第六章电力变压器的继电保护

1、第6章 电力变压器的继电保护6.1 电力变压器的故障类型及其保护 变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。内部：绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等。外部故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。 不正常的运行状态：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。（1）瓦斯保护800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。瓦斯保护可反应变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。（2

2、）纵差保护或电流速断保护6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中6300KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。10000KVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护。对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。 纵差保护或电流速断保护：反应电力变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障。（3）相间短路的后备保护作用：反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护的后备保护，其动作时限按阶梯形原则来整定。 （4）接地短路的零序保护作用：零序保护用于反应变压器高压侧（或中

3、压侧），以及外部元件的接地短路。 变压器中性点直接接地运行，应装设零序电流保护；变压器中性点可能接地或不接地运行时，应装设零序电流、电压保护。 （5）过负荷保护 400KVA以上的变压器，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，应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相，延时动作于发信号。（6）其他保护高压侧电压为500KV及以上的变压器，因频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高，应装设变压器过励磁保护。对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，应装设相应的保护装置。6.2 电力变压器的瓦斯保护一、瓦斯保护一、瓦斯保护：反应变压器油箱内部反应变压器油箱内部气体量的多少气

4、体量的多少和和油流速度油流速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。并且是变压器铁芯烧损的唯一保护方式。并且是变压器铁芯烧损的唯一保护方式。由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。二、构成和工作原理二、构成和工作原理1、气体继电器的结构、气体继电器的结构1罩；2顶针；3气

5、塞；4永久磁铁；5开口杯；6重捶；7探针；8开口销；9弹簧；10挡板；11永久磁铁；12螺杆；13干簧触点（重）；14调节杆；15干簧触点（轻）；16套管；17排气口2、气体继电器的工作原理、气体继电器的工作原理a)变压器正常运行时上下两对触点都断开，上下两对触点都断开，不发出信号不发出信号b)变压器油箱内部发变压器油箱内部发生轻微故障生轻微故障上触点接通信号回路，上触点接通信号回路，发出音响和灯光信号，发出音响和灯光信号，这称之为这称之为“轻瓦斯动作轻瓦斯动作”c)变压器油箱内部变压器油箱内部发生严重故障发生严重故障下触点接通跳闸回路，下触点接通跳闸回路，使断路器跳闸，同时发使断路器跳闸，同

6、时发出音响和灯光信号，这出音响和灯光信号，这称之为称之为“重瓦斯动作重瓦斯动作”d)变压器油箱漏油变压器油箱漏油上触点接通，发出报警上触点接通，发出报警信号；信号；下触点接通，使断路器下触点接通，使断路器跳闸，同时发出跳闸信跳闸，同时发出跳闸信号。号。 3、气体继电器的安装、气体继电器的安装安装在油箱与油枕安装在油箱与油枕之间的连接管道上。之间的连接管道上。为什么变压器是斜着的？为什么变压器是斜着的？为了不妨碍气体的流通，变压器安装时为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有11.5的升高坡度，通往继电器的连接的升高坡度，通往

7、继电器的连接管具有管具有24的升高坡度。的升高坡度。至 延 时 电 路信 号三、瓦斯保护的原理接线图主要优点：主要优点：因此因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与，与纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。障。 动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。油箱内部发生的各种故障。四、对瓦斯保护的评价：四、对瓦斯保护的评价： 不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发

8、生不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。的故障。 主要缺点：主要缺点：对于容量较小的变压器，当灵敏系数满足对于容量较小的变压器，当灵敏系数满足要求时，可在要求时，可在电源侧电源侧装设电流速断保护，装设电流速断保护，它与瓦斯保护配合，以反应变压器绕组及它与瓦斯保护配合，以反应变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。6.3 变压器的电流速断保护变压器的电流速断保护一、变压器电流速断保护原理接线图一、变压器电流速断保护原理接线图信 号二、电流速断保护的整定计算：二、电流速断保护的整定计算：（）按躲过变压器负荷侧母线短路时流过保护（）按躲过变

9、压器负荷侧母线短路时流过保护的最大短路电流整定：的最大短路电流整定： max. 2krelactIKI（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流）躲过变压器空载投入时的励磁涌流 TNactII)53(选择其中的较大者作为保护的动作值选择其中的较大者作为保护的动作值actksenIIK)2(min. 1min.要求要求 大于等于大于等于2。灵敏系数：灵敏系数：min.senK1.构成变压器纵差保护的基本原则构成变压器纵差保护的基本原则: Ir0 两侧电流互感器的变比关系两侧电流互感器的变比关系:6.4电力变压器的纵联差动保护电力变压器的纵联差动保护2.变压器纵差保护的特点变压器纵差保护的特点（不平衡电

10、流产生的原因和消除方法）（不平衡电流产生的原因和消除方法）21TATTAnnn不平衡电流的产生原因不平衡电流的产生原因减轻和消除方法减轻和消除方法1励磁涌流的影响励磁涌流的影响a.速饱和变流器；速饱和变流器；b.波形鉴别；波形鉴别；c.二次谐波制动二次谐波制动;d.互感器的接法和变比互感器的接法和变比e.平衡线圈补偿平衡线圈补偿2变压器两侧电流相位不变压器两侧电流相位不同同3计算变比与实际变比不计算变比与实际变比不同同4两侧电流互感器型号不两侧电流互感器型号不同同5变压器带负荷调整分接变压器带负荷调整分接头头 励磁涌流具有如下特点： (1)其值在初始很大，可达额定电流的5一10倍。 (2)含有

11、大量非周期分量和高次谐波分量，且随时间衰减。 在起始瞬间，励磁涌流衰减的速度很快，对于一般的中小型变压器，经0.51秒后，其值不超过额定电流的0.250.5倍，大型变压器励磁涌流的衰减速度较慢，衰减到上述值要23s，即变压器的容量越大，衰减越慢，完全衰减需要十几秒时间（3）其波形有间断角， 减小励磁涌流影响的措施 在变压器差动保护中，如不采取有效措施消除励磁涌流的影响，必将导致保护的误动，根据励磁涌流的特点，可采取下列措施。（1）利用延时动作或提高保护动作值来躲过励磁涌流，但前者失去速动的优点，后者降低了保护动作的灵敏度。（2）利用励磁涌流中的非周期分量，采用具有速饱和变流器的差动继电器构成差

12、动保护。（3）利用励磁涌流中波形间断的特点，采用能有鉴别间断角的差动继电器构成差动保护。（4）采用二次谐波制动的差动继电器。（二）变压器两侧接线组别不同引起的不平 衡电流及消除措施 电力系统中常用的Y，dll接线的变压器，由于三角形侧的线电流比星形侧的同一相线电流相位超前300，因此如果两侧电流互感器都按通常接线方式接成星形，则即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中也会出现不平衡电流 为了消除此不平衡电流，可采用相位补偿法。即将变压器星形侧的电流互感器的二次侧接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接成星形，从而将电流互感器二次测的电流相位校正过来。电力变压器在运

13、行时，由于联接组别和变比不同，各侧电流大小及相位也不同。需通过数学方法对TA联接和变比进行补偿。消除电流大小和相位差异。变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。（三）电流互感器的实际变比与计算变比不 等引起的不平衡电流及减小影响的措施利用差动继电器中平衡线圈消除不平衡 电流影响原理图I2YI2(四）两侧互感器型号不同产生的不平衡电流及采取 的措施 此不平衡电流是由两侧互感器的相对误差引起的，型号相同的相对误差较小，型号不同则相 对误差就会较大。 此不平衡电流应在保护的整定计算中予以考虑，既适当增加保护的动作电流。计算时引入同型系数Kss .若同型Kss取0。5，若不同型Kss

14、取1。（五）变压器调压分接头改变产生的不平衡电流及解决的方法 带负荷调压的变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就 改变了变压器的变比原已调整平衡的差动保护；又会出现新的不平衡电流。 此不平衡电流采用提高动作电流来解决。 差动保护的一些基本概念差动保护的一些基本概念1.1差动保护CT二次极性的接线方式 CT二次极性的接线方式有180度接线和0度接线两种。0接线，如图所示：CBACBA*180度接线，如图所示：CBACBA*差动保护CT接线的时候，一定要先确定CT二次极性，否则保护将该动作的时候拒动，不该动作的时候误动。校差动保护的时候亦要注意这点，否则就南辕北辙了。1.2差动保护补偿系

15、数问题，补偿系数主要与以下几个方面有关。1.2.1 CT变比CT变比有600/5、1200/5、4000/5等等。由于变压器高低压侧电流大小不等，为了在正常运行时，使变压器高低压二次侧电流大小相等，不产生差流，从而选取不同变比的CT，对二次侧电流幅值进行补偿。1.2.2 平衡系数 很多情况下，仅通过CT变比对二次侧电流幅值进行补偿是不能完全消除差流的，还要有平衡系数的参与，以达到设备在正常运行情况下CT二次侧完全消除差流的目的。1.2.3 星角矢量匹配方式在微机差动保护装置中，无论CT一次侧为Y型接线或是型接线，差动CT二次侧均为Y型接线。因为Y型接线与型接线之间有相角差，不能直接进行电流相减

16、做差比较，所以就要对差动保护二次侧电流进行星角矢量匹配，矢量匹配有两种方式，一种为在Y侧矢量匹配，一种为在侧矢量匹配，矢量匹配中要注意幅值变化的问题。1.2.4变压器的接线方式变压器的接线方式有Ynd11接线方式、Dyn1接线方式、Dyn11接线方式等。认清变压器的接线方式和差动保护装置应用的星角匹配方式，才能准确的校验出差动保护的制动特性.1.3差动电流、制动电流与制动系数差动电流、制动电流与制动系数是差动保护制动特性的3个重要参数，每种差动保护装置规定的差动电流、制动电流与制动系数的计算公式都有差异，要仔细阅读保护装置说明书，按照公式要求进行试验。以主变压器差动保护为例2.1.1主变压器接

17、线方式为Ynd11接线，矢量匹配在Y侧如相量图：IBYIAYICYIcIbIaICYIBYIAY-IAY-IBY-ICY如图可知Y侧匹配公式：IA= IAY/3=(IAY-IBY)/3 IB= IBY/3= (IBY-ICY)/3Ic= ICY/3= (ICY-IAY)/3IA IB IC为转换后的Y侧电流2.1.2装置显示值与通入值之间的关系用（单相法试验）此保护装置显示值是标么值形式高压Y侧： IA=(IAY/3Ie) 平衡系数 IB=(IBY3 Ie) 平衡系数 Ic=(ICY3 Ie) 平衡系数低压侧： Ia=Ia/ Ie平衡系数Ib=Ib/ Ie平衡系数Ic=Ic/ Ie平衡系数2.

18、1.3 试验时补偿相通入原则(此差动保护CT二次接线方式为180接线)由匹配公式得知当用单相法做试验时，在Y侧通入A相电流时，装置自动产生C相电流，且与A相方向相反，所以要在侧C相通入等幅值电流进行补偿，以抵消Y侧C相电流。其他相以此类推。现在以A相为例：高压Y侧通入IAY (0) 自产IC(180) 低压侧通入Ia(180)低压侧补偿Ic(0)以抵消高压Y侧自产IC(180)变压器接线方式为Dyn1接线，矢量匹配在Y侧-IAYIAYIBYICYIcIbIaICYIBYIAY-IBY-ICY如图可知Y侧匹配公式：IA= IAY/3 =(IAY-IBY)/3IB= IBY/3 =(IBY-ICY

19、)/3 Ic= ICY/3 =(ICY-IAY)/3 （IA IB IC为转换后的Y侧电流）2.2.3装置显示值与通入值之间的关系（单相法试验）高压侧：Ia=Ia平衡系数Ib=Ib平衡系数Ic=Ic平衡系数低压Y侧：IA=(IAY/3Ie) 平衡系数IB=(IBY/3 Ie) 平衡系数Ic=(ICY/3 Ie) 平衡系数 试验时补偿相通入原则(此差动保护CT二次接线方式为180接线) 由匹配公式得知当用单相法做试验时，在Y侧通入A相电流时，装置自动产生C相电流，且与A相方向相反，所以要在侧C相通入等幅值电流进行补偿，以抵消Y侧C相电流。其他相以此类推。现在以B相为例： 高压侧通入Ib(0) 低压Y侧通入IBY (180) 自产IA(0)高压侧补偿Ia(180)以抵消低压Y侧自产IA(0)Ynd11接线，矢量匹配在侧如图可知侧匹配公式：Ia= Ia/3 =(IaIc)/ 3Ib= Ib/3 =(IbIa)/ 3Ic= Ic/3 =(IcIb)/ 3如相量图：IaIbIc-Ia-Ib-IcICYIcIBYIbIAYIa 变压器的接地保护 对中性点直接接地电网中的变压器，在其高压侧装设接地（零序）保护，用来反应接地故障，并作为变压器主保护的后备保护和相邻元件的接地故障后备保护。 一、变压器中性点直