电力系统继电保护第9章 电力变压器保护

1、第9章 电力变压器保护9.1 变压器故障及保护9.1 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。 9.1 变压器故障及保护 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及以上和400KVA以上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

2、保护动作于发出信号。9.1 变压器故障及保护（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。9.1 变压器故障及保护 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

3、则来整定。 （4）接地短路的零序保护9.1 变压器故障及保护作用：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。9.1 变压器故障及保护（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

4、装设相应的保护装置。9.2 电力变压器的瓦斯保护1 、 瓦斯继电器的构成和动作原理9.2 瓦斯保护 当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其它绝缘材料分解，产生大量的可燃性气体，将其统称为瓦斯气体。气体继电器安装：9.2 瓦斯保护气体继电器结构：9.2 瓦斯保护 正常运行时，继电器及开口杯内都充满了油，开口杯因其自重抵消浮力后的力矩小于重锤自重抵消浮力后的力矩而处于上翘状态，固定在开口杯旁的磁铁4位于干簧触点15的上方，干簧触点可靠断开，轻瓦斯保护不动作； 9.2 瓦斯保护挡板10在弹簧9的作用下处于正常位置，磁铁11远离干簧触点13，干簧触点可靠断开，重瓦斯保护也不动作。

5、 当发生轻微故障时，产生的少量气体逐渐聚集在继电器顶盖下面，使继电器内油面缓慢下降，油面低于开口杯时，开口杯所受浮力减小，其自重加杯内油重抵消浮力后的力矩将大于重锤自重抵消浮力后的力矩，开口杯位置随油面的降低而下降，磁铁4逐渐靠近干簧触点15，接近到一定程度时触点闭合，发出轻瓦斯动作信号。9.2 瓦斯保护 当变压器内部发生严重故障时，产生的大量气体形成从油箱内冲向油枕的强烈气流，带油的气体直接冲击着挡板10，克服了弹簧9的拉力使挡板偏转，磁铁11迅速靠近干簧触点13，触点闭合(即重瓦斯保护动作)起动保护出口继电器，使变压器各侧断路器跳闸。9.2 瓦斯保护9.2 瓦斯保护2 、瓦斯保护的接线9.

6、2 瓦斯保护至 延 时 电 路信 号9.3 电流速断保护 对于容量较小的变压器，当其过电流保护的动作时限大于0.5s时，可在电源侧装设电流速断保护。与瓦斯保护配合，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。保护动作电流：（）按大于变压器负荷侧母线短路时流过保护的最大短路电流 max.krelopIKI9.3 电流速断保护9.3 电流速断保护（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流 2KNopII)53(保护灵敏系数：opksenIIK)2(min.要求：大于等于2。9.4 变压器差动保护1、变压器纵差保护的基本原理 纵差保护用来反映变压器的绕组、引出线及出线套管上的各种短路故障，作为大

7、中型变压器的主保护。 纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位在故障前后的变化而实现的。 9.4 变压器差动保护G2IIIIIII2III22IIIrIII正常运行时：结论：正常运行时，由于型号、特性不同将产生不平衡电流。G9.4 变压器差动保护IIK2IIIII2III外部短路：结论：外部短路时，流入差动继电器的电流为最大不平衡电流。9.4 变压器差动保护GKII2IIkIrIII2内部短路：双侧电源：III2IIIkIIIrIIII22结论：内部短路时，无论是单电源，还是双电源，保护都能正确测量到短路点短路电流。9.4 变压器差动保护2、变压器差动保护中的不平衡电流（1）两侧

8、电流互感器型号不同产生的不平衡电流原因：变压器两侧的额定电压不同两侧电流互感器的型号不同饱和特性和励磁电流也不同解决问题的方法：整定计算时，引入同型系数。9.4 变压器差动保护（2）计算变比与标准变比不同产生的不平衡电流原因：电流互感器选用的是标准化变比，电流互感器的计算变比与实际变比不同 。措施：采用自耦变流器，引入平衡系数。9.4 变压器差动保护电压额定电流(A)(115YkV)(5 .10dkV1581730电流互感器接线方式电流互感器计算变比电流互感器标准变比差动臂电流（A）不平衡电流（A）dY（ ）Y517305273515835/15853005/20055. 460158395.

9、 340/15833. 440017305200022. 033. 455. 4912. 033. 4/95. 3bKMVASN5.319.4 变压器差动保护9.4 变压器差动保护（3）变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流 调整分接头实际上就是改变变压器的变比，其结果破坏了电流互感器二次电流的平衡关系，产生了新的不平衡电流。 措施：提高保护动作电流，即在整定计算时，引入调压系数。调压系数：取调压范围的一半。9.4 变压器差动保护（4）变压器接线组别的影响 常用的 接线组别变压器，两侧相位存在 相位差 。3011Yd相位补偿方法：1）通过电流互感器二次接线进行相位补偿。9.4 变压器差动保护9

10、.4 变压器差动保护arI303030333jcYaYcYcrjbYcYbYbrjaYbYaYareIIIIeIIIIeIIII9.4 变压器差动保护AYIBYICYIAdIBdICdIarIbrIcrIadIbdIcdI9.4 变压器差动保护。3，倍数值增大了相位补偿后解决办法：通过选择电流互感器变比解决。553.NddTANYYTAInIn9.4 变压器差动保护2）微机保护软件算法303jaYbYaYareIIII303jbYcYbYbreIIII303jcYcYcYcreIIII9.4 变压器差动保护3）提高变压器单相接地短路灵敏度措施星形侧：ncYcrnbYbrnaYarIIIIIII

11、II313131三角形侧：303030333jcdbdcdcdrjbdadbdbdrjadcdadardeIIIIeIIIIeIIII9.4 变压器差动保护内部短路零序电流相加，外部短路零序电流相减。9.4 变压器差动保护303030333jcdbdcdcdrjbdadbdbdrjadcdadardeIIIIeIIIIeIIIIaYIbYIcYIadIbdIcdIardIbrdIbrdI9.4 变压器差动保护(5)变压器励磁涌流的影响及措施定义：励磁涌流，就是变压器空载合闸时的暂态励磁电流。 9.4 变压器差动保护励磁涌流波形的特点：）含有很大成分的非周期分量，使曲线偏向时间轴的一侧；）含有大

12、量的高次谐波，其中二次谐波所占比重最大；3)涌流的波形削去负波之后将出现间断，图中称为间断角。9.4 变压器差动保护措施：1）采用差动电流速断保护：利用励磁涌流随时间衰减的特点，躲过最大励磁涌流。 NopI ).(I3522）采用以二次谐波制动原理构成的纵联差动保护2dIdIK2其中： 是差动电流中的二次谐波电流； 2dI2K是二次谐波制动系数； dI是差动电流。 9.4 变压器差动保护2dIdIK2NnddniNI1)(1diN为差动电流采样值，为每周采样点数。 满足判别式时，判为励磁涌流，闭锁纵差动保护；当判别不满足时，开放纵差动保护。 9.4 变压器差动保护需注意问题：当系统带有长线路或

13、用电缆连接变压器时，变压器内部短路故障差动电流中的二次谐波含量可能较大，将引起二次谐波制动的纵差动保护拒动或延时动作。方案一：采用差动电流速断保护；方案二：当电压低于70%额定电压时解除二次谐波制动；方案三：采用制动电流与差动电流间比值小于某一值时解除二次谐波制动的措施。解除二次谐波制动的动作式为resIdKI30.K 9.4 变压器差动保护二次谐波制动方式：1）谐波比最大相制动方式，其判别式为121212,maxdcdcdbdbdadaIIIIII2K二次谐波制动系数。 2K9.4 变压器差动保护2）按相制动方式，其判别式为1112,maxdcdbdadIIII2K3）综合相制动方式 111

14、222,max,maxdcdbdadcdbdaIIIIII2K 最大相制动方式的定值一般选取15%20%；综合相制动方式的定值一般选取15%17%。9.4 变压器差动保护4）分相制动方式1222,maxddcdbdaIIII2K（3）判别电流间断角识别励磁涌流 9.4 变压器差动保护特点：短路电流波形连续，正半周、负半周的波宽为 ，波形间断角 几乎为 。 1800j9.4 变压器差动保护 对称性涌流，波形不连续出现间断，在最严重情况下有： 8 .50,120max.jw9.4 变压器差动保护 非对称性涌流，波形偏向时间轴一侧，波形同样不连续出现间断，最严重情况下有： 80,4 .154max.jw9.4 变压器差动保护判别电流间断角识别