青海大学本科毕业设计：水电厂电气部分二次设计
解决方法为:这种不平衡电流是不可避免的，只能靠尽可能减少电流互感器铁芯的饱和程度来虚弱其影响。为此，应严格按照电流互感器的10％误差曲线选择二次负载，负载减小了等于降低了二次电压，也就降低了电流互感器的磁感应强度，减弱了铁芯饱和度，相应地也就降低了不平衡电流。
3.4 变压器纵联差动保护整定计算
目前常用的国产差动保护继电器主要有BCH-1、BCH-2、BCH-4型等。变压器的差动保护一般采用BCH-2型差动继电器，它具有较好的避免励磁涌流特性，也有躲避外部短路暂态不平衡电流的性能。因此，这里的整定计算将采用BCH-2型变压器纵差动保护。
3.4.1 变压器参数
主变压器的参数为SFL1-10000/60型，60/10.5kV，Y/d11结线，%=9。已知10.5kV母线上三相
(3)(3)短路电流在最大、最小运行方式下分别为IK=3950A，IK=3200A，归算到60KV分别为691A2min2max与560A，10kV侧最大负荷电流为ILmax=450A，归算到60KV侧为78.75A。
3.4.2 基本侧的确定
（在变压器的各侧中，CT二次联接臂电流最大一侧称为基本侧）
计算变压器原副路额定电流，选出电流互感器的变比，计算电流互感器二次联接臂中的电流。
表3-1 变压器各侧有关数据
数据名称 变压器的 额定电流 电流互感器 的接线方式 电流互感器变比的计算值 选择电流互感器标准变比 电流互感器二次联接臂电流 各侧数据 60kV 10.5kV ITNY?STN10000??96.2A 3UN13?60Δ INTd?STN10000??550A3UN23?10.5 Y KTAd?3ITNY96.2166.6?3? 555KTAD=200/5 KTA?Y?ITNd550? 55KTAY=600/5 I2?ITNd550??4.583A KTAY600/5I1?3ITNY96.2?3?4.165A KTAd200/5故选大者10.5kV侧为基本侧。平衡线圈WbI接于10.5KV的基本侧，平衡线圈Wb?接于60KV侧。
3.4.3 计算差动保护装置基本侧的动作电流
应满足下列三个条件：
10 水利电力学院
3 主变压器继电保护系统
1）躲过变压器励磁涌流的条件
Iop1?KrelITN?d?1.3?550?715A
2）躲开电流互感器二次断线不应误动作的条件
Iop1?KrelIL?max?1.3?450?585A
3)躲过外部穿越短路最大不平衡电流的条件
(3)Iop1?KrelIunb?max?Krel(KstKerr??U??fs)IK2max?1.3(1?0.1?0.05?0.05)?3950?1027A
式中: Krel,Kst,Kerr——可靠系数，电流互感器的同型系数与电流互感器的误差；
ITNd,ILmax——变压器于基本侧的额定电流与最大负荷电流；
?U,?f——改变变压器分接头调压引起的相对误差与整定匝数不同于计算匝数引起的相对误
差；
(3)IK2max——在最大运行方式下，变压器二次母线上短路，归算于基本侧的三相短路电流值。
选取上述三个条件计算值中最大的作为基本侧的一次动作电流，即Iop1=1027A。 差动继电器于基本侧的动作电流为
Iopr?Iop1KTAYKcon?1027?1?8.56A
600/5式中: KTAy,Kcon基本侧的电流互感器变比与其接线系数。
3.4.4 确定BCH-2型差动继电器各线圈的匝数
该继电器在保护时其动作安匝值(线圈匝数与线圈通过的电流的乘积)AN=60±4，则继电器于基本侧的动作匝数为
Wop?AN60?4??7匝 Iop?r8.56为了平衡得更精确，使不平衡电流影响更小，可将接于基本侧的平衡线圈作为基本侧动作匝数的一部分，即选取差动线圈Wd与平衡线圈Wb1的整定匝数Wds=6匝，Wb1S=1匝，即
Wop·set?Wd·set?Wb1?set?6?1?7匝
确定非基本侧平衡线圈的匝数，即：
水利电力学院
11 青海大学本科毕业设计：水电厂电气部分二次设计
WbII?I24.583(Wd·?W)?W?(6?1)?1.7匝 setbI?setd·setI14.165选取Wb?的整数匝Wb?set=2匝，此时相对误差即：
?fs?WbII?WbII?set1.7?2???0.0395
WbII?Wd?set1.7?6可见?fs?0.05，故可不必再重新计算动作电流。
确定短路线圈匝数，即确定短路线圈的抽头点的插孔。从直流助磁特性可知，短路线圈匝数越多，躲过励磁涌流的性能越好，但当内部故障电流中有较大的非周期分量时，BCH-2型继电器的动作时间就要延长。因此，对励磁涌流倍数大的中、小容量变压器，当内部故障时短路电流非周期分量衰减较快，对保护动作时间要求又较低，故多选用插孔C2-C1或D2-D1。另外，还应考虑电流互感器的型式、励磁阻抗小的电流互感器，如套管式，吸收非周期分量较多，短路线圈应选用较多匝数的插孔。所选插孔是否合适，应通过变压器空投入试验来确定。本例题宜选用插孔C2-C1拧入螺钉，接通短路线圈。
3.4.5灵敏度校验
本例题为单电源应以最小运行方式下10kV侧两相短路反应到电源侧进行校验，10kV母线两相短路电流归算到60kV侧流入继电器的电流为
(2)IK2?r?3IKTAd(2)K2min3?(?3(3)?IK2min)1.5?5602??21A
KTAd200/560kV电源侧BCH-2型继电器的动作电流为
Iop?r?则差动保护装置的最小灵敏度为
AN60??7.5A
Wd?set?WbII?set6?2k(2)S?min(2)IK21?2?r??2.8?2 Iop?r7.5可见灵敏度满足要求，因此，根据计算可选用BCH—2型差动保护装置。
3.5 变压器相间短路的后备保护
为反应相间短路电流增大而动作的过电流，以及在变压器内部故障时作为差动保护和瓦斯保护的后备，变压器应装设相间短路的后备保护。根据变压器容量和系统短路电流水平的不同，实现变压器相间短路后备保护的方式有过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及定时限负序过电流保护等。
12 水利电力学院
3 主变压器继电保护系统
3.5.1 变压器相间短路的过电流保护
简单过电流保护装置的启动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流进行整定。
Iop?KrelKMsKrelKMsKre （3-4）
式中，Kre为可靠系数，一般采用1.2~1.3；KMs为自启动系数，与负荷性质及用户与电源间的 电气距离有关；Kre为电流继电器的返回系数，取0.85~0.95. 保护装置的灵敏度
Ksen?Ik.min （3-5） Iop[4]
过电流保护作为变压器的近后备保护，灵敏系数要求大于1.5，远后备保护的灵敏系数大于1.2。 保护的动作时间比出线的第三段保护动作时限长1个时限阶段。
3.5.2 低电压启动的过电流保护
当过电流保护不能满足灵敏度要求时可采用低压起动的过电流保护。只有电压测量元件和电流测量元件同时动作后才能起动时间继电器，经预定的延时发出跳闸脉冲，进而启动出口中间继电器跳开变压器两侧的断路器。
由于低电压元件的存在，电流元件的整定值可以不考虑可能出现的最大负荷电流，而是按大于变压器的额定电流整定IN.T,即
Iop?KrelIN.T （3-6） Kre式中，Krel为可靠系数，取1.2;Kre为电流继电器的返回系数，取0.85~0.95。
低电压元件的启动值按躲开正常运行情况下母线上可能出现的最低工作电压，且考虑外部故障切除后电动机自启动的过程中它必须返回来整定。根据运行经验，通常采用
Uop?0.7UN.T （3-7）
式中，UN.T为变压器的额定线电压。 低电压元件灵敏度
Ksen?Uop （3-8） Uk.maxUk.max为最大运行方式下，相邻元件末端三相金属性短路时，保护安装处的最大线电压，要求
Ksen≧1.2。
对升压变压器，如果低电压元件只接于某一侧的电流互感器上，则当另一侧故障时往往不能满足上述灵敏系数的要求。可以考虑采用两套低电压元件分别接在变压器两侧的电流互感器上，其接点采用并联的连接方式；也靠考虑采用复合电压启动的过电流保护。
当电压互感器回路发生断线时，低电压继电器将误动作。因此，在低电压保护中一般应设置电压回路断线的信号指示，延时发出断线信号，便于运行人员加以处理。
3.5.3 复合电压启动的过电流保护
由负序电压滤过器、过电压继电器及低电压继电器组成复合电压起动回路。当发生各种不对称
水利电力学院
13 青海大学本科毕业设计：水电厂电气部分二次设计
短路时，出现负序电压，过压继电器动作?其常闭接点断开?低电压继电器失电?其常闭接点闭合?起动中间继电器，低压闭锁开放。若电流继电器也动作，则起动时间继电器，经预定延时发出跳闸脉冲。
三相短路时：也会短时出现负序电压。闭锁开放。由于低电压继电器返回电压较高。三相短路后，若母线电压低于低电压继电器的返回电压，则低电压继电器不会返回。
复合电压起动的过电流保护的电流元件和低电压元件的整定同低压闭锁过电流保护。负序电压继电器的动作电压根据运行经验为
[7]
U2.op?（0.06-0.12）UN.T （3-9）
灵敏度校验与上述两种过电流保护相同。
这种保护方式灵敏度高，接线简单，故应用比较广泛。
3.5.4 负序过电流保护
变压器过电流保护的原理框图如图所示，由负序过电流元件和单相式低电压启动的过电流保护组成。不对称故障时利用负序电流元件获得较高的灵敏度，三相短路时依靠低电压启动的过电流保护动作切除故障。一般负序电流可整定为
I2.op?（0.2-0.6）IN.T （3-10）
Uab
3.6 变压器的瓦斯保护
变压器在运行中，由于内部故障，有时候我们无法及时辨别和采取措施，容易引起一些事故，采取瓦斯继电器保护后，一定程度上避免了类似事件的发生。现将瓦斯继电器动作后如何收集气体判别故障以及轻、重瓦斯保护动作的原因进行简述。
3.6.1 变压器瓦斯保护的范围
瓦斯保护的范围是变压器内部多相短路；匝间短路，匝间与铁心或外皮短路；铁心故障（发热烧损）；油面下降或漏油；分接开关接触不良或导线焊接不良。瓦斯保护的优点是不仅能反映变压器油箱内部的各种故障，而且还能反映差动保护所不能反映的不严重的匝间短路和铁心故障。此外，当变压器内部进入空气时也有所反映。因此，是灵敏度高、结构简单、动作迅速的一种保护。
其缺点是不能反映变压器外部故障（套管和引出线），因此瓦斯保护不能作为变压器各种故障的
14 水利电力学院