继电保护第10章

1、第十章第十章 电力变压器保护电力变压器保护 l第一节第一节 电力变压器的故障、异常工作状态电力变压器的故障、异常工作状态 及其保护方式及其保护方式 l第二节第二节 变压器的差动保护变压器的差动保护 l第三节第三节 变压器的气体保护变压器的气体保护 l第四节第四节 变压器的电流速断保护变压器的电流速断保护 l第五节第五节 变压器相间短路的后备保护及过负变压器相间短路的后备保护及过负 荷保护荷保护 l第六节第六节 变压器的零序保护变压器的零序保护 对本章学习的要求是对本章学习的要求是: : （1 1）了解变压器可能产生的故障类型和异常工作的状态）了解变压器可能产生的故障类型和异常工作的状态; ;

2、（2 2）掌握变压器的保护方式）掌握变压器的保护方式; ; （3 3）熟练掌握纵差动保护的工作原理及特点）熟练掌握纵差动保护的工作原理及特点; ; （4 4）了解不平衡电流可能产生的原因及特点）了解不平衡电流可能产生的原因及特点, ,减小措施减小措施; ; （5 5）了解励磁涌流产生原因及特点）了解励磁涌流产生原因及特点, ,以及变压器差动保护中以及变压器差动保护中 如何克服励磁涌流的影响如何克服励磁涌流的影响; ; （6 6）掌握变压器差动保护整定计算原则）掌握变压器差动保护整定计算原则; ; （7 7）掌握带速饱和变流器的差动继电器（）掌握带速饱和变流器的差动继电器（BCH-2BCH-2或

3、或BCH-1BCH-1） 的构造和特性的构造和特性; ; （8 8）了解电流、电压保护在变压器保护中的作用）了解电流、电压保护在变压器保护中的作用; ; （9 9）掌握瓦斯保护中的工作原理及接线。）掌握瓦斯保护中的工作原理及接线。 第一节第一节 电力变压器的故障、异常工电力变压器的故障、异常工 作状态及其保护方式作状态及其保护方式 变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。 1 1、油箱内部故障有、油箱内部故障有, ,绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接 接地系统侧绕组的接地短路。接地系统侧绕组的接地短路。

4、2 2、油箱外部故障主要有、油箱外部故障主要有, ,油箱外部绝缘套管、引出线上发生相油箱外部绝缘套管、引出线上发生相 间短路或一相碰接箱壳（或称直接接地短路）。间短路或一相碰接箱壳（或称直接接地短路）。 3 3、变压器的异常工作状态有过负荷、变压器的异常工作状态有过负荷; ;由外部短路引起的过电流由外部短路引起的过电流; ; 油箱漏油引起的油位下降油箱漏油引起的油位下降; ;外部接地短路引起中性点过电压外部接地短路引起中性点过电压; ; 绕组过电压或频率降低引起的过励磁绕组过电压或频率降低引起的过励磁; ;变压器油温升高和冷却变压器油温升高和冷却 系统故障等。系统故障等。 变压器应装设如下保护

5、变压器应装设如下保护: : (1)(1)为反应油箱内部各种短路故障和油面降低为反应油箱内部各种短路故障和油面降低, ,对于对于0.8MVA0.8MVA及以及以 上的油浸式变压器和户内上的油浸式变压器和户内0.4MVA0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。以上变压器应装设瓦斯保护。 (2)(2)为反应变压器绕组和引出线的相间短路为反应变压器绕组和引出线的相间短路, ,以及中性点直接接以及中性点直接接 地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路, ,应装设纵应装设纵 差保护或电流速断保护。差保护或电流速断保护。 第一节第一节 电力变压器的故障、异常工电

6、力变压器的故障、异常工 作状态及其保护方式作状态及其保护方式 (3)(3)为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵差保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）的后备保护护（或电流速断保护）的后备保护, ,应装设过电流保护。应装设过电流保护。 (4)(4)为反应大接地电流系统外部接地短路为反应大接地电流系统外部接地短路, ,应装设零序电流应装设零序电流 保护。保护。 (5)(5)对于对于0.4MVA0.4MVA以上的变压器以上的变压器, ,当数台并列运行或单独运行当数台并列运行或单独运行 并作为其他负荷的备用电源时并作为其他负荷的备用电源时, ,应装设过负荷保护

7、。过应装设过负荷保护。过 负荷保护通常只装在一相负荷保护通常只装在一相, ,其动作时限较长其动作时限较长, ,延时动作于延时动作于 发信号。发信号。 (6)(6)高压侧电压为高压侧电压为500KV500KV及以上的变压器及以上的变压器, ,对频率降低和电对频率降低和电 压升高而引起的变压器励磁电流升高压升高而引起的变压器励磁电流升高, ,应装设变压器过应装设变压器过 励磁保护。励磁保护。 (7)(7)对变压器温度和油箱内压力升高对变压器温度和油箱内压力升高, ,以及冷却系统故障以及冷却系统故障, ,按按 变压器现行标准要求变压器现行标准要求, ,应装设相应的保护装置。应装设相应的保护装置。 第

8、二节变压器的差动保护第二节变压器的差动保护 差动保护能正确区分差动保护能正确区分 被保护元件保护区内、被保护元件保护区内、 外故障外故障,并能瞬时切除并能瞬时切除 保护区内的故障。变保护区内的故障。变 压器差动保护用来反压器差动保护用来反 应变压器绕组、引出应变压器绕组、引出 线及套管上各种短路线及套管上各种短路 故障故障,是变压器的主保是变压器的主保 护。护。 10-1 变压器差动保护原理接线图变压器差动保护原理接线图 第二节变压器的差动保护第二节变压器的差动保护 一、不平衡电流产生的原因及减小一、不平衡电流产生的原因及减小 不平衡电流的方法不平衡电流的方法 （一）稳态不平衡电流 1、变压器

9、各侧电流相位不同引起不平衡电流 在电力系统中大、中型变压器采用Y,d11接线的 很多,变压器一、二次侧线电流相位差30,如果两 侧电流互感器采用相同接线方式,即使I I1 1和I2I2的数 值相等,其不平衡电流为I Iunb1unb1=2I=2I1 1sin15sin15=0.518I=0.518I1 1。 因此,必须补偿由于两侧电流相位不同而引起的不 平衡电流。具体方法是将Y,d11接线的变压器星形 接线侧的电流互感器接成三角形接线,三角形接线 侧电流互感器接成星形接线,这样可以使两侧电流 互感器二次联接臂上的电流相位一致。 1 1、变压器各侧电流相位不同、变压器各侧电流相位不同 引起不平衡

10、电流引起不平衡电流 2 2、由于电流互感器计算变比与选用的标、由于电流互感器计算变比与选用的标 准变比不同而引起的不平衡电流准变比不同而引起的不平衡电流 高压侧保护臂中电流比该侧互感器二次侧电流大倍高压侧保护臂中电流比该侧互感器二次侧电流大倍, ,为为 使正常负荷时两侧保护臂中电流接近相等使正常负荷时两侧保护臂中电流接近相等, ,故高压侧故高压侧 电流互感器变比应增大倍考虑。电流互感器变比应增大倍考虑。 变压器星形接线侧按三角形接线的电流互感器变比为变压器星形接线侧按三角形接线的电流互感器变比为 （10-110-1） 变压器角形接线侧按星形接线的电流互感器的变比为变压器角形接线侧按星形接线的电

11、流互感器的变比为 （10-210-2） 由于实际所选电流互感器的变比不同于计算值由于实际所选电流互感器的变比不同于计算值, ,势必在势必在 差动回路中出现不平衡电流值。差动回路中出现不平衡电流值。 3 5 . . YTN dTA I K 5 . . dTN yTA I K （1）用自耦变压器）用自耦变压器UT改变差动臂的电流改变差动臂的电流; （2）用中间变流器）用中间变流器UA进行磁势补偿进行磁势补偿; （3）用电抗变换器）用电抗变换器UX1和和UX2二次绕组串接差动输出进行磁势补偿。二次绕组串接差动输出进行磁势补偿。 3 3由变压器调压引起的不平衡电流由变压器调压引起的不平衡电流 当系统运

12、行方式改变时当系统运行方式改变时, ,需要调节变压器调压分接头以需要调节变压器调压分接头以 保证系统电压水平。在当调压分接头位置改变时保证系统电压水平。在当调压分接头位置改变时, ,在在 差动回路中引起很大不平衡电流。该不平衡电流的差动回路中引起很大不平衡电流。该不平衡电流的 大小与调压范围大小与调压范围U U及变压器一次电流成正比及变压器一次电流成正比, ,可由可由 下式计算下式计算 dTA y unb K I UI . )1( 3 在运行中不可能随变压器分接头改变而重新调整差动继在运行中不可能随变压器分接头改变而重新调整差动继 电器的参数电器的参数, ,因此因此,U,U引起的不平衡电流要在

13、整定计算引起的不平衡电流要在整定计算 时考虑躲过。时考虑躲过。 4 4由于各则电流互感器误差不同引由于各则电流互感器误差不同引 起的不平衡电流起的不平衡电流 变压器各侧电压等级和额定电流不同变压器各侧电压等级和额定电流不同,因而采用的电因而采用的电 流互感器型号不同流互感器型号不同,它们的特性差别很大它们的特性差别很大,故引起故引起 较大的不平衡电（实际上是两个电流互感器励磁较大的不平衡电（实际上是两个电流互感器励磁 电流之差）电流之差） （10-6） Kerr电流互感器误差电流互感器误差,取取0.1; KSt电流互感器同型系数电流互感器同型系数,对发电机线路纵差保对发电机线路纵差保 护取护取

14、0.5;对变压器、母线差动保护取对变压器、母线差动保护取1; max. . 3 k dTA sterr unb I K KK I （二）暂态过程中的不平衡电流（二）暂态过程中的不平衡电流 l 差动保护要躲过外部短路差动保护要躲过外部短路 时暂态过程中的不平衡电时暂态过程中的不平衡电 流流, ,其中含有很大非周期其中含有很大非周期 分量分量, ,偏于时间轴一侧偏于时间轴一侧 如如 图图10-410-4（a a） l 短路电流虽然在初瞬也具短路电流虽然在初瞬也具 有一定成分的非周期分量有一定成分的非周期分量, , 但衰减很快但衰减很快, ,只是短暂地只是短暂地 延迟了非周期分量的传变。延迟了非周期

15、分量的传变。 速饱和变流器一次绕组中速饱和变流器一次绕组中 只有短路电流周期分量通只有短路电流周期分量通 过过, ,此时铁芯中此时铁芯中B B变化变化 很大很大, ,在在W2W2中感生很大电中感生很大电 势势, ,使差动继电器可靠动使差动继电器可靠动 作。如图作。如图10-1410-14（b b）。）。 B 0 Iunb i i i i ik B B 图10-4（a ） 图14-4（b） （二）暂态过程中的不平衡电流 max max 3 K unberrstnps TA d I IKK Kuf K 综和考虑暂态和稳态的影响综和考虑暂态和稳态的影响,总的不平总的不平 衡电流为衡电流为: （三）变

16、压器的励磁涌流（三）变压器的励磁涌流 u变压器励磁电流仅流经变压器的某一侧变压器励磁电流仅流经变压器的某一侧,因此因此,通过电流互通过电流互 感器反应到差动回路中不能被平衡感器反应到差动回路中不能被平衡,在外部故障时在外部故障时,由于电由于电 压降低压降低,励磁电流减小励磁电流减小,它的影响就更小。可忽略不计。它的影响就更小。可忽略不计。 u但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时, ,则则 可能出现数值很大的励磁电流可能出现数值很大的励磁电流( (又称为励磁涌流又称为励磁涌流) )。 励磁涌流的产生励磁涌流的产生 图图10-5 10-5 励

17、磁涌流的产生及电流变化曲线励磁涌流的产生及电流变化曲线 （a a）稳态时电压与磁通关系）稳态时电压与磁通关系; ;（c c）变压器铁芯的磁化曲线瞬）变压器铁芯的磁化曲线瞬 间合闸时电压与磁通关系间合闸时电压与磁通关系 励磁涌流的产生励磁涌流的产生 m m np com p t m m I t 2 m exs I （b）t=0,u=0瞬间空载合闸时电压与磁 通关系 （d）励磁涌流波形 励磁涌流具有以下特点励磁涌流具有以下特点: 包含有很大成份的非周期分量包含有很大成份的非周期分量,约占基波的约占基波的60%,涌流偏向涌流偏向 时间轴的一侧时间轴的一侧; 包含有大量的高次谐波包含有大量的高次谐波,

18、且以二次谐波为主且以二次谐波为主,约占基波约占基波30 40%以上以上; 波形之间出现间断角波形之间出现间断角a,可达可达80以上。以上。 iL t( ) 防止励磁涌流的影响的措施防止励磁涌流的影响的措施: 根据励磁涌流的特点根据励磁涌流的特点,可以采取下列措施防止励磁涌流的影可以采取下列措施防止励磁涌流的影 响响: 采用具有速饱合铁芯的差动继电器采用具有速饱合铁芯的差动继电器; 利用二次谐波制动而躲开励磁涌流利用二次谐波制动而躲开励磁涌流; 按比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保按比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保 护。护。 由于速饱和变流器躲过非周期分量性能不够理想由

19、于速饱和变流器躲过非周期分量性能不够理想,目前目前,中中 小型变压器广泛采用加强型速饱和变流器（小型变压器广泛采用加强型速饱和变流器（BCH-2型）型） 构成的变压器差动保护。构成的变压器差动保护。BCH-2型（型（DCD-2、DCD-2M 型）差动继电器型）差动继电器,是在速饱和变流器基础上是在速饱和变流器基础上,再加上短路再加上短路 绕组绕组,以改善躲过非周期分量的性能。以改善躲过非周期分量的性能。 二、采用二、采用BCH型差动继电器构成的差动型差动继电器构成的差动 保护保护 （一）（一）BCH-2型差动继电器构成的差动保护型差动继电器构成的差动保护 BCH-2型差动继电器由带短路绕组的三

20、柱式速饱和型差动继电器由带短路绕组的三柱式速饱和 变流器和变流器和DL-11/0.2型电流继电器组合而成。铁芯型电流继电器组合而成。铁芯 中间柱中间柱B的截面是边缘柱截面的二倍的截面是边缘柱截面的二倍,其上绕有一其上绕有一 个差动绕组个差动绕组Wd、两个平衡绕组、两个平衡绕组WbI、WbII以及短以及短 路绕组一部分路绕组一部分,短路绕组另一部分绕在左边芯柱短路绕组另一部分绕在左边芯柱A 上上,而且两者通过端子呈同向串联。在右边芯柱而且两者通过端子呈同向串联。在右边芯柱 C上绕有二次绕组上绕有二次绕组W2,它通过端子、与它通过端子、与 DL-11/0.2型电流继电器相连接型电流继电器相连接 。

21、图。图10-6为为BCH- 2型差动继电器的结构图型差动继电器的结构图 二、采用二、采用BCH型差动继电器构成的差动型差动继电器构成的差动 保护保护 1BA 1BC K I k W d W k W 1 K K KAC KBC KBA KAB bI W bII W 1BC KBC KAC 1CBCKBCKAC C柱中总磁通为柱中总磁通为: 二、采用二、采用BCH型差动继电器构成的差动型差动继电器构成的差动 保护保护 C柱中总磁通为柱中总磁通为: KdKK I WI W 1CBCKBCKAC CB B CBA KK CA A BCA K K d C RR R RRR WI RR R RRR WIW

22、I / / 1 ACCBBA BK K ACCBBA AK K K RRRRRR RWI RRRRRR RWIWI / 1)( mAACCBBA RRRRRRRR/ )( / 1Kk dKKB c mmA I WIWI WR RRR 令式 则 将将IK折算到折算到Wd侧，并以侧，并以 表示，即表示，即 于是式（于是式（10-9）可改写为）可改写为 K I 1 () dKdKdKB C mmmKA IWI WI WW R RRRW R 1 () dKdKdKB C mmmKA IWI WI WW R RRRW R 在一般情况下在一般情况下, ,选取与相同标号抽头选取与相同标号抽头, ,维持维持

23、, ,且且 因因B B柱截面为柱截面为A A柱截面两倍柱截面两倍, ,故磁阻故磁阻R RA A=2R=2RB B。即。即 中后两项去磁中后两项去磁 与增磁相等与增磁相等, ,这说明在保护区内部故障时这说明在保护区内部故障时, ,短路绕组的存在不短路绕组的存在不 影响差动绕组中交变电流向二次绕组影响差动绕组中交变电流向二次绕组W2W2的传递的传递, ,不会改变继电不会改变继电 器的动作安匝数和保护的灵敏性。只要流过它的电流产生的器的动作安匝数和保护的灵敏性。只要流过它的电流产生的 磁势达到磁势达到60604 4安匝时安匝时, ,就可以保证接于就可以保证接于W2W2上的电流继电器能上的电流继电器能

24、 可靠动作。可靠动作。 2W W c C柱中总磁通为柱中总磁通为: （10-10） 消除了励磁涌流的影响消除了励磁涌流的影响 在变压器空载投入或外部短路切除后在变压器空载投入或外部短路切除后, ,电压突然恢复时电压突然恢复时, ,励励 磁涌流将以不平衡电流形式流入差动绕组磁涌流将以不平衡电流形式流入差动绕组WdWd, ,由于其中含由于其中含 有很大成份非周期分量有很大成份非周期分量, ,使铁芯迅速饱和使铁芯迅速饱和, ,磁阻增大磁阻增大, ,RmRm将将 更加增大更加增大, ,式式10-1010-10会使大大减小会使大大减小. . 而且铁芯饱和后磁路磁阻增大而且铁芯饱和后磁路磁阻增大, ,由由

25、A A柱到柱到C C柱磁路长、漏磁柱磁路长、漏磁 增大增大, ,从而使从而使A A柱到柱到C C柱的助磁磁通显著减小柱的助磁磁通显著减小, ,而而B B柱到柱到C C柱磁柱磁 路短路短, ,漏磁相对较小漏磁相对较小, ,故由故由B B柱到柱到C C柱的去磁磁通减少并不显柱的去磁磁通减少并不显 著著, ,但仍有较大去磁作用但仍有较大去磁作用, ,因而使因而使C C柱贯穿于柱贯穿于W2W2的总磁通减的总磁通减 少的更加显著少的更加显著, ,使使DL-11/0.2DL-11/0.2型电流继电器不易动作型电流继电器不易动作, ,这说这说 明短路绕组的存在加强了躲过非周期分量的影响明短路绕组的存在加强了

26、躲过非周期分量的影响, ,即可靠即可靠 地消除了励磁涌流的影响。地消除了励磁涌流的影响。 BCH-2型继电器直流助磁 特性曲线 IDC直流分量电流；直流分量电流；Iac交流动作电流电流交流动作电流电流 IacDC有直流分量的动作电流有直流分量的动作电流 K=IDC/IacDC-通入继电器直流电流占有直流分量的通入继电器直流电流占有直流分量的 动作电流的比例动作电流的比例 =IacDC/Iac-有直流分量的动作电流比无直流电流有直流分量的动作电流比无直流电流 时交流动作电流提高的倍数。时交流动作电流提高的倍数。 1201008060动作安匝 16/28=0.576/8=0.7516/16=12

27、B2-D1A2-B1B2-C1A2-A1，B2-B1 C2-C1，D2-D1 短路绕组整定板上 的插孔位置 表10-3 短路绕组接入不同匝数比所对应的动作安匝 K值越大，动作电流倍数越大，躲过励磁涌流值越大，动作电流倍数越大，躲过励磁涌流 性能越好。性能越好。 A2-A1 B2-B1 C2-C1 D2-D1 K 0 , , / ww BCH-2型继电器 BCH-2型继电器 例题例题10-2用用BCH-2 差动继电器构成差动继电器构成 变压器差动保护原理接线图变压器差动保护原理接线图 差动线圈接于变压器差动保护的差回路差动线圈接于变压器差动保护的差回路,当安匝磁势当安匝磁势 达到一定值时达到一定

28、值时,二次线圈感应的某一电势值使电流继电器起二次线圈感应的某一电势值使电流继电器起 动。动。 平衡线圈的作用是消除变压器两侧电流互感器的计算平衡线圈的作用是消除变压器两侧电流互感器的计算 变比与实际变比不一致所产生的不平衡安匝磁势。变比与实际变比不一致所产生的不平衡安匝磁势。 短路线圈的作用是提高差动继电器躲过励磁涌流的能短路线圈的作用是提高差动继电器躲过励磁涌流的能 力。力。 (二二)由由BCH-2型继电器组成变压器差型继电器组成变压器差 动保护的整定计算动保护的整定计算 (二)由BCH-2型继电器组成变压 器差动保护的整定计算 l 应用应用BCH-2BCH-2型差动继电器构成双绕组变压器差

29、动保型差动继电器构成双绕组变压器差动保 护的三相交流侧的接线如教材图护的三相交流侧的接线如教材图10-1010-10所示。现结所示。现结 合一个实例来说明其整定计算。合一个实例来说明其整定计算。 l 例题例题10-2 10-2 某工厂总降压变电所由无限大容量系统某工厂总降压变电所由无限大容量系统 供电供电, ,其中变压器的参数为其中变压器的参数为SFL1SFL110000/6010000/60 型型, ,60/10.5kv60/10.5kv, ,Y Y, ,d11d11接线接线, ,U Uk k%=9%=9。已知。已知10.5kv10.5kv母母 线上三相短路电流在最大运行方式下线上三相短路电

30、流在最大运行方式下, ,在最小运行在最小运行 方式下为方式下为, ,归算到归算到60kv60kv分别为分别为691A691A与与560A560A, ,10kv10kv侧侧 最大负荷电流为最大负荷电流为I IL.maxL.max=450A=450A。归算到。归算到60kv60kv侧为侧为 78.75A78.75A。拟采用。拟采用BCH-2BCH-2型差动继电器构成变压器差型差动继电器构成变压器差 动保护动保护, ,试进行整定计算。试进行整定计算。 解解:（1）计算变压器一次侧、二次侧额定电流）计算变压器一次侧、二次侧额定电流,选出电流互感选出电流互感 器的变比器的变比,计算电流互感器二次联接臂中

31、的电流计算电流互感器二次联接臂中的电流,其计其计 算结果算结果 列于表列于表10-4中。中。 d d U .e e .e 3 S I gTA n 3 5 I g. e 5 I . e d g g g I n I .TA . e dTA n d d d I n I .TA . e g g U . e e . e 3 S I 2 .96 603 10000 3 1 N TN yTN U S I 10000 550 3 10.5 TN d IA . 96.23166.6 3 555 TN y TA d I K 550 55 TN d TAY I K 200 5 TA d K 600 5 TAY K

32、A K I TAd NTY 165. 4 5/200 32 .96 3 A583. 4 5/600 550 表10-4 例题中变压器各侧有关计算数据 I1=I2= 从上表可以看出从上表可以看出,I,I2 2I I1 1, ,所以选较大者所以选较大者10.5kv10.5kv侧为基本侧。平衡绕组侧为基本侧。平衡绕组WbIWbI接于接于 10.5kv10.5kv的基本侧的基本侧, ,平衡绕组平衡绕组WbIIWbII接于接于60kv60kv侧。侧。 （2 2）计算差动保护基本侧的动作电流）计算差动保护基本侧的动作电流, ,在决定一次动作电流时应满足下列三在决定一次动作电流时应满足下列三 个条件个条件

33、1 1）躲过变压器励磁涌流的条件）躲过变压器励磁涌流的条件 2 2）躲过电流互感器二次断线不应误动作的条件）躲过电流互感器二次断线不应误动作的条件 3 3）躲过外部穿越性短路最大不平衡电流的条件）躲过外部穿越性短路最大不平衡电流的条件 I Iop1op1=1.3(1=1.3(10.1+0.05+0.05)0.1+0.05+0.05)3950=1027A3950=1027A 式中式中 可靠系数与电流互感器的同型系数可靠系数与电流互感器的同型系数, ,取取1.31.3, ,取取1 1 。 变压器于基本侧的额定电流与最大负荷电流变压器于基本侧的额定电流与最大负荷电流; ; UU、ffS S 改变变压

34、器分接头调压引起的相对误差与整定匝数不同于计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算匝数引起的相对误差; ;UU取取0.10.1, ,变比误差变比误差ffS S取初步取初步0.050.05进行试算。进行试算。 例题10-2 AIKI NdTrelop 7155503 . 1 .1 . AIKI Lrelop 5854503 . 1 max.1 . )3/( max. 2max.1 . )( KSerrstreunbrelop IfUKKKIKI , relst KK .max , TN dL II 例题10-2 在最大运行方式下在最大运行方式下,变压器二次母

35、线上短路变压器二次母线上短路,归算于基本侧归算于基本侧 的三相短路电流次暂态值。的三相短路电流次暂态值。 选取上述条件计算值中最大的作为基本侧的一次动作电流选取上述条件计算值中最大的作为基本侧的一次动作电流,即即IOP.1取取 1027A。 差动继电器基本侧的动作电流为差动继电器基本侧的动作电流为 )3/( max.K I A K KI I yTA conop rop 56. 8 5/600 11027 . 1 . . 式中式中 基本侧的电流互感器变比与其接线系数基本侧的电流互感器变比与其接线系数 . , TA yCON KK （3）确定确定BCH-2型差动继电器各绕组的匝数。该继电器在保持型

36、差动继电器各绕组的匝数。该继电器在保持 时其动作安匝数为时其动作安匝数为 为了平衡得更精确。使不平衡电流影响更小为了平衡得更精确。使不平衡电流影响更小,可将接于基本侧平衡绕组可将接于基本侧平衡绕组WbI作作 为基本侧动作匝数的一部分为基本侧动作匝数的一部分,选取差动绕组选取差动绕组Wd与平衡绕组与平衡绕组WbI的整定匝数的整定匝数 Wd.set=6匝匝,WbIset=1匝匝,即即 匝。匝。 2 KK WW . 604 7 8.56 op op r AN W I 匝 716 . setbIsetdsetop WWW 例题例题10-2 确定非基本侧平衡绕组确定非基本侧平衡绕组WbII的匝数的匝数

37、)()( . . 2.1setd setI bsetdbII WWIWWI 7 . 16)61 ( 165. 4 583. 4 )( . . 1 2 setdsetd set bIbII WWW I I W 选整定匝数匝选整定匝数匝, ,其相其相 对误差为对误差为 0395. 0 67 . 1 27 . 1 . . sendbII senbIIbII S WW WW f 要求相对误差的绝对值不超过要求相对误差的绝对值不超过0.050.05。显然。显然 不平衡电流不能完全消除不平衡电流不能完全消除, ,还会剩下一部还会剩下一部 分分 Y WbII WbI TA2 TA1 I1 I2 W2 bII

38、 set 匝 因因 0.050.05, ,故不必重新计算动作电流值。故不必重新计算动作电流值。 S f 例题例题10-2 确定短路绕组匝数确定短路绕组匝数,即确定短路绕组的插头的插孔。它有四组插孔即确定短路绕组的插头的插孔。它有四组插孔, 见图见图10-7所示。从图所示。从图10-8直流助磁特性曲线可知直流助磁特性曲线可知,短路绕组匝数越短路绕组匝数越 多多,躲过励磁涌流的性能越好躲过励磁涌流的性能越好,但当内部故障电流中有较大非周期分但当内部故障电流中有较大非周期分 量时量时,BHC-2型继电器动作时间要延长。因此型继电器动作时间要延长。因此,对励磁涌流倍数大的对励磁涌流倍数大的 中小容量变

39、压器中小容量变压器,当内部故障时短路电流非周期分量衰减较快当内部故障时短路电流非周期分量衰减较快,对保对保 护动作时间要求较低。故多选用插孔护动作时间要求较低。故多选用插孔C2C1或或D2D1。另外应。另外应 考虑电流互感器的型式考虑电流互感器的型式,励磁阻抗小的电流互感器励磁阻抗小的电流互感器,如套管式如套管式,吸收吸收 非周期分量较多非周期分量较多,短路绕组应选用较多匝数的插孔。所选插孔是否短路绕组应选用较多匝数的插孔。所选插孔是否 合适。应通过变压器空载投入试验确定。本题宜采用合适。应通过变压器空载投入试验确定。本题宜采用C2C1插孔插孔 拧入螺丝拧入螺丝,接通短路绕组。接通短路绕组。

40、例题例题10-2 （4）灵敏系数校验 本列题为单电源应以最小运行方式下本列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侧两相短路反应到电源侧进行 校验校验,10.5kv侧母线两相短路归算到侧母线两相短路归算到60kV侧流入继电器的电流为侧流入继电器的电流为 60kv电源侧电源侧BCH-2型继电器的动作电流为型继电器的动作电流为 则差动保护装置的最小灵敏度为则差动保护装置的最小灵敏度为 A k I I dTA k rk 21 5/200 5605 . 1 ) 3 ( 2 3 . )3/( min. 2)2( . 2 A WW AN I setbIIsetd rop 5 . 7

41、26 60 . . (2) (2) 2. .min . 21 2.82 7.5 kr s op r I K I 可见可见,满足灵敏系数要求满足灵敏系数要求 ,各绕组整定匝数如教材图各绕组整定匝数如教材图10-7中插孔涂黒表中插孔涂黒表 示。本题解题完毕。示。本题解题完毕。 三、采用带制动特性的差动继电器构成 的差动保护 1.BCH 1.BCH一一1 1型差动继电器型差动继电器 三柱式铁芯三柱式铁芯 电磁型电流继电器电磁型电流继电器 差动线圈差动线圈Wd, 两个平衡线圈两个平衡线圈WbI、 WbII 制动线圈制动线圈Wres 工作线圈工作线圈W2。 组成组成: WbI WbII Wd Ires

42、1 res res W res W BCH-1BCH-1型继电器结构原理图型继电器结构原理图 d W bII W res1 W bI W res2 W res 1 res I 差动线圈差动线圈:通以电流产生磁通通以电流产生磁通1,在两个二次工作绕组上在两个二次工作绕组上 感感 应的电势相串联应的电势相串联,能使电流继电器动作。能使电流继电器动作。 制动线圈制动线圈:通以电流产生的磁通通以电流产生的磁通res在两边柱形成环路在两边柱形成环路,在两在两 个二次工作绕组上感应的电势反向串联个二次工作绕组上感应的电势反向串联,合成电势为零合成电势为零,不会不会 使电流继电器动作。它的作用是使两个边柱的

43、铁芯饱和使电流继电器动作。它的作用是使两个边柱的铁芯饱和,加加 大继电器的动作安匝。大继电器的动作安匝。 各部分作用各部分作用: 铁芯铁芯:两边柱截面小两边柱截面小,易于饱和易于饱和,它的作用相当于一级速饱和变它的作用相当于一级速饱和变 流器。流器。 安匝制动曲线安匝制动曲线:继电器的动作安匝与制动安匝的关系曲线。当继电器的动作安匝与制动安匝的关系曲线。当 制动安匝磁势较小时制动安匝磁势较小时,两边柱铁芯没有饱和两边柱铁芯没有饱和,继电器的动作安匝继电器的动作安匝 不变不变,仍为仍为60安匝。安匝。 当制动安匝加大当制动安匝加大,铁芯铁芯 开始饱和开始饱和,动作安匝开始加动作安匝开始加 大。随

44、着制动安匝磁势的大。随着制动安匝磁势的 加大加大,铁芯饱和程度变大铁芯饱和程度变大, 继电器动作安匝加大继电器动作安匝加大,如图如图 曲线曲线1或或2。 带有制动线圈的变压器差动带有制动线圈的变压器差动 保护保护,以变压器的电源侧为基本侧以变压器的电源侧为基本侧, 负荷侧为非基本侧。非基本侧接负荷侧为非基本侧。非基本侧接 有平衡线圈、制动线圈。当保护有平衡线圈、制动线圈。当保护 范围外部故障时范围外部故障时,在制动线圈中流在制动线圈中流 有短路电流有短路电流,使铁芯饱和使铁芯饱和,增大了增大了 继电器的动作安匝。外部故障时继电器的动作安匝。外部故障时 继电器不动。内部故障时继电器不动。内部故障

45、时,若若A侧侧 无电源无电源,制动线圈中没有短路电流制动线圈中没有短路电流, 不起制动作用不起制动作用 。 KA 2W 2W res W res W A B d W bI W bII W 1QF 2QF 1、BCH-1型继电器工作特性型继电器工作特性 曲线曲线1 1为不平衡电流与外部短路电流的关系为不平衡电流与外部短路电流的关系; ; 曲线曲线2 2为无制动继电器的动作电流为无制动继电器的动作电流; ; 曲线曲线3 3为制动特性曲线为制动特性曲线, ,位于直线位于直线1 1之上之上, ,交与水平线与交与水平线与 a a点。点。 从图中可以看出从图中可以看出, ,在任何短路故障时在任何短路故障时

46、, ,继电器动作电流继电器动作电流 都大于不平衡电流。都大于不平衡电流。 图图10-15BCH-110-15BCH-1继电器工作特性继电器工作特性 1 1、当内部故障时、当内部故障时, ,A A侧无电源侧无电源, ,制动绕组制动绕组WresWres中无电流通过中无电流通过I Iresres=0=0, ,其动作电流为其动作电流为 Iop.r.0,Iop.r.0,差动绕组由差动绕组由A A侧提供短路电流侧提供短路电流, ,这种情况下保护最灵敏。这种情况下保护最灵敏。 2 2、内部故障时、内部故障时,A,A、B B电源提供短路电流相等电源提供短路电流相等,I,Iresres=1/2I=1/2IK K

47、可可, ,即制动绕组中电流为差即制动绕组中电流为差 动绕组中电流一半。如图动绕组中电流一半。如图10-1510-15曲线曲线5 5所示。直线所示。直线5 5与制动曲线与制动曲线3 3交于交于b b点点, ,在在b b点右侧点右侧 直线直线5 5在曲线在曲线3 3之上之上, ,所以继电器动作。所以继电器动作。 3 3、在区内故障时、在区内故障时,B,B侧无电源侧无电源, ,制动绕组与差动绕组中电流相等制动绕组与差动绕组中电流相等,I,Iresres=I=IK K, ,如图直线如图直线4,4, 它与制动曲线它与制动曲线3 3交于交于C C点点, ,继电器动作电流为继电器动作电流为Iopr.2 ,I

48、opr.2 ,直线直线4 4始终在制动曲线始终在制动曲线3 3之上之上, , 故继电器能动作。故继电器能动作。 res I Ires OP r I 1 3 5 4 2 Iopr0 b c 0 Iunb.max A B Wres1 Wres2 WbII WbI Wd 对应图对应图10-14BCH-1 型继电器接于双型继电器接于双 绕组变压器差动保护单相原理接线图绕组变压器差动保护单相原理接线图 BCH-1 型继电器接于双绕组变型继电器接于双绕组变 压器差动保护单相原理接线图压器差动保护单相原理接线图 制动线圈的安装位置如下制动线圈的安装位置如下: (1) 对单侧电源的双绕组变压器对单侧电源的双绕

49、组变压器,制动线圈应接于负荷侧制动线圈应接于负荷侧,外部外部 故障有制动作用故障有制动作用,内部故障没有制动作用。内部故障没有制动作用。 (2) 对于单侧电源的三绕组变压器对于单侧电源的三绕组变压器,制动线圈应接于流过变压制动线圈应接于流过变压 器最小穿越性短路电流的负荷侧。器最小穿越性短路电流的负荷侧。 (3) 对于双侧电源的三绕组变压器对于双侧电源的三绕组变压器,制动线圈一般接于无电源侧。制动线圈一般接于无电源侧。 (4) 对于双侧电源的双绕组变压器对于双侧电源的双绕组变压器,制动线圈应接于小电源侧。制动线圈应接于小电源侧。 当仅有小电源供电时当仅有小电源供电时,能保证保护装置的灵敏度。能

50、保证保护装置的灵敏度。 2.BCH2.BCH一一1 1型差动保护的整定计算型差动保护的整定计算 (1)确定变压器的基本侧。确定变压器的基本侧。与与BCH一一2型差动继电器相同。型差动继电器相同。 (2)计算差动保护的动作电流计算差动保护的动作电流 躲开变压器空载投入时的励滋涌流躲开变压器空载投入时的励滋涌流: 躲开电流互感器二次断线产生的不平衡电流躲开电流互感器二次断线产生的不平衡电流: 躲开未装制动线圈侧外部短路时的不平衡电流躲开未装制动线圈侧外部短路时的不平衡电流Iunb: 取以上三条件计算结果中的最大值作为变压器差动保护取以上三条件计算结果中的最大值作为变压器差动保护 一次动作电流。一次

51、动作电流。 TNrelbop IKI max Lrelop IKI unbrelbop IKI (3)计算差动线圈匝数计算差动线圈匝数 与与BCH一一2型继电器相同。型继电器相同。 (4)计算平衡线圈匝数计算平衡线圈匝数 与与BCH一一2型继电器相同。型继电器相同。 (5)校验平衡线圈圆整误差校验平衡线圈圆整误差 与与BCH一一2型继电器相同。型继电器相同。 2.BCH一一1型差动保护的整定计算型差动保护的整定计算 (6)计算制动线圈匝数计算制动线圈匝数Wres: 外部短路差回路通以最大不平衡安匝数时外部短路差回路通以最大不平衡安匝数时,以保证继电器以保证继电器 不动来确定制动线圈的匝数。不动

52、来确定制动线圈的匝数。 对于双绕组变压器对于双绕组变压器,制动线圈计算匝数为制动线圈计算匝数为 制动线圈要保证外部短路时可靠制动制动线圈要保证外部短路时可靠制动,其实际匝数应向上整其实际匝数应向上整 定。定。 unb maxmax reld setc1 TATA II KKWKWtg K conconres KK cd 1 TArel W tg )fU(KK s cres W setdsetdc W0.29W 0.9 0.050.050.11.3 W res （7）灵敏度校验）灵敏度校验 首先求出保护范围内校验点短路时流过制动线圈的电流首先求出保护范围内校验点短路时流过制动线圈的电流 及制动安

53、匝。依据及制动安匝。依据BCH一一1型差动继电器最大安匝制动曲线型差动继电器最大安匝制动曲线2 求出继电器的动作安匝求出继电器的动作安匝, 当计算出的动作安匝小于当计算出的动作安匝小于60安匝时安匝时,取取60安匝。差动保护安匝。差动保护 的灵敏度为的灵敏度为 2 (AW) WI K setdminrd sen op 四、二次谐波制动的差动保护四、二次谐波制动的差动保护 四、二次谐波制动的差动保护四、二次谐波制动的差动保护 图图10-1610-16所示为由所示为由LCD-15LCD-15型差动继电器构成变压器差动保护原理接线图。型差动继电器构成变压器差动保护原理接线图。 该保护由比率制动部分、

54、差动部分、二次谐波制动部分、差动电流速断部分及极该保护由比率制动部分、差动部分、二次谐波制动部分、差动电流速断部分及极 化继电器所组成化继电器所组成. . ( (一一) )比率制动回路比率制动回路 图图10-16中比率制动回路如图中比率制动回路如图10-17所示所示,实际上是一比率制动式差动继电实际上是一比率制动式差动继电 器。它由电抗变换器器。它由电抗变换器1UX、4UX,整流桥整流桥U1、U4,稳压管稳压管VS,电容电容C1、C4和极和极 化继电器化继电器KP所组成。所组成。 电容电容C1和和1UX的二次绕组组成工频串联谐振电路的二次绕组组成工频串联谐振电路,当差动回路通过基波电当差动回路

55、通过基波电 流时流时,C1输出高电压。输出高电压。C4为滤波电容。为滤波电容。1UX和和2UX的二次绕组匝数相的二次绕组匝数相 同同,1UX一次绕组一次绕组Wd称为差动绕组称为差动绕组;4UX有两个相同匝数的一次绕组有两个相同匝数的一次绕组Wres.1 和和Wres.2称为制动绕组称为制动绕组,两绕组极性如图两绕组极性如图10-17所示。差动绕组是制动绕组所示。差动绕组是制动绕组 匝数的两倍匝数的两倍,即即Wd=2Wres.1=2Wres.2。差动绕组接在差动回路中。差动绕组接在差动回路中,而两个制而两个制 动绕组接在两个差动臂中。动绕组接在两个差动臂中。 四、二次谐波制动的差动保护四、二次谐

56、波制动的差动保护 正常运行以及外部短路时正常运行以及外部短路时,流过流过Wd的电流为的电流为Id=I1-I2,是不平衡电流是不平衡电流,数值很数值很 小。流过制动绕组小。流过制动绕组Wres的电流即的电流即IdIres,故继电器不动作。当发生内部故障时故继电器不动作。当发生内部故障时, 差动绕组电流为短路点的总的短路电流差动绕组电流为短路点的总的短路电流,数值较大数值较大,而制动绕组电流比较小而制动绕组电流比较小,即即Id Ires,继电器灵敏动作。继电器灵敏动作。 1UX一次侧流过一次侧流过Id,4UX一一 次侧流过次侧流过Ires,则在电抗变则在电抗变 换器二次侧产生两个相应换器二次侧产生

57、两个相应 交流电压交流电压,并分别经过两并分别经过两 个全波整流桥个全波整流桥U1和和U4整整 流后流后,输出直流电压输出直流电压U1和和 U2,分别称为工作电压和分别称为工作电压和 制动电压。制动电压。U1和和U2分别分别 与与Id和和Ires成正比成正比,即即 U1=K1Id,U2=K2Ires。 U2 U1 1、当不考虑稳压管当不考虑稳压管VSVS作用时的制动特性作用时的制动特性 当差动绕组电流当差动绕组电流I Id d满足上式时满足上式时, ,继电器刚好动作继电器刚好动作, ,此时的差动电流此时的差动电流I Id d称为动作电称为动作电 流流Iop.rIop.r。上式在直角坐标系中为一

58、直线。上式在直角坐标系中为一直线, ,如图如图10-1810-18中虚线中虚线1,1,这时的制动特性为这时的制动特性为 通过原点的直线通过原点的直线, ,斜率斜率m,m,改变改变R R1 1、R R2 2、K K1 1、K K2 2可改变制动特性的斜率。继电器的可改变制动特性的斜率。继电器的 动作电流动作电流I Iop.rop.r与制动电流与制动电流I Iresres之比称为制动系数之比称为制动系数, ,即即 当工作电压当工作电压U1和制动电压和制动电压U2加到极化继电器上加到极化继电器上,分别产生电流分别产生电流I1和和I2为为 I1=U1/R1=K1Id/R1,I2=U2/R2=K2Ire

59、s/R2。如不考虑极化继电器动作所消耗的功率时。如不考虑极化继电器动作所消耗的功率时, 在理想条件下在理想条件下,继电器动作条件为继电器动作条件为I1I2=0。由此可得出。由此可得出 resresdrop I KR KR mIII 12 21 . m I I K res rop res . （10-12） （10-11） A B NK Ires Id 2 C 1 3 0 图图10-1810-18制动特性制动特性 1、当不考虑稳压管、当不考虑稳压管VS作用时的制动特性作用时的制动特性 若考虑极化继电器的功率损失时若考虑极化继电器的功率损失时, ,则继电器动作边界条件则继电器动作边界条件 为为I

60、I1 1I I2 2=I=I0 0, ,式中式中I I0 0是为克服极化继电器功率损耗所必需是为克服极化继电器功率损耗所必需 的。的。I I0 0通过差动绕组产生动作电流通过差动绕组产生动作电流I Iop.r0op.r0, I, Iop.r0op.r0是无制动电是无制动电 流时的动作电流。流时的动作电流。I Iop.r0op.r0在在1UX1UX二次侧产生动作电压二次侧产生动作电压U Uop.r0op.r0, , 所以所以I I0 0可表示为可表示为: : 1 0.1 1 0. 0 R IK R U I roprop 此时动作方程为此时动作方程为: resropd ropresd mIII I