電力變壓器與高壓電動機縱差動保護(hù)保護(hù)整定計算
1 差動保護(hù)
1.1 差動保護(hù)分為橫聯(lián)差動與縱聯(lián)差動保護(hù)。橫聯(lián)差動保護(hù)用于電力系統(tǒng)雙回路并列運行的遠(yuǎn)距離輸電線路保護(hù)，以及發(fā)電機與高壓電容器的保護(hù)�？v聯(lián)差動保護(hù)用于電流保護(hù)不能滿足快速性與靈敏性要求的短距離輸電線路的保護(hù)，以及大中型變壓器與高壓電動機的保護(hù)。
1.2 繼電保護(hù)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，電流速斷保護(hù)不能滿足靈敏系數(shù)要求的容量為1000～5000kVA的重要變壓器與容量為6300～8000kVA單獨運行的變壓器，以及容量為10000kVA以上單獨運行的變壓器與容量為6300～8000kVA并列運行的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)。
1.3 繼電保護(hù)設(shè)計規(guī)范規(guī)定高壓電動機電流速斷保護(hù)不能滿足靈敏系數(shù)時，以及容量為2000kW以上的高壓電動機電應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)。
1.4 變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的縱聯(lián)差動保護(hù)裝置的整定分為差動速斷與差動（又稱為比率制動差動）。
2 平衡系數(shù)
2.1 受電力變壓器高壓側(cè)與低壓側(cè)電流互感器規(guī)格與型號的影響，變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置計算差動電流時要利用平衡系數(shù)進(jìn)行修正。 假設(shè)電力變壓器額定電壓為：35/10kV, 額定容量為：3500kVA。繞組的接線組別為：Y/Y0。
高壓側(cè)額定電流為：I1r＝S ÷（√3×U1r）＝3500÷（1.73×35）＝58A，
低壓側(cè)額定電流為：I2r ＝S ÷（√3×U2r）＝3500÷（1.73×10）＝202A 。
假設(shè)高壓側(cè)電流互感器變比為 58/5A，低壓側(cè)電流互感器變比為 202/5A，在負(fù)荷為額定容量3500kVA時高壓側(cè)與低壓側(cè)二次側(cè)電流均為5A。在負(fù)荷為1750kVA時高壓側(cè)與低壓側(cè)二次側(cè)電流均為2.5A。變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置計算差動電流時，不會出現(xiàn)計算誤差。
2.2 實際上電流互感器規(guī)格沒有58/5A與202/5A，只能選75/5A與250/5A。如果不進(jìn)行平衡系數(shù)修正，負(fù)荷為額定容量3500kVA時：
高壓側(cè)二次側(cè)電流為：58÷（75÷5）＝3.87A
低壓側(cè)二次側(cè)電流為：202÷（250÷5）＝4.04A
變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置計算差動電流時，就會出現(xiàn) 3.87－4.04＝ -0.17A的計算誤差。
在負(fù)荷為1750kVA時，
高壓側(cè)二次側(cè)電流為：29÷（75÷5）＝1.98A
低壓側(cè)二次側(cè)電流為：101÷（250÷5）＝2.02A
變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置計算差動電流時，就會出現(xiàn) 1.98－2.02＝ -0.04A的計算誤差。
電流互感器變比越大，電流互感器一次側(cè)電流與額定電流相差就越大，計算誤差就越大。因此必須利用平衡系數(shù)進(jìn)行修正。
如果以電流互感器二次側(cè)額定電流5A作為基準(zhǔn)，平衡系數(shù)等于電流互感器二次側(cè)額定電流5A除以電力變壓器高壓側(cè)與低壓側(cè)電流互感器二次側(cè)計算額定電流。
高壓側(cè)平衡系數(shù)為：Kb＝5÷I1c2
低壓側(cè)平衡系數(shù)為：Kb＝5÷I2c2
變壓器高壓側(cè)額定電流：I1r＝S ÷（√3×U1r）
低壓側(cè)額定電流：I2r＝S ÷（√3×U2r）
變壓器高壓側(cè)電流互感器二次額定計算電流：I1c2 ＝（I1r÷nTA1）×Kjx1
變壓器低壓側(cè)電流互感器二次額定計算電流：I2c2 ＝（I2r÷nTA2）×Kjx2
nTA1與nTA2為高壓側(cè)與低壓側(cè)電流互感器變比
Kjx1與Kjx2為高壓側(cè)與低壓側(cè)接線系數(shù)。
如果以電流互感器二次側(cè)額定電流5A作為基準(zhǔn)，原邊與付邊都進(jìn)行平衡系數(shù)進(jìn)行修正。上述舉例中：高壓側(cè)平衡系數(shù)為：Kb＝5÷I1c2＝5÷〔58÷（75÷5）〕＝1.29，
低壓側(cè)平衡系數(shù)為：Kb＝5÷I2c2＝5÷〔202÷（250÷5）〕＝1.24。
負(fù)荷為額定容量3500kVA時：
高壓側(cè)修正后的二次側(cè)電流為：I1＝58÷（75÷5）×1.29＝4.99A
低壓側(cè)修正后的二次側(cè)電流為：I2＝202÷（250÷5）×1.24＝5.00A
此時變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置計算差動電流誤差為：0.01A。
負(fù)荷為1750kVA時：
高壓側(cè)修正后的二次側(cè)電流為：I1＝29÷（75÷5）×1.29＝2.494A
低壓側(cè)修正后的二次側(cè)電流為：I2＝101÷（250÷5）×1.24＝2.505A
此時變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置計算差動電流差為：0.006 A。
如果以變壓器高壓側(cè)或低壓側(cè)電流互感器二次額定計算電流為基準(zhǔn)時，為基準(zhǔn)一側(cè)就可以不進(jìn)行平衡系數(shù)修正，軟件就可以減少一次運算。此時平衡調(diào)整系數(shù)為：
Kb＝IHc2÷ILc2 （以低壓側(cè)二次額定計算電流為基準(zhǔn)）
或 Kb＝ILc2÷IHc2 （以高壓側(cè)二次額定計算電流為基準(zhǔn)）。
以下為一種變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置有關(guān)計算公式，供分析問題參考。以低壓側(cè)電流互感器二次額定計算電流為基準(zhǔn)，電流互感器二次側(cè)均為Y形接線，接線系數(shù)均為1，高壓側(cè)平衡系數(shù)計算公式為：
Kb ＝ IHc2÷ILc2 ＝［（I1r÷nTA1）×Kjx1］÷［（I2r ÷nTA2）×Kjx2］
＝〈〔S÷（√3×U1r）〕÷nTA1〉÷〈〔S ÷（√3×U2r）÷nTA2〉
＝（UeH×nTA1）÷（UeL×nTA2）
變壓器組別為Y/△時平衡系數(shù)： Kb ＝ IHc2÷ILc2 ＝（UeH×NH）÷（UeL×NL×√3）
變壓器組別為Y/Y時平衡系數(shù)： Kb ＝ IHc2÷ILc2 ＝（UeH×NH）÷（UeL×NL）
變壓器組別為Y/△-1時（高低壓側(cè)相位差為150°）：
差動電流計算公式： 制動電流計算公式：
IcdA ＝ Kp（iHa－iHc）＋iLa IzdA ＝〔Kp（iHa－iHc）－iLa 〕÷2
IcdB ＝ Kp（iHb－iHa）＋iLb IzdB ＝〔Kp（iHb－iHa）－iLb 〕÷2
IcdC ＝ Kp（iHc－iHb）＋iLc IzdC ＝〔Kp（iHc－iHb）－iLc 〕÷2
變壓器組別為Y/Y-6時（高低壓側(cè)相位差為0°）時，
差動電流計算公式： 制動電流計算公式：
IcdA ＝ Kp（-iHa）＋iLa IzdA ＝〔Kp（-iHa）－iLa 〕÷2
IcdB ＝ Kp（-iHb）＋iLb IzdB ＝〔Kp（-iHb）－iLb 〕÷2
IcdC ＝ Kp（-iHc）＋iLc IzdC ＝〔Kp（-iHc）－iLc 〕÷2
變壓器組別為Y/△-11時（高低壓側(cè)相位差為210°）時，
差動電流計算公式： 制動電流計算公式：
IcdA ＝ Kp（iHa－iHb）＋iLa IzdA ＝〔Kp（iHa－iHb）－iLa 〕÷2
IcdB ＝ Kp（iHb－iHc）＋iLb IzdB ＝〔Kp（iHb－iHc）－iLb 〕÷2
IcdC ＝ Kp（iHc－iHa）＋iLc IzdC ＝〔Kp（iHc－iHa）－iLc 〕÷2
變壓器組別為Y/Y-12時（高低壓側(cè)相位差為180°）時，
差動電流計算公式： 制動電流計算公式：
IcdA ＝ Kp（iHa）＋iLa IzdA ＝〔Kp（iHa）－iLa 〕÷2
IcdB ＝ Kp（iHb）＋iLb IzdB ＝〔Kp（iHb）－iLb 〕÷2
Icdc ＝ Kp（iHc）＋iLc Izdc ＝〔Kp（iHc）－iLc 〕÷2
2.3 變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置整定時要設(shè)置平衡系數(shù)與變壓器繞組組別，平衡系數(shù)通過上述方法計算取得。
計算平衡系數(shù)時需要考慮電流互感器二次側(cè)接線系數(shù)，相電流（Y型）接線系數(shù)為1，相電流差（△型）接線系數(shù)為√3。電流互感器一次側(cè)接線系數(shù)通過變壓器繞組組別來解決。
差動保護(hù)為了方便接線與查線，電流互感器二次側(cè)都為Y型接線。此時變壓器Y側(cè)接線系數(shù)為√3，△側(cè)接線系數(shù)為1。這樣規(guī)定主要考慮到軟件少進(jìn)行一次除法運算。實際上Y側(cè)為相電流假設(shè)為1，△側(cè)則為相電流差為√3�，F(xiàn)在規(guī)定變壓器Y側(cè)接線系數(shù)為√3，△側(cè)接線系數(shù)為1。在計算差動電流時假設(shè)△側(cè)為1，Y側(cè)只要乘以√3就可以了。在電流互感器均為Y形時，△組的電流大于Y組√3倍。Y組電流乘以√3，二者就可進(jìn)行差動電流計算。
3 繞組組別設(shè)置
變壓器繞組組別不同，高壓側(cè)與低壓側(cè)電流相位也就不同，常規(guī)繼電器縱聯(lián)差動保護(hù)通過電流互感器二次側(cè)接線方式進(jìn)行調(diào)整。變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置可由軟件來補償，縱聯(lián)差動保護(hù)電流互感器二次側(cè)都接成星形，以便于二次電路設(shè)計與檢查。差動保護(hù)整定時要設(shè)置平衡系數(shù)與變壓器繞組組別。一般填繞組組別的代碼。變壓器繞組組別常用的有四種，一般規(guī)定好四種代碼，設(shè)置時填所需要的代碼。
4 波諧制動系數(shù)
變壓器空載投入時會出現(xiàn)勵磁涌流。常規(guī)保變壓器差動保護(hù)過磁飽和來躲過勵磁涌流。變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置利用間斷角與二次諧波制動來躲過勵磁涌流。，勵磁涌流中有很大的直流分量，與交流分量跌加后會出現(xiàn)間斷角。變壓器微機差動保護(hù)可以利用間斷角來躲過勵磁涌流，但采用的比較少。勵磁涌流中二次諧波分量很大，一般都采用二次諧波制動來躲過勵磁涌流。二次諧波制動系數(shù)一般根據(jù)經(jīng)驗選取0.13～0.18。制動系數(shù)過小，變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路時，諧波制動容易引起差動保護(hù)拒動作；制動系數(shù)過大，空載投入時誤動。對大容量變壓器二次諧波制動系數(shù)可取0.16～0.18，對小容量變壓器二次諧波制動系數(shù)可取0.13～0.15。工業(yè)與民用建筑配電設(shè)計手冊規(guī)定取0.15～0.2。
大型變壓器可以通過試驗來確定二次諧波制動系數(shù)。先設(shè)置一較小的制動系數(shù)使空載投入失敗，再設(shè)置一較大的制動系數(shù)使空載投入成功，然后再再設(shè)置一中間值，找出空載投入成功最小制動系數(shù)，再除以可靠系數(shù)�！ �
5 差動速斷保護(hù)整定
5.1 變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置，在其保護(hù)范圍內(nèi)（高低側(cè)電流互感器安裝位置之間）發(fā)生嚴(yán)重故障，需要迅速將故障切除，其動作電流應(yīng)躲過外部故障最大不平衡電流、空載投入與故障切除電壓恢復(fù)時的勵磁涌流以及電流互感器二次側(cè)斷線。
5.2 變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置的保護(hù)分為差動速斷與差動保護(hù)。差動保護(hù)又稱為比率制動差動保護(hù)�？v聯(lián)差動保護(hù)就有兩個動作電流，一個是差動速斷保護(hù)動作電流；一個是差動保護(hù)動作電流。
5.3 差動速斷保護(hù)動作電流比較單一。當(dāng)差動電流大于變壓器額定電流5倍時，電流互感器飽和，保護(hù)的靈敏系數(shù)降低。此時差動速斷保護(hù)應(yīng)動作。
5.4 差動速斷保護(hù)動作電流，取變壓器額定電流的（4～14）倍。工業(yè)與民用建筑配電設(shè)計手冊規(guī)定取變壓器額定電流的（5～6）倍。
６ 差動保護(hù)與比率制動整定
6.1 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，差動電流比較小，差動保護(hù)要躲過電流互感器變比、型號與特性不同；以及變壓器外部短路引起的差動電流。常規(guī)差動保護(hù)采用平衡線圈與短路線圈來躲過上述差動電流。
從以右圖中可以看出，變壓器負(fù)載側(cè)外部短路時短路線圈Wbrk使鐵心飽和，出口繼電器不會動作，起到閉鎖變壓器負(fù)載側(cè)外部短路的作用。當(dāng)出現(xiàn)不平衡電流時，平衡線圈Wb會起到平衡作用。
變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)裝置采用比率制動來躲過上述差動電流，其動作起動電流隨著制動電流變化而改變。差動電流較小時，保護(hù)的靈敏系數(shù)低。隨著差動電流的增加，保護(hù)的靈敏系數(shù)提高；差動電流等于變壓器的額定電流時，靈敏系數(shù)最高；差動電流再增加，靈敏系數(shù)開始降低。差動保護(hù)動作起動電流隨著制動電流按照比率制動系數(shù)的斜率而變化。
從右圖中可以看出，差動電流 Id大于差動速斷動作電流Iddz1時，差動速斷保護(hù)動作，D與C 以 上為差動速斷動作區(qū)。差動電流Id大于差動動作電流Iddz2時，差動保護(hù)開始動作，如果沒有比率制動，差動電流Id大于動作電流Iddz2時，差動保護(hù)就會動作。采用比率制動后，制動電流Izhd大于差動制動起動（拐點）電流Izhdz后，差動動作電流Iddz2隨著制動電流Izhd的增加，按照比率制動系數(shù)的比率而加大。差動保護(hù)動作區(qū)為A、B、C、D。
6.2 比率制動電流為變壓器高低側(cè)電流絕對值的平均值。比率制動電流小于等于比率制動起動電流（拐點電流）時，差動電流大于差動保護(hù)起動電流時差動保護(hù)就動作。比率制動電流大于比率制動起動電流（拐點電流）時，差動保護(hù)動作電流隨著制動電流增加而增加，其斜率為比率制動系數(shù)。
6.3 差動保護(hù)起動電流取變壓器額定電流的（0.2～0.3）倍。比率制動起動電流（拐點電流）取變壓器額定電流的（0.5～0.7）倍。比率制動系數(shù)取0.3～0.5。
7 高壓電動機縱聯(lián)差動保護(hù)整定
7.1 變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）高壓電動機縱聯(lián)差動保護(hù)裝置保護(hù)整定與變壓器基本相同。高壓電動機的過熱保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、啟動時間過長與堵轉(zhuǎn)保護(hù)均為后備保護(hù)�？筛鶕�(jù)變電站綜合自動化裝置（微機保護(hù)）與高壓電動機生產(chǎn)廠家提供的資料進(jìn)行整定。
7.2 高壓電動機沒有高低壓側(cè)，定子繞組有Y形與△兩種方式。外部短路、繞組組別以及平衡系數(shù)等與變壓器差動保護(hù)都應(yīng)該有所不同。有些變電站綜合自動化裝置（微機保護(hù)）高壓電動機縱聯(lián)差動保護(hù)技術(shù)資料中有平衡系數(shù)計算與繞組連接方式等參數(shù)設(shè)置，應(yīng)該根據(jù)其技術(shù)資料要求進(jìn)行整定，因為軟件需要技術(shù)資料要求的數(shù)據(jù)。這一問題需要進(jìn)行討論。
7.3 差動速斷保護(hù)動作電流取電動機額定電流的（3～8）倍。有些資料為（4～14）倍。差動保護(hù)起動電流取電動機額定電流的（0.2～0.4）倍。比率制動起動電流（拐點電流）取電動機額定電流的（0.5～0.8）倍。比率制動系數(shù)取0.3～0.4。
7.4 有些變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）的高壓電動機縱聯(lián)差動保護(hù)裝置技術(shù)資料中有二次諧波制動�？筛鶕�(jù)技術(shù)資料中的要求與數(shù)據(jù)進(jìn)行整定。
8 變配電站綜合自動化系統(tǒng)（微機保護(hù)）縱聯(lián)差動保護(hù)需要討論的問題
8.1 電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)，用戶進(jìn)行差動保護(hù)整定時是否可以不再考慮組別問題，只設(shè)置好原邊與付邊的二次側(cè)額定電流與接線系數(shù)。差動速斷與差動動作電流、制動起動（拐點）電流以及制動系數(shù)自動生成，不合理時用戶再進(jìn)行修改。制動電流可改為二次側(cè)電流。
8.2 有些高壓電動機縱聯(lián)差動保護(hù)（微機保護(hù)）只要設(shè)置好高壓電動機的額定電流與接線系數(shù)，差動速斷與差動動作電流、制動起動（拐點）電流都可以自動生成。制動系數(shù)與接線系數(shù)還需要設(shè)置。
8.3 高壓電動機沒有外部短路，電流互感器變比與型號以及特性是一致的，高壓電動機只有繞組的始末端，一次側(cè)無原邊與付邊，只有Y與△形兩種接線方式。因此高壓電動機縱聯(lián)差動保護(hù)與變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)的差動保護(hù)與比率制動整定應(yīng)該有所區(qū)別。
8.4 有些高壓電動機縱聯(lián)差動保護(hù)（微機保護(hù)）采用零序差電流的方案。始末兩端電流互感器都接成Y形，再將其中性線從不同方向穿過零序電流互感器取得零序差電流。電力變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)（微機保護(hù)）能否采用這種方案，也可以進(jìn)行研究。
8.5 有了二次諧波制動，縱聯(lián)差動速斷保護(hù)動作電流是否可以取小一些，有了比率制動差動以后，是否還需要縱聯(lián)差動速斷保護(hù)，都是值得討論的問題。
