電力變壓器保護(hù)

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I電力變壓器保護(hù)摘 要電力變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備，他的故障給供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的后果，同時(shí)大容量變壓器也是非常貴重的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度裝設(shè)性能良好的、動(dòng)作可靠的保護(hù)元件。本文是筆者在閱讀了大量專業(yè)資料、咨詢了很多的專家和老師的前提下，按照指導(dǎo)老師所給的原始資料，通過系統(tǒng)的原理分析、精確的整定計(jì)算。做出的一套電力變壓器保護(hù)方案。本文語言簡(jiǎn)練、邏輯嚴(yán)密、內(nèi)容夯實(shí)?？勺鳛閺氖码姎夤こ碳夹g(shù)人員的參考資料。關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng)故障，變壓器，繼電保護(hù)，整定計(jì)算ⅡABSTRACTThe transformer is the essential equipment in the electrical power system． Its breakdown might bring the serious influence to the power supply reliability and the system safely operation．At the same time the large capacity power transformer is the extremely precious equipment． Therefore．We must install the reliable relay protection installment according to the transformer capacity rank and the important degree．The article is about the relay protection of the transformer.I had consulted many experts and teachers before I finished the article． At the same time the massive specialized materials was consulted by me．It is not diffcult to understand the logical organiztion of the article for readers． And the article will bring the usful help to the comrades who is working as a electrical engineer.Keywords Power System Fault Condition, Power Transformer, Relay Protection, Setting CalculationI目 錄摘 要………………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT………………………………………………………………………………Ⅱ1 緒論………………………………………………………………………………………………11.1 課題背景…………………………………………………………………………………………11.1.1 設(shè)計(jì)題目………………………………………………………………………………………11.1.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)原始資料……………………………………………………………………………11.1.3 待保護(hù)變壓器的在系統(tǒng)中的連接情況……………………………………………………11.1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………………………11.2 繼電保護(hù)的綜述 ……………………………………………………………………21.2.1 電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及引起的后果………………………………………21.2.2 繼電保護(hù)的任務(wù)……………………………………………………………………………21.2.3 繼電保護(hù)裝置的組成………………………………………………………………………31.2.4 繼電保護(hù)的基本要求……………………………………………………………………31．3 電力變壓器故障概況…………………………………………………………………………61．4 繼電保護(hù)發(fā)展………………………………………………………………………………71.4.1 計(jì)算機(jī)化……………………………………………………………………………………71．4．2 網(wǎng)絡(luò)化…………………………………………………………………………………………81.4.3 保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體…………………………………………………………91．4．4 智能化…………………………………………………………………………………………92 短路電流實(shí)用計(jì)算 ………………………………………………………………………………112.1 短路電流計(jì)算的規(guī)程和步驟 ………………………………………………………………112.1.1 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定…………………………………………………………………112.1.2 計(jì)算步驟 …………………………………………………………………………………122.2 三相短路電流的計(jì)算…………………………………………………………………………122.2.1 等值網(wǎng)絡(luò)的繪制…………………………………………………………………………122.2.2 化簡(jiǎn)等值網(wǎng)絡(luò)……………………………………………………………………………122.2.3 三相短路電流周期分量任意時(shí)刻值的計(jì)算……………………………………………132.2.4 三相短路電流的沖擊值…………………………………………………………………14II3 電力變壓器保護(hù)原理分析…………………………………………………………………153.1 瓦斯保護(hù)原理…………………………………………………………………………153.2 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)………………………………………………………………………163.2.1 構(gòu)成變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原則……………………………………………………163.2.2 不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法……………………………………………………163.3 電流速斷保護(hù)原理…………………………………………………………………………203.3.1 電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算………………………………………………………………203.3.2 躲過勵(lì)磁涌流……………………………………………………………………………213.3.3 靈敏度的校驗(yàn)……………………………………………………………………………213.4 過電流保護(hù)的原理……………………………………………………………………………213.4.1 過電流保護(hù)…………………………………………………………………………………213.4.2 復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)……………………………………………………………223.4.3 負(fù)序電流和單相式低壓過電流保護(hù)……………………………………………………243.5 零序過電流保護(hù)原理………………………………………………………………………243.5.1 中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)………………………………………………253.5.2 中性點(diǎn)可能接地或不接地變壓器的保護(hù)………………………………………………263.6 過負(fù)荷保護(hù)原理 ……………………………………………………………………………283.7 過勵(lì)磁保護(hù)原理……………………………………………………………………………293．8 微機(jī)保護(hù)原理 ……………………………………………………………………………………293.8.1 微機(jī)保護(hù)概況……………………………………………………………………………303.8.2 變壓器的微機(jī)保護(hù)配置…………………………………………………………………304 保護(hù)配置與整定計(jì)算…………………………………………………………………314.1 電力變壓器的保護(hù)配置…………………………………………………………………314．2 保護(hù)參數(shù)分析與方案確定………………………………………………………………………334.2.1 保護(hù)方案……………………………………………………………………334.2.2 保護(hù)設(shè)備配置選擇……………………………………………………………………344.3 接線配置圖…………………………………………………………………………………354.4 整定計(jì)算……………………………………………………………………………………364.4.1 帶時(shí)限的過電流保護(hù)整定計(jì)算…………………………………………………………364.4.2 電流速斷保護(hù)整定計(jì)算 ………………………………………………………………364.4.3 單相低壓側(cè)裝設(shè)低壓側(cè)接地保護(hù)………………………………………………………374.4.4 過負(fù)荷保護(hù)………………………………………………………………………………38III4.5 保護(hù)配置動(dòng)作實(shí)現(xiàn)……………………………………………………………………………38結(jié)論…………………………………………………………………………………………………39參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………40附錄 A：接線配置圖………………………………………………………………………………… 41致 謝……………………………………………………………………………………………4211 緒論1.1 課題背景1.1.1 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目為車間變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)。1.1.2 變壓器的基本原始資料10/0.4KV 車間配電變壓器，已知變壓器為 SL7-800 型，高壓側(cè) IN=40A，過負(fù)荷系數(shù)為 3。其各部分短路電流為： 、 、1340dMAXI??（ ） 2319dMAXI??（ ）、 、 、 。最小運(yùn)行350dMAXI?（ ） 13min290dI??（ ） 2min8（ ） 3min50（ ）方式下變壓器低壓側(cè)母線單相接地穩(wěn)態(tài)短路電流 為 5 540A。21.ik1.1.3 待保護(hù)變壓器的在系統(tǒng)中的連接情況圖 1.1 原始接線圖1.1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)① 認(rèn)真查閱資料確定保護(hù)方案。② 進(jìn)行整定計(jì)算選取所需要的元件和裝置③ 畫出相應(yīng)的保護(hù)接線配置圖。④ 畫出的保護(hù)總配置圖。⑤ 進(jìn)行校驗(yàn)改正、完成畢業(yè)論文。21.2 繼電保護(hù)的綜述1.2.1 電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及引起的后果電力系統(tǒng)又發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸配電線路及用電設(shè)備組成。電力系統(tǒng)中，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是相與相或相與地之間的非正常連接，及短路。其中以單相接地短路最為常見，而三相短路是比較少見的。與其他電氣元件比較，輸出線路所處的條件決定了它是電力系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的一環(huán)。在輸電線路上，還可能發(fā)生斷線及幾種故障同時(shí)發(fā)生的復(fù)合故障。短路總要伴隨產(chǎn)生很大的短路電流，同時(shí)使系統(tǒng)中電壓大大降低。短路點(diǎn)的短路電流及短路電流的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)會(huì)直接損壞電氣設(shè)備。電壓下降影響用戶的正常工作，影響產(chǎn)品質(zhì)量。短路更嚴(yán)重的后果，是因?yàn)殡妷合陆悼赡軐?dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)電廠之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性遭受破壞，引起系統(tǒng)振蕩，直至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。最常見的異常運(yùn)行狀態(tài)是電氣元件的電流超過其額定值，即過負(fù)荷狀態(tài)。長(zhǎng)時(shí)間的過負(fù)荷使電氣元件的載流部分和絕緣材料的溫度過高，從而加速設(shè)備絕緣老化，或者損壞設(shè)備，甚至發(fā)展成事故。此外，由于電流系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額而引起的頻率降低，水輪發(fā)電機(jī)組突然甩負(fù)荷引起的過電壓以及電力系統(tǒng)振蕩，都屬于異常運(yùn)行狀態(tài)。故障和異常運(yùn)行狀態(tài)都可能發(fā)展成系統(tǒng)的事故。所謂事故，是指整個(gè)系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，以至造成對(duì)用戶少送電、停止送電或電能質(zhì)量降低到不能容許的地步，甚至造成設(shè)備損壞和人員傷亡。電力系統(tǒng)各元件之間是通過電或磁的聯(lián)系，任一元件發(fā)生故障時(shí)，都可能立即在不同程度上影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，切除故障元件的時(shí)間常常要求短到十分之幾秒甚至百分只幾秒。顯然，在這樣段的時(shí)間內(nèi)，有運(yùn)行人員來發(fā)現(xiàn)故障元件并將它切除是不可能的。要完成任務(wù)，必須在沒一個(gè)元件上裝設(shè)具有保護(hù)作用的自動(dòng)裝置。1.2.2 繼電保護(hù)的任務(wù)繼電保護(hù)是一種重要的反事故措施，它的基本任務(wù)是：① 當(dāng)電力系統(tǒng)的被保護(hù)元件發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)該能自動(dòng)、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，以保證無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，并使故障元件免于繼續(xù)遭受損壞。② 當(dāng)電力系統(tǒng)被保護(hù)元件出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)能及時(shí)反應(yīng)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件，而動(dòng)作于非發(fā)出信號(hào)，減負(fù)荷或跳閘。此時(shí)一般不要求保護(hù)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免不必要的動(dòng)作和由于干擾而引起的誤動(dòng)作。31.2.3 繼電保護(hù)裝置的組成繼電保護(hù)裝置一般情況下，都是由三部分組成的，即測(cè)量部分、邏輯部分、和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖 1.2 所示。輸入信號(hào) 輸出信整定值圖 1.2 繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖① 測(cè)量部分測(cè)量部分是測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)電氣量，并與給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，給出“是” 、 “非” ；“大于” 、 “不大于” ；等于“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。② 邏輯部分邏輯部分是根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，然后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。繼電保護(hù)中常用的邏輯回路有“或” 、 “與” 、 “否” 、 “延時(shí)起動(dòng)” 、以及“記憶”等回路。③ 執(zhí)行部分執(zhí)行部分是根據(jù)邏輯部分送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所負(fù)擔(dān)的任務(wù)。如故障時(shí)，動(dòng)作與跳閘，異常運(yùn)行時(shí)，發(fā)出信號(hào)；正常運(yùn)行時(shí)，不動(dòng)作等。1.2.4 繼電保護(hù)的基本要求電力系統(tǒng)各電氣元件之間通常用斷路器相互連接，每臺(tái)斷路器都有相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，可以向斷路器發(fā)出跳閘脈沖。繼電保護(hù)裝置是以各電氣元件或線路作為被保護(hù)對(duì)象的，其切除故障的范圍是斷路器之間的區(qū)段。對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本性能要求是有選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性?；疽笾g，有的相輔相成，有的是互相制約，需要針對(duì)不同的使用條件，分別進(jìn)行協(xié)調(diào)。① 選擇性作用于跳閘的保護(hù)裝置的選擇性是指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證電力系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。如圖 1.3 所示的網(wǎng)絡(luò)中，測(cè)量部分 邏輯部分 執(zhí)行部分4圖 1.3 線路保護(hù)圖 當(dāng)線路 L4 上 K2 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，保護(hù) 6 動(dòng)作跳開短路器 QF6 將 L4 切除，繼電保護(hù)的這種動(dòng)作使有選擇性的。K2 點(diǎn)故障，若保護(hù) 5 動(dòng)作于將 QF5 斷開，則變電所C 和 D 都將停電，繼電保護(hù)的這種動(dòng)作是無選擇性的。同樣 K1 點(diǎn)故障時(shí)，保護(hù) 1和保護(hù) 2 動(dòng)作于斷開 QF1 和 QF2，將故障線路 L1 切除，才是有選擇性的。如果 K2 點(diǎn)故障，而保護(hù) 6 或斷路器 QF6 拒絕動(dòng)作，保護(hù) 5 動(dòng)作于斷開QF5，將故障切除，這種情況雖然是越級(jí)跳閘，但卻是盡量縮小了停電范圍，限制了故障的發(fā)展，因而也認(rèn)為是有選擇性動(dòng)作。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路發(fā)生的短路故障大多數(shù)是瞬時(shí)性的，線路上的電壓消失后，短路會(huì)自行消除。因此，在某些條件下，為了加速切除短路，允許采用無選擇性的保護(hù)，但必須采取相應(yīng)措施，例如采用自動(dòng)重合閘或備用電源自動(dòng)投入裝置予以補(bǔ)償。為了保證選擇性，對(duì)相鄰元件有后備用的保護(hù)裝置，其靈敏性與動(dòng)作時(shí)間必須與相鄰元件的保護(hù)相配合。② 速動(dòng)性快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低情況下的工作時(shí)間，限制故障元件的損壞程度，縮小故障的影響范圍以及提高自動(dòng)重合閘裝置和備用電源自動(dòng)投入裝置的動(dòng)作成功率等。因此，在發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作切除故障。動(dòng)作迅速而同時(shí)又能滿足選擇性要求的保護(hù)裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，價(jià)格比較貴。因此，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，對(duì)保護(hù)的速動(dòng)性提出合理的要求。一般情況下，電力系統(tǒng)允許保護(hù)裝置帶一定的延時(shí)切除故障。故障切除時(shí)間 t 等于保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間與斷路器的動(dòng)作時(shí)間之和。目前世界上正式投入運(yùn)行的保護(hù)，動(dòng)作速度最快的為 0.02S，斷路器的動(dòng)作時(shí)間最快為 0.05S～0.06S。因此，最快切除故障時(shí)間為 0.07～0.08S。上述對(duì)作用于跳閘的保護(hù)裝置的基本要求，一般也適用于反映異常運(yùn)行狀態(tài)的保護(hù)裝置。只是對(duì)作用于信號(hào)的保護(hù)裝置不要求快速動(dòng)作，而是按照選擇性5要求延時(shí)發(fā)出信號(hào)。③ 靈敏性保護(hù)裝置的靈敏性是指保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障或異常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)該是在規(guī)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置、短路形式以及系統(tǒng)運(yùn)行方式如何，都能靈敏反應(yīng)。保護(hù)裝置的靈敏系數(shù) Ksen來衡量，對(duì)于反應(yīng)故障時(shí)參數(shù)增大而動(dòng)作的保護(hù)裝置，其靈敏系數(shù)是式（1.1）?保 護(hù) 區(qū) 末 端 金 屬 性 短 路 時(shí) 故 障 參 數(shù) 的 最 小 計(jì) 算 值靈 敏 系 數(shù) 保 護(hù) 裝 置 的 動(dòng) 作 參 數(shù)對(duì)于反應(yīng)故障時(shí)參數(shù)降低而動(dòng)作的保護(hù)裝置，其靈敏系數(shù)是式（1.2）?保 護(hù) 裝 置 的 動(dòng) 作 參 數(shù)靈 敏 系 數(shù) 保 護(hù) 區(qū) 末 端 金 屬 性 短 路 時(shí) 故 障 參 數(shù) 的 最 大 計(jì) 算 值實(shí)際上，短路大多情況是非金屬性的，而且故障參數(shù)在計(jì)算時(shí)會(huì)有一定的誤差，必須要求 Ksen符合部頒《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定， 《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》對(duì)各類短路保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)最小值都作了具體要求。④ 可靠性保護(hù)裝置的可靠性是指在規(guī)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，它不應(yīng)該拒絕動(dòng)作，而在正常運(yùn)行或保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，則不應(yīng)該誤動(dòng)作?？煽啃灾饕Ｗo(hù)裝置本身的質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)水平。不可靠的保護(hù)本身就成了事故的根源。因此，可靠性是對(duì)繼電保護(hù)裝置的最基本的要求。為保證可靠性，一般來說，宜選用盡可能簡(jiǎn)單的保護(hù)方式；應(yīng)采用由可靠的元件和簡(jiǎn)單的接線構(gòu)成的性能良好的保護(hù)裝置，并應(yīng)采取必要的檢測(cè)、閉鎖和雙重化等措施。此外，使保護(hù)裝置便于整定、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，對(duì)于保證可靠性也具有重要的作用。上述基本要求是互相聯(lián)系而又互相矛盾的。例如，對(duì)某些保護(hù)裝置來說，選擇性和速動(dòng)性不可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)，要保證選擇性，必須使之具有一定的動(dòng)作時(shí)間?？梢赃@樣說，繼電保護(hù)這門技術(shù)，是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，在不斷解決保護(hù)裝置應(yīng)用中出現(xiàn)的基本要求是分析研究各種繼電保護(hù)裝置的基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)中，當(dāng)確定繼電保護(hù)裝置的配置和構(gòu)成方案時(shí)，還應(yīng)該適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性。應(yīng)綜合考慮被保護(hù)元件與電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行特點(diǎn)以及事故出現(xiàn)的概率和可能造成的后果等因數(shù)，依此確定保護(hù)方式，而不能只從保護(hù)裝置本身的投資來考慮。因保護(hù)不完善或不可靠而給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的損失，一般會(huì)大大超過即使是最復(fù)雜的保護(hù)裝置的投資。6實(shí)踐證明，繼電保護(hù)裝置或斷路器有拒絕動(dòng)作的可能性，因而需要考慮后備保護(hù)。實(shí)際上，每一電氣元件一般都有兩種繼電保護(hù)裝置，主保護(hù)和后備保護(hù)。必要時(shí)還另外增設(shè)輔助保護(hù)。反應(yīng)整個(gè)被保護(hù)元件上的故障并能以最短的延時(shí)有選擇性地切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)。主保護(hù)或其斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，用來切除故障的保護(hù)稱為后備保護(hù)。后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù)兩種：主保護(hù)拒絕動(dòng)作時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)，稱為近后備；當(dāng)主保護(hù)或其斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，由相鄰元件或線路的保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)，稱為遠(yuǎn)后備保護(hù)。1.3 電力變壓器故障概況電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設(shè)備，他的故障給供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的后果，同時(shí)大容量變壓器也是非常貴重的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度裝設(shè)性能良好的、動(dòng)作可靠的保護(hù)元件。電力變壓器的故障分為內(nèi)部和外部?jī)煞N故障。內(nèi)部故障指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要靠瓦斯和差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除變壓器；外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，一般情況下由差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除變壓器。速動(dòng)保護(hù)（瓦斯和差動(dòng)）無延時(shí)動(dòng)作切除故障變壓器，設(shè)備是否損壞主要取決于變壓器的動(dòng)穩(wěn)定性。而在變壓器各側(cè)母線及其相連間隔的引出設(shè)備故障時(shí)，若故障設(shè)備未配保護(hù)（如低壓側(cè)母線保護(hù)）或保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，則只能靠變壓器后備保護(hù)動(dòng)作跳開相應(yīng)開關(guān)使變壓器脫離故障。因后備保護(hù)帶延時(shí)動(dòng)作，所以變壓器必然要承受一定時(shí)間段內(nèi)的區(qū)外故障造成的過電流，在此時(shí)間段內(nèi)變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。因此，變壓器后備保護(hù)的定值整定與變壓器自身的熱穩(wěn)定要求之間存在著必然的聯(lián)系。 變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：變壓器外部短路引起短路的過電流，負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過額定容量引起的過負(fù)荷，風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等，這些不正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過熱。此外，對(duì)于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形接線變壓器，外部接地短路時(shí)有可能造成變壓器中性點(diǎn)過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行工況下會(huì)使變壓器過電勵(lì)磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件的過熱。變壓器處于不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)該根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號(hào)，使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。71.4 繼電保護(hù)的發(fā)展繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、 控制、 測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。1.4.1 計(jì)算機(jī)化 隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了 3 個(gè)發(fā)展階段：從 8 位單 CPU 結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，不到 5 年時(shí)間就發(fā)展到多 CPU 結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從8 位 CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的 32 位微機(jī)保護(hù)。南京電力自動(dòng)化研究院一開始就研制了 16 位 CPU 為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)，已得到大面積推廣，目前也在研究 32 位保護(hù)硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機(jī)主設(shè)備保護(hù)的硬件也經(jīng)過了多次改進(jìn)和提高。天津大學(xué)一開始即研制以 16 位多CPU 為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)，1988 年即開始研究以 32 位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的保護(hù)、控制、測(cè)量一體化微機(jī)裝置，目前已與珠海晉電自動(dòng)化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全的 32 位大模塊，一個(gè)模塊就是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)。采用32 位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因?yàn)榫仁?A/D 轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過16 位時(shí)在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是 32 位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計(jì)算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。CPU 的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是 32 位的，具有存儲(chǔ)器管理功能、存儲(chǔ)器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存(Cache)和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成在 CPU 內(nèi)。電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺(tái) PC 機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的。現(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容量大大超過了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作成的繼電保護(hù)裝置。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)有：①具有 486PC 機(jī)的全部功能，能滿足對(duì)當(dāng)前和未來微機(jī)保護(hù)的各種功能要求。②尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機(jī)保護(hù)裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強(qiáng)，可運(yùn)行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。③采用 STD 總線或 PC 總線，硬件模塊化，對(duì)于不同的保護(hù)可任意選用不8同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。但對(duì)如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深入的研究。1.4.2 網(wǎng)絡(luò)化 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。到目前為止，除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量。繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段。國(guó)外早已提出過系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時(shí)主要指安全自動(dòng)裝置。因繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn)確。對(duì)自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過很長(zhǎng)的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。對(duì)于某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護(hù)的可靠性。天津大學(xué) 1993年針對(duì)未來三峽水電站 500kV 超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護(hù)的原理，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)分散成若干個(gè)(與被保護(hù)母線的回路數(shù)相同)母線保護(hù)單元，分散裝設(shè)在各回路保護(hù)屏上，各保護(hù)單元用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個(gè)保護(hù)單元只輸入本回路的電流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回路的保護(hù)單元，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上獲得的其它所有回路的電流量，進(jìn)行母線差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時(shí)，各保護(hù)單元都計(jì)算為外部故障均不動(dòng)作。這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的分布式母線保護(hù)原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)原理有較高的可靠性。因?yàn)槿绻粋€(gè)保護(hù)單元受到干擾或計(jì)算錯(cuò)誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯(cuò)誤地跳開本回路，不會(huì)造成使母線整個(gè)被切除的惡性事故，這對(duì)于象三峽電站具有超高9壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。由上述可知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。1.4.3 保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化 在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無故障正常運(yùn)行情況下還可完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。目前，為了測(cè)量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾。現(xiàn)在光電流互感器(OTA) 和光電壓互感器(OTV) 已在研究試驗(yàn)階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用 OTA 和 OTV 的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距 OTA 和 OTV 最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近。OTA 和 OTV 的光信號(hào)輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，一方面用作保護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測(cè)量量，通過網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對(duì)被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992 年天津大學(xué)提出了保護(hù)、控制、測(cè)量、通信一體化問題，并研制了以 TMS320C25 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的一個(gè)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。1.4.4 智能化 近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。天津大學(xué)從 1996 年起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護(hù)的研究，10已取得初步成果。可以預(yù)見，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。112 短路電流實(shí)用計(jì)算在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中我們必須知道在發(fā)生故障時(shí)的短路電流情況，因此我們必須求取各點(diǎn)短路電流。在短路的實(shí)際計(jì)算中，為簡(jiǎn)化計(jì)算工作，采取以下一些簡(jiǎn)化方法來幫助我們進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)：① 短路過程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，并認(rèn)為所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)都同相位。對(duì)短路點(diǎn)而言，計(jì)算所得的電流數(shù)值稍稍偏大，這對(duì)于保護(hù)的整定是有利的。② 負(fù)荷只作近似計(jì)算，視具體情況而定。③ 不計(jì)磁路飽和，系統(tǒng)各元件參數(shù)都是恒定的。④ 對(duì)稱三相系統(tǒng)。⑤ 忽略高壓輸電線的電阻和電容，忽略變壓器的電阻和勵(lì)磁電流，忽略電纜線的電阻，即各元件均用純電抗表示。⑥ 金屬性短路。⑦ 兩相不對(duì)稱短路時(shí)短路電流可按 計(jì)算。(2)(3)/kkII?2.1 短路電流計(jì)算的規(guī)定和步驟2.1.1 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定① 計(jì)算的基本情況1）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)荷下運(yùn)行。2）所有同步電機(jī)都具有自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置（包括強(qiáng)行勵(lì)磁裝置） 。3）短路發(fā)生在電流為最大值的瞬間。4）所有電源的電動(dòng)勢(shì)相位角相同。5）應(yīng)考慮對(duì)短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點(diǎn)的電弧電阻。② 接線方式計(jì)算短路電流所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運(yùn)行方式） ，而不能僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。③ 計(jì)算容量應(yīng)按工程設(shè)計(jì)的規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃，一般取工程建成后的 5~10 年。④ 短路種類一般按三相短路計(jì)算。若發(fā)電機(jī)出口的兩相短路，或中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)及12自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路情況嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按嚴(yán)重情況進(jìn)行校驗(yàn)。⑤ 短路計(jì)算點(diǎn)在正常接線方式時(shí)，通過設(shè)備的短路電流為最大的地點(diǎn)，稱為短路計(jì)算點(diǎn)。⑥ 短路計(jì)算的一般方法在工程設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算均采用實(shí)用計(jì)算法。所謂實(shí)用計(jì)算法，是指在一定的假設(shè)條件下計(jì)算出短路電流的各個(gè)分量，而不是用微分方程去求解短路電流的完整表達(dá)式。在工程中一般采用運(yùn)算曲線法來進(jìn)行短路電流計(jì)算。2.1.2 計(jì)算步驟① 選擇短路計(jì)算點(diǎn)。② 繪出等值網(wǎng)絡(luò)（次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖） ，并將各元件電抗統(tǒng)一編號(hào)。③ 化簡(jiǎn)等值網(wǎng)絡(luò)：將等值網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)為以短路點(diǎn)為中心的輻射等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗 。?X“④ 求計(jì)算電抗 。jsX⑤ 由運(yùn)算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量的標(biāo)幺值。⑥ 計(jì)算無限大容量的電源供給的短路電流周期分量的標(biāo)幺值。⑦ 計(jì)算短路電流周期分量有名值和短路容量。⑧ 計(jì)算短路電流沖擊值。⑨ 繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表。2.2 三相短路電流的計(jì)算2.2.1 等值網(wǎng)絡(luò)的繪制① 網(wǎng)絡(luò)模型的確定計(jì)算短路電流所用的網(wǎng)絡(luò)模型，即忽略負(fù)荷電流；除 1KV 以下的低壓電網(wǎng)外，元件的電阻都忽略不計(jì)；輸電線路的電納及變壓器的導(dǎo)納也忽略不計(jì)；發(fā)電機(jī)用次暫態(tài)電抗表示；認(rèn)為各發(fā)電機(jī)電勢(shì)模值為 1，相角為 0。② 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的計(jì)算短路電流的計(jì)算通常采用標(biāo)幺值進(jìn)行近似計(jì)算?；鶞?zhǔn)容量 為一整數(shù)一般取BS100MVA，而將各電壓等級(jí)的平均額定電壓取為基準(zhǔn)電壓 ，從1.5avNU?而使計(jì)算大為簡(jiǎn)化。常見的基值見表 2.1。2.2.2 化簡(jiǎn)等值網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化法將等值電路逐步化簡(jiǎn)，求出各電源與短路點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移阻抗。在工程計(jì)算時(shí)，為進(jìn)一步簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，減少工作量，常將短路電流變化規(guī)律相13同或相近的電源歸并為一個(gè)等值電源。歸并的原則是距離短路點(diǎn)電氣距離大致相等的同類型發(fā)電機(jī)可以合并；至短路點(diǎn)電氣距離較遠(yuǎn)， 1 的同一類型或不同jsX類型的發(fā)電機(jī)也可以合并；直接接于短路點(diǎn)的發(fā)電機(jī)一般予以單獨(dú)計(jì)算,無限大容量的電源應(yīng)單獨(dú)計(jì)算。表 2.1 常用標(biāo)幺值計(jì)算的基準(zhǔn)值（ ）10BSMVA?基 準(zhǔn)電 壓UB（K）3.15 6.3 10.5 15.75 18 37 63 115 162 230 345 525基 準(zhǔn)電 流IB（K）18.39 9316 5.50 3.67 3.21 1.56 0.92 0.50 0.36 0.25 0.17 0.11基 準(zhǔn)電 抗ZB（Ω）0.09 0.397 1.102 2.418 3.240 13.69 39.69 132.25 262.44 529.00 1190.2 2756.22.2.3 三相短路電流周期分量任意時(shí)刻值的計(jì)算進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)時(shí)求出各個(gè)等值電源與短路點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移電抗 ,再將其換算?X“成以等值電源容量為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值即為該電源的計(jì)算電抗 。jsi式（2.1）“NijsiiBSX??式中 —第 個(gè)等值電源的額定容量，MVA； =1，2，…,n。NiS i① 無限大容量電源當(dāng)供電電源為無限大容量或計(jì)算電抗（以供電電源容量為基準(zhǔn)） 時(shí)，5?jsiX則可以認(rèn)為其周期分量不衰減，此時(shí)式（2.2）“*“1jsIX??????????或② 有限大容量電源當(dāng)供電電源為有限容量時(shí)，其周期分量是隨時(shí)間衰減的。這時(shí)工程上常采用運(yùn)算曲線法來求得任意時(shí)刻短路電流的周期分量。所謂運(yùn)算曲線是一組短路電流周期分量 與計(jì)算電抗 、短路時(shí)間 t 的變*tIjsX化關(guān)系曲線，即 。根據(jù)各電源的計(jì)算電抗 ，查相應(yīng)的運(yùn)算曲線，*()tjsIfXt?j可分別查出對(duì)應(yīng)于任何時(shí)間 t 的周期分量的標(biāo)幺值 。*t③ 總的短路電流周期分量的有名值14最后將得到的各電源在某同一時(shí)刻供出的短路電流的標(biāo)幺值換算成有名值，然后相加，便得到短路點(diǎn)某一時(shí)刻的三相短路電流周期分量，即式（2.3） **133nNiBttiBSSIIU????式（2.3）中 —有限容量電源供給的短路電流周期分量標(biāo)幺值；*tI—無限大容量電源供給的短路電流周期分量標(biāo)幺值；?—短路點(diǎn) t 秒短路電流周期分量有效值，KA 。t2.2.4 三相短路電流的沖擊值三相短路電流的最大峰值出現(xiàn)在短路后半個(gè)周期，當(dāng) 時(shí)，發(fā)生50fHz?在短路后 0.01s，此峰值被稱為沖擊電流 。其計(jì)算式為chi式（2. 4） 0.1“ “2()2aTch chiIekI????式（2. 4）中 —短路點(diǎn)等效衰減時(shí)間常數(shù)，在近似計(jì)算中可直接選用表 2.2 推aT薦的數(shù)值?！獩_擊系數(shù)。工程設(shè)計(jì)可按表 2.3 選用。chk表 2.2 短路點(diǎn)等效時(shí)間常數(shù) 推薦值（s）aT短路點(diǎn) aT 短路點(diǎn) aT汽輪發(fā)電機(jī)端水輪發(fā)電機(jī)端發(fā)電機(jī)出線電抗器后0.2550.1910.127高壓側(cè)母線（主變壓器 100MVA 上）高壓側(cè)母線（主變壓器10～ 100MVA）遠(yuǎn)離發(fā)電廠0.1270.1110.048表 2.3 不同短路點(diǎn)的沖擊系數(shù) 推薦值chk短路點(diǎn) chk發(fā)電機(jī)端發(fā)電廠高壓母線或出線電抗器之后遠(yuǎn)離發(fā)電廠1.901.851.80153 電力變壓器保護(hù)原理分析3.1 瓦斯保護(hù)原理分析瓦斯保護(hù)是反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部氣體的數(shù)量和流動(dòng)的速度而動(dòng)作的保護(hù)，保護(hù)變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障，特別是對(duì)繞組的相間和匝間短路。由于短路點(diǎn)電弧的作用，將使變壓器和其他絕緣材料分解，產(chǎn)生氣體。氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，利用氣體數(shù)量及流速構(gòu)成瓦斯保護(hù)。圖 3.1 上面的觸點(diǎn)表示“輕瓦斯保護(hù)” ，動(dòng)作后經(jīng)延時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。下面的觸點(diǎn)表示“重瓦斯保護(hù)” ，動(dòng)作后啟動(dòng)變壓器保護(hù)的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，由于油流不穩(wěn)定，可能造成干簧觸點(diǎn)的抖動(dòng)，此時(shí)為使斷路器能可靠跳閘，應(yīng)選用具有電流自保持線圈的出口中間繼電器 KM，動(dòng)作后由斷路器的輔助觸點(diǎn)來解除出口回路的自保持。此外，為防止變壓器換油或進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)引起重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，可利用切換片 XB 將跳閘回路切換到信號(hào)回路。信 號(hào)至 延 時(shí) 電 路圖 3.1 瓦斯保護(hù)的原理接線圖 163.2 縱差動(dòng)保護(hù)原理分析3.2.1 構(gòu)成變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原則圖 3.2 變壓器縱差保護(hù)原理接線圖正常運(yùn)行或外部故障時(shí)式BnI?2'1'/?（3.1）所以兩側(cè)的 CT 變比應(yīng)不同，且應(yīng)使 2“1“II???即： 式21''lln（3.2）或： 式Bll nIn?2'1'/21?（3.3）即：按相實(shí)現(xiàn)的縱差動(dòng)保護(hù)，其電流互感器變比的選擇原則是兩側(cè) CT 變比的比值等于變壓器的變比。173.2.2 不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法理論上，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)， =I1“-I2“=0 。j實(shí)際上，很多因素使 = Ibp≠0 。 （ 為不平衡電流）j bp下面討論不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法：① 由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流：（Υ/Δ-11）Y.d11 接線方式——兩側(cè)電流的相位差 30°消除方法：相位校正。變壓器 Y 側(cè) CT（二次側(cè)）：Δ 形。 Y.d11變壓器 Δ 側(cè) CT（ 二次側(cè)）：Y 形。 Y.Y12圖 3.3 電流關(guān)系圖圖 3.4 三相差動(dòng)保護(hù)原理圖（a）圖 3.4 電流矢量圖(b) 圖 3.4 電流相量圖(c)可見,差動(dòng)臂中的 同相位了,但 。22BAII??和 A2B2AI3I-???為使正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí), =0,則應(yīng)使 。j ?2I3?18式（3.4）BAllAl nnn???????1122113/3??即高壓側(cè)電流互感變比應(yīng)加大 倍. 該項(xiàng)不平衡電流已清除.② 由計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流:CT 的變比是標(biāo)準(zhǔn)化的,如:600/5,800/5,1 000/5,1 200/5.所以,很難完全滿足 或 。 即 ≠0,產(chǎn)生 .12lnB?3/12lnB?jIbpI消除方法:利用差動(dòng)繼電器的平衡線圈進(jìn)行磁補(bǔ)償.圖 3.5 差動(dòng)繼電器磁補(bǔ)償原理圖假設(shè)正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí), “那么 I2'I2。 Wph 接電流小的一側(cè), I2“. - 'I2“→ ( - I2“) I2“→ I2“cdW' phW調(diào)整 ,使 ( - I2“)= I2“.磁勢(shì)抵消. 鐵芯中,Φ= — =0. 所以phcd' cd?phW2中無感應(yīng)電勢(shì),J 不動(dòng)作.實(shí)際上, 可能不是整數(shù). 應(yīng)是整數(shù).故仍phjs zW有一殘余的不平衡電流.式（3.5）.max/1bpzdIfIn??其中: =( — )/ ( + ) 式（3.6）zdf.hjs.phzdW.phjs.pzd―外部故障時(shí),流過變壓器高壓側(cè)的最大短路電流maxI此不平衡電流在整定計(jì)算中應(yīng)予以考慮.③ 由兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同而產(chǎn)生的不平衡電流:(CT 變換誤差)式（3.7）. .max1/bpTtxerderlIKIn?其中 =1t19此不平衡電流在整定計(jì)算中應(yīng)予以考慮.④ 由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流:改變分接頭→改變 →破壞 = 或 的關(guān)系.從而產(chǎn)生新的不平衡電流.Bn21/lnB(CT 二次側(cè)不允許開路,即 , 不能改變),2l.ΔU=±ΔU. / 式（3.8）bpI.maxdI1l無法消除.所以此不平衡電流在整定計(jì)算中應(yīng)予以考慮.bpI由以上分析可知,穩(wěn)態(tài)情況下, 由三部分組成.bpI= + + .ΔU 式（3.9）bpI.bpT.CT⑤ 暫態(tài)情況下的不平衡電流:1)非周期分量的影響:比穩(wěn)態(tài) 大,且含有很大的非周期分量,持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng) (幾十周波). bpI圖 3.6 暫態(tài)電流圖最大值出現(xiàn)在短路后幾個(gè)周波. 引入非周期分量函數(shù) fzqK式. .max1/bpTtxerderlIKIn?（3.10）措施:快速飽和中間變流器,抑制非周期分量. 2) 由 產(chǎn)生的不平衡電流:LYI當(dāng)變壓器電壓突然增加的情況下(如:空載投入,區(qū)外短路切除后). ↑→ 勵(lì)LI磁涌流.這是因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)各種情況下，鐵心的磁通滯后于外加電壓 。如果空載09合閘時(shí)，正好在電壓瞬時(shí)值 時(shí)接通電路則鐵心中具有磁通為 。但由于0u?m??鐵心中的磁通不能突變。因此將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通，其幅值為 ，這?樣經(jīng)過半個(gè)周期以后，鐵心中的磁通就達(dá)到 。如果鐵心中還有剩磁 ，則總2m?s磁通將為 。此時(shí)變壓器的鐵心嚴(yán)重飽和，磁電流 將劇烈增大，此電流2ms?? LI就稱為變壓器的勵(lì)磁涌流。其數(shù)值最大可達(dá)到額定電流的 6～8 倍。同時(shí)包含了20大量的非周期分量和高次諧波分量，勵(lì)磁涌流的大小和衰減時(shí)間，與外電壓的相位、鐵心剩磁的大小和方向、電源容量的大小、回路的阻抗以及變壓器容量的大小和鐵心性質(zhì)有關(guān)系。其涌流的特點(diǎn)有:a.很大的直流分量.(80%基波)b.很大的諧波分量,尤以二次諧波為主.(20%基波)c.形間出現(xiàn)間斷.(削去負(fù)波后)措施:a.采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器;b.間斷角原理的差動(dòng)保護(hù);c.利用二次諧波制動(dòng);d.利用波形對(duì)稱原理的差動(dòng)保護(hù)。3.3 電流速斷保護(hù)原理分析變壓器的電流速斷保護(hù)是反應(yīng)于大電流增大而瞬間動(dòng)作的保護(hù)。裝于變壓器的電源測(cè)，對(duì)于變壓器用引出線上各種形式的短路電流進(jìn)行保護(hù)。為證明選擇性，速斷保護(hù)只能保護(hù)變壓器的一部分，一般能保護(hù)變壓器的原繞組，它適合用于容量在 10MVA 以下小容量的變壓器，當(dāng)電流保護(hù)時(shí)限大于 0.5S 時(shí)，可在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，其接線原理如圖（3.7）所示：去 電 流21圖 3.7 電流速斷保護(hù)接線圖3.3.1 電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算按躲開變壓器負(fù)荷側(cè)出口 d3點(diǎn)的短路最大電流來整定，即 式maxdzkIKI?（3.11）式（3.11）中 —可參考系數(shù)，k取 1.3～1.4；—外部短路的最大三相短路電流。maxdI3.3.2 躲過勵(lì)磁涌流根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般為：式.(3~4)dzeTII?（3.12）式中（3.12） ——為變壓器的額定電流。.eTI按照上面的條件計(jì)算，選擇其較大值作為變壓器電流速斷保護(hù)的啟動(dòng)電流。3.3.3 靈敏度的校驗(yàn)按變壓器原邊 d2短路時(shí)，流過保護(hù)的最小短路電流校驗(yàn)，即式(2).min1dmzIK??（3.13）變壓器電流速斷保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速。缺點(diǎn)是只保護(hù)變壓器一部分。3.4 過電流保護(hù)的原理變壓器相間短路的保護(hù)既是變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，又是相鄰母線或線路的后備保護(hù)。根據(jù)變壓器容量大小和系統(tǒng)短路電流的大小，變壓器相間短路的后備保護(hù)可采用過電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)和復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)等。3.4.1 過電流保護(hù)過電流宜用于降壓變壓器，過電流保護(hù)采用三相式接線，且保護(hù)應(yīng)該裝設(shè)在電源側(cè)。保護(hù)的動(dòng)作電流 應(yīng)按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 來opI .maxLI22整定，即式（3.14）.maxrelopLKII?式（3.14）中 →可靠系數(shù)，一般為 1.2～1.3；relK→為返回系數(shù)。r確定 時(shí)，應(yīng)該考慮下面兩種情況：.maxLI① 并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)該考慮切除一臺(tái)變壓器以后所產(chǎn)生的過負(fù)荷。若各變壓器的容量相等，可按下計(jì)算式.max1LNII??（3.15）式（3.15）中 M—并列變壓器的臺(tái)數(shù)；—變壓器的額定電流。NI信 號(hào)圖 3.8 過電流保護(hù)單相接線原理圖② 降壓變壓器，應(yīng)該考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的最大電流，則式'.max.maxLsLIKI?（3.16）式（3.16）中— 自啟動(dòng)系數(shù)，其值與負(fù)荷性質(zhì)及用戶與電源尖的電氣隔離開sK關(guān)。對(duì) 110KV 降壓變電站，6～10KV 側(cè)， =1.5～2.5；35KV 側(cè)， =1.5～2.0 s sK23。 —為正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流。'.maxLI同時(shí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)該與下級(jí)保護(hù)配合，即比下級(jí)保護(hù)中最大動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)階梯時(shí)限 。t?保護(hù)的靈敏度為式.minKsenopI?（3.17） 式（3.17）中 —最小運(yùn)行方式下，其靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)，流過.minKI保護(hù)裝置的最小短路電流。最小短路電流應(yīng)該根據(jù)變壓器連接組別、保護(hù)的接線方式確定。在被保護(hù)變壓器受電側(cè)母線上短路時(shí)，要求 =1.5～2；在后備保護(hù)范圍末senK端短路時(shí)，要求 =1.2。若靈敏度不滿足要求時(shí)，則選用靈敏度較高的其他后sen備保護(hù)。3.4.2 復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)① 接線原理符合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)原理接線如圖（3.9）所示。負(fù)序電壓繼電器 KVN和低電壓繼電器組成復(fù)合電壓元件。發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，負(fù)序電壓濾過器 KUG 有輸出，繼電器 KVN 動(dòng)作，其常閉接點(diǎn)打開，KV 失電，其常閉接點(diǎn)閉合，起動(dòng)中間繼電器 KAM，其接點(diǎn)閉合，電流繼電器 KA 的常開接點(diǎn)因短路而閉合，則時(shí)間繼電器 KT 的線圈回路接通。經(jīng) KT 的整定延時(shí)后，KT 的接點(diǎn)延時(shí)閉合，起動(dòng)出口中間繼電器 KCO，動(dòng)作于斷開變壓器兩側(cè)短路器。當(dāng)發(fā)生三相短路時(shí)，低電壓繼電器動(dòng)作，其常閉接點(diǎn)閉合，與電流繼電器一起，按低電壓起動(dòng)過電流保護(hù)的動(dòng)作方式，作用與跳閘。24跳 信 號(hào)至 電 壓 斷 線 信 號(hào) 跳接 至 電 壓 互 感 器圖 3.9 復(fù)合電壓起動(dòng)過電流保護(hù)原理接線圖② 整定計(jì)算1）電流元件動(dòng)作電流式relopNKII?（3.18）—為變壓器額定電流NI2）動(dòng)作電壓為式0.7opNU?（3.19）—為變壓器的額定電壓。N低壓元件靈敏度為式.max1.2opresenKU??25（3.20）式中（3.20） —相鄰元件末端三相金屬性短路故障時(shí)，保護(hù)安裝處的最大.maxKU線電壓；—低壓元件的返回系數(shù)。re3）負(fù)序電壓元件動(dòng)作電壓為式2(0.6~.12)opNUU?（3.21）負(fù)序電壓元件靈敏度為式2.minksenopKU?（3.22）式（3.22） —為相鄰元件末端不對(duì)稱短路故障時(shí)，最小負(fù)序電壓。2.minkU3.4.3 負(fù)序電流和單相式低壓過電流保護(hù)對(duì)于大容量的發(fā)電機(jī)變壓器組，由于額定電流大，電流元件往往不能滿足遠(yuǎn)后備靈敏度的要求，可采用負(fù)序電流保護(hù)，它是由反應(yīng)不對(duì)稱故障的負(fù)序電流元件和反應(yīng)對(duì)稱短路故障的單相式低壓過電流保護(hù)組成。負(fù)序電流保護(hù)靈敏度較高，且在 Y，d 接線的變壓器另一側(cè)發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)，靈敏度不受影響，接線也較簡(jiǎn)單。3.5 零序過電流保護(hù)原理在大電流接地的系統(tǒng)中，一般在變壓器上裝設(shè)接地保護(hù)。作為便宜變壓器本身主保護(hù)的后備保護(hù)和相鄰元件接地短路的后備保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)接地短路時(shí)，零序電流的大小和分布是與系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)接地的數(shù)目和位置有關(guān)。對(duì)于有一臺(tái)變壓器的升壓變電站，變壓器都采用中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式。對(duì)于若干臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行的變電站，則采用一部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，而另一部分變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。3.5.1 中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)圖 3.10 為中性點(diǎn)直接接地雙繞組變壓器的零序電流保護(hù)原理接線圖。保護(hù)用電流互感器接于中性點(diǎn)引出線上。其額定電壓可選擇低一級(jí)，其變比根據(jù)接地短路電流的熱穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件來選擇。