本 科 生 毕 业 设 计
题目：变压器的继电保护设计
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2016年 05 月 14 日
声 明
本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），是本人在
指导老师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文（设计）的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文（设计）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
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日 期： 年 月 日
目 录
摘 要 ........................................................... 错误！未定义书签。
Abstract .......................................................................... 2
前 言 ............................................................................ 3
第一章绪论 ........................................................................ 4
1.1 选题的目的 ............................................... 错误！未定义书签。
1.2 选题的意义 ............................................... 错误！未定义书签。
1.3 变压器的现状及发展趋势 .................................................... 4
1.3.1 变压器的现状 ............................................................ 5
1.3.2变压器的发展趋势 ......................................................... 6
1.4 本文设计的主要内容 ........................................................ 7
第二章 确定变压器的型号及类型 .................................................... 7
2.1 变压器的基本理论 .......................................................... 7
2.2变压器容量、台数、型号选择 ................................................. 7
2.2.1变压器容量 ............................................................... 7
2.2.2主变压器台数和型号 ........................................................... 8
2.2.3配电变压器确定 ............................................................... 9
第三章 配电变压器及其继电保护概述 ............................................... 31
3.1 变压器故障及不正常运行状态 ................................................ 9
3.2变压器保护设置 ............................................................ 24
3.3 继电保护相关理论知识 ......................................................... 24
3.3.1继电保护的任务 .......................................................... 11
3.3.2 继电保护基本原理 ....................................................... 11
3.3.3 对继电保护装置的要求 ................................................... 15
第四章 变压器继电保护配置 ........................................................ 17
4.1 变压器保护配置方案 ....................................................... 18
4.2 短路电流计算 ............................................................. 18
4.2.1 短路电流计算步骤 ........................................................... 18
4.3配电变压器继电保护 ............................................................ 21
4.3.1 配电变压器的电流速断保护原理 ............................................... 21
4.3.2 配电变压器瓦斯保护 ......................................................... 23
4.3.3 配电变压器的过电流保护 ..................................................... 24
4.3.4 配电变压器的过负荷保护 .................................................. 30
第五章 变压器继电保护相关校验 .................................................... 32
5.1 常规调试及检验接线的安全措施 ............................................. 32
5.2 输入系统检验 ............................................................. 32
5.3 保护装置各逻辑功能检查 ................................................... 33
5.3.1 高压侧后备保护校验 ......................................................... 33
参考文献 ......................................................................... 35
致 谢 ........................................................................... 36
变压器的继电保护设计
摘 要
变压器是电力系统的重要组成部分。它的正常与否直接关系到电力系统安全经济运行。继电保护是电力系统及所有设备可靠运行的“保护伞”，故变压器继电保护配置的可靠合理是变压器正常运行的重要保障。但不是每台变压器都需要设置所有的保护 ,而是根据变压器的等级和实际运行情况 ,以《继电保护和安全自动装置技术规程 》为依据 ,有选择地实施保护。本设计对一般10 kV配电变压器，继电保护进行了保护方式设计和保护装置的方案配置，同时有相关短路电流计算整定计算。根据配电变压器在电网中的特点和运行要求，在满足继电保护“四性”要求的前提下，求得最佳方案，分别配置了瓦斯保护、纵联差动保护、电流速断保护、过电流和过负荷保护，最后对全套保护进行了评价。
本论文设计对选定变压器的台数、容量，型号，变压器的不正常运行状态及常见故障，保护配置方案及校验进行了详细的叙述。
关键词：变压器；继电保护；短路电流计算
Protective relay design of transformer
Abstract
Transformer is an important part of power system. It is normal or not directly related to the power system safe and economic operation. Relay protection is all equipment used in the power system and reliable running "umbrella", so the transformer relay protection configuration and reliable reasonable is an important guarantee of normal operation of transformer. But not for each transformer will need to set up all the protection, but according to the level and actual operation of the transformer, to "technical specification" relay protection and safety automatic device as the basis, selectively implement protection. This design for the average 10 kV distribution transformer, the relay protection design and ways to protect protection scheme configuration, relevant setting calculation of short-circuit current calculation, at the same time. According to the characteristics and operation requirements of distribution transformer in the power grid, in meet the requirements of relay protection "four sex" under the premise of optimal scheme, configuration, respectively, the gas protection, longitudinal differential protection, current instantaneous fault protection, over current and overload protection, finally, a full range of protection is evaluated.
This paper designs for the selected transformer sets, capacity and types, and the abnormal running condition of the transformer and common fault, protection configuration scheme and check in detail.
Keywords: relay protection ； transformer ； short-circuit current calculation；
前 言
电能与国民经济各部门和人民生活关系密切。现代工业、农业、交通运输业以及居民生活等都广泛的利用电作为动力、热量、照明等能源。供电的中断或不足，将直接影响生产，造成人民生活混乱，在某些情况下，甚至会造成极其严重的社会性灾难。改革开放以来，我国经济的快速发展刺激电网的快速发展，尤其是近几年，我国各个地区出现的缺电现象直接促进了大规模机组的投产和电网建设进程的急剧加快。 随着现代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们继电保护装置发挥更重要的作用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全、稳定、经济的运行。
在当前电力电网中，变压器是配电系统的核心，对它的继电保护也就成为了重中之重。电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，为了供电的可靠性和系统正常运行，就必须视其容量的大小做相应的继电保护。配电变压器的故障又分为内部和外部故障两种。油箱内部的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的线损等。外部故障有套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。变压器发生故障，必将对电网和变压器带来危害，特别是发生内部故障时，如此，则短路电流产生的高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、甚至引起爆炸。因此变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除。
配电变压器继电保护的实现和配电网的安全、稳定、经济运行是坚强电网建设的重要内容之一。作为供配电环节的重要设备组件,无论是城市低压配电网变压器,还是工业用户供用电网配电变压器,其运行的经济性和保护的可靠性、便捷性,都是相关企业和用户实现安全生产和节能减排目标的前提条件。
第一章绪论
1.1选题的目的
配电网是电力从发出,经过输送到供给用户使用的最后一环,它与用户的关系最为紧密,对供电可靠性和供电质量的影响也最为直接。传统配电系统采用单向潮流方式供电,一旦线路中发生故障,故障线路末端用户将很难保证不失电。统计数据表明,大约80%以上的停电事故是由配电系统引起的。因此配电网的保护控制及其自愈技术直接关系到整个电网的可靠性、系统的运行效率和终端用户的电能质量。实际上，随着负荷的增长、配电网络拓扑结构复杂化,传统的工厂变压器保护在定值整定、控制运行等方面遇到了诸多问题。
1.2 选题的意义
电力系统各种电压等级均通过电力变压器来转换，配电变压器继电保护设计的意义在于当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内自动将故障设备从系统中切除，或者给出信号由值班人员消除异常工况的根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。变压器是配电网的主要设备,应用面广量大,其安全运行直接影响整个系统的可靠性。目前,配电变压器继电保护配置方面还存在许多问题,其中配电变压器与其继电保护不匹配或存在动作死区,造成越级跳闸、拒动导致的事故相当多。
因此,加强配电变压器继电保护优化配置,合理选择保护方案,可以提高配电变压器继电保护动作的可靠性,有效防止主线路出口断路器保护误动。
1.3 变压器的现状及发展趋势
1.3.1 配电变压器的现状
目前，我国配电变压器技术处于国际20世纪90年代初的水平，少量的处于世界20世纪90年代末的水平，与国外先进国家相比，还存在一定的差距。
(1) 铁心材料方面在20世纪70年代，武汉钢铁公司在引进消化吸收日本冷轧硅钢片制造技术生产冷轧硅钢片的基础上，于20世纪90年代又引进了日本高导磁晶粒向冷轧硅钢片(HI-B)制造技继电保护测试仪器术，制造出了节能效果更好的变压器'电力变压器铁心材料。但是由于产品数量不能满足需求及生产工艺两方面的问题，仍
然要从日本、俄罗斯以及西欧等国进口部分冷轧硅钢片。在研制配电变压器铁心用非晶合金材料方面继电保护测试仪器，我国于20世纪90年代初曾由原机械部、原冶金部、原电力部、国家计委、国家经贸委、原国家科委组成了专门工作组，对非晶合金铁心材料和非晶合金铁心变压器的设计和制造工艺开展了深入研究，研制的非晶合金铁心材料基本达到原计划指标的要求，并于1994年试制出电压10kV、容量160～500kVA的配电变压器，经电力用户试用表明，基本达到实用化的要求。
但对非晶合金材料制造工艺仍需进一步改进，才能达到批量生产的要求。1998年，上海置信公司引进了美国GE公司的制造技术，用美国非晶合金材料生产了非晶合金铁心变压器，目前已能生产电压10kV、容量50～2500kVA、空载损耗34～700W之间、负载损耗在870～21500W之间的非晶合金铁心变压器，而且已将此种材料应用于环氧树脂干式变压器上，进一步促进了我国非晶合金铁心变压器制造水平的提高。我国已有一些变压器厂家应用引进非晶合金材料铁心制造出的产品投入电网运行。
(2) 工装设备方面在20世纪80年代以前，我国变压专用设备技术水平，整体上是比较低的，除绕线设备有专业生产厂生产外，其余绝大部分都是企业自制的比较简单的设备，只有少数几家有简易的铁心加工纵剪线。进入20世纪80年代变压器行业开始引进国外先进的专用关键设备，如铁心纵剪线、低频电热燥系统等。到20世纪90年代，由于干式变压器的大力推广，引进了一批环氧浇注设备和箔式绕线机，几个大型生产厂还引进了绝缘件加工中心，使我国变压器生产工装装备水平大大提高。国内一些专用设备厂家经过消化吸收，也开发了纵、横间生产线等专用设备，这些国产专用设备，其功能及主要技术参数基本达到或接近国际水平，对保证我国变压器产品量，提高变压器的技术性能，提高生产效率起到了至关重要的作用。
(3) 变压器工艺设计方面在近20年，对110kV及以下电压等级的油浸变压器进行了不少优化设计，已逐步取代了64、73、79、86等标准，目前推行的是20世纪90年代后期的99标准，形成了节能变压器的新系列，使各种损耗进一步降低，替代了高能耗产品的生产。1998年国家又进一步明确，在电网中运行的64系列、73系列老旧变压器必须淘汰更新，按1979年标准生产的S7型变压器也必须停止生产。1998～2001年的城乡电网建设改造中大力推行的S9型配电变压器，符合1999年国家标准。2000年开始，在两网建设改造中还使用了卷铁心变压器。
在干式变压器中，在自主开发的基础上，引进了德国、瑞士、意大利、葡萄牙等国多家公司的有关10kV、35kV干式变压器系列的设计、制造等多种技术，并早已批量生产10kV、35kV干式变压器，目前可生产最高电压等级为110kV、单相容量为1.05万kVA的干式变压器，产品质量已达到引进的国外同类产品的技术水平。
在高压、超高压设计方面，除开展了科技攻关、自主开发外，在进入20世纪80年代以来还先后引进了日立、东芝、ABB、三菱、西门子等公司的制造技术。目前在超高压500kV变压器制造中，从最初的大部分依赖进口，发展到如今可与进口产品具有相当竞争能力的产品。随着三峡工程的建设需要，引进的西门子公司变压器制造技术，在三峡水电站左岸应用的84kVA三相变压器制造中，我国已同外商合作，每台承担30%左右的制造份额;对于西门子公司设计、制造技术的关键部分已能完全掌握，三峡右岸所用变压器的制造，应用西门子技术，要求做到由国内承制，为参加投标创造了条件。
1.3.2 配电变压器的发展趋势
配电变压器中我国中小型配电变压器最初是以绝缘油为绝缘介质发展起来的;进入20世纪90年代，干式变压器在我国才有了很快的发展[2]。
(1) 油浸式配电变压器
油浸式的有S9系列配电变压器、S11系列配电变压器、卷铁心配电变压器、非晶合金铁心变压器。为了使变压器的运行更加完全、可靠，维护更加简单，更广泛地满足用户的需要，近年来油浸式变压器采用了密封结构，使变压器油和周围空气完全隔绝，从而提高了变压器的可靠性。目前，主要密封形式有空气密封型、充氮密封型和全充油密封型。其中全充油密封型变压器的市场占有率越来越高，它在绝缘油体积发生变化时，由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性变形做补偿。
(2) 箱式变压器
箱式变压器具有占地少，能伸入负荷中心，减少线路损耗，提高供电质量，选位灵活，外形美观等特点，目前在城市10 kV、35kV电网中大量应用。我国目前所使用的箱式变压器，主要是欧式箱变和美式箱变，前者变压器作为一个单独的部件，即高压受电部分、配电变压器、低压受电部分三位一体。后者结构分为前后两部分，前部分为接线柜，后部分为变压器油箱，绕组、铁心、高压负荷开关、插入式熔断器、后备限流熔断器等元器件均放置在油箱体内。目前有些厂家，已将卷铁心变压器移置到箱式变压器中，使箱式变压器体积和质量都有所减小，实现了高效、节能和低噪声级。
(3) 高压、超高压变压器
目前，我国已具备了110 kV、220kV、330kV和500kV高压、超高压变压器生产能力[1]。超高压变压器的绝缘介质仍以绝缘油为主，根据电网发展的需要，变压器的生产技术正在不断提高。SF6气体绝缘高压、超高压变压器正在研究开发。
1.4 本文设计的主要内容
针对10kV工厂变压器进行变压器继电保护设计。
(1) 设计依据，原始资料和设计范围内容；
(2) 短路电流计算；
(3) 继电保护方案分析和论证及继电保护配置的确定；
(4) 整定计算；
(5) 继电保护的相关校验。
第二章 确定变压器的型号及类型
2.1 变压器的基本理论
配电电力变压器是一种静止的电器，指用于配电系统中根据电磁感应定律变换交
流电压和电流，具体来讲将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不等的电压（电流）的设备[3]。其工作原理是当一次绕组通以交流电时，在其内部产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与两侧绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。配电电力变压器主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表示传输电能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。
2.2 变压器容量、台数、型号选择
2.2.1变压器容量
变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如选的过大，不但增加投资，而且使变压器长期处于轻载运行，出现“大马拉小车”现象，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。
变压器的最佳负载率在40%-70%之间，负载过高，损耗明显增加，另一方面，由于变压器容量裕度小，负载稍有增长，便需要增容，更换大容量的变压器，势必增加投资，且影响供电。总之选择变压器的容量，要以现有的负荷为依据。
2.2.2主变压器台数和型号
1．台数
变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，并兼顾节约电能、降低运行造价、维护设备等因素，确定变压器台数应综合考虑，进行认真的技术经济比较。
按负荷的等级和大小来说，对于带一、二级负荷的变电所，当一、二级负荷较多时，应选两台或两台以上变压器，如只有少量的一、二级负荷并能从相邻的变电所取得低压备用电源，可以只采用一台变压器。
2．型号
主变压器的型号选择主要考虑以下因素：1）.变电所的所址选择；2）.建筑物的防火等级；3）.建筑物的使用功能；4）.主要用电设备对供电的要求；5）.当地供电部门对变电所的管理体制等[4]。
设置在一类高、低压主体建筑中的变压器，应选择干式、气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器；二类高、低压主体建筑也宜如此，否则应采取相应的防火措施。
主变压器安装在地下时，根据消防要求，不得选用可燃性油变压器，地下层一般比较潮湿，通风条件不好，也不宜选用空气绝缘的干式变压器，而宜采用环氧树脂浇注型或者六氟化硫型变压器，综合所述结合具体情况选型为S9-1000/10KV变压器。
2.2.3配电变压器确定
S9-1000/10型变压器容量SN=800kVA 电压10.5/0.4KV，UK%=4.5。电源进线长度L为400米。与电缆线路，低压断路器的高压真空断路器的电源，低压侧出口，发送到车间去总线模式，无限大容量电力系统出口断路器的断流容量Soc=200MVA。
第三章 配电变压器及其继电保护概述
3.1变压器故障及不正常运行状态
配电变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的故障对供电可靠性和系
统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。
油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路。油箱内部故障对变压器来说是非常危险的，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。变压器油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。于此，由于油浸式变压器的内部和外部故障大多会产温升和电弧 ,因此,瓦斯保护分轻瓦斯动作和重瓦斯动作。前者 瞬时动作于信号,后者延时动作于跳闸。
变压器不正常运行时的状态有：外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等[5]。根据变压器型号及运行条件选用合适的继电保护措施，并对保护装置进行合理的整定，变压器就能安全的运行。
配电变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低和过励磁等。
对于上述故障和不正常工作状态，根据DL400一91《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，变压器应装设如下保护：
(1) 为反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。
(2) 为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器，以及 6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护。对于10MVA以下变压器且其过电流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护[6]。当灵敏度不满足要求时（2MVA及以下变压器）宜装纵差保护。
(3) 为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵差保护（或电流速断保护）的后备，应装设过电流保护。例如，复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。
(4) 为反应大接地电流系统外部接地短路，应装设零序电流保护。
(5) 为反应过负荷应装设过负荷保护。
(6) 为反应变压器过励磁应装设过励磁保护。
3.2变压器保护设置
变压器保护分主保护和后备保护。
主保护是指满足系统和设备安全要求，能以最快的速度有选择地切除被保护元件故障的保护。对于一般的主变来讲，主保护包括：1、瓦斯保护，具有有载调压功能时，包含本体瓦斯和有载瓦斯两个部分，且一般重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯报信号。
2、电流速断保护，变压器容量在10000kVA以下的变压器、当过电流保护动作时间大于0.5s时，用户3kV～10kV配电变压器的的继电保护，应装设电流速断保护。
后备保护是指当主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。后备保护又可分为远后备保护和近后备保护两种，远后备保护是指当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护；近后备保护是指当主保护拒动时，有本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。变压器的后备保护。一般包含：1、高压侧复合电压启动的过电流保护；2、低压侧复合电压启动的过电流保护；3、防御外部接地短路的零序电流、零序电压保护；4、防止对称过负荷的过负荷保护；5、和高压侧母线相联的保护：高压侧母线差动保护、断路器失灵保护；6、和低压侧母线相联的相关保护：低压侧母线差动保护等。
3.3 继电保护相关理论知识
研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以称继电保护。
3.3.1 继电保护的任务
当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。
3.3 .2 继电保护基本原理
继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护。
1、 反映电气量的保护
电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理的继电保护装置。 电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：
（1）电流增大：短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。
（2）电压降低：当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
（3）电流与电压之间的相位角改变：正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°（-60°～-85°)[7]。
（4）测量阻抗发生变化：测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值，正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
（5）不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。
2 、 反映非电气量的保护
如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。
3.3.3 对继电保护装置的要求
继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低[8]。
（1）选择性
选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。
（2）速动性
速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。
一般必须快速切除的故障有：
1)使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍额定电压)。
2) 大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。
3) 中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障。
4) 可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号造成强烈干扰的故障。
故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.04s～0.08s，最快的可达0.01s～0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s～0.15s，
最快的可达0.02s～0.06s[14]。
对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。
（3）灵敏性
灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。
系统最大运行方式：被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运行方式；
系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。
（4）可靠性
可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。
安全性：要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。
信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。
继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。
即使对于相同的电力元件，随着电网的发展，保护不误动和不拒动对系统的影响也会发生变化。
以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护
的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型(它又分为机电型和静态型)和数字型两大类。对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值比较，以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果子以执行：跳闸或发信号。
1、 继电保护装置的组成
一般情况而言，整套继电保护装置由测量元件、逻辑环节和执行输出三部分组成如图1所示 。
图1继电保护装置组成图
（1）测量比较部分：测量比较部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”“非”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。
（2）逻辑部分：逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是应该使断路器跳闸、发出信号或是否动作及是否延时等，并将对应的指令传给执行输出部分。
（3）执行输出部分：执行输出部分根据逻辑传过来的指令，最后完成保护装置所承担的任务。如在故障时动作于跳闸，不正常运行时发出信号，而在正常运行时不动作等。
2 、 工作回路
要完成继电保护任务，除了需要继电保护装置外，必须通过可靠的继电保护工作回路的正确工作，才能完成跳开故障元件的断路器、对系统或电力元件的不正常运行发出警报、正常运行状态不动作的任务。
继电保护工作回路一般包括：将通过一次电力设备的电流、电压线性地传变为适合继电保护等二次设备使用的电流、电压，并使一次设备与二次设备隔离的设备，如电流、电压互感器及其与保护装置连接的电缆等；断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的连接电缆，指示保护动作情况的信号设备；保护装置及跳闸、信号回路设备的工作电源等。
第四章 变压器继电保护配置
4.1变压器保护配置方案
应按以下规定装设相应的保护装置：
①0.8MVA及以上的油浸式变压器和0.4MVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内部故障产生轻微瓦斯或油面下降是应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。
②对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按以下规定装设相应的保护装置作为主保护：
a.对6.3MVA以下并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；
b.对6.3MVA及以上并列运行的变压器，10MVA及以上单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护；
c.当变压器纵联差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求时，可增设零序差动保护。
③纵差动保护应符合下列要求：
a.应能躲开励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；
b.差动保护范围应包括变压器套管及其引出线，如不能包括引出线时，则应采取快速切除故障的辅助措施。
④对由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护装置作为后备保护： a.过电流保护，宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷；
b.复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。
各项保护装置动作后，应带时限动作于跳闸。
⑤一次电压为10KV及以下，线圈为星形—星形连接，低压侧中性点接地的变压器，对低压侧单相接地短路应装设下列保护之一：
a.接在低压侧中性线上的零序电流保护；
b.利用高压侧的过电流保护，保护装置宜采用三相式以提高灵敏性。
保护装置带时限动作于跳闸。当变压器低压侧有分支线时，宜利用分支过电流保
护有选择地切除各分支回路的故障。
⑥0.4MVA以及上变压器，当数台并列接地或单独运行并作为其他负荷的后备电源时，应根据过负荷的情况装设过负荷保护。
过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时，过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。
⑦对变压器温度升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可用于信号或动作于跳闸的装置。
⑧为降低材料消耗，现代大型变压器铁心一般都用新型电工硅酮片制成。其额定磁密接近于饱和磁密，过电压或低频率时容易引起过激磁，因此，500kV及以上的大容量变压器以装设过激磁保护[9]。
根据分析，对该变压器容量SN=800kVA，电压10/0.4kV，UK%=4.5的配电变压器，应装设瓦斯保护、电流速断保护、过电流和过负荷保护。
4.2短路电流计算
4.2.1 短路电流计算步骤
(1) 确定计算条件，画电路图
由原始设计参数，S9-1000/10型变压器容量SN=800kVA 电压10/0.4KV，UK%=4.5。电源进线长度L为400米，无限大容量电力系统出口断路器的断流容量Soc=200MVA。针对K-1、K-2两个短路点进行计算分析，系统图如图2。
图2系统图
(2) 根据系统图画出等值电路，如图3，及计算参数；
图3等值电路
(3) 采用标幺值法进行三相短路计算 1) 选择基准值：
Sd=100MVA,Uc1=10.5KV,Uc2=0.4KV取
Sd1000MVA
==5.50KA Uc110.5KVSd1000MVA
Id2===144KA
3Uc2Uc2Id1=
2) 计算短路电路中的各元件的电抗标幺值 电力变压器的电抗标幺值 取Soc=200
MVA,因此
X1*=
XsSd100MVA===0.5XdSoc200MVA
电路中线路的电抗标幺值 取X0=0.08Ω/km，因此
X2*=X0L
Sd100MVA
=0.08⨯0.4⨯=0.029 Uc2(10.5)2
电力变压器的电抗标幺值 由题可知Uk%=4.5
Uk%Sd4.5⨯100⨯103KVA
X3*=X4*===5.625
100⨯SN100⨯800
3) 计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值
X*∑(K-1)=X1*+X2*=0.5+0.029=0.529
三相短路电流周期分量有效值
Id15.50KA)
Ik(3===10.4KA -1
X*(K-1)0.529
其他三相短路电流
(3)3)
I''(3)=Ioo=I((k-1)=10.4KA
(3)ish
=2.55⨯10.4KA=26.52KA
(3)Ish=1.51⨯10.4KA=4.63KA
三相短路容量
(3)SK-1=
SdX*(k-1)
∑
=
4) 计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值
X*(L-2)=X1*+X*2+X3*∥X4*=0.5+0.029+2.642=3.172 ∑
100MVA
=189MVA
0.529
三相短路电流
(3)IK-2=
Id2X*(K-2)
∑
=
144KA
=45.4KA 3.172
其他三相短路电流
(3)
I''(3)=IK-2=45.4KA
(3)ish=1.84⨯45.4KA=83.5KA
3I00=1.09⨯45.4KA=49.4KA
三相短路容量
3)S(K-2=
Sd
*
X∑(K-2)
=
100MVA
=31.5MVA
3.172
短路计算结果表如下：
表3-1 短路计算结果表
4.3配电变压器继电保护
4.3.1 配电变压器的电流速断保护原理
配电变压器的电流速断保护是反应电流增大而瞬时动作的保护。对于中、小容量（10MVA以下）变压器，可以单独装设单独的电流速断保护，装于变压器的电源侧，对变压器及其引出线上各种型式的短路进行保护，作为变压器防止相间短路故障的主保护。动作无延时，只有利用动作电流保证保护的选择性，因此，动作电流整定按躲过变压器负荷侧母线短路电流，一般应大于变压器额定电流3～5倍以躲过变压器空载投入时的励磁涌流，显然电流速断保护动作电流数值较大，只能保护变压器一部分绕组（高压侧）的相间短路故障[10]。所以都按不完全星形的两相两继电器接线方式构成。其原理接线如图4所示。
图4 电流速断保护电路图
(1)电流速断保护的整定计算
按躲开变压器负荷侧出口出点k-2短路时的最大短路电流来整定，即
Idz=KhId∙max
Idz-保护装置一次动作电流；
Kh-继电器返回系数，取0.85；
(3)
Id∙max=ish=26.52KA 代入计算得Idz=22.5KA
(2)躲过励磁涌流
根据实际经验及实验数据，一般取
Idz=(3~4)Ie∙T
Ie∙T=Id1(高压侧)=5.50KA 计算得Idz=16.5~22KA
按上两式条件计算，选择其中较大值作为变压器电流速断保护的启动电流，即
Idz=22.5KA。 (3)灵敏度校验
按变压器原边d2点短路时，即流过变压器k-2点出口处的最小短路电流校验，即满足
(2)
Id
=2∙min≥2
Idz
Klm
K
ml-保护装置的灵敏系数；
(3)(3)Id2∙min=IK-2=45.4KA
Idz=22.5KA；
代入公式计算得Klm=2.02>2满足要求
配电变压器电流速断保护的优点是接线简单，动作迅速。缺点是只保护变压器的一部分。
4.3.2 配电变压器瓦斯保护
变压器油箱内发生任何一种故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量气体产生，此时，会有强烈的油流和气流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点构成的保护称之为瓦斯保护。瓦斯保护根据产生瓦斯浓度的大小分轻瓦斯和重瓦斯保护。轻瓦斯：变压器内部过热,或局部放电,使变压器油油温上升，产生一定的气体,汇集于继电器内,达到了一定量后触动继电器，发出信号；重瓦斯：变压器内发生严重短路后，将对变压器油产生冲击，使一定油流冲向继电器的档板,动作于跳闸。
瓦斯保护的原理接线如图5所示，气体继电器1上触电为轻瓦斯保护，动作后发出延时信号。继电器的下触点为重瓦斯保护，动作后经信号继电器2起动出口中间继电器3，跳开变压器两侧断路器。由于重瓦斯反应油流流速的大小而动作，而油流的流速在故障中往往很不稳定，所以重瓦斯动作后必须有自保持回路，以保证断路器能可靠跳闸，为了防止变压器在换油或进行气体继电器试验时误动作，可通过连接片将重瓦斯暂时接到信号回路运行[13]。
图5瓦斯保护电路图
瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。其缺点则是不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。因此瓦斯保护不能单独作为变压器的主保护，通常是将瓦斯保护和纵联差动保护配合共同作为变压器的主保护。 4.3.3 配电变压器的过电流保护
反应相间短路电流增大而动作的过电流保护作为变压器的后备保护。为满足灵敏度要求、可装设过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护，负序过电流保护，甚至阻抗保护[11]。
1、 配电变压器相间短路过电流保护
简单过电流保护装置的起动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流进行整定。具体问题应作如下考虑：
（1）对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器时所出现的过负荷。当变压器的容量相同时，可按下列公式计算
Idz
I
dz-保护装置一次动作电流；
Kkn
=⨯Ie∙T
Khn-1
Kk-可靠系数，过电流保护时取1.2； Kh-继电器返回系数，取0.85；
n-变压器变比，等于25；
Ie∙T=Id1(高压侧)=5.50KA 代入计算得Idz=8.08KA
（2） 对降压变压器应考虑电动机的自起动电流。过电流保护的动作电流为
Idz=
KkKzqKh
Ie∙T
Kzq-自起动系数，其数值由电网具体接线及负荷性质确定，一般去1.3； 代入数据得Idz=10.0KA 保护装置的灵敏度校验
Klm=
Id∙
min
Idz
Klm-保护装置的灵敏系数；
(3)
Id∙min=IK-1=10.4KA;
代入计算得Klm=1.29和1.04
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III段保护动作时限长1个时限阶段。过电流保护装置应装于变压器的电源侧，采用完全星形接线，其单相原理接线如图6所示。保护动作后，跳开变压器两侧断路器。
图6 过电流保护电路图
2、 低电压起动的过电流保护
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。低压测量元件的作用是保证外部故障切除后电动机自起动时不动作，因而电流元件的起动电流按躲开变压器的额定电流整定，不再考虑自起动系数。
Idz=
Kk
Ie∙TKh
Idz-保护装置一次动作电流； Kk-可靠系数，过电流保护时取1.2； Kh-继电器返回系数，取0.85；
Ie∙T=Id1(高压侧)=5.50KA 代入计算得Idz=7.76KA
低电压元件的起动值应小于在正常运行情况下母线可能出现的最低工作电压。同时，在外部故障切除后电动机自起动过程中，保护必须返回。根据运行经验，低电压继电器的动作电压为
Udz=0.7Ue∙T
Udz-保护装置一次动作电压； Udz-高压侧电压10.5KV；代入计算得Udz=7.35KV 电压元件的灵敏度
Klm
Udz
=>1.2Ud∙min
Ud∙min-最小电压，6KV； Klm-保护装置的灵敏系数；代入计算得Klm=1.23>1.2,满足要求
对于升压变压器，如果低电压继电器只接在一侧电压互感器，当另一侧短路时，往往灵敏度不够，此时可采用两套低电压元件分别接在变压器两侧的电压互感器上。两级电压继电器的接点并联。为防止电压互感器二次断线低电压继电器误动，应加装电压互感器断线监视继电器发出断线信号。
图7低电压起动的过电流保护电路图
3、 复合电压起动的过电流保护
复合电压起动的过电流保护原理接线如图8所示，它由负序电压滤过器、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的电压线圈回路，使加于低电压继电器线圈上的电压变为零，低电压继电器动作，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。负序过电压继电器整定值较低，不对称短路时灵敏度较高。
图8复合电压起动的过电流保护电路图
在正常运行时，由于电压没有负序分量，所以负序电压继电器KVZ的动断触
点闭合，将线电压加入低电压继电器KV的线圈上，KV动断触点断开，保护装置不动作。
当外部发生不对称短路时，故障相电流起动元件KA动作，负序电压继电器中
的负序电压滤过器KUG输出负序电压，负序电压继电器KVZ动作，其动断触点断开，低电压继电器KV线圈失磁，其动断触点闭合，起动中间继电器KC的线圈，其动合触点闭合，使时间继电器KT动作，经过其整定时限后，KT的延时触点闭合，起动出口中间继电器KCO，将变压器两侧断路器1QF、2QF跳闸，切断故障电流。
当发生三相短路时，低电压继电器KV线圈失磁而返回，其动断触点闭合，同
时，电流继电器KA动作，按低电压起动的过电流保护的方式，作用于1QF、2QF跳闸。
（1）复合电压起动的过电流保护的整定计算
1）电流元件的动作电流与低压起动的过电流保护中的电流元件的动作整定
值相同。
低电压元件的动作电流为
Uop=0.7UN.B
式中UN.B——变压器额定电压。
低压元件的灵敏度为
Ksen=UopKre
Uk.max>1.2
式中Uk.max——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；
Kre——低压元件的返回系数。
2) 负序电压元件的动作元件的动作电压按避开正常运行的不平衡负序电压
整定。其起动电压U2op取为
U2.op=(0.06~0.12)UN.B
负序电压元件灵敏度为
Ksen=
式中 Uk2.min——相邻元件末端不对称短路故障时的最小负序电压。
3）方向元件的整定：
①三侧有电源的三绕组升压变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其
方向可指向该侧母线；
②高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器的联络变压器，
在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向宜指向变压器。
4）动作时限按大于相邻主变压器后备保护的动作时限整定。
5）相间方向元件的电压可取本侧或对侧的，取对侧的，两侧绕组接线方式应
一样。
6）复合电压元件可取本侧的，也可取变压器各侧“或”的方式。
当发生三相短路时，也会短时出现负序电压。负序电压使继电器动作，起动低
电压继电器。低电压继电器接点返回起动中间继电器，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。由此可见，复合电压起动的过电流保护在不对称短路时低电压继电器闭锁灵敏度高，而在三相对称短路时，将其灵敏度提高几个低电压继电器的返回系数，一般为1.15～1.2倍[12]。
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 UK2.minU2.op
Udz=(0.06~0.12)Ue∙T
灵敏度校验与上述两种过电流保护相同。当采用低电压起动的过电流保护，电压
元件不满足灵敏度要求时，采用复合电压起动的过电流保护。这种保护方式灵敏度高，接线简单，故应用比较广泛。
若低电压起动的过电流保护的低电压继电器灵敏系数不满足要求，可采用复
合电压起动的过电流保护。
电压起动的过电流保护的过电流保护的原理图与低电压起动的过电流保护基
本相同，不同的是用一个低电压继电器和一个负序电压继电器代替了低电压起动的过电流保护中的三个低电压继电器，使得保护的灵敏度提高了很多。负序电压继电器由负序电压滤过器和一个低电压继电器构成。
（2） 负序电压滤过器
负序电压滤过器从三相电压中取出负序电压分量。由电阻、电容构成的单相式负序电压滤过器应用广泛，其原理接线如图所示。滤过器的输入端接UABY与UBC。由于线电压不包含零序分量，所以，从输入端即避免了零序分量电压进入滤过器，为了避免正序电压通过滤过器，两个阻抗臂的参数应取为
R1=Xcl,R2=1
3XC2,R1=XC2
滤过器的输出电压为
Umn=UR1+UC2 ...
当输入正序电压时，滤过器的相量图如图所示。因为R1=Xcl，电流IAB超前UAB.130。因为R2=
...013XC2，电流IBC超前UBC.160。UC2滞后IBC90，UR1与IAB同..0..0..相。因UR1=-UC2，故
Umn.1=UR1+UC2=0
当输入负序电压时，UAB.2滞后UBC.2120，由图可见，UC2=UR1ej60,故
Umn.2=UR1+UC2=UR1(1+ej60) ....0.....0..0
由于UAB.2=UR1+UC2，且UR1=UC1
Umn.2=UAB.2cos300(1+ej60)ej30
=1.5UAB.2e
......j900，因此，UR1=UAB.2cos300ej30，得 ..0..00.j600=1.5UA2ej30 （1-10） .0滤过器的输出电压与输入的负序电压成正比，相位超前输入A相负序电压UA2300。
实际上，当系统正常运行时，负序电压滤过器仍有一个不平衡电压Uunb输出。产生不平衡电压的原因主要是各阻抗元件参数的误差及输入电压中有谐波分量。由于5次谐波属负序性质，它可以通过滤过器。通常在滤过器的输出端加设5次谐波滤过器，消除5次谐波的影响。
4.3.4 配电变压器的过负荷保护
.
配电变压器过负荷电流大多数是三相对称，过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经过较长的延时后发出信号。对于三绕组变压器，三侧都装有过负荷起动元件，对于双绕组变压器，过负荷保护应装于电源侧。原理接线图如下图9所示。
变压器过负荷保护反映变压器对称过负荷引起的过电流。保护用一个电流继电器接于一相电流，经延时动作于信号。
过负荷保护的安装侧，应根据保护能反映变压器各侧绕组可能过负荷情况来选择：
（1）对于双绕组升压变压器，装于发电机侧。
（2）对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。
（3）对三侧有电源侧电源的三绕组升压变压器，三侧均装。
（4）对于双绕组降压变压器，装于高压侧。
（5）对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。
过负荷保护的整定计算：过负荷保护的动作电流按躲过变压器的额定电流进行整定
Idz
Idz-保护装置一次动作电流；
Kk-可靠系数，过电流保护时取1.2；
Kh-继电器返回系数，取0.85；KK=Ie⋅TKh
Ie∙T=Id1(高压侧)=5.50KA 代入计算得Idz=7.76KA
第五章 配电变压器继电保护相关校验
5.1 常规调试及检验接线的安全措施
(1) 将检验工作中需要退出的压板（特别是跳各侧分段断路器压板、启动失灵压板、母差保护屏跳主变高压侧的压板）填入继电保护安全措施票，然后退出压板。
(2) 查阅保护直流回路图、端子排图和现场接线，将主变保护高压侧（断路器启动失灵回路、解失灵电压闭锁回路的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入继电保护安全措施票，然后一人将端子排上接二次电缆的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，在继电保护安全措施票签字。
(3) 查阅保护直流回路图、端子排图和现场接线，断路器的跳闸线的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入继电保护安全措施票，然后一人将端子排上接二次电缆的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，在继电保护安全措施票签字。
(4) 查阅保护交流回路图、端子排图和现场接线，将主变保护三侧电压回路的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入继电保护安全措施票，然后一人将端子排上接二次电缆或电压小母线的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，并在继电保护安全措施票签字。
(5) 查阅保护直流回路图、端子排图和现场接线，将主变保护启动远跳、启动风冷、启动录波回路的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入继电保护安全措施票，然后一人将端子排上接二次电缆的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，并在继电保护安全措施票签字。
5.2 输入系统检验
(1) 保护开入量回路检查
压板开入用试投退压板的方法检查，接点开入量用短接的方法检查，注意短接时千万不能短错端子。若主变保护差动、高后备、中后备、低后备保护分别在不同的单元箱内，则检查开入量变化要在对应的保护箱里检查。
(2) 保护交流输入回路检查
保护装置的交流输入回路检查包括交流采样通道的零漂检查和采样精度检查两部分。前者用于保证运行的装置能有较小的直流偏移及通道噪声，后者用于保证在故障量输入情况下装置能够线性输出并有足够的精度。
零漂重点检查各采样通道在无输入时是否维持在零点附近，不能漂移太大，应在
0.01IN(或0.05V)以内。若保护引入了中性点导管和间隙TA，还要进行该两路电流采样通道的零漂检查。
(3) 采样值精度检查
原则是：对每一个使用的交流采集通道都要进行精度检查。对保护菜单中能显示三相电流N（中性）线电流值的，就一定要检查该采样电流通道的精度，此时可加入三相不平衡电流进行模拟。
5.3 保护装置各逻辑功能检查
5.3.1 高压侧后备保护校验
在高压侧后备保护校验中主要说到复合电压闭锁方向过流保护相关校验，介绍如下：
(1) 相间方向元件校验
由于微机保护无法单独察看方向元件的动作情况，所以方向元件动作行为靠整组试验来判断。先根据“方向指向”定值和保护说明书上给出的灵敏角估算出方向元件的两个动作边界；然后根据方向元件接线形式（0°或90°接线）加入相关电流电压，电流电压夹角设置在动作边界角度，电压满足复合电压定值（任一相间电压低于“低电压定值”或负序电压大于“负序电压定值”），电流大于复压方向过流定值；改变电流电压夹角，记录复压方向过流从不动作到刚好动作时角度，作为相间方向元件的动作边界；最后根据动作边界计算方向元件灵敏角。
(2) 复合电压元件校验
和相间方向元件一样，复合电压元件的动作行为也只有靠复压（方向）过流整组动作来判断。
1) 低电压元件。
由于低电压元件和负序过压元件是或的关系，所以校验低电压元件时应让负序过压元件不动作。先加入三相对称正序电压UAB＝UBC＝UCA＝1.05U1zd（U1zd：相间低电压定值），电流大于复压（方向）过流定值，电流电压夹角落在相间方向元件动作区，此时，复压方向过流、复压过流保护均不动作。任降一相间电压为0.95U1zd，其他量保持不变，此时复压方向过流、复压过流保护均动作。
2) 负序过压元件。
采用单相降压法进行负序过压元件校验，如果单相降压后，相间电压低到U1zd以下，低电压元件就要干扰试验，此时应将U1zd定值适当改小，让其不动作。加入三相正序电压UB＝Uc＝57.7V，UA＝57.7－3×0.9U2zd（U2zd：负序相电压定值），UA超前UB120°, UB超前Uc120°，电流大于复压（方向）过流定值，电流电压夹角落在相间方向元件动作区，此时，复压方向过流、复压过流保护均不动作。降A相电压至57.7－3×1.1U2zd，其他量保持不变，此时复压方向过流、复压过流保护均动作。
(3) 复压（方向）过流保护校验
本项试验主要检查保护电流定值、时间定值及跳闸出口逻辑，用整组动作来校验。加入的电压满足复合电压定值，加入电流电压夹角落入相间方向元件的动作区，引入跳闸出口接点测取保护动作时间。
参考文献：
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致 谢
本 科 生 毕 业 设 计
题目：变压器的继电保护设计
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2016年 05 月 14 日
声 明
本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），是本人在
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本人签名：
日 期： 年 月 日
目 录
摘 要 ........................................................... 错误！未定义书签。
Abstract .......................................................................... 2
前 言 ............................................................................ 3
第一章绪论 ........................................................................ 4
1.1 选题的目的 ............................................... 错误！未定义书签。
1.2 选题的意义 ............................................... 错误！未定义书签。
1.3 变压器的现状及发展趋势 .................................................... 4
1.3.1 变压器的现状 ............................................................ 5
1.3.2变压器的发展趋势 ......................................................... 6
1.4 本文设计的主要内容 ........................................................ 7
第二章 确定变压器的型号及类型 .................................................... 7
2.1 变压器的基本理论 .......................................................... 7
2.2变压器容量、台数、型号选择 ................................................. 7
2.2.1变压器容量 ............................................................... 7
2.2.2主变压器台数和型号 ........................................................... 8
2.2.3配电变压器确定 ............................................................... 9
第三章 配电变压器及其继电保护概述 ............................................... 31
3.1 变压器故障及不正常运行状态 ................................................ 9
3.2变压器保护设置 ............................................................ 24
3.3 继电保护相关理论知识 ......................................................... 24
3.3.1继电保护的任务 .......................................................... 11
3.3.2 继电保护基本原理 ....................................................... 11
3.3.3 对继电保护装置的要求 ................................................... 15
第四章 变压器继电保护配置 ........................................................ 17
4.1 变压器保护配置方案 ....................................................... 18
4.2 短路电流计算 ............................................................. 18
4.2.1 短路电流计算步骤 ........................................................... 18
4.3配电变压器继电保护 ............................................................ 21
4.3.1 配电变压器的电流速断保护原理 ............................................... 21
4.3.2 配电变压器瓦斯保护 ......................................................... 23
4.3.3 配电变压器的过电流保护 ..................................................... 24
4.3.4 配电变压器的过负荷保护 .................................................. 30
第五章 变压器继电保护相关校验 .................................................... 32
5.1 常规调试及检验接线的安全措施 ............................................. 32
5.2 输入系统检验 ............................................................. 32
5.3 保护装置各逻辑功能检查 ................................................... 33
5.3.1 高压侧后备保护校验 ......................................................... 33
参考文献 ......................................................................... 35
致 谢 ........................................................................... 36
变压器的继电保护设计
摘 要
变压器是电力系统的重要组成部分。它的正常与否直接关系到电力系统安全经济运行。继电保护是电力系统及所有设备可靠运行的“保护伞”，故变压器继电保护配置的可靠合理是变压器正常运行的重要保障。但不是每台变压器都需要设置所有的保护 ,而是根据变压器的等级和实际运行情况 ,以《继电保护和安全自动装置技术规程 》为依据 ,有选择地实施保护。本设计对一般10 kV配电变压器，继电保护进行了保护方式设计和保护装置的方案配置，同时有相关短路电流计算整定计算。根据配电变压器在电网中的特点和运行要求，在满足继电保护“四性”要求的前提下，求得最佳方案，分别配置了瓦斯保护、纵联差动保护、电流速断保护、过电流和过负荷保护，最后对全套保护进行了评价。
本论文设计对选定变压器的台数、容量，型号，变压器的不正常运行状态及常见故障，保护配置方案及校验进行了详细的叙述。
关键词：变压器；继电保护；短路电流计算
Protective relay design of transformer
Abstract
Transformer is an important part of power system. It is normal or not directly related to the power system safe and economic operation. Relay protection is all equipment used in the power system and reliable running "umbrella", so the transformer relay protection configuration and reliable reasonable is an important guarantee of normal operation of transformer. But not for each transformer will need to set up all the protection, but according to the level and actual operation of the transformer, to "technical specification" relay protection and safety automatic device as the basis, selectively implement protection. This design for the average 10 kV distribution transformer, the relay protection design and ways to protect protection scheme configuration, relevant setting calculation of short-circuit current calculation, at the same time. According to the characteristics and operation requirements of distribution transformer in the power grid, in meet the requirements of relay protection "four sex" under the premise of optimal scheme, configuration, respectively, the gas protection, longitudinal differential protection, current instantaneous fault protection, over current and overload protection, finally, a full range of protection is evaluated.
This paper designs for the selected transformer sets, capacity and types, and the abnormal running condition of the transformer and common fault, protection configuration scheme and check in detail.
Keywords: relay protection ； transformer ； short-circuit current calculation；
前 言
电能与国民经济各部门和人民生活关系密切。现代工业、农业、交通运输业以及居民生活等都广泛的利用电作为动力、热量、照明等能源。供电的中断或不足，将直接影响生产，造成人民生活混乱，在某些情况下，甚至会造成极其严重的社会性灾难。改革开放以来，我国经济的快速发展刺激电网的快速发展，尤其是近几年，我国各个地区出现的缺电现象直接促进了大规模机组的投产和电网建设进程的急剧加快。 随着现代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们继电保护装置发挥更重要的作用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全、稳定、经济的运行。
在当前电力电网中，变压器是配电系统的核心，对它的继电保护也就成为了重中之重。电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，为了供电的可靠性和系统正常运行，就必须视其容量的大小做相应的继电保护。配电变压器的故障又分为内部和外部故障两种。油箱内部的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的线损等。外部故障有套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。变压器发生故障，必将对电网和变压器带来危害，特别是发生内部故障时，如此，则短路电流产生的高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、甚至引起爆炸。因此变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除。
配电变压器继电保护的实现和配电网的安全、稳定、经济运行是坚强电网建设的重要内容之一。作为供配电环节的重要设备组件,无论是城市低压配电网变压器,还是工业用户供用电网配电变压器,其运行的经济性和保护的可靠性、便捷性,都是相关企业和用户实现安全生产和节能减排目标的前提条件。
第一章绪论
1.1选题的目的
配电网是电力从发出,经过输送到供给用户使用的最后一环,它与用户的关系最为紧密,对供电可靠性和供电质量的影响也最为直接。传统配电系统采用单向潮流方式供电,一旦线路中发生故障,故障线路末端用户将很难保证不失电。统计数据表明,大约80%以上的停电事故是由配电系统引起的。因此配电网的保护控制及其自愈技术直接关系到整个电网的可靠性、系统的运行效率和终端用户的电能质量。实际上，随着负荷的增长、配电网络拓扑结构复杂化,传统的工厂变压器保护在定值整定、控制运行等方面遇到了诸多问题。
1.2 选题的意义
电力系统各种电压等级均通过电力变压器来转换，配电变压器继电保护设计的意义在于当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内自动将故障设备从系统中切除，或者给出信号由值班人员消除异常工况的根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。变压器是配电网的主要设备,应用面广量大,其安全运行直接影响整个系统的可靠性。目前,配电变压器继电保护配置方面还存在许多问题,其中配电变压器与其继电保护不匹配或存在动作死区,造成越级跳闸、拒动导致的事故相当多。
因此,加强配电变压器继电保护优化配置,合理选择保护方案,可以提高配电变压器继电保护动作的可靠性,有效防止主线路出口断路器保护误动。
1.3 变压器的现状及发展趋势
1.3.1 配电变压器的现状
目前，我国配电变压器技术处于国际20世纪90年代初的水平，少量的处于世界20世纪90年代末的水平，与国外先进国家相比，还存在一定的差距。
(1) 铁心材料方面在20世纪70年代，武汉钢铁公司在引进消化吸收日本冷轧硅钢片制造技术生产冷轧硅钢片的基础上，于20世纪90年代又引进了日本高导磁晶粒向冷轧硅钢片(HI-B)制造技继电保护测试仪器术，制造出了节能效果更好的变压器'电力变压器铁心材料。但是由于产品数量不能满足需求及生产工艺两方面的问题，仍
然要从日本、俄罗斯以及西欧等国进口部分冷轧硅钢片。在研制配电变压器铁心用非晶合金材料方面继电保护测试仪器，我国于20世纪90年代初曾由原机械部、原冶金部、原电力部、国家计委、国家经贸委、原国家科委组成了专门工作组，对非晶合金铁心材料和非晶合金铁心变压器的设计和制造工艺开展了深入研究，研制的非晶合金铁心材料基本达到原计划指标的要求，并于1994年试制出电压10kV、容量160～500kVA的配电变压器，经电力用户试用表明，基本达到实用化的要求。
但对非晶合金材料制造工艺仍需进一步改进，才能达到批量生产的要求。1998年，上海置信公司引进了美国GE公司的制造技术，用美国非晶合金材料生产了非晶合金铁心变压器，目前已能生产电压10kV、容量50～2500kVA、空载损耗34～700W之间、负载损耗在870～21500W之间的非晶合金铁心变压器，而且已将此种材料应用于环氧树脂干式变压器上，进一步促进了我国非晶合金铁心变压器制造水平的提高。我国已有一些变压器厂家应用引进非晶合金材料铁心制造出的产品投入电网运行。
(2) 工装设备方面在20世纪80年代以前，我国变压专用设备技术水平，整体上是比较低的，除绕线设备有专业生产厂生产外，其余绝大部分都是企业自制的比较简单的设备，只有少数几家有简易的铁心加工纵剪线。进入20世纪80年代变压器行业开始引进国外先进的专用关键设备，如铁心纵剪线、低频电热燥系统等。到20世纪90年代，由于干式变压器的大力推广，引进了一批环氧浇注设备和箔式绕线机，几个大型生产厂还引进了绝缘件加工中心，使我国变压器生产工装装备水平大大提高。国内一些专用设备厂家经过消化吸收，也开发了纵、横间生产线等专用设备，这些国产专用设备，其功能及主要技术参数基本达到或接近国际水平，对保证我国变压器产品量，提高变压器的技术性能，提高生产效率起到了至关重要的作用。
(3) 变压器工艺设计方面在近20年，对110kV及以下电压等级的油浸变压器进行了不少优化设计，已逐步取代了64、73、79、86等标准，目前推行的是20世纪90年代后期的99标准，形成了节能变压器的新系列，使各种损耗进一步降低，替代了高能耗产品的生产。1998年国家又进一步明确，在电网中运行的64系列、73系列老旧变压器必须淘汰更新，按1979年标准生产的S7型变压器也必须停止生产。1998～2001年的城乡电网建设改造中大力推行的S9型配电变压器，符合1999年国家标准。2000年开始，在两网建设改造中还使用了卷铁心变压器。
在干式变压器中，在自主开发的基础上，引进了德国、瑞士、意大利、葡萄牙等国多家公司的有关10kV、35kV干式变压器系列的设计、制造等多种技术，并早已批量生产10kV、35kV干式变压器，目前可生产最高电压等级为110kV、单相容量为1.05万kVA的干式变压器，产品质量已达到引进的国外同类产品的技术水平。
在高压、超高压设计方面，除开展了科技攻关、自主开发外，在进入20世纪80年代以来还先后引进了日立、东芝、ABB、三菱、西门子等公司的制造技术。目前在超高压500kV变压器制造中，从最初的大部分依赖进口，发展到如今可与进口产品具有相当竞争能力的产品。随着三峡工程的建设需要，引进的西门子公司变压器制造技术，在三峡水电站左岸应用的84kVA三相变压器制造中，我国已同外商合作，每台承担30%左右的制造份额;对于西门子公司设计、制造技术的关键部分已能完全掌握，三峡右岸所用变压器的制造，应用西门子技术，要求做到由国内承制，为参加投标创造了条件。
1.3.2 配电变压器的发展趋势
配电变压器中我国中小型配电变压器最初是以绝缘油为绝缘介质发展起来的;进入20世纪90年代，干式变压器在我国才有了很快的发展[2]。
(1) 油浸式配电变压器
油浸式的有S9系列配电变压器、S11系列配电变压器、卷铁心配电变压器、非晶合金铁心变压器。为了使变压器的运行更加完全、可靠，维护更加简单，更广泛地满足用户的需要，近年来油浸式变压器采用了密封结构，使变压器油和周围空气完全隔绝，从而提高了变压器的可靠性。目前，主要密封形式有空气密封型、充氮密封型和全充油密封型。其中全充油密封型变压器的市场占有率越来越高，它在绝缘油体积发生变化时，由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性变形做补偿。
(2) 箱式变压器
箱式变压器具有占地少，能伸入负荷中心，减少线路损耗，提高供电质量，选位灵活，外形美观等特点，目前在城市10 kV、35kV电网中大量应用。我国目前所使用的箱式变压器，主要是欧式箱变和美式箱变，前者变压器作为一个单独的部件，即高压受电部分、配电变压器、低压受电部分三位一体。后者结构分为前后两部分，前部分为接线柜，后部分为变压器油箱，绕组、铁心、高压负荷开关、插入式熔断器、后备限流熔断器等元器件均放置在油箱体内。目前有些厂家，已将卷铁心变压器移置到箱式变压器中，使箱式变压器体积和质量都有所减小，实现了高效、节能和低噪声级。
(3) 高压、超高压变压器
目前，我国已具备了110 kV、220kV、330kV和500kV高压、超高压变压器生产能力[1]。超高压变压器的绝缘介质仍以绝缘油为主，根据电网发展的需要，变压器的生产技术正在不断提高。SF6气体绝缘高压、超高压变压器正在研究开发。
1.4 本文设计的主要内容
针对10kV工厂变压器进行变压器继电保护设计。
(1) 设计依据，原始资料和设计范围内容；
(2) 短路电流计算；
(3) 继电保护方案分析和论证及继电保护配置的确定；
(4) 整定计算；
(5) 继电保护的相关校验。
第二章 确定变压器的型号及类型
2.1 变压器的基本理论
配电电力变压器是一种静止的电器，指用于配电系统中根据电磁感应定律变换交
流电压和电流，具体来讲将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不等的电压（电流）的设备[3]。其工作原理是当一次绕组通以交流电时，在其内部产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与两侧绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。配电电力变压器主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表示传输电能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。
2.2 变压器容量、台数、型号选择
2.2.1变压器容量
变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如选的过大，不但增加投资，而且使变压器长期处于轻载运行，出现“大马拉小车”现象，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。
变压器的最佳负载率在40%-70%之间，负载过高，损耗明显增加，另一方面，由于变压器容量裕度小，负载稍有增长，便需要增容，更换大容量的变压器，势必增加投资，且影响供电。总之选择变压器的容量，要以现有的负荷为依据。
2.2.2主变压器台数和型号
1．台数
变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，并兼顾节约电能、降低运行造价、维护设备等因素，确定变压器台数应综合考虑，进行认真的技术经济比较。
按负荷的等级和大小来说，对于带一、二级负荷的变电所，当一、二级负荷较多时，应选两台或两台以上变压器，如只有少量的一、二级负荷并能从相邻的变电所取得低压备用电源，可以只采用一台变压器。
2．型号
主变压器的型号选择主要考虑以下因素：1）.变电所的所址选择；2）.建筑物的防火等级；3）.建筑物的使用功能；4）.主要用电设备对供电的要求；5）.当地供电部门对变电所的管理体制等[4]。
设置在一类高、低压主体建筑中的变压器，应选择干式、气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器；二类高、低压主体建筑也宜如此，否则应采取相应的防火措施。
主变压器安装在地下时，根据消防要求，不得选用可燃性油变压器，地下层一般比较潮湿，通风条件不好，也不宜选用空气绝缘的干式变压器，而宜采用环氧树脂浇注型或者六氟化硫型变压器，综合所述结合具体情况选型为S9-1000/10KV变压器。
2.2.3配电变压器确定
S9-1000/10型变压器容量SN=800kVA 电压10.5/0.4KV，UK%=4.5。电源进线长度L为400米。与电缆线路，低压断路器的高压真空断路器的电源，低压侧出口，发送到车间去总线模式，无限大容量电力系统出口断路器的断流容量Soc=200MVA。
第三章 配电变压器及其继电保护概述
3.1变压器故障及不正常运行状态
配电变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的故障对供电可靠性和系
统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。
油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路。油箱内部故障对变压器来说是非常危险的，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。变压器油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。于此，由于油浸式变压器的内部和外部故障大多会产温升和电弧 ,因此,瓦斯保护分轻瓦斯动作和重瓦斯动作。前者 瞬时动作于信号,后者延时动作于跳闸。
变压器不正常运行时的状态有：外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等[5]。根据变压器型号及运行条件选用合适的继电保护措施，并对保护装置进行合理的整定，变压器就能安全的运行。
配电变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低和过励磁等。
对于上述故障和不正常工作状态，根据DL400一91《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，变压器应装设如下保护：
(1) 为反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。
(2) 为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器，以及 6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护。对于10MVA以下变压器且其过电流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护[6]。当灵敏度不满足要求时（2MVA及以下变压器）宜装纵差保护。
(3) 为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵差保护（或电流速断保护）的后备，应装设过电流保护。例如，复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。
(4) 为反应大接地电流系统外部接地短路，应装设零序电流保护。
(5) 为反应过负荷应装设过负荷保护。
(6) 为反应变压器过励磁应装设过励磁保护。
3.2变压器保护设置
变压器保护分主保护和后备保护。
主保护是指满足系统和设备安全要求，能以最快的速度有选择地切除被保护元件故障的保护。对于一般的主变来讲，主保护包括：1、瓦斯保护，具有有载调压功能时，包含本体瓦斯和有载瓦斯两个部分，且一般重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯报信号。
2、电流速断保护，变压器容量在10000kVA以下的变压器、当过电流保护动作时间大于0.5s时，用户3kV～10kV配电变压器的的继电保护，应装设电流速断保护。
后备保护是指当主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。后备保护又可分为远后备保护和近后备保护两种，远后备保护是指当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护；近后备保护是指当主保护拒动时，有本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。变压器的后备保护。一般包含：1、高压侧复合电压启动的过电流保护；2、低压侧复合电压启动的过电流保护；3、防御外部接地短路的零序电流、零序电压保护；4、防止对称过负荷的过负荷保护；5、和高压侧母线相联的保护：高压侧母线差动保护、断路器失灵保护；6、和低压侧母线相联的相关保护：低压侧母线差动保护等。
3.3 继电保护相关理论知识
研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以称继电保护。
3.3.1 继电保护的任务
当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。
3.3 .2 继电保护基本原理
继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护。
1、 反映电气量的保护
电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理的继电保护装置。 电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：
（1）电流增大：短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。
（2）电压降低：当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
（3）电流与电压之间的相位角改变：正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°（-60°～-85°)[7]。
（4）测量阻抗发生变化：测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值，正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
（5）不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。
2 、 反映非电气量的保护
如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。
3.3.3 对继电保护装置的要求
继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低[8]。
（1）选择性
选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。
（2）速动性
速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。
一般必须快速切除的故障有：
1)使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍额定电压)。
2) 大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。
3) 中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障。
4) 可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号造成强烈干扰的故障。
故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.04s～0.08s，最快的可达0.01s～0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s～0.15s，
最快的可达0.02s～0.06s[14]。
对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。
（3）灵敏性
灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。
系统最大运行方式：被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运行方式；
系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。
（4）可靠性
可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。
安全性：要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。
信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。
继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。
即使对于相同的电力元件，随着电网的发展，保护不误动和不拒动对系统的影响也会发生变化。
以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护
的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型(它又分为机电型和静态型)和数字型两大类。对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值比较，以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果子以执行：跳闸或发信号。
1、 继电保护装置的组成
一般情况而言，整套继电保护装置由测量元件、逻辑环节和执行输出三部分组成如图1所示 。
图1继电保护装置组成图
（1）测量比较部分：测量比较部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”“非”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。
（2）逻辑部分：逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是应该使断路器跳闸、发出信号或是否动作及是否延时等，并将对应的指令传给执行输出部分。
（3）执行输出部分：执行输出部分根据逻辑传过来的指令，最后完成保护装置所承担的任务。如在故障时动作于跳闸，不正常运行时发出信号，而在正常运行时不动作等。
2 、 工作回路
要完成继电保护任务，除了需要继电保护装置外，必须通过可靠的继电保护工作回路的正确工作，才能完成跳开故障元件的断路器、对系统或电力元件的不正常运行发出警报、正常运行状态不动作的任务。
继电保护工作回路一般包括：将通过一次电力设备的电流、电压线性地传变为适合继电保护等二次设备使用的电流、电压，并使一次设备与二次设备隔离的设备，如电流、电压互感器及其与保护装置连接的电缆等；断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的连接电缆，指示保护动作情况的信号设备；保护装置及跳闸、信号回路设备的工作电源等。
第四章 变压器继电保护配置
4.1变压器保护配置方案
应按以下规定装设相应的保护装置：
①0.8MVA及以上的油浸式变压器和0.4MVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内部故障产生轻微瓦斯或油面下降是应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。
②对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按以下规定装设相应的保护装置作为主保护：
a.对6.3MVA以下并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；
b.对6.3MVA及以上并列运行的变压器，10MVA及以上单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护；
c.当变压器纵联差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求时，可增设零序差动保护。
③纵差动保护应符合下列要求：
a.应能躲开励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；
b.差动保护范围应包括变压器套管及其引出线，如不能包括引出线时，则应采取快速切除故障的辅助措施。
④对由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护装置作为后备保护： a.过电流保护，宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷；
b.复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。
各项保护装置动作后，应带时限动作于跳闸。
⑤一次电压为10KV及以下，线圈为星形—星形连接，低压侧中性点接地的变压器，对低压侧单相接地短路应装设下列保护之一：
a.接在低压侧中性线上的零序电流保护；
b.利用高压侧的过电流保护，保护装置宜采用三相式以提高灵敏性。
保护装置带时限动作于跳闸。当变压器低压侧有分支线时，宜利用分支过电流保
护有选择地切除各分支回路的故障。
⑥0.4MVA以及上变压器，当数台并列接地或单独运行并作为其他负荷的后备电源时，应根据过负荷的情况装设过负荷保护。
过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时，过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。
⑦对变压器温度升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可用于信号或动作于跳闸的装置。
⑧为降低材料消耗，现代大型变压器铁心一般都用新型电工硅酮片制成。其额定磁密接近于饱和磁密，过电压或低频率时容易引起过激磁，因此，500kV及以上的大容量变压器以装设过激磁保护[9]。
根据分析，对该变压器容量SN=800kVA，电压10/0.4kV，UK%=4.5的配电变压器，应装设瓦斯保护、电流速断保护、过电流和过负荷保护。
4.2短路电流计算
4.2.1 短路电流计算步骤
(1) 确定计算条件，画电路图
由原始设计参数，S9-1000/10型变压器容量SN=800kVA 电压10/0.4KV，UK%=4.5。电源进线长度L为400米，无限大容量电力系统出口断路器的断流容量Soc=200MVA。针对K-1、K-2两个短路点进行计算分析，系统图如图2。
图2系统图
(2) 根据系统图画出等值电路，如图3，及计算参数；
图3等值电路
(3) 采用标幺值法进行三相短路计算 1) 选择基准值：
Sd=100MVA,Uc1=10.5KV,Uc2=0.4KV取
Sd1000MVA
==5.50KA Uc110.5KVSd1000MVA
Id2===144KA
3Uc2Uc2Id1=
2) 计算短路电路中的各元件的电抗标幺值 电力变压器的电抗标幺值 取Soc=200
MVA,因此
X1*=
XsSd100MVA===0.5XdSoc200MVA
电路中线路的电抗标幺值 取X0=0.08Ω/km，因此
X2*=X0L
Sd100MVA
=0.08⨯0.4⨯=0.029 Uc2(10.5)2
电力变压器的电抗标幺值 由题可知Uk%=4.5
Uk%Sd4.5⨯100⨯103KVA
X3*=X4*===5.625
100⨯SN100⨯800
3) 计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值
X*∑(K-1)=X1*+X2*=0.5+0.029=0.529
三相短路电流周期分量有效值
Id15.50KA)
Ik(3===10.4KA -1
X*(K-1)0.529
其他三相短路电流
(3)3)
I''(3)=Ioo=I((k-1)=10.4KA
(3)ish
=2.55⨯10.4KA=26.52KA
(3)Ish=1.51⨯10.4KA=4.63KA
三相短路容量
(3)SK-1=
SdX*(k-1)
∑
=
4) 计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值
X*(L-2)=X1*+X*2+X3*∥X4*=0.5+0.029+2.642=3.172 ∑
100MVA
=189MVA
0.529
三相短路电流
(3)IK-2=
Id2X*(K-2)
∑
=
144KA
=45.4KA 3.172
其他三相短路电流
(3)
I''(3)=IK-2=45.4KA
(3)ish=1.84⨯45.4KA=83.5KA
3I00=1.09⨯45.4KA=49.4KA
三相短路容量
3)S(K-2=
Sd
*
X∑(K-2)
=
100MVA
=31.5MVA
3.172
短路计算结果表如下：
表3-1 短路计算结果表
4.3配电变压器继电保护
4.3.1 配电变压器的电流速断保护原理
配电变压器的电流速断保护是反应电流增大而瞬时动作的保护。对于中、小容量（10MVA以下）变压器，可以单独装设单独的电流速断保护，装于变压器的电源侧，对变压器及其引出线上各种型式的短路进行保护，作为变压器防止相间短路故障的主保护。动作无延时，只有利用动作电流保证保护的选择性，因此，动作电流整定按躲过变压器负荷侧母线短路电流，一般应大于变压器额定电流3～5倍以躲过变压器空载投入时的励磁涌流，显然电流速断保护动作电流数值较大，只能保护变压器一部分绕组（高压侧）的相间短路故障[10]。所以都按不完全星形的两相两继电器接线方式构成。其原理接线如图4所示。
图4 电流速断保护电路图
(1)电流速断保护的整定计算
按躲开变压器负荷侧出口出点k-2短路时的最大短路电流来整定，即
Idz=KhId∙max
Idz-保护装置一次动作电流；
Kh-继电器返回系数，取0.85；
(3)
Id∙max=ish=26.52KA 代入计算得Idz=22.5KA
(2)躲过励磁涌流
根据实际经验及实验数据，一般取
Idz=(3~4)Ie∙T
Ie∙T=Id1(高压侧)=5.50KA 计算得Idz=16.5~22KA
按上两式条件计算，选择其中较大值作为变压器电流速断保护的启动电流，即
Idz=22.5KA。 (3)灵敏度校验
按变压器原边d2点短路时，即流过变压器k-2点出口处的最小短路电流校验，即满足
(2)
Id
=2∙min≥2
Idz
Klm
K
ml-保护装置的灵敏系数；
(3)(3)Id2∙min=IK-2=45.4KA
Idz=22.5KA；
代入公式计算得Klm=2.02>2满足要求
配电变压器电流速断保护的优点是接线简单，动作迅速。缺点是只保护变压器的一部分。
4.3.2 配电变压器瓦斯保护
变压器油箱内发生任何一种故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量气体产生，此时，会有强烈的油流和气流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点构成的保护称之为瓦斯保护。瓦斯保护根据产生瓦斯浓度的大小分轻瓦斯和重瓦斯保护。轻瓦斯：变压器内部过热,或局部放电,使变压器油油温上升，产生一定的气体,汇集于继电器内,达到了一定量后触动继电器，发出信号；重瓦斯：变压器内发生严重短路后，将对变压器油产生冲击，使一定油流冲向继电器的档板,动作于跳闸。
瓦斯保护的原理接线如图5所示，气体继电器1上触电为轻瓦斯保护，动作后发出延时信号。继电器的下触点为重瓦斯保护，动作后经信号继电器2起动出口中间继电器3，跳开变压器两侧断路器。由于重瓦斯反应油流流速的大小而动作，而油流的流速在故障中往往很不稳定，所以重瓦斯动作后必须有自保持回路，以保证断路器能可靠跳闸，为了防止变压器在换油或进行气体继电器试验时误动作，可通过连接片将重瓦斯暂时接到信号回路运行[13]。
图5瓦斯保护电路图
瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。其缺点则是不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。因此瓦斯保护不能单独作为变压器的主保护，通常是将瓦斯保护和纵联差动保护配合共同作为变压器的主保护。 4.3.3 配电变压器的过电流保护
反应相间短路电流增大而动作的过电流保护作为变压器的后备保护。为满足灵敏度要求、可装设过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护，负序过电流保护，甚至阻抗保护[11]。
1、 配电变压器相间短路过电流保护
简单过电流保护装置的起动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流进行整定。具体问题应作如下考虑：
（1）对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器时所出现的过负荷。当变压器的容量相同时，可按下列公式计算
Idz
I
dz-保护装置一次动作电流；
Kkn
=⨯Ie∙T
Khn-1
Kk-可靠系数，过电流保护时取1.2； Kh-继电器返回系数，取0.85；
n-变压器变比，等于25；
Ie∙T=Id1(高压侧)=5.50KA 代入计算得Idz=8.08KA
（2） 对降压变压器应考虑电动机的自起动电流。过电流保护的动作电流为
Idz=
KkKzqKh
Ie∙T
Kzq-自起动系数，其数值由电网具体接线及负荷性质确定，一般去1.3； 代入数据得Idz=10.0KA 保护装置的灵敏度校验
Klm=
Id∙
min
Idz
Klm-保护装置的灵敏系数；
(3)
Id∙min=IK-1=10.4KA;
代入计算得Klm=1.29和1.04
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III段保护动作时限长1个时限阶段。过电流保护装置应装于变压器的电源侧，采用完全星形接线，其单相原理接线如图6所示。保护动作后，跳开变压器两侧断路器。
图6 过电流保护电路图
2、 低电压起动的过电流保护
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。低压测量元件的作用是保证外部故障切除后电动机自起动时不动作，因而电流元件的起动电流按躲开变压器的额定电流整定，不再考虑自起动系数。
Idz=
Kk
Ie∙TKh
Idz-保护装置一次动作电流； Kk-可靠系数，过电流保护时取1.2； Kh-继电器返回系数，取0.85；
Ie∙T=Id1(高压侧)=5.50KA 代入计算得Idz=7.76KA
低电压元件的起动值应小于在正常运行情况下母线可能出现的最低工作电压。同时，在外部故障切除后电动机自起动过程中，保护必须返回。根据运行经验，低电压继电器的动作电压为
Udz=0.7Ue∙T
Udz-保护装置一次动作电压； Udz-高压侧电压10.5KV；代入计算得Udz=7.35KV 电压元件的灵敏度
Klm
Udz
=>1.2Ud∙min
Ud∙min-最小电压，6KV； Klm-保护装置的灵敏系数；代入计算得Klm=1.23>1.2,满足要求
对于升压变压器，如果低电压继电器只接在一侧电压互感器，当另一侧短路时，往往灵敏度不够，此时可采用两套低电压元件分别接在变压器两侧的电压互感器上。两级电压继电器的接点并联。为防止电压互感器二次断线低电压继电器误动，应加装电压互感器断线监视继电器发出断线信号。
图7低电压起动的过电流保护电路图
3、 复合电压起动的过电流保护
复合电压起动的过电流保护原理接线如图8所示，它由负序电压滤过器、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的电压线圈回路，使加于低电压继电器线圈上的电压变为零，低电压继电器动作，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。负序过电压继电器整定值较低，不对称短路时灵敏度较高。
图8复合电压起动的过电流保护电路图
在正常运行时，由于电压没有负序分量，所以负序电压继电器KVZ的动断触
点闭合，将线电压加入低电压继电器KV的线圈上，KV动断触点断开，保护装置不动作。
当外部发生不对称短路时，故障相电流起动元件KA动作，负序电压继电器中
的负序电压滤过器KUG输出负序电压，负序电压继电器KVZ动作，其动断触点断开，低电压继电器KV线圈失磁，其动断触点闭合，起动中间继电器KC的线圈，其动合触点闭合，使时间继电器KT动作，经过其整定时限后，KT的延时触点闭合，起动出口中间继电器KCO，将变压器两侧断路器1QF、2QF跳闸，切断故障电流。
当发生三相短路时，低电压继电器KV线圈失磁而返回，其动断触点闭合，同
时，电流继电器KA动作，按低电压起动的过电流保护的方式，作用于1QF、2QF跳闸。
（1）复合电压起动的过电流保护的整定计算
1）电流元件的动作电流与低压起动的过电流保护中的电流元件的动作整定
值相同。
低电压元件的动作电流为
Uop=0.7UN.B
式中UN.B——变压器额定电压。
低压元件的灵敏度为
Ksen=UopKre
Uk.max>1.2
式中Uk.max——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；
Kre——低压元件的返回系数。
2) 负序电压元件的动作元件的动作电压按避开正常运行的不平衡负序电压
整定。其起动电压U2op取为
U2.op=(0.06~0.12)UN.B
负序电压元件灵敏度为
Ksen=
式中 Uk2.min——相邻元件末端不对称短路故障时的最小负序电压。
3）方向元件的整定：
①三侧有电源的三绕组升压变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其
方向可指向该侧母线；
②高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器的联络变压器，
在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向宜指向变压器。
4）动作时限按大于相邻主变压器后备保护的动作时限整定。
5）相间方向元件的电压可取本侧或对侧的，取对侧的，两侧绕组接线方式应
一样。
6）复合电压元件可取本侧的，也可取变压器各侧“或”的方式。
当发生三相短路时，也会短时出现负序电压。负序电压使继电器动作，起动低
电压继电器。低电压继电器接点返回起动中间继电器，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。由此可见，复合电压起动的过电流保护在不对称短路时低电压继电器闭锁灵敏度高，而在三相对称短路时，将其灵敏度提高几个低电压继电器的返回系数，一般为1.15～1.2倍[12]。
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 UK2.minU2.op
Udz=(0.06~0.12)Ue∙T
灵敏度校验与上述两种过电流保护相同。当采用低电压起动的过电流保护，电压
元件不满足灵敏度要求时，采用复合电压起动的过电流保护。这种保护方式灵敏度高，接线简单，故应用比较广泛。
若低电压起动的过电流保护的低电压继电器灵敏系数不满足要求，可采用复
合电压起动的过电流保护。
电压起动的过电流保护的过电流保护的原理图与低电压起动的过电流保护基
本相同，不同的是用一个低电压继电器和一个负序电压继电器代替了低电压起动的过电流保护中的三个低电压继电器，使得保护的灵敏度提高了很多。负序电压继电器由负序电压滤过器和一个低电压继电器构成。
（2） 负序电压滤过器
负序电压滤过器从三相电压中取出负序电压分量。由电阻、电容构成的单相式负序电压滤过器应用广泛，其原理接线如图所示。滤过器的输入端接UABY与UBC。由于线电压不包含零序分量，所以，从输入端即避免了零序分量电压进入滤过器，为了避免正序电压通过滤过器，两个阻抗臂的参数应取为
R1=Xcl,R2=1
3XC2,R1=XC2
滤过器的输出电压为
Umn=UR1+UC2 ...
当输入正序电压时，滤过器的相量图如图所示。因为R1=Xcl，电流IAB超前UAB.130。因为R2=
...013XC2，电流IBC超前UBC.160。UC2滞后IBC90，UR1与IAB同..0..0..相。因UR1=-UC2，故
Umn.1=UR1+UC2=0
当输入负序电压时，UAB.2滞后UBC.2120，由图可见，UC2=UR1ej60,故
Umn.2=UR1+UC2=UR1(1+ej60) ....0.....0..0
由于UAB.2=UR1+UC2，且UR1=UC1
Umn.2=UAB.2cos300(1+ej60)ej30
=1.5UAB.2e
......j900，因此，UR1=UAB.2cos300ej30，得 ..0..00.j600=1.5UA2ej30 （1-10） .0滤过器的输出电压与输入的负序电压成正比，相位超前输入A相负序电压UA2300。
实际上，当系统正常运行时，负序电压滤过器仍有一个不平衡电压Uunb输出。产生不平衡电压的原因主要是各阻抗元件参数的误差及输入电压中有谐波分量。由于5次谐波属负序性质，它可以通过滤过器。通常在滤过器的输出端加设5次谐波滤过器，消除5次谐波的影响。
4.3.4 配电变压器的过负荷保护
.
配电变压器过负荷电流大多数是三相对称，过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经过较长的延时后发出信号。对于三绕组变压器，三侧都装有过负荷起动元件，对于双绕组变压器，过负荷保护应装于电源侧。原理接线图如下图9所示。
变压器过负荷保护反映变压器对称过负荷引起的过电流。保护用一个电流继电器接于一相电流，经延时动作于信号。
过负荷保护的安装侧，应根据保护能反映变压器各侧绕组可能过负荷情况来选择：
（1）对于双绕组升压变压器，装于发电机侧。
（2）对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。
（3）对三侧有电源侧电源的三绕组升压变压器，三侧均装。
（4）对于双绕组降压变压器，装于高压侧。
（5）对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。
过负荷保护的整定计算：过负荷保护的动作电流按躲过变压器的额定电流进行整定
Idz
Idz-保护装置一次动作电流；
Kk-可靠系数，过电流保护时取1.2；
Kh-继电器返回系数，取0.85；KK=Ie⋅TKh
Ie∙T=Id1(高压侧)=5.50KA 代入计算得Idz=7.76KA
第五章 配电变压器继电保护相关校验
5.1 常规调试及检验接线的安全措施
(1) 将检验工作中需要退出的压板（特别是跳各侧分段断路器压板、启动失灵压板、母差保护屏跳主变高压侧的压板）填入继电保护安全措施票，然后退出压板。
(2) 查阅保护直流回路图、端子排图和现场接线，将主变保护高压侧（断路器启动失灵回路、解失灵电压闭锁回路的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入继电保护安全措施票，然后一人将端子排上接二次电缆的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，在继电保护安全措施票签字。
(3) 查阅保护直流回路图、端子排图和现场接线，断路器的跳闸线的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入继电保护安全措施票，然后一人将端子排上接二次电缆的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，在继电保护安全措施票签字。
(4) 查阅保护交流回路图、端子排图和现场接线，将主变保护三侧电压回路的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入继电保护安全措施票，然后一人将端子排上接二次电缆或电压小母线的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，并在继电保护安全措施票签字。
(5) 查阅保护直流回路图、端子排图和现场接线，将主变保护启动远跳、启动风冷、启动录波回路的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入继电保护安全措施票，然后一人将端子排上接二次电缆的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，并在继电保护安全措施票签字。
5.2 输入系统检验
(1) 保护开入量回路检查
压板开入用试投退压板的方法检查，接点开入量用短接的方法检查，注意短接时千万不能短错端子。若主变保护差动、高后备、中后备、低后备保护分别在不同的单元箱内，则检查开入量变化要在对应的保护箱里检查。
(2) 保护交流输入回路检查
保护装置的交流输入回路检查包括交流采样通道的零漂检查和采样精度检查两部分。前者用于保证运行的装置能有较小的直流偏移及通道噪声，后者用于保证在故障量输入情况下装置能够线性输出并有足够的精度。
零漂重点检查各采样通道在无输入时是否维持在零点附近，不能漂移太大，应在
0.01IN(或0.05V)以内。若保护引入了中性点导管和间隙TA，还要进行该两路电流采样通道的零漂检查。
(3) 采样值精度检查
原则是：对每一个使用的交流采集通道都要进行精度检查。对保护菜单中能显示三相电流N（中性）线电流值的，就一定要检查该采样电流通道的精度，此时可加入三相不平衡电流进行模拟。
5.3 保护装置各逻辑功能检查
5.3.1 高压侧后备保护校验
在高压侧后备保护校验中主要说到复合电压闭锁方向过流保护相关校验，介绍如下：
(1) 相间方向元件校验
由于微机保护无法单独察看方向元件的动作情况，所以方向元件动作行为靠整组试验来判断。先根据“方向指向”定值和保护说明书上给出的灵敏角估算出方向元件的两个动作边界；然后根据方向元件接线形式（0°或90°接线）加入相关电流电压，电流电压夹角设置在动作边界角度，电压满足复合电压定值（任一相间电压低于“低电压定值”或负序电压大于“负序电压定值”），电流大于复压方向过流定值；改变电流电压夹角，记录复压方向过流从不动作到刚好动作时角度，作为相间方向元件的动作边界；最后根据动作边界计算方向元件灵敏角。
(2) 复合电压元件校验
和相间方向元件一样，复合电压元件的动作行为也只有靠复压（方向）过流整组动作来判断。
1) 低电压元件。
由于低电压元件和负序过压元件是或的关系，所以校验低电压元件时应让负序过压元件不动作。先加入三相对称正序电压UAB＝UBC＝UCA＝1.05U1zd（U1zd：相间低电压定值），电流大于复压（方向）过流定值，电流电压夹角落在相间方向元件动作区，此时，复压方向过流、复压过流保护均不动作。任降一相间电压为0.95U1zd，其他量保持不变，此时复压方向过流、复压过流保护均动作。
2) 负序过压元件。
采用单相降压法进行负序过压元件校验，如果单相降压后，相间电压低到U1zd以下，低电压元件就要干扰试验，此时应将U1zd定值适当改小，让其不动作。加入三相正序电压UB＝Uc＝57.7V，UA＝57.7－3×0.9U2zd（U2zd：负序相电压定值），UA超前UB120°, UB超前Uc120°，电流大于复压（方向）过流定值，电流电压夹角落在相间方向元件动作区，此时，复压方向过流、复压过流保护均不动作。降A相电压至57.7－3×1.1U2zd，其他量保持不变，此时复压方向过流、复压过流保护均动作。
(3) 复压（方向）过流保护校验
本项试验主要检查保护电流定值、时间定值及跳闸出口逻辑，用整组动作来校验。加入的电压满足复合电压定值，加入电流电压夹角落入相间方向元件的动作区，引入跳闸出口接点测取保护动作时间。
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