第六章电力变压器的继电保护

1、第第6章章 电力变压器的继电保护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变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。和油箱外故障两类。内部：内部：绕组的相间短路、匝间短路、绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等。接地短路，以及铁芯烧毁等。外部故障：外部故障：套管和引出线上发生的套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。相间短路和接地短路。 不正常的运行状态不正常的运行状态：外部相间短路、接地短路：外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定

2、容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面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。降低，以及过电压、过励磁等。（1）瓦斯保护）瓦斯保护800KVA及以上的油浸式变压器和及以上的油浸式变压器和400KVA以上的以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。瓦斯保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。器，轻瓦斯保护动作于发出信号。（2）纵差保护或电流速断保护）纵差保护或电流速断保护

3、6300KVA及以上并列运行的变压器，及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，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，应装设及以上重要的变压器，应装设纵差保护。纵差保护。10000KVA及以下的电力变压器，应装及以下的电力变压器，应装设电流速断保护。对于设电流速断保护。对于2000KVA以上以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不的变压器，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。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：反应电力纵差保护或电流速断保护：反应电力变压

4、器绕组、套管及引出线发生的短路变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障。故障。（3）相间短路的后备保护）相间短路的后备保护作用作用：反应外部相间短路引起的变压器：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的后备保护，其动作时限按阶梯形原则来整定。来整定。 （4）接地短路的零序保护）接地短路的零序保护作用作用：零序保护用于反应变压器高压侧：零序保护用于反应变压器高压侧（或中压侧），以及外部元件的接地短（或中压侧），以及外部元件的接地短路。路。 变压器中性点直接接地运行，应装设零序电流变压器中性点直接接地运行，应

5、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，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。应装设零序电流、电压保护。 （5）过负荷保护）过负荷保护 400KVA以上的变压器，当数台并列运行或以上的变压器，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，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。延时动作于发信号。（6）其他保护）其他保护高压侧电压为高压侧电压为500KV及以上的变压器，因频率降低及以上的变压器，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

6、设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。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电力变压器的瓦斯保护护一、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

7、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，

8、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。

9、 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，通往继电器的连接管具有管具有24的升高坡度。的升高坡度。变压器油有热胀冷缩的物理现象，加装油枕热胀不致使油从变压器中溢出，冷缩不致使油不足，同时有了油枕绝缘油和空气的接触面大大减小，因而使变压器内不易受到潮气的侵入，避免油变质。主要优点：主要优点：因此因此

10、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，当灵敏系数对于容量较小

11、的变压器，当灵敏系数满足要求时，可在满足要求时，可在电源侧电源侧装设电流速断保装设电流速断保护，它与瓦斯保护配合，以反应变压器绕护，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组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。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

12、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（稳态情况下的不平（稳态情况下的不平衡电流产生的原因和消除方法）衡电流产生的原因和消除方法）21TATTAnnn稳态稳态不平衡电流不平衡电

13、流的产生原因的产生原因减轻和消除方法减轻和消除方法1变压器变压器正常运行时正常运行时励励磁磁电电流的影响流的影响1、2%5%IN,值较小，值较小，可忽略可忽略2、互感器的接法变换或、互感器的接法变换或软件计算实现软件计算实现3、误差小用误差小用整定计算整定计算f相对误差系数相对误差系数、误差大误差大于于5%则采用则采用UT或或Wb补补偿偿4、整定计算、整定计算中引入电流中引入电流互感器的同型系数互感器的同型系数Kst5、整定计算、整定计算U调压引调压引起的相对误差起的相对误差2变压器两侧电流相位不变压器两侧电流相位不同同3两侧电流互感器计算变两侧电流互感器计算变比与实际变比不同比与实际变比不同

14、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ff4两侧电流互感器型号不同两侧电流互感器型号不同 纵差保护的核心问题是不平衡电流。输电线路纵差保护不平衡电流产生的最本质原因与电流互感器铁芯是否饱和及其饱和程度有关。 对于变压器纵差保护也存在同样问题，由两侧电流互感器励磁电流之差所引起的不平衡电流。当被保护变压器两侧电流互感器型号不同、变比不同、二次负载阻抗及短路电流倍数不同时，都会使两侧电流互感器励磁电流之差增大。电流互感器励磁电流的大小与二次负载的大小及励磁阻抗有关，励磁阻抗又与铁芯饱和程度有关。一次电流较小时，磁路不会饱和，励磁回路电感很大，励

15、磁电流很小；饱和时，励磁回路电感减小，励磁电流迅速增大；二次负载阻抗越大，铁芯越容易饱和。对于电流互感器误差的影响因素，可采用的减小不平衡电流的措施：1、采用D级电流互感器；2、减小二次负载3、采用铁芯气隙小的电流互感器暂态情况下的不平衡电流及减小暂态情况下的不平衡电流及减小其影响的方法其影响的方法1、暂态过程中短路电流非周期分量的影、暂态过程中短路电流非周期分量的影响响a.速饱和变流器；速饱和变流器；2、励磁涌流、励磁涌流a.速饱和铁芯的差动继电器；速饱和铁芯的差动继电器；b.波形鉴别；波形鉴别；c.二次谐波制动二次谐波制动;带制动特性的差动保护带制动特性的差动保护 一、具有磁力制动的差动保

16、护一、具有磁力制动的差动保护 1.1继电器的结构和工作原理继电器的结构和工作原理BCH-1型差动继电器由执行元件型差动继电器由执行元件电磁式继电器、制动绕组、一个电磁式继电器、制动绕组、一个中间快速饱和变流器组成。中间快速饱和变流器组成。 1、速饱和变流器是利用非故障、速饱和变流器是利用非故障时励磁涌流中含有的大量非周期分时励磁涌流中含有的大量非周期分量来磁化速饱和变流器的导磁体，量来磁化速饱和变流器的导磁体，提高其饱和程度。提高其饱和程度。 在直流磁通的作用下导磁体将在直流磁通的作用下导磁体将迅速饱和，大大降低了导磁率。这迅速饱和，大大降低了导磁率。这就恶化了工作绕组与二次绕组间的就恶化了工

17、作绕组与二次绕组间的电磁感应条件，因而显著增大了继电磁感应条件，因而显著增大了继电器的动作电流，从而避开励磁涌电器的动作电流，从而避开励磁涌流及非周期电流分量的影响。流及非周期电流分量的影响。 2、 差动绕组：接于电流差动回路中。差动绕组：接于电流差动回路中。3、平衡（、平衡（I、II）绕组的作用是减小不）绕组的作用是减小不平衡电流的影响。平衡电流的影响。4、制动绕组的作用是外部短路增加动作、制动绕组的作用是外部短路增加动作安匝，内部短路时无制动作用。安匝，内部短路时无制动作用。5、工作绕组的作用是达到动作电流启动、工作绕组的作用是达到动作电流启动保护动作。保护动作。1.2具有磁力制动的差动继

18、电器的整具有磁力制动的差动继电器的整定定当采用无制动特性的差动继电器时，当采用无制动特性的差动继电器时，动作电流按以下条件整定动作电流按以下条件整定躲开变压器最大励磁涌流躲开变压器最大励磁涌流setrelNIKK IrelK可靠系数，取可靠系数，取1.31.5；K励磁涌流的最大倍数；励磁涌流的最大倍数；NI变压器额定电流；变压器额定电流；躲开变压器电流互感器二次侧断线产生的电流躲开变压器电流互感器二次侧断线产生的电流.maxsetrelLIKI为了避免由于电流互感器二次回路断线时可为了避免由于电流互感器二次回路断线时可能引起的差动保护误动作。能引起的差动保护误动作。relK可靠系数，取可靠系数

19、，取1.3.maxLI最大负荷电流最大负荷电流躲开变压器保护范围外部短路时的最大不平衡电流躲开变压器保护范围外部短路时的最大不平衡电流.maxsetrelunbIKIrelK可靠系数，取可靠系数，取1.3；.maxunbI最大负荷电流，其计算式为；最大负荷电流，其计算式为；.max.max(10%)unbzanpstkIfUKKI zaf变比、匝数引起的相对误差；变比、匝数引起的相对误差；U带负荷调压引起的相对误差；带负荷调压引起的相对误差；0.1电流互感器容许的最大相对误差；电流互感器容许的最大相对误差；npK非周期分量系数；非周期分量系数；stK电流互感器的同型系数，取为电流互感器的同型系

20、数，取为1；直线1，不平衡电流与外部短路电流的关系；直线2，无制动差动继电器的动作电流；直线3，采用磁力制动特性的差动继磁力制动特性的差动继电器，最大制动电流等于最大外部电器，最大制动电流等于最大外部短路电流。选择一条适当的制动特短路电流。选择一条适当的制动特性曲线，使其通过性曲线，使其通过a点，并位于直线点，并位于直线1上边。上边。 采用磁力制动特性的差动继电器，磁力制动特性的差动继电器，动作电流随着制动电流的不同而改动作电流随着制动电流的不同而改变，但动作电流的最大值不超过无变，但动作电流的最大值不超过无制动特性的差动继电器的动作电流，制动特性的差动继电器的动作电流，因此，其灵敏度将高于无

21、制动特性因此，其灵敏度将高于无制动特性的差动保护，并且不会误动。的差动保护，并且不会误动。3、BCH-1型差动保护整定计算原则1、变压器各侧额定电流计算；2、计算变压器各侧外部短路时归算到基本侧的最大短路电流；3、确定差动继电器制动绕组的接入方式；4、确定保护装置在无制动情况下的一次动作电流；5、确定基本侧差动绕组和平衡绕组的接法、差动绕组匝数。6、其他侧平衡绕组计算匝数。7、计算由差动继电器实选匝数与计算匝数不等而产生的相对误差。8、确定制动系数。应采用最大可能的制动系数，使不平衡电流不超过带制动情况下的动作电流。9、计算制动绕组匝数；10、灵敏度校验。 变压器相间短路的后备保护，既是变压变

22、压器相间短路的后备保护，既是变压器主保护的后备保护，又可作为相邻母线或器主保护的后备保护，又可作为相邻母线或线路的后备保护。线路的后备保护。一、相间短路的过电流保护一、相间短路的过电流保护1、使用条件、使用条件过电流保护宜用于降压变压器。过电流保护宜用于降压变压器。2、安装地点：电源侧。、安装地点：电源侧。6.5 变压器的电流和电压保护变压器的电流和电压保护3、保护的整定计算、保护的整定计算max.LrerelactIKKI最大负荷电流最大负荷电流 确定：确定： 对于并列运行的变压器：对于并列运行的变压器：TNLImmI.max.1 对于降压变压器：对于降压变压器：TNssLIKI.max.m

23、ax.LI保护灵敏度保护灵敏度actksenIIKmin.动作电流：动作电流：（要求大于）（要求大于）1.2信号保护原理接线图保护原理接线图二、低电压启动的过电流保护二、低电压启动的过电流保护 在电动机自启动时低电压元件在电动机自启动时低电压元件不动作，因此电流元件整定时不考不动作，因此电流元件整定时不考虑自启动电流的影响，提高了电流虑自启动电流的影响，提高了电流元件的灵敏性。元件的灵敏性。三、复合电压起动的过电流保护三、复合电压起动的过电流保护 为提高不对称短路时电压元件为提高不对称短路时电压元件的灵敏性，并简化保护接线，在低的灵敏性，并简化保护接线，在低电压启动的过电流保护中，将三个电压启

24、动的过电流保护中，将三个低电压继电器改由一个负序电压继低电压继电器改由一个负序电压继电器和低电压继电器构成复合电压电器和低电压继电器构成复合电压起动的过电流保护。提高了短路时起动的过电流保护。提高了短路时电压元件的灵敏度。电压元件的灵敏度。1、保护原理接线图、保护原理接线图跳1QFKSKTKM信号+ITTA2QF1QF+II_+跳2QF电压回路断线信号KCO+UabcU2过滤器U2KVUKVN2 2、保护的整定计算、保护的整定计算动作值动作值低电压元件：低电压元件：TNactUU.7 . 0TNactUU.)6 . 05 . 0(max.LrerelactIKKI电流元件：电流元件：火电厂升压

25、变压器：火电厂升压变压器：负序电压元件：负序电压元件：TNactUU. 2)12. 006. 0(灵敏度：灵敏度： 负序电压元件：负序电压元件：actksenUUK.min.)(22电流元件：电流元件：actksenIIKmin.（要求大于（要求大于1.2）（要求大于（要求大于1.2）低电压元件：低电压元件：max.kactsenUUK（要求大于（要求大于1.2） 对于大容量的发电机变压器组，由于额对于大容量的发电机变压器组，由于额定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵敏度的要求，可采用负序电流保护。负序电敏度的要求，可采用负序电流保护。负序电流元件和反应

26、对称短路故障的单相式低压过流元件和反应对称短路故障的单相式低压过电流保护组成。电流保护组成。 负序电流保护灵敏度较高，且在星、三角负序电流保护灵敏度较高，且在星、三角接线的变压器另一侧发生不对称短路故障时，接线的变压器另一侧发生不对称短路故障时，灵敏度不受影响，接线也较简单。灵敏度不受影响，接线也较简单。 四、负序电流及单相式低压起动的过电流保护四、负序电流及单相式低压起动的过电流保护1 1、保护原理接线图、保护原理接线图TTA2QF1QF+IabUKVU1KAKM_+电压回路断线信号跳1QFKSKT信号+跳2QFKCOII2+2KA2 2、保护的整定计算、保护的整定计算动作值动作值（低电压元

27、件的整定与前面方式相同）（低电压元件的整定与前面方式相同）20 10 2.( . . )actN TII负序电流元件：负序电流元件：灵敏度灵敏度22( ).min.ksenactIKI（要求大于（要求大于1.2）五、五、变压器的过负荷保护变压器的过负荷保护 过负荷保护反应变压器对称过负荷引起的过过负荷保护反应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。延时动作于信号。 过负荷保护的安装侧，应根据保护能反应变过负荷保护的安装侧，应根据保护能反应变压器各侧绕组可能过负荷情况来选择：压器各侧绕组可能过负荷情况来选择：(1

28、)(1)对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。(2)(2)对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于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。发电机电压侧和无电源侧。(3)(3)对三侧有电源的三绕组升压变压器，三侧均对三侧有电源的三绕组升压变压器，三侧均应装设。应装设。(4)(4)对于双绕组降压变压器，装于高压侧。对于双绕组降压变压器，装于高压侧。(5)(5)仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧的容量相等，只装于电源侧；若三侧的容量不的容量相等，只装于电源侧；若三侧的容量不等，则装于电源侧及容量较小侧。等，则

29、装于电源侧及容量较小侧。(6)(6)对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。均应装设。6.6 6.6 电力变压器接地保护电力变压器接地保护 电力系统中，接地故障常常是故障的电力系统中，接地故障常常是故障的主要形式，因此，大电流接地系统中的变主要形式，因此，大电流接地系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地（零压器，一般要求在变压器上装设接地（零序）保护。作为变压器本身主保护的后备序）保护。作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。保护和相邻元件接地短路的后备保护。 变压器接地保护方式与其中性点是变压器接地保护方式与其中性点是否接地有关。否接地有关。信号跳QF2跳QF11 1、中性点直接接地变压器的零序保护、中性点直接接地变压器的零序保护保护定值保护定值 00. .actcbactLIK K I式中：式中： 配合系数，取配合系数，取1.11.2；cK 零序电流分支系数；零序电流分支系数；bK 引出线零序电流保护后备引出线零序电流保护后备段的