7.8

變壓器相間短路的后備保護及過負荷保護7.8.1過電流保護

過電流保護的整定除需要考慮變壓器的各種運行狀態(tài)，還需要考慮所帶負荷的突然變化。過電流保護可帶方向元件閉鎖，在無方向閉鎖的情況下，還需要考慮保護安裝處的正方向區(qū)外及反方向發(fā)生故障時電流的變化情況。以降壓變壓器說明其整定方法：過電流保護7.8.1過電流保護（1）躲最大負荷電流

在正常負荷情況下，過電流保護不應動作，故整定值應躲過變壓器可能的最大負荷電流式中——可靠系數，取1.2~1.3；

——返回系數，取0.85~0.95（數字式保護一般取0.95）。

（2）躲最大自起動電流7.8.1過電流保護

降壓變壓器低壓側電動機起動時，將會有很大的自起動電流，過電流保護應躲過該最大自起動電流（二次值）式中

——自起動系數，對35kV及以上電壓等級負荷，取1.5~2；對

6~10kV電壓級負荷，取1.5~2.5。其他參數同上。（3）躲低壓母線自動投入負荷7.8.1過電流保護

在降壓變壓器低壓側接近滿負荷情況下，又有一臺較大容量的電動機頻繁自起動。稱為變壓器低壓母線自動投入負荷時。此時過電流保護應按躲過變壓器低壓母線帶有正常負荷同時起動一臺較大電動機起動電流計算。即式中——可靠系數，取1.2~1.3；

——正常運行時最大負荷電流（二次值）；

——自動投入部分的負荷電流，如電動機，則為其額定電流（二次值）；

——自動投入負荷的自起動系數，如電動機則為10~12倍。（4）按與相鄰保護相配合7.8.1過電流保護1）與分段斷路器過電流保護配合2）與變壓器低壓側出線保護配合7.8.1過電流保護（5）靈敏度校驗按變壓器低壓母線故障時的最小短路電流二次值

計算要求

值得指出，以上整定對象為降壓變壓器的高壓側的相間過電流保護，其保護方向指向變壓器。如未帶方向元件，則還需要與保護安裝處背后的線路保護進行配合。另一方面，過電流保護的動作時間整定根據配合對象不同，也有所差異，一般在0.3s~1s之間。7.8.1過電流保護

過電流保護的整定值一般都在變壓器額定（2~3）

左右，雖然一般情況下，都能滿足靈敏度的要求，但其整定值往往不能滿足作為相鄰元件后備保護的靈敏度要求。當然過電流保護不經電壓閉鎖，保護原理相對簡單，可靠性得以提高。因此該類保護在變壓器保護中也得以保留。與其他帶有電壓閉鎖功能保護的相間短路后備保護配合使用。

過電流保護靈敏度不能滿足要求時可以采用欠電壓起動的過電流保護或者復合電壓起動的過電流保護。本書重點介紹目前數字式保護常采用的復合電壓起動過電流保護。

該保護由電流元件與電壓元件構成“與”邏輯，電壓元件由負序過電壓元件與欠電壓元件組成。只有電流元件和電壓元件同時動作后，才能起動時間元件，經預定時間后起動出口中間繼電器動作于跳閘。7.8.2復合電壓起動過電流保護復合電壓起動的過電流保護原理框圖

不對稱故障時，負序過電壓元件有很高的靈敏度；對稱故障時，依靠欠電壓元件起動電流元件，其原理框圖如所示。7.8.2復合電壓起動過電流保護電流元件的起動電流不再考慮躲過自起動電流，通常取

一般取1.2～1.3，返回系數

一般取0.95。因此

一般取1.3～1.4

，該值相比于過電流保護的起動電流小，從而提高了保護的靈敏性。7.8.2復合電壓起動過電流保護

電流繼電器和欠電壓繼電器的整定計算與欠電壓起動的過電流保護相同，對于負序電壓元件的動作電壓按躲過正常運行時的最大不平衡電壓整定，通常取靈敏系數為

欠電壓元件的起動電壓應小于正常運行時最低工作電壓，同時，外部故障切除后，電動機起動的過程中，它必須返回。根據運行經驗，通常取靈敏度計算同過電流保護，欠電壓元件靈敏系數要求

。7.8.2復合電壓起動過電流保護7.8.2復合電壓起動過電流保護牛刀小試某降壓變壓器電路參數如圖所示。圖中

代表系統(tǒng)阻抗；

代表主變壓器阻抗；

代表該變壓器低壓側所接一臺較大容量配電變壓器阻抗，上述阻抗代表正序阻抗，與負序阻抗相等，且都為標幺值。（1）設K點發(fā)生兩相短路，試計算B母線處所能測得的負序電壓二次值，負序電壓整定值為6V，試計算靈敏度。（2）設K點發(fā)生三相短路，試計算B母線處所能測得的線電壓二次值、如欠電壓定值為70V，試計算靈敏度。7.8.3

負序過電流保護

變壓器負序過電流保護的原理如圖所示。保護邏輯由負序過電流元件及欠電壓起動的過電流部分組成，不對稱故障時利用負序過電流元件獲得較高的靈敏度；三相對稱故障時依靠欠電壓起動的過電流保護，顯然這里欠電壓起動的過電流只需要單相式的。負序電流保護的原理框圖7.8.3

負序過電流保護由于負序過電流保護的整定計算較為復雜，在實際工程中可以粗略選取負序電流保護由兩部分組成：1）負序電流部分，用以反應不對稱短路故障；2）低電壓起動過電流（單相）部分，用以反應對稱短路故障。負序過電流保護的靈敏系數當相鄰線路的后備保護對其后備范圍末端有足夠靈敏度時，則變壓器負序電流保護只要與其動作時間配合，保證變壓器后備范圍內末端有足夠靈敏度即可。7.8.4過負荷保護

過負荷保護用于變壓器過載時發(fā)出警告信號，變壓器的過負荷電流在大多數情況下都是三相對稱的，因此只需裝設單相式過負荷保護，帶時限動作于信號。在無經常值班人員的變電所，必要時，過負荷保護可動作于跳閘或斷開部分負荷。過負荷保護的動作電流，應按躲開變壓器的額定電流整定，即

為了防止過負荷保護在外部短路時誤動作，其時限應比變壓器的后備保護動作時限大一個△t。一般取5～10秒。7.8.5

阻抗保護

當電流、電壓保護不能滿足靈敏度要求或根據電網保護間配合要求，發(fā)電機和變壓器的相間故障后備保護可采用阻抗保護。

阻抗保護通常用于330~500kV大型升壓及降壓變壓器，作為變壓器引線，母線、相鄰線路相間短路后備保護。若選用全阻抗繼電器，則動作阻抗為7.8.5

阻抗保護

若選用偏移特性阻抗繼電器，以變壓器高壓側TA為界，其正向指向高壓側線路（系統(tǒng)側），動作阻抗仍按式

整定；

反向指向變壓器，反向動作阻抗可為正向動作阻抗的5%～10%，主要對變壓器引線起保護作用。另一種做法是正向指向變壓器

，反向指向系統(tǒng)，其動作阻抗取為

，并檢查與系統(tǒng)相鄰保護在動作阻抗和動作時間上的配合。7.8.5

阻抗保護如上整定的低阻抗保護應有三段時限，第一段時限

（

為高壓引出線保護配合段的動作時間），動作于縮小故障范圍，例如斷開母線聯絡斷路器；第二段時限

，動作于斷開變壓器本側斷路器；第三段時限

，動作于斷開變壓器各側斷路器。7.8.6跳閘方案與方向元件的配置（1）跳閘方案

變壓器后備保護出口跳閘方案與主保護不同，其保護動作的主體思路是先縮小故障切除范圍，如果此努力無效，則再經一定延時切除主變壓器。

對于高壓及中壓側有電源或三側均有電源的三繞組降壓變壓器和聯絡變壓器，在高壓或中壓側要加功率方向元件，其方向宜指向變壓器。（2）方向元件的配置7.8.6跳閘方案與方向元件的配置

對于三側有電源的三繞組升壓變壓器，在高壓側或中壓側要加功率方向元件，其方向可指向該側母線方向元件的設置。

反應相間故障的功率方向繼電器，為了消除三相短路時功率方向繼電器的死區(qū)，功率方向繼電器的電壓回路可由另一側電壓互感器供電。7.9

變壓器接地短路的后備保護7.9.1中性點直接接地變壓器的零序電流保護

如圖所示，這種變壓器接地短路的后備保護采用零序電流保護，零序電流取自變壓器中性點電流互感器。一般配置兩段式零序電流保護，為了縮小接地故障的影響范圍，每段還各帶兩級延時，其中較短的延時用于跳開母聯斷路器或分段斷路器。中性點直接接地運行變壓器零序電流保護原理示意圖7.9.1中性點直接接地變壓器的零序電流保護

零序電流保護I段與相鄰元件接地保護I段配合，通常以較短延時

=0.5～1.0s動作于母線解列，即斷開母聯斷路器或分段斷路器，以縮小故障影響范圍；以較長的延時

斷開變壓器各側斷路器。而對于330kV及以上電壓等級變壓器，高壓側I段零序過電流保護只設一個時限，即

（

為該側線路零序過電流保護I或II段的動作時間），斷開變壓器高壓側斷路器。7.9.1中性點直接接地變壓器的零序電流保護

零序電流保護II段與相鄰元件接地后備段配合，通常

應比相鄰元件零序保護后備段最大延時大一個

，以斷開母聯斷路器或分段斷路器，

動作于斷開變壓器各側斷路器。對330kV及500kV變壓器，高壓側II段零序過電流保護只設一個時限，即

（

為該側線路零序過電流保護后備段的動作時間），斷開變壓器各側斷路器。變壓器的零序電流保護的整定方案簡要說明如下。7.9.1中性點直接接地變壓器的零序電流保護（1）零序電流I段零序電流I段動作電流按與相鄰線路零序電流I段或II段相配合整定，即

110kV及220kV變壓器I段零序過電流保護以

（

為該側線路零序過電流保護I或II段的動作時間）斷開母聯或分段斷路器；以

斷開變壓器各側斷路器。對330kV及500kV變壓器，高壓側I段零序過電流保護只設一個時限，即

（

為該側線路零序過電流保護I或II段的動作時間），斷開變壓器高壓側斷路器。（2）零序電流II段7.9.1中性點直接接地變壓器的零序電流保護

II段零序過電流繼電器的動作電流應與相鄰線路零序過電流保護的后備段相配合

110kV及220kV變壓器II段零序過電流保護以

（

為該側線路零序過電流保護后備段的動作時間）斷開母聯或分段斷路器；

以

斷開變壓器各側斷路器；對330kV及500kV變壓器，高壓側II段零序過電流保護只設一個時限，即

，斷開變壓器各側斷路器。7.9.1中性點直接接地變壓器的零序電流保護（3）靈敏系數校驗式中——對于I段為線路出口處接地短路時，對于II段為被保護線路末端接地短路時，流過保護的最小三倍零序電流二次值；

——零序電流分支系數，其值等于出線零序電流保護后備段保護區(qū)末端發(fā)生接地短路時，流過本保護的零序電流與流過故障線路零序電流之比；取最大值；要求靈敏系數不小于1.5。7.9.2

中性點可能接地或不接地運行時變壓器的零序電流電壓保護

主變中性點接地運行時可以采用前面介紹的兩段式零序電流作為接地故障后備保護；對于中性點不接地運行的主變，采用零序電壓構成接地故障后備保護。考慮變壓器中性點運行方式可能變化，中性點可能接地或不接地運行時變壓器同時配有零序電流、零序電壓保護。

變壓器接地后備保護的選跳順序與變壓器中性點絕緣水平有關，根據中性點絕緣水平，變壓器可分為全絕緣、分級絕緣兩大類，下面分別介紹變壓器接地后備保護方案。7.9.2

中性點可能接地或不接地