(二)变压器保护

1主保护

(1)发电机变压器组差动保护

(2)变压器差动保护

2后备保护

(1)主变高压侧复合电压过流保护

(2)主变高压侧零序电压、电流保护

零序电流保护、零序电压保护、间隙零序电流保护、间隙零序电压保护

(3)主变高压侧阻抗保护

(4)主变中压侧号合申.压过流保护

(5)主变中压侧零序电流保护

零序电流保护、零序电压保护、间隙零序电流保护、间隙零序电压保护

(6)主变低压侧零序电压、电流保护

(7)主变低压侧后备保护

(8)主变压器低压侧接地零序报警

(9)主变压器过负荷启动风冷

3非电量保护

(1)主变压器重瓦斯保护

(2)主变压器调压重瓦斯保护

(3)主变压器轻瓦斯保护

(4)主变压器调压轻瓦斯保护

(5)主变压器油温高保护

(6)主变压器冷却器故障

(7)主变压器压力释放保护

(8)变压器绕组温度高保护

第一章发电机的继电保护

第一节发电机的故障和不正常运行方式

发电机是电力系统中最为重要的电气设备。发电机的故障必将严重影响系统的安全运

行和对用户的可靠供电。因此应根据发电机可能发生的故障、不正常运行状态和发电机容量

大小配置相应的保护装置，发电机的故障类型主要有：

定子绕组：发电机定子绕组及引出线上的相间短路

发电机定子缘绢的而间短路

发电机定子绕组的单相接地

转子绕组：发电机转子绕组的两点接地

发电机的不正常运行状态：

外部对称短路引起的定子绕组过电流;

外部不对称短路引起的负序过电流;

发电机失磁、失步、低频,过频、逆功率、过励磁、过电压等

发电机的误上电、断口闪络

转子绕组的一点接地

发电机应配置的保护：

按机组的容量大小应配置主保护、后备保护、异常运行保护。

1容量在1MW以上的发电机应配置纵联差动保护作为发电机的主保护。

2对直接接于母线的发电机定子绕组发生的单相接地故障，当接地时产生的电容电流大于或

等于5A时，应装设动作于跳闸的零序电流保护。当接地电容电流小于5A时，应装设动作

于信号的接地保护。

对发电机变压器组，一般在发电机侧装设反映零序电压的接地保护，保护可作用于信号或跳

闸。当该系统的接地电容电流大于5A时，应装设消弧线圈进行补偿。发电机容量在100MW

及以上时，应装设保护范围为100席的定子接地保护。

3对于发电机定子绕组的匝间短路故障，根据发电机中性点的引出线情况，可分别装设单元

件式横差保护；负序功率方向闭锁的纵向零序电压型匝间短路保护，水轮发电机具有多分支

时可采用裂相横差保护。

4对发电机外部短路引起的过电流应配置后备保护。后备保护的方式有：

(1)对于容量小于1MW的发电机可采用简单的过电流保护。

容量大于仆仰的发电机可采用：

(2)复合电压起动的过电流保护。

(3)反映对称短路的两段式定时限过电流和反时限过电流保护。

⑷反映不对称短路的两段式定时限负序过电流和反时限负序过电流保护。

5对于水轮发电机或大容量的汽轮发电机，由于突然甩负荷引起过电压应装设过电压保护。

6对于发电机励磁消失的现象，应装设失磁保护。对于容量较小的水轮发电机可采用灭磁开

关联锁断开发电机断路器的方法实现失磁保护。对于容量较大的水轮发电机应装设专门的失

磁保护。容量在50MW及以上的汽轮发电机应装设专门的失磁保护。

7容量在300MW及以上的发电机应装设失步保护。

8对于转子绕组的一点接地应装设转子一点接地保护。保护动作于发信号。对转子绕组的两

点接地应装设转子两点接地保护。保护动作于跳闸。

9对于大容量的汽轮发电机应装设逆功率和程序跳闸逆功率保护。

10大容量发电机还应考虑配置低频保护、过频保护、起停机保护、误上电保护、断口闪络

佛悟。、

11发电机的非电量保护，如采用水冷却的发电机应配置断水保护。

第二节发电机的纵联差动保护

一纵联差动保护的基本原理

图17发电机纵联差动保护的单相原理接线图

正常运行、区外故障时，机端与中性点的电流是同相位的，且两者大小相等。所以流入继电

器的电流为零，保护不动作。

区内故障时，若发电机与系统并列运行，忽略各种误差，两侧电流反相位，继电器的电流为

两侧短路电流之和°若发电机单独运行，内部故障时继电器的电流为发电机本身提供的短路

电流。根据流入继电器的电流大小可判断正常、区外、内部故障。

二纵联差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方法

实际上，由于电流互感器存在励磁电流，在正常运行和外部故障时，继电器中的电流不为零，

这个电流称为不平衡电流，由互感器的等值电路可知:

图1-2电流互感器的等值电路及不平衡电流

所以：不平衡电流是由于两侧的电流互感器的励磁电流产生的。

当发生区外短路时，由于短路电流比正常运行电流大的多，故电流互感器会饱和，励磁电流

增大，不平衡电流也增大。

另外，当短路的暂态过程中，短路电流中含有衰减的非周期分量，电流互感器饱和更严重

所以不平衡电流更大。

考虑到两侧的电流互感器为同一变比，同样型号，而每个电流互感器的最大幅值误差为

10$,所以，不平衡电流的计算公式为：

式中：

一非周期分量影响系数。若差动保护采用具有速饱和特性的继电器时可选择为1一1.3。

一电流互感器的同型系数。取0.5。

一电流互感器的变比误差。取10%。

一区外短路的最大短路电流。

一电流互感器的变比。

减小不平衡电流方法

1对电磁型保护，采用具有速饱和特性的差动继电器，利用其速饱和特性可抑制短路电流中

的非周期分量，从而减小不平衡电流；

2采用差动保护专用电流互感器，减小互感器的变比误差；

3减小电流互感器的二次负载阻抗；

4增大电流互感器的变比，例如选择二次电流为1A的CT;

三纵差动保护的整定计算

（一）利用BCH-2差动继电器构成的普通纵差动保护

1按躲过外部短路的最大不平衡电流

式中：

一可靠系数。区1.3。

2按躲过电流互感器二次断线产生的不平衡电流

式中：

一发电机的额定电流。

（二）利用BCH-2差动继电器构成的高灵敏度纵差动保护

1按躲过外部短路的最大不平衡电流

2按电流互感器二次断线不误动

断线相不误动条件：

非断线相不误动条件：

所以：

取：

所以：

四发电机内部故障纵差动保护的灵敏度分析及发电机差动保护特点

（一）发电机差动保护内部故除灵敏度分析

内部经过渡电阻发生三相短路，短路点距发电机中性点的位置用表示。即短路匝数为发

电机一相绕组匝数的比例。

图1-3发电机定子绕组肉部经过渡电阻短路

01

图1-4短路电流与口解点位置而关系一次一

可见，在靠近发电4/申性点处发生经过渡电阻的故障时，纵差动保护可能拒动，拒动范

围祢为夕匕区。死区大小与差动保护动作电流有关。

(二)发电机纵差动保中的特点：

(1)发电机纵差动保护不能反应定子绕组单相接地故障；

(2)发电机纵差动保护不能反应定子绕组匝间故障

(3)发电机纵差动保护在内部经过渡电阻故障时，靠近中性点附近故障时有死区；

(4)当发生异地两点接地故障时，一点在纵差保护范围内，另一点在差动保护范围

外部，此时仅有一相差动保护动作。

五比率制动原理的发电机纵差动保护

(一)比率制动特性差动保护的特性和基本原理

图1-5比率制动特性的发电机差动保护

由上图可见，当时，流入差动线圈的电流为：

流入制动线圈的电流为：

正常运行或发生外部故障，，

内部故障时，一当发电机独立运行时，

内部故障时，，

保护的动作特性如图所示，横坐标为制动电流，纵坐标为差动电流，当制动电流小于

拐点电流时，继电器的动作电流为，当制动电流大于拐点电流时，继电器的动作电流为。

比率制动差动保护的动作判据为：

0

0

式中：

一为差动电流；

一为制动电流；

一为差动保护最小动作电流；

一为比率制动特性的拐点电流

一为比率制动特性的斜率；

(二)比率制动特性及差动保护的整定计算

根据以上分析，在正常运行时，由电流互感器存在幅值误差产生的不平衡电流为：

在外部短路时，由电流互感器存在幅值误差产生的不平衡电流为：

显然，外部短路产生的不平衡电流远大于正常运行产生的不平衡电流。当外部短路电流

为最大时，产生的不平衡电流也最大。其值为：

对于普通的差动保护，为防止外部短路时，由于不平衡电流造成保护误动，所以保护的

动作值必须大于外部短路产生的最大不平衡电流。

而对于比率制动特性的差动保护，保护的动作电流可按躲过正常运行产生的不平衡电

流整定，而当外部短路时，可依靠制动特性保证保护可靠不误动。

比率制动差动保护的整定计算主要是确定最小动作电流、制动特性的拐点电流、最大制

动系数三个参数。

(1)最小动作电流:

按躲过发电机在最大负荷电流下产生的不平衡整定。

当取：

时

即为发电机额定电流的10%。

(2)制动特性拐点电流；

为保证远处外部短路(此时短路电流接近发电机的额定电流)时差动保护不误动，拐点

电流应不大于发电机额定电流。可取：

(3)最大制动系数：

在机端(区外)发生三相短路时，流过差回路的不平衡电流最大，为保证此时保护不误

动应有：

式中：

—差动保护的最大动作电流；

一为机端三相短路的电流。

注意到，在外部短路时，制动电流即为：

所以有：

取：、

则：，即最大制动系数为0.15,即可保证外部短路保护不误动。必须指出，当制动特性

不通过坐标原点时，制动系数不是一个常数，而是变化的"而制动特性的斜率是常数°两者

是不一样的。不可把制动特性的斜率与制动系数两者相混淆。

(4)制动特性的斜率

按以上的分析:

对大型发电机，一般有：，因此，机端三相短路电流为发电机额定电流的5~6倍。所以,

比率制动特性的斜率可推算如下：

按考虑，则：

即制动特性曲线的斜率取0.1625,刚好满足上述要求。一般地，对发电机差动保护，取

制动特性曲线的斜率为0.2可满足要求。

六标积制动式纵差动保护

标积制动式差动保护与比率制动式差动保护具有完全类似的动作特性。不同之处在于制

动量。按上图中的正方向规定，标积制动式差动保护的动作条件为：

式中：

、一分别为发电机中性点侧和机端侧的二次电流；

一为两侧电流的相位差；

当发生区外故障时，两侧电流的相位差为：

制动量为最大，等于。而上式的左侧为不平衡电流，动作量很小，保护可靠不误动。

从该式可看出，在外部故障时，标积制动式差动保护与比率制动式差动保护相比较，具有更

高的可靠性。

在内部故障时，若不考虑发电机与系统电势的相位差，故障点对发电机和对系统的阻抗

角的差别，两侧电流反相位，.，这说明在内部故障时标积制动式差动保护的制动量变为动

作量，因此，内部故障的灵敏度更高。

当发电机单独运行时发生内部故障，此时有。标积制动式差动保护的制动量为零，更有

利于保护灵敏动作。而对于比率制动式差动保护，在发电机单独运行发生内部故障时，制动

量不为零。

比率制动特性与标积制动特性的比较:

比率制动特性的发电机差动保护的动作判据可表示为：

式中：一般在D.5范围内取值。

将上式展开为：

整理后得：

在上式两边都加上：一项，整理得：

所以，上式可变为：

即：

式中：

由该式可得出标积制动式保护得制动系数与比率制动式保护制动系数的关系。

所以，标积制动式差动保护与比率制动式差动保护在本质上是一样的。

七微机发电机差动保护的逻辑框图

差动速断跳闸

比率制动

差动跳闸

循环闭锁

比率制动

差动跳闸

告警

告警

图1-6微机型发电机差动保护逻辑框图

由图7—3的逻辑框图看出，微机发电机差动保护的功能包括三部分。

1差动速断部分；2比率制动部分；3电流互感器二次断线及差流越限识别部分。

差动速断部分主要是为了快速切除严重内部故障，其动作值一般取发电机额定电流的

3~12倍。差动速断部分不受CT二次断线的控制。

比率制动部分又分为两部分。一部分是单相差动动作后的跳闸部分，另一部分是任意两

相差动动作后的跳闸部分（即循环闭锁部分）。因为，发电机差动保护从原理上是不能反映

单相接地与匝间短路故障的，而只反映相间故障，故内部短路时，至少有两相差动满足条件。

但是，有一种情况只有一相差动元件动作，即当异地两点接地故障，其中一点在发电机

差动保护范围内部，另一点在发电机差动保护范围外部，此时要求发电机差动保护应可靠跳

闸。为此，设有单相差动动作的开放回路。开放的条件可选择为发电机定子一点接地保护的

瞬动接点作为开关量输入，当一相差动动作，同时收到定子一点接地动作的开入信号，即可

瞬时跳闸。如发电机差动保护引入机端三相电压，也可选择用负序电压开放一相差动动作的

跳闸回路。比率制动的跳闸部分是否受CT二次断线的控制，可由保护定值单中的控制字的

某位置1或清零来选择。

差流越限告警可检查差动保护的接线是否错误，当差电流越限制时发出告警信号。

此外，为了用户使用方便，保护屏上设有控制发电机差动保护投退的硬压板。以开入量

方式输入到微机保护中。对逻辑框图中的每一功能，在控制字中设有相应的位，可通过置1

或清零选择该项功能。

包括：CT二次断线判别功能投入/退出；

CT二次断线闭锁比率制动差动保护投入/退出

差流越限报警功能投入/退出；

差动速断功能投入/退出；

比率制动差动保护投入/退出。

第三节发电机的定子绕组匝间短路保护

一定子绕组匝间短路的形式

发电机定子绕组匝间短路形式有两种。即同相一分支的匝间短路；同相不同分支之间的匝间

X

图1-7定子绕组匝间短路的故障类型

二匝间短路的特点0

匝间短路是一个纵向不对称故障，因此必然产生正、负、零序分量。

<

亦绢的机端电压N

1发电机定子绕组常相后两人并联分支时，发生匝间短路时，在每一分支形成的中性点连线

上产生零序电流。

2发生匝间短路时，在机端专用电压互感器的开口三角绕组两端产生零序电压。

3发生匝间短路时，产生负序功率，其负序功率的方向为由发电机内部指向外部。当采用机

端电流计算负序电流，判断功率方向时，发电机内部发生不对称短路时，负序功率的方

向同样是由发电机内部指向外部。而发电机外部发生不对称故障时，负序功率为由外部指向

发电机内部。分析如下：

(1)发电机定子绕绢内部发生麻间短路

(2)发电机定子绕组内部发生横向不对称短路

⑶发电机定子绿外部法生横对称短路

(4)发电机定子绕外部发生纵向不对称短路

图1-9各种不对称故障时负序电压和负序电流向量图

由以上分析可见，当发生发电机内部的匝间短路和不对称故障/，负序电流落后负序电压的

角度为；而在发电机外部发生各种不对称故障，包括横向、纵向不对称故障，负序电流超前

负序电压的角度为。显然两种情况的负序功率方向不同。因此，可利用负序功率方向元件作

为匝间保护的闭锁元件。

三匝间短路保护的方案

(一)对定子绕组为双接线方式的汽轮发电机，可采用单元件式横差动保护。保护反应两中

性点连线上的环流。

对水轮发电机定子绕组每相的并联分支多于两个时，可采用将每相的分支分为两组，构成单

元件横差保护。也可分成多组，采用多套横差保护。

也可采用裂相横差动保护。具体保护方案如下：

(1)汽轮发电机定子绕组为两并联分支，中性点有六个引出端或四个引出端的情况。

出口

图170定子绕组为双Y接线的单元件横差保护逻辑图

图中，三次谐波滤过器滤除发电机的三次谐波，要求对基波的滤过比不小于10C。以

降低横差保护的定值自另外，当转子绕组发生两点接地时，转子部分绕组被短路造成发电机

气隙磁场畸变，使发电机定子绕组同相的两个分支的感应电势不等，横差保护会动作。为防

止转子绕组瞬间两点接地造成横差保护动作，故在转子绕组一点接地保护动作后，横差保护

经延时回路出口。

⑵水轮发电机定子绕组为两个分支以上的横差保护方案

对于图中的（一分支匝间短路）、（同相不同分支匝间短路）（不

同相两分支相间短路）、（一分支绕组开焊）等各种故障军能反映。因此，它是发电机

内部短路故障的主保护。

（二）对定子绕组为单接线方式的汽轮发电机，或定子绕组为双接线方式的发电机，但发

电机中性点只能引出三个端子，可采用反应纵向零序电压的匝间短路保护。

保护方案如下：

出口

图172负序功率方向闭锁的纵向零序电压匝间短路保护逻辑图

第四节发电机的定子绕组单相接地保护

一机定子绕组单相接地的特点

定子绕组单相接地是发电机较常见的故障之一。发电机在运行中由于机械振动造成定子

线棒的绝缘磨损，从而发生定子绕组与定子铁芯接触，形成单相接地故障。

单相接地的电路如下图：

外部设备的电容电流:

流过接地点的电容电流为：

可见，在发电机定子绕组内部发生金属性单相接地故障时，有以下特点：

1在发生单相接地故障时，在全系统将出现零序电压，其值与接地点的位置有关。接地

后产生的零序电压为。在机端电压互感器的升口三角绕组得到的零序电压为：

2单相接地故障时，流过故障点的是零序电容电流。其大小也与接地点位置有关。当机

端接地时，流过接地点的电容电流最大，为。其中，为发电机所在电压系统所有设备的每

相对地分布电容，为发电机的相电势。

3当发生发电机定子绕组内部单相接地时，流过机端零序电流互感器的电容电流为所有

外接设备的电容电流，其方向为由发电机流向母线；当发生外部单相接地时，流过机端零序

电流互感器的电容电流为发电机本身的电容电流，其方向为由外部流向发电机；

二基波零序电压原理的发电机定子绕组单相接地保护

保护反应发生单相接地故障的零序电压分量。对微机保护来说，主要是采取措施扩大它

的保护范围。为此，采取的措施是用高压侧零序电压闭锁和加强三次谐波的滤波效果。保护

的构成方案如图7—4所示。

跳闸或

发信

图174发电机定子绕组单相接地保护原理图

图中，为发电机中性点电压互感器的零序电压；为机端电压互感器的零序电压；为主变

高压侧电压互感器零序电压。在软件中，每一个零序电压分量是否投入使用，均由控制字选

择。当系统中有中性点PT时，可将与构成与门关系。这样可防止机端电压互感器一次侧发

生断线时造成的保护误动,在不具备中性点PT时，可退出此功能，机端零序电压和中性点

零序电压均可单独出口。为提高保护的灵敏度，采用高压侧零序电压闭锁。同时，对机端零

序电压和中性点零序电压量均经过零点滤波后采用全周傅立叶算法，使滤波效果大大提高。

在采样频率为600Hz的情况下，零点滤波器的差分方程如下：

该滤波器在处的滤波效果都十分明显。仿真结果表明，滤过比大于5000倍。经该滤波

器后再用全周傅立叶算法求出基波分量。零点滤波器和全周傅立叶算法级联后的频率响应特

性如图7—5所示。

0123456

图1一15零点滤波与全周傅氏算法的基波算法频率响应特性

二反映三次谐波的发电机定子绕组单相接地保护

1反应机端与中性点三次谐波电压比的保护

保护的动作判据为：

理论分析表明，发电机正常与系统并列运行时，无论发电机中性点是否接有消弧线圈，

总有机端三次谐波电压小于中性点的三次谐波电压，而当发电机定子绕组靠近中性点的

50*范围内发生金属性接地故障时，机端三次谐波电压大于于中性点的三次谐波电压，判

据满足。但在实际上，由于多种因素的影响，例如机端电压互感器饱和的影响、发电机所带

负荷的影响、升压变压器高压绕组三次谐波电势的影响等，造成正常运行时就是的关系。参

考文献5提供的发电机正常运行机端和中性点三次谐波电压的比值最大达到1.95倍。因此,

采用这种方案构成保护时，必须提高定值门槛。这就势比影响保护的灵敏度和保护范围。

2自调整式三次谐波电压保护

保护的动作判据为：

式中：一为自调整系数，它是一个复数。

一为三次谐波制动系数。

分析反映机端三次谐波与中性点三次谐波电压幅值比保护灵敏度不高的原因是由于制动

量太大所致。但这是因为受正常运行时三次谐波电压的限制。因为正常运行时三次谐波动作

量较大，为使保护不误动，必须提高制动量。因此，为提高保护的灵敏度，必须降低制动量，

当然也必须降低正常运行时的动作量。以保证正常运行时保护不误动。

自调整式三次谐波保护的判据中就是通过调整使：

，正常运行时动作量非常小。因而可将制动量减小。一般情况下，可取。

由于和的大小和相位随负荷的变化而变化,为始终保持正常运行时动作量近似为零，

在微机保护中采用实时跟琮和，因而，复系数也是自动跟踪的。在微机保护中的算法为：

式中：一为当前时刻；

一为跟踪计算的时间间隔，一般可取2~3个工频周期。

采用自调整式三次谐波保护的判据，当机端发生单相接地时，近似为零，而很大，动

作量增大，而制动量为，由于很小，故保护可靠动作。当中性点附近发生接地时，很大，而

近似为零，从而使动作量很大，而制动量却很小，保护仍可灵敏地动作。可见这种保护方案

单独用三次谐波分量即可实现发电机定子绕组的100席接地保护。

为进一步提高保护的灵敏度，采用了零点滤波级联傅氏算法的高性能数字滤波器。滤

除基波分量的零点滤波器的差分方程为：（采样频率为600HZ）。

零点滤波器与傅氏算法级联后的频率响应特性如图7—6所示。

0123456

图1一16零点滤波级联傅氏算法的三次谐波滤波器频率响应特性

3反应三次谐波突变量的定子接地保护

方案一是反应三次谐波幅值比的突变量均成的保护。判据为:

方案二是反应三次谐波向量比的突变量构成的保护。判据为：

三次谐波幅值比突变量的定子接地保护理论上可保护距发电机中性点50*的范围内

的接地故障，三次谐波向量比突变量的定子接地保护理论上可保护100舟发电机定子绕组。

第五节发电机的失磁保护

一失磁对电力系统和对发电机造成的危害

发电机在正常运行时，除了发出有功外，还承担着同系统发出感性无功的任务。例如

一台视在功率为353MK的汽轮发电机，功率因数为0.85,当它满载运行时，发出的有功

功率为300MW,发出的无功功率为186MVA。而无功功率是由发电机的励磁系统支持的。

由于某种原因，一旦发电机失去励磁，发电机将不能向系统提供无功。同时，如果失磁的发

电机还在系统中运行，它将进入异步发电机状态。此时，它要从系统中吸收感性无功。所以,

当一台大容量的发电机失滋后，首先是造成系统大量的无功缺少。

另外由于异步运行，发电机的转子机械转速大于同步转速，由于出现转差，定子绕组电

流增大，转子绕组产生感应电流，引起定、转子绕组的附加发热。分析表明，发电机失磁后

对电力系统及发电机本身都会造成程度不同的危害，归纳起来有以下几方面。

对电力系统的危害：

(1)发电机失磁造成系统中大量无功缺少，当系统中无功储备不足，将引起电压下降。

严重时引起电压崩溃，系统瓦解。

(2)一台发电机失磁造成电压下降，系统中的其他发电机在自动调节励磁装置作用下，

将增加其无功输出。从而使某些发电机、变压器、输电线路过电流，后备保护可能因过流动

作，扩大了故障范围。

(3)发电机失磁后，由于有功功率摆动及系统电压的降低，可能导致相邻正常运行的

发电机与系统之间失去同步，引起系统振荡。

对发电机本身的危害：

⑴发电机转子绕组出现的差频电流在转子绕组中产生额外损耗，引起转子绕组发热。

(2)异步运行后，发电机的等效电抗降低，由变为c因而从系统中吸收的无功增加，

使定子绕组过热。

(3)对大型直接冷却式汽轮发电机，平均异步转矩的最大值较小，惯性常数也相对降

低，转子在纵横轴方面明显不对称。由于这些原因，在重负荷下失磁发电机的转矩和有功将

发生剧烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重。

⑷发电机失磁后，定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁芯过热。

二失磁的基本物理过程和失磁保护的判据

如图1一17所示为一台发电机通过升压变压器、联络线与无穷大系统相连。

图1—17单机与无穷大系统连接系统图

设发电机的电势为，无穷大系统母线电压为，发电机的同步电抗为，变压器的阻抗为

输电线路的阻抗为。从发电机电势到无穷大母线之间的总阻抗为。

对汽轮发电机，输送到系统的有功和无功功率分别为：

对水轮发电机，输送到系统的有功和无功功率分别为：

发电机的转子运动方程为：

式中：一为惯性时间常数。

(秒)

一为发电机电势与无穷大母线电压之间的功角；

一为原动机的输入功率；

一为发电机的输出电功率。

根据以上关系式，分析发电机失磁后的电参数和功角的变化规律，可得出如下结论:

(1)发电机失磁，励磁电流衰减，下降，减小，功角不断增加。发电机从稳定运行逐

步过渡到异步运行。

(2)在之前，有功基本不变，后，有功略有下降并呈现摆动趋势。

(3)由于励磁电流衰寂，不断减小。时，，说明发电机由发出感性无功变为从系统吸收

感性无功。

(4)由于大量的无功缺少，造成系统电压降低。

(5)机端测量阻抗从第一象限逐步过渡到第四象限。

(6)励磁电压下降。

根据以上结论，目前构成发电机失磁保护的判据可分为主判据和辅助判据。

失磁保护的主判据为：

1静稳边界阻抗圆判据。当测量阻抗进入静稳边界圆内时，说明功角，发电机已失去稳

定。

2异步阻抗圆判据。当测量阻抗进入异步圆内时，说明功角，发电机已处于异步运行状

态。

3无功方向判据。当无功由正(发出感性无功)变负(吸收感性无功)时，说明发电机

失磁。

4系统三相电压降低。当高压母线电压低于80k85%额定电压或发电机机端电压低于

70旷75%额定电压时，低压元件动作。

5等励磁电压判据。等励磁电压判据按与发电机的空载励磁电压比较。

6变励磁电压判据。由于励磁电压的大小与发电机的有功有关，所以，励磁电压低的判

据也是随有功变化而改变的。

失磁保护的辅助判据为:

需要辅助判据的理由是为了防止非失磁情况下失磁保护误动。这些情况有：

(1)发电机出口或升压变压器高压侧发生短路故障。

(2)电力系统发生振荡。

(3)水轮发电机自同期并列。

(4)电压互感器二次断线。

(5)发电机通过升压变压器对高压长线路充电。

为防止在上述情况下失磁保护误动，增加闭锁判据。主要有以下几种判据。

1用延时躲过振荡的影响。

2用有无负序分量区别振荡与失磁。

3加入电压互感器二次断线判别功能。

4用开入量识别特殊运行方式。例如自同期并列操作和长线充电。

三微机型发电机失磁保护的构成方案

采用了五个主判据。分别是系统电压低、机端电压低判据；静稳边界阻抗圆或异步阻抗

圆判据；等励磁电压判据,变励磁电压判据。

1系统三相电压降低。由于失磁造成的电压降低是三相对称的。所以可取其中的一个相

间电压进行判断。取机端电压和高压母线电压。

2定子判据的阻抗特性圆。针对阻抗特性在软件中设有三项定值。圆心位置和，半径。

通过不同整定值，可实现三种动作特性。其特性分别如图1一伯中的(a)(b)(c)所示.

当时，可实现图1—18(a)和(c)的动作特性；当时，可实现图1—18(b)的动作特性。

(a)静稳边界圆(b)水轮发电机的静稳圆(c)异步阻抗圆

图1-18失磁保护的阻抗特性圆

3等励磁电压判据

(1)与有功无关的等励磁电压判据。在失磁情况下励磁电压下降为零或负值。而系统

振荡、发生短路时。励磁电压有较高的数值。因此，可判断励磁电压低于某值时为失磁故障。

一般取额定空载励磁电压的20%~80%。

(2)根据给定有功的等励磁电压判据。对于隐极机可得：

对应静稳极限，，系统电压标幺值为：。当取发电机空载额定电压时的励磁电压为基准值

时，对标幺值则有。所以有：

式中：一发电机有功功率标幺值。

4变励磁电压判据。

(1)汽轮发电机的变励磁电压判据。用有名值表示，变为：

式中：一发电机额定视在功率，单位：MVA;

一发电机有功功率的有名值，单位：MW。仍为标幺值。

将也改为有名值，则有：

式中：

系数为常数，在微机保护中可实时计算有功的值，由决定励磁电压低的动作值。隐极

机的变励磁电压元件的特性如图1-19所示。图中的斜线为静稳边界，阴影线下方为动作

区。

(2)水轮发电机的变励磁电压判据。按标幺值有：，取。令,得：

式中：一为水轮发电机的临界失步角。以上两式表示一台水轮发电机经与系统联系时,

处于静稳边界的关系。

对凸极发电机，研究失磁故障所关心的临界失步角的范围为。因为当，代入上式得。

在此范围内，的关系近似为直线特性，如图1-20所示。

动作区

动作区

0

图1—19隐极极变励磁电压元件图1—20凸极机的变励磁电压元件

的特性的特性

对应时的有功为最大凸极功率。

所以，凸极机的变网磁电压判据为：

变励磁电压判据在系统振荡时，如果振荡前发电机进相运行，静稳储备不高，则在振

荡过程中有可能进入变励磁电压判据的动作区。为防止此时变励磁电压判据误动，应增加一

四微机型发电机失磁保护逻辑框图

机端电压降低到定值，说明威到厂用电安全，对允许异步运行的发电机可异步运行一段时间

（2~15分钟），此时可切换厂用电并减出力。为防止短时电压降低，低压部分设有延时元

件T1和T2,一般整定为250MS。

阻抗元件可根据要求整定为不同的动作特性。它受电压互感器二次断线和系统故障判断

闭锁控制。系统故障由负序电流元件判断。针对三相故障用负序电流记忆和相电流元件判断。

因为在主变压器高压侧、发电机机端发生短路、PT二次断线时，按静稳边界整定的阻抗元

件会误动，所以应采取闭锁措施。阻抗元件还可经励磁电压低元件控制。是否经励磁低电压

元件控制可由软件中的控制字决定。等励磁电压、变励磁电压经或门3输入与门5。延时

T3为躲振荡延时，防止振荡时静稳阻抗圆误动而增设的时间元件。一般整定1.5秒。延时

T6是长延时元件。

等励磁电压元件受系统故障元件闭锁。同时为防止励磁电压回路断线造成的误判，设有

励磁电压低于8V的闭锁条件。为防止发电机在起动或停机过程中等励磁低电压元件误动

设有的闭锁条件。等励磁判据经延时「4,或门1与机端电压低判据发出切换厂用电命令。

与系统电压低判据发出跳闸命令。延时T4是防止干扰或异常工况造成的短时励磁电压降低

而设置的。一般取0.1~0.2秒。

变励磁电压元件也受系统故障元件闭锁。同时为防止励磁电压回路断线造成的误判，设

有励磁电压低于8V的闭锁条件。变励磁电压判据的定值是随有功P变化的。所以不需要的

闭锁条件。娈励磁电压判据经延时T5,或门1与机端电压低判据度出切换厂用申.命令。与

系统电压低判据发出跳闸命令。延时T5是防止系统振荡造成变励磁电压元件误动而设置的。

一般取0.3~0.4秒。

励磁电压低的判据受机端电压高判据的闭锁。主要是防止强行减磁时由于励磁调节器的

不可调负输出引起的误动。因为在外部短路或发电机突然甩负荷时，机端电压升高，励磁调

节器的正输出逐渐减小到零，端电压仍较高，于是调节器产生负输出，此时励磁电压会降低

甚至变负。而低励或失磁时，机端电压不会过高。如果没有这种负输出，该判据可取消。

五微机失磁保护的整定计算

整定计算的系统接线图如图1—22所示。

发电机变压器输电线路系统

图1—22发电机与系统的连接图

1低电压元件的定值

机端低电压元件：

高压侧低电压元件：

2阻抗元件的定值

首先将系统图中各个元件以标幺值表示的阻抗变为发电机额定电压值下的有名值，

式（7—47）~式（7—50）中：

一发电机直轴同步电抗标幺值；

一变压器短路电压的百分数；

一线路每公里正序电抗值（一次有名值）

一输电线路的长度（公里）；

一系统电抗的标幺值；

一发电机额定电流有名值；

一发电机的额定电压有名值；

一变压器的额定容量；

一系统母线的电压有名值;

一计算系统电抗标幺值的基准容量；

一为发电机直轴电抗有名值；

一为归算到发电机电压下的变压器电抗有名值；

一为归算到发电机电压下的线路电抗有名值；

一为归算到发电机电压下的系统电抗有名值；

（1）隐极机静稳边界阻抗圆整定

静稳边界圆的圆心坐标为：

式中：

一电流互感器的变匕；

一电压互感器的变比；

静稳圆的半径为：

（2）隐极机异步阻抗圆整定

圆心坐标为：。

半径为：

式（7—54）和式（7—55）中：

一为发电机暂态电抗的有名值；

（3）凸极机的静稳边界阻抗圆整定

当取时，为标准圆特性。当取时为苹果圆特性。

圆心为：

半径为：

式（7—56）和式（7—57）中：

一为发电机纵轴电抗的有名值;

(4)凸极机的异步阻抗圆整定

圆心为：

半径为：

3励磁低电压元件的整定

(1)等励磁电压判据的整定

式中：一为发电机空载励磁电压。

(2)变励磁电压元件

凸极功率的计算：

式中：

,为发电机至系统之间的综合直轴电抗有名值；

,为发电机至系统之间的综合交轴电抗有名值；

变励磁电压系数的计算：

式中：

一发电机的空载电势；

一发电机的额定电压；

根据对变励磁电压判据的分析，在系统振荡、异步运行等工况下，有功功率波动(励

磁电压也随之波动)有可能使变励磁电压判据()发生误动。为此在微机保护中，计算有功

P时采用在一段时间求有功功率的平均值的方法。

式中：

一为计算有功的时间间隔；

一为工频一周期的采样点数；

一为工频周期数。

例如，当取计算间隔秒时，则取10个工频周期有功功率的平均值作为有功的值。

4负序电流和负序电压元件的整定

(1)负序电流元件

按故障时有足够灵敏度整定，同时应躲过发电机正常运行允许的负序电流值。

式中：

一为发电机长期运行允许的负序电流标幺值。

(2)负序电压元件

按躲过正常运行的不平衡分量整定。

第二章电力变压器的继电保护

第一节电力变压器的故障、不正常运行及配置的保护方式

电力变压器是电力系统中应用十分广泛的电气元件。它的故障将对系统的稳定运行和供

电可靠性带来严重影响。同时大容量的电力变压器造价昂贵，一旦损坏将会造成巨大经济损

失。因此，必须根据变压器的容量及其重要程度装设相应的继电保护装置。

变压器的故障可以分为油箱内部和油箱外部的故障。油箱内部的故障包括变压器绕组的

相间短路、接地短路、匝间短路以及变压器铁芯的烧损。变压器油箱内部发生故障是十分危

险的，因为故障产生的电弧引起变压器绝缘油剧烈气化，从而可能引起变压器爆炸，所以必

须快速切除这些故障。变压器油箱外部的故障主要是套管和引出线上发生的相间及接地短

路。上述接地短路是指变玉器中性点接地一侧的绕组。

变压器的不正常运行状态主要是：由于变压器外部发生相间短路的过电流和接地侧外部

发生接地故障产生的零序过电流和过电压；由于电压升高频率降低使变压器铁芯中磁通密度

增加产生的过励磁；由于负荷超过额定容量引起的过负荷；由于变压器漏油造成的油面降低。

根据以上故障和不正常运行状态及变压器的容量大小、在系统中的重要程度，变压器应

配置的继电保护装置有：

1瓦斯保护。

这是一种非电量保护。其基本原理是依据变压器内部故障产生电弧，使变压器的绝缘油

分解气化，瓦斯继电器反映产生的气体或油流的速度而动作的保护。分为重瓦斯和轻瓦斯保

护。重瓦斯保护反映内部的严重故障，动作后跳开变压器各侧断路器，重瓦斯保护是变压器

油箱内部故障的主保护。轻瓦斯保护反映内部较轻微的故障，动作于发信号。

装设瓦斯保护的变压器的容量界限是：容量在800KVA及以上的油浸式变压器。

2纵联差动保护或电流速断保护

并列运行的变压器，容量在6300KVA及以上或单独运行的变压器容量在10000KVA及

以上时应装设纵联差动保护。纵联差动保护对变压器内部、套管及引出线上的各种故障均能

起到保护作用。它是变压器的主保护。在容量小于10000KVA的变压器上可装设电流速断

保护。

3对于由外部短路引起的变压器过电流，应配置后备保护。

后备保护的方式可采用：

(1)过电流保护，一般用于容量较小、电压等级较低的降压变压器上。

(2)复合电压起动的过电流保护。一般用于升压变压器或过电流保护灵敏度不满足要

求的降压变压器上。

(3)负序电流保护及单相式低压起动的过电流保护。一般用于大容量升压变压器或系

统中的联络变压器。

(4)阻抗保护。对于升压变压器或系统中的联络变压器，当采用(2)(3)的保护灵

敏度不满足要求时，可采用阻抗保护。

4对变压器的接地故障应根据中性点接地方式配置不同的保护。

中性点直接接地时应配置反映零序电流的接地保护;对中性点经过放电间隙接地的变

压器应配置间隙电流保护和零序电压保护;对中性点可能接地也可能不接地运行的变压器应

配置零序电流和零序电压保护。

5过负荷保护。

对400KVA以上的变压器，当多台并列运行，或单独运行并作为具他负荷的备用电源

时，应根据情况装设过负荷保护。过负荷保护装于一相上，动作后经延时发信号。

6过励磁保护。

高压侧为500KV及以上的变压器，对频率降低电压升高引起的变压器过励磁应配置

过励磁保护。

7变压器的其他非电量保护。

除上述的瓦斯保护外，变压器还配有其他非电量保护。包括：油温高保护、冷却器故

障保护、压力释放保护等。

第二节变压器的纵联差动保护

毫无疑问，差动保护是变压器的主要保护之一。变压器的差动保护在原理上与发电机的

差动保护完全一致。但是，由于变压器本身的特点，在构成差动保护时须考虑许多因素。主

要有以下几方面。

1变压器高、中、低三侧（或高、低两侧）的电流不等，因此，选用的电流互感器的变

比不同，因而，它们必然是不同型号的互感器，由于互感器幅值误差产生的不平衡电流比发

电机差动保护的不平衡电流增大。

2对于接线组的变压器，两侧同名相的电流有的相位差。由此产生的不平衡电流必须考

虑。

3有载调压的变压器在运行中改变分接头位置时产生的不平衡电流。

4变压器在空载合闸或区外故障切除电压重新恢复时会产生非常大的励磁涌流。

5变压器差动保护应能反映高、低压绕组的匝间短路。而在发生匝间短路时，短路的匝

数越少，短路环中的电流越大，但流入差动保护的电流越小。因此，变压器差动保护应具有

较高的灵敏度。

6变压器差动保护应能反映中性点直接接地侧的单相接地故障。当经过渡电阻接地时

故障电流较小，变压器差动保护的灵敏度下降。

7当变压器发生匝间短路时，变压器仍带有负荷，说明变压器发生内部故障时有流出电

流，当然会影响保护的灵敏度。

8发电机差动保护仅为两侧差动，而变压器差动保护除两侧或三侧差动的情况外，有可

能出现多于三侧的情况，甚至达到六侧差动的情况。

关于励磁涌流的问题将在下一节专门讨论。关于多侧差动的问题是在设计微机保护的硬

件和软件时应考虑的问题c本节主要讨论前面三个问题。同时，介绍变压器的比率式差动保

护的构成及原理、整定计算。

一微机变压器差动保护的接线和不平衡电流的补偿方法

对于常规变压器差动保护，当变压器的接线组为时，为消除由此在差动继电器中产生的

不平衡电流，应在构成差动保护的接线时，将变压器一次绕组接为星形一侧的三相CT的二

次连接为三角形,且应保证三角形之外引线上电流的相位超前于该相电流互感器二次电流相

位；而变压器一次绕绢接为三角形一侧的三相CT的二次连接为星形。由干彼种接线烦琐号

杂，因此，在微机保护中普遍采用了软件调整相位的方法。即无论变压器采用什么连接组，

都可将变压器各侧的三相CT按星形接线，然后将二次电流引入相应的电流变换器。如图7

—13所示。

LHA

相的电流变换器.为补偿变巨器两侧电流的相任差,加W护隹软件中采用的方法是，对

女压哭刍细为在块的一flill跳下才外碑•

式中：

、、分别为补偿后的A、B、C三相电流的采样值、、分别为A、B、C三相电流的采样值。

对变压器为连接的一侧则直接用其采样值计算。

在常规的变压器差动保护中，我们知道，产生不平衡电流的原因还有两侧电流互感器按标准

变比选择和平衡线圈计算匝数与整定匝数不等带来的影响，而在微机保护中这种影响完全可

以通过软件的方法进行补偿，从而使不平衡电流减到最小。

设某降压变压器的参数如下：

容量：

电压比：

接线方式：

(1)计算变压器各侧额定电流。

110KV侧：

35KV侧：

10KV侧：

(2)选择各侧电流互感器的变比：

11OKV侧：，选择：300/5

35KV侧：，选择：1000/5

10KV侧：，选择：2000/5

(3)计算各侧二次电流：

110KV侧：

35KV侧：

10KV侧:

(4)以高压侧为基准，求各侧电流平衡系数

设中压侧电流平衡系数为，低压侧电流平衡系数为。在本例中可得：

在软件计算时可根据各侧电流平衡系数进行补偿。假设在正常运行时该变压器满载运行，中

压侧的容量为20MVA,低压侧的容量为11.5MVA,则有高压侧电流为：165.3A,中压侧

电流为300A,低压侧电流为603.6A。高压侧二次电流为4.772A,中压侧二次电流为2.6A,

低压侧二次电流为1.51A。因此，差电流为：

由以上的例题可见，在微机变压器保护装置中，采用软件补偿的方法，可将正常运行时

的不平衡电流减少到非常小的值。

二比率制动特性的变压器差动保护

比率制动特性既能在外部短路时具有可靠的制动作用，又能保证在变压器内部短路时具有较

高的灵敏度，因此，变压器差动保护普遍采用比率制动特性。对于变压器差动保护来说，由

于空载合闸或区外故障切除端电压恢复时产生的励磁涌流的影响,需采取防止涌流误动的闭

锁措施。另外，在变压器过激磁时差动保护可能误动，需采取防止过激磁时误动的措施。由

于外部故障产生的不平衡电流比发电机差动保护的不平衡电流要大得多，为防止区外故障误

动，变压器差动保护的最小动作电流及制动特性部分的斜率与发电机差动保护相比要大。对

于变压器内部故障有流出电流的情况，为提高保护的灵敏度，可采用三折线制动特性。即动

作特性包含三段，当制动电流小于额定电流时，无制动作用。制动电流在之间时，制动特性

的斜率较低，当制动电流大于时，制动特性的斜率较高。如图2—2所示。

0

图2一2三折线比率制动特性

比率制动特性的变压器差动保护的动作方程和制动电流的选择。

两折线特性的动作方程：

0

0

其中：

一为差动电流；

一为制动电流；

一为差动保护最小动作电流；

一为比率制动特性的拐点电流

一为比率制动特性的斜率；

三折线特性的动作方程：

0

()

其中：

一为差动电流；

一为制动电流；

一为差动保护最小动作电流；

一为比率制动特性的第一拐点电流；

一为比率制动特性第一折线段的斜率；

一为比率制动特性第二折线段的斜率；

一为比率制动特性的第二拐点电流；

对于变压器差动保护，各恻电流的正方向均以指向变压器为正，在这一规定下，差动电流与

制动电流分别为：

双绕组变压器：

差动电流为：

制动电流为：

三绕组变压器：

差动电流为：

制动电流为：

三变压器差动保护的整定计算

1最小动作电流

按躲过变压器在正常运行条件下产生的不平衡电流整定。

式中：

一可靠系数，取1.5~2.0;

一同型系数，取1；

一电流互感器变比误差，取0.1；

一有载调压变压器的调压范围，取全部调压范围的一半；例如，某变压器的110KV侧为有

载调压侧，调压范围为，在计算时取。

一变压器高压侧的额定电流；

一高压侧电流互感器的变土；

注意到，上式中没有考虑平衡线圈计算匝数与整定匝数不相等产生的不平衡电流。这是因为

在微机变压器保护中，已由软件补偿了各侧二次电流不等的影响，所以，可不予考虑。

按上式计算，当时。

2制动特性拐点电流；

3最大制动系数：

在区外发生三相短路时，流过差回路的不平衡电流最大，为保证此时保护不误动应有：

式中：

一差动保护的最大动作电流；

一为变压器差动保护范围外部发生三相短路的最大短路电流；

按取最大侧短路电流为制动电流的原则，在外部短路时，制动电流即为：

所以有：

取：、、。

则：

4制动特性的斜率

按以上的分析：

设外部三相短路电流为变压器额定电流的10倍。所以，比率制动特性的斜率可推算如

下：

则：

即制动特性曲线的斜率取0.46,刚好满足上述要求。

在微机变压器保护装置的资料介绍中，一般建议的整定值为：

对于三折线的比率制动特性，在《电气主设备继电保护原理与应用》中，建议的整定值为：

其中，选择较低的值，主要是为提高内部故障有流出电流时差动保护的灵敏度。选择较高的

值，主要是为防止外部短路时保护误动。

四微机型变压器差动保护的逻辑

图2—3是微机变压器差动保护的逻辑图。其中包括三部分。一是差动速断部分。二是

比率制动部分。三是电流互感器二次断线判别和差流越限判别部分。差动速断部分不受二次

谐波和CT二次断线的控制，当差电流大于差动速断的定值时立即发出跳闸命令。比率制动

部分按比率制动特性判别差动保护是否动作。该部分同时受二次谐波制动和五次谐波制.动的

控制。其中，二次谐波部分是为防止变压器出现励磁涌流时误动，五次谐波部分是为防止变

压器过激磁时误动。在微机变压器保护中，一般二次谐波制动的整定值为0.15,即当二次

谐波分量大于等于基波分量的15%,则闭锁保护。为保证差动保护动作的可靠性，采用或

门制动方式，即三相差流中，任一相差流中的二次谐波大于等于基波分量的15%时，立即

闭锁比率制动部分的差动保护。五次谐波闭锁部分一般用于500KV变压器差动保护，整定

值选择为0.3~0.35。即五次谐波大于等于基波分量的30%—35%时，闭锁差动保护。

电流互感器二次断线是否闭锁比率制动特性的差动保护.用户可诵过定值单中的控制字

选择。差流越限判别可在正常运行时监视各相的差电流，如任一相差电流超过越限门槛值则

发出告警信号。差流越限的门槛值一般取差动保护最小动作电流的一半。本框图表示的是微

机变压器差动保护的一种方案。目前，已研制出的微机型变压器差动保护的方案还有另外两

种涌流闭锁方案。一是采用判别差电流中的间断角原理构成的涌流闭锁方案，另一种是判别

差电流的波形对称性构成的涌流闭锁方案。

A相差动速断-----

图2—3具*巳次谐波施碓压:*聆■卜辑图—差动速断出口

c相差动速曲第三节的励磁涌流分析

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众所周一上疫狂器的原边和平边是通过电磁耦合的。所以变压器在工作时一定有励

磁电流存在遂讲此电流织4电源侧存因此会在差动保护中产生不平衡电流，但是一

I----------1厂口1——-ra,___________

一般的大型区分慢4舞港演戚L作时，励磁电约为额星电流的:J%一说河以叫好评

不|A相二次谐波-----