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内容说明
定值整定计算
1、主变主保护
系统阻抗：（由电业局提供）
- \(X_{C大*}=0.1424\) \(X_{C小*}=0.234\) \(S_j=100MVA\) \(U_j=115KV\) \(U_j'=27.5KV\)
- \(X_{C大*}\) —— 大电流接地系统阻抗标幺值
- \(X_{C小*}\) —— 小电流接地系统阻抗标幺值
- \(S_j\) ——– 系统容量基准值
- \(U_j\) ——– 系统电压基准值
- \(U_j'\) —— 主变低压侧电压基准值
计算主变阻抗和额定电流：
- 主变参数： \(S_e=20000KVA\) \(U_e=110KV\) \(U_d\%=10.39\%\)
- \(I_e=\frac{20000}{\sqrt{3} \times 110}=104.97A\)
- \(S_e\) —— 变压器额定容量
- \(U_e\) —— 变压器额定电压
- \(I_e\) —— 变压器额定电流
- \(U_d\%\) —- 变压器短路电压百分比
- \(X_{T*}=\frac{U_d\%}{100} \times \frac{S_j}{S_e}=\frac{10.39}{100} \times \frac{100}{20}=0.5195\)
- \(X_{T*}\) —— 主变阻抗标幺值
● 短路计算：（短路点为27.5KV母线处，折至110KV侧）
- \(I_{d次*}^{(3)}\) —— 主变低压侧母线短路电流标幺值（折算到主变高压侧）
- \(I_{d次*}^{(3)}=\frac{1}{X_{C大*}+X_{T*}}=\frac{1}{0.1424+0.5195}=1.511\)
- \(I_{d次}^{(3)}=I_{d次*}^{(3)} \times \frac{S_j}{\sqrt{3} \times U_j}=1.511 \times \frac{100000}{\sqrt{3} \times 115}=758.59A\)
公式计算
- \(I_{d \hbar}^{(3)} = \frac{1}{X_{C \hbar *} + X_{T*}} = \frac{1}{0.234 + 0.5195} = 1.327\)
- \(I_{dj}^{(2)} = \frac{\sqrt{3}}{2} \times I_{d \hbar}^{(3)} \times \frac{S_j}{\sqrt{3} \times U_j} = \frac{\sqrt{3}}{2} \times 1.327 \times \frac{100000}{\sqrt{3} \times 115} = 576.96A\)
正文描述
- 变压器的差动保护是保护变压器内部、套管及引出线上的短路故障时的主保护，不需与其它保护配合，可无延时的切断内部短路，动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。
- 在牵引供电系统中，常用的主变主要有 Y/Δ-11 变压器；阻抗匹配型平衡变压器及 V/V 接单相变压器。为了保证动作的选择性，差动保护动作电流应躲开外部短路时的最大不平衡电流。变压器高低压侧电流的大小不等，不同形式接线的变压器对应相的相角也不全一致，因此要使正常运行或外部短路时的差动电流为零，就应使这两电流相等。这三种变压器的接线方式均有所不同，要实现流入保护的差动高低压侧电流相等，其差动保护的接线方式也有所不同，现分别对这三种情况作一介绍：
- Y/Δ-11 变压器差动保护接线及电流平衡关系见下图 1
接线图标识
- CT1 侧输入电流：\(\dot{I}_A\)、\(\dot{I}_B\)、\(\dot{I}_C\)
- CT1 侧绕组：W1、W1、W1
- CT2 侧绕组：W2、W2、W2
- 微机保护装置输入侧：\(\dot{I}_{AB}/nT1\)、\(\dot{I}_{BC}/nT1\)、\(\dot{I}_{CA}/nT1\)
- 微机保护装置输出侧：\(\dot{I}_{\alpha}/nT2\)、\(\dot{I}_{\beta}/nT2\)
- CT2 侧输入电流：\(\dot{I}_{\alpha}\)、\(\dot{I}_{\beta}\)
- 图注：
- nT1 —— CT1 变比
- nT2 —— CT2 变比
图注与平衡方程
- 图 1 Y/Δ-11 变压器差动保护接线
- 变压器两侧电流平衡关系（CT 二次侧）
\[
\begin{bmatrix} \dot{I}_A – \dot{I}_B \\ \dot{I}_B – \dot{I}_C \\ \dot{I}_C – \dot{I}_A \end{bmatrix} = \frac{1}{K} \frac{nT2}{nT1} \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \\ -1 & -1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \dot{I}_{\alpha} \\ \dot{I}_{\beta} \end{bmatrix}
\]
- K—— 变压器高、低压侧绕组匝数比，
- 若高压侧电压等级为 110kV，则 \(K = 4/\sqrt{3}\)
基本参数
- 若高压侧电压等级为 220kV，则 \(K=8/\sqrt{3}\)
电流计算公式
- AB 相差动电流 $I_{dz} = \left| \dot{I}_A – \dot{I}_B – \frac{nT2}{KnT1} \dot{I}_\alpha \right|$
- AB 相制动电流 $I_{zd} = \frac{1}{2} \left| \dot{I}_A – \dot{I}_B + \frac{nT2}{KnT1} \dot{I}_\alpha \right|$
系统接线与变比说明
- BC 相、CA 相差动电流、制动电流计算类似。
- 在 Y/△-11 系统中，主变低压侧电流 \(\dot{I}_\alpha\) 超前高压侧电流 \(\dot{I}_A\) 30 度，若在高压侧流互采用 △ 接线，在低压侧采用 Y 接线，则对应的二次侧电流就变为同相，但互感器用 △ 接后，对应的电流就是相应线圈的 \(\sqrt{3}\) 倍，因此必须将 △ 接流互的变比增加为原来的 \(\sqrt{3}\) 倍。即： n11/n12=\(\sqrt{3}\) nB。所以流入保护装置的 In=\(\sqrt{3}\)*I_e。
定值整定说明
- 差动速段整定值 ISD：一般按 7~10 倍的 In 整定
- 差动电流整定值 IDZ：一般按 0.5 倍的 In 整定
- 制动电流 I 段整定值 I1：一般按 1 倍的 In 整定
- 制动电流 I 段整定值 I2：一般按 3 倍的 In 整定
- 以上定值如整定二次侧则除以相应流互变比
- k1 一般整定为 0.3
- K2 一般整定为 0.5
比率差动保护动作特性图
- 纵轴：差动
- 横轴：制动
- 图中标识点/区域：\(I_{SD}\)、\(I_{DZ}\)、\(I_1\)、\(I_2\)、\(K_1\)、\(K_2\)、速断动作区、比率差动动作区、制动区。
- 图题：图 2 比率差动保护动作特性
比率差动保护判据
比率差动保护判据为：
- \(I_{cd} \ge I_{dz}\) （当 \(I_{zd} \le I_1\) ） (7)
- \(I_{cd} – K_1(I_{zd} – I_1) \ge I_{dz}\) （当 \(I_1 < I_{zd} \le I_2\) ） (8)
- \(I_{cd} – K_1(I_2 – I_1) + K_2 I_{zd} – K_2 I_2 \ge I_{dz}\) （当 \(I_{zd} > I_2\) ） (9)
式中：
- \(I_{cd}\)—差动电流，按式(5)计算；
符号说明
- \(I_{2s}\) — 制动电流，按式 (6) 计算；
- \(I_{dz}\) — 差动电流整定值；
- \(I_1\) — 制动电流 I 段整定值；
- \(I_2\) — 制动电流 II 段整定值；
- \(K_1\) — I 段比率制动系数；
- \(K_2\) — II 段比率制动系数。
二次谐波闭锁判据
- 为防止变压器空投时产生的励磁涌流影响，增加二次谐波闭锁判据：
$$
\begin{aligned}
I_{2a} &\ge K_2 I_{CDA} \\
I_{2b} &\ge K_2 I_{CDB} \\
I_{2c} &\ge K_2 I_{CDC}
\end{aligned} \quad\quad\quad\quad (10)
阻抗匹配变压器差动保护接线及电流平衡关系
- 接线图组成部分：
- 一次侧输入：\(\dot{I}_A, \dot{I}_B, \dot{I}_C\)
- 变压器接线：CT1，W1，W2，\(\Delta W\)，CT2
- 二次侧输出：\(\dot{I}_{AB}/n_{T1}, \dot{I}_{BC}/n_{T1}, \dot{I}_{CA}/n_{T1}\)
- 微机保护装置输入：\(\dot{I}_\alpha/n_{T2}, \dot{I}_\beta/n_{T2}\)
- 变比说明：
- \(n_{T1}\) — CT1 变比
- \(n_{T2}\) — CT2 变比
- 图 3 阻抗匹配平衡变压器差动保护接线
- 变压器两侧电流平衡关系（CT 二次侧），其电流平衡公式的推导见附页。
电流平衡公式
\begin{bmatrix}
\dot{I}_A – \dot{I}_B \\
\dot{I}_B – \dot{I}_C \\
\dot{I}_C – \dot{I}_A
\end{bmatrix}
= \frac{1}{K} \frac{n_{T2}}{n_{T1}}
1.366 & -0.366 \\
-0.366 & 1.366 \\
-1 & -1
\dot{I}_\alpha \\
\dot{I}_\beta
- 公式推导见附录 3
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