變壓器保護原理與整定計算
變壓器的故障類型
- 變壓器的故障分油箱內和油箱外兩種
油箱內故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路及鐵芯的燒損等，十分危險。因為油箱內故障時產生的電弧，將引起絕緣物質的劇烈變化，也有可能引起爆炸，應儘快切除故障。
油箱外故障，主要是變壓器套管和引線發生相間短路引起的過電流和接地故障引起的中性點過電壓
變壓器的不正常運行狀態主要有過負荷和油麵降低。
變壓器的保護方式
- 瓦斯保護
- 縱差保護（包括差動速斷保護）
- 過流保護
- 中性點直接接地的零序電流保護
- 中性點非直接接地的零序電壓保護、間隙保護（指低壓側有小電源）
- 過負荷
差動保護的基本原理是比較被保護設備各引出線上的電流
- 不考慮TA誤差，在正常及外部故障時，Id=0,差動保護可靠不動作；在內部故障時，Id=1/nIf＞0,差動保護可靠動作；差動保護具有選擇性好、快速、靈敏的特點。
- 微機差動保護的差動電流是通過計算得到的，因而各引線TA的二次在電路上是相互獨立，分別直接接入保護裝置。TA的變比可以不相同，由軟件調整一致。
- 但是在變壓器空載合閘及外部故障切除的過程中，暫態勵磁電流很大稱為湧流，差動保護若不採取措施就要誤動。
影響差動保護動作的穩態不平衡電流和暫態不平衡電流
- 穩態不平衡電流
對變壓器因兩側接線不同造成兩側的電流相位不同，產生不平衡電流；
消除不平衡電流的影響：星三角互換，進行相位補償；同時對互感器接成Δ側的差動一臂電流乘以√3倍（對微機保護已不考慮）。
對兩側電流互感器型號不同產生不平衡電流的影響：可將電流互感器採用同型係數計算。
對變壓器有載調壓而產生得不平衡電流，可適當提高差動保護動作整定值。
影響差動保護動作的穩態不平衡電流和暫態不平衡電流
- 暫態不平衡電流
變壓器空載投入及外部故障切除後電壓恢復時，產生勵磁湧流。區別於故障電流的顯著特點是直流分量大於交流分量的最大值，此時電流的波形偏於時間軸的一側，包含有很大的非週期分量。
避開湧流的方法：提高差動保護的啟動值；各種原理的閉鎖（如直流分量閉鎖、間斷角閉鎖、二次諧波制動）
差動保護原理說明
- 空載合閘湧流的主要特點
(1)包含有很大成分的非週期分量
（對稱湧流除外）
(2)包含有大量的高次諧波，以二次諧波為主
(3)波形之間出現間斷
- 在變壓器縱差保護中防止湧流影響的方法
(1)採用速飽和BLH （但變壓器內部故障時，也會存在非週期分量，使縱差保護的動作速度延遲 ）
(2)鑑別短路電流和勵磁湧流波形的差別
(3)利用二次諧波制動等
- 變壓器各側二次電流幅值\相位校正
一.帶制動特性的差動保護
- 無制動工作區：PQ
Idz.min>IJ.bp.min
- 制動工作區：QS
動作電流隨制動電流增大而增大
KS= Idz. max >KT= IJ.bp.max
- 制動線圈接於負荷側或小電源側，保證區內故障時沒有或僅有最小制動
縱聯差動保護的整定：
變壓器參數計算：
計算確定被保護變壓器各側容量下的一次額定電流，接線方式，選擇保護用的電流互感器變比，計算差動臂中的二次電流、平衡係數。
對微機保護，電流互感器二次接線均接成Y型，這種接法的優點是：接線簡單，減少現場CT接錯的可能。
縱聯差動保護的整定：
短路電流計算：
需做兩種運行方式下的短路計算：一種是在系統最大運行方式下變壓器外部短路時，計算通過變壓器縱差保護的最大穿越性短路電流（通常是三相短路電流），其目的是計算差動保護的最大不平衡電流和最大制動電流。
另一種是在系統最小運行方式下，計算縱差保護區內最小短路電流（兩相或單相短路電流），其目的是為了計算差動保護的最小靈敏係數。
制動特性差動保護的整定
（1）比率制動特性的整定
- 最小動作電流應大於變壓器額定負載時的不平衡電流，即
Idz=Kk＊（KTX＊Δfi +ΔU+Δf）Ie
- 制動特性拐點Q對應的制動電流
Izd.N= (0.8~1.0)IN/nL
- 制動係數
Kzd = Idz.max / Izd.max
為保證變壓器在發生區內故障時可靠動作，在發生區外故障時可靠不動，這就需要差動保護的制動電流應大於外部短路時流過差動迴路的不平衡電流。通過適當地選擇制動係數Kz 以保證外部故障時可靠制動。
縱差保護的其它輔助整定計算
- 差電流速斷：
- 差電流速斷是縱差保護中的一個輔助保護，為防止在較高的短路電流水平時，由於電流互感器飽和時高次諧波量增加，產生極大的制動力矩而使差動元件拒動，因此，設置差動速斷元件。。
- 差電流速斷的整定值應按躲過變壓器初始勵磁湧流或外部短路最大不平衡電流整定。
Idz=Kk＊Ie
- Kk的取值視變壓器容量和系統電抗大小而定。
縱差保護的其它輔助整定計算
- 二次諧波制動比的整定：
變壓器勵磁湧流最明顯的特點二次諧波分量為最大，根據這一特點當變壓器在空投時，為防止差動保護誤動，利用該保護的二次諧波分量可靠制動。
整定值可用差電流中的二次諧波分量與基波分量的比值表示，可整定為15％－20％。
2.二次諧波制動方案
- 為可靠防止湧流誤動，任意一相二次諧波制動判據動作時，三相差動保護均被閉鎖
- 二次諧波制動判據為：
K2 = Id2/Id >15% 20%
（Id2為Id中二次諧波分量）
3.間斷角制動方案
- 湧流的另一特徵是出現間斷角。根據廠家推薦，一般整定間斷角 J=650
4.五次諧波制動
- U=1.31.5UN，變壓器穩態過勵磁:Iu Ibp.5
為防止保護誤動， 增設五次諧波制動
500KV超高壓大容量變壓器不允許過勵磁運行
（鐵耗與渦流損耗引起鐵芯嚴重過熱，甚至導致
絕緣破壞），另設過勵磁保護
5.差動速斷保護
- 以上防湧流誤動措施使保護動作速度較低（3050ms跳閘），另設速斷（嚴重故障時10 20ms跳閘）
Idz =（612)IeB/nL
帶比率制動特性的差動保護動作邏輯
二、相間故障後備：
1.低壓閉鎖過流保護
- 過流保護一般不能滿足靈敏度要求
- 提高靈敏度的方法之一是增設低電壓閉鎖
（1）過電流動作值
- 按躲開變壓器額定電流整定Id z= KkIe.B / Kfh
（2）低電壓動作值整定
- 保證母線最低工作電壓或電動機自起動時可靠返回Ud z= KkUe.B
PT接高/低壓側時,Kk = (0.6~0.7) / (0.5~0.6)
(3) 需設PT斷線閉鎖裝置
2.相間故障後備：復壓啟動的過流保護
- 低壓閉鎖過流保護靈敏度不滿足要求時使用
- 定值整定
（1）過電流動作值和相間低電壓動作值的整定與低壓閉鎖過流保護相同
（2）躲開正常運行時最大不平衡負序電壓U2.dz=(0.04~0.08)Ue.B
（3）同樣需設PT斷線閉鎖裝置
- 靈敏度校驗
（1）過電流元件 Klm = Id.min/ Idz 1. 3.Id.min ：相鄰元件保護區末端金屬性兩相短路時保護安裝處的最小短路電流
- 零序電流保護：
作為變壓器繞組、引線、相鄰元件接地故障的後備保護，變壓器的接地保護方式及其整定值的計算與變壓器的型式、中性點接地方式及所連接系統的中性點接地方式密切相關。
變壓器接地保護要與線路的接地保護在靈敏度和動作時間上相配合。
對降壓變壓器，如果中、低壓側沒有電源時，即使高壓側中性點接地運行，其中性點的零序電流保護也沒必要運行。
- 變壓器過負荷保護
應根據變壓器的具體特性、負荷情況，分別整定啟動風機段（自冷變壓器除外）、過負荷告警段電流定值，對於有載調壓變壓器，還應整定過負荷閉鎖調壓定值段。
過負荷保護的動作電流：Idz= Kk * Ie / Kh變壓器過負荷告警保護的整定，可靠係數取1.0（動作於發信號）。
- 充電保護
按保證母線故障有規定的靈敏度整定。
- 變壓器後備保護動作時間
對於110kV電壓等級的降壓變壓器後備保護，110kV側過流保護動作時間≤2秒，35kV側過流保護動作時間≤1.7秒，6-10kV側過流保護動作時間≤1.5秒。
要求下級保護必須與上級保護嚴格配合。
