第6章 电力变压器的继电保护

1、1电力系统继电保护Power System Relay Protection 主讲教师：韩成春 电气工程及其自动化专业教研室2第六章第六章 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护基本要求基本要求学习内容学习内容习题与思考题习题与思考题3本章基本要求本章基本要求掌握电力变压器的速断保护；掌握电力变压器的速断保护；掌握电力变压器的差动保护；掌握电力变压器的差动保护；掌握电力变压器的电流和电压保护；掌握电力变压器的电流和电压保护；了解电力变压器的瓦斯保护；了解电力变压器的瓦斯保护；返回4第一节第一节 电力变压器的故障类型、不电力变压器的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式正常运行状态及其相应

2、的保护方式油箱内：绕组的相间短路、接地短路、匝 间短路、铁芯的烧损 等1.变压器的内部故障油箱外：套管和引出线上发生相间短路、 接地短路5外部相间短路引起的过电流外部接地短路引起的过电流中性点过电压负荷超过额定容量引起的过负荷漏油等原因引起的油面降低2.变压器的不正常运行状态63.变压器的保护方式变压器保护分类变压器保护分类 非电量保护：瓦斯保护非电量保护：瓦斯保护 电量保护：（根据变压器容量及电压等级来配置）电量保护：（根据变压器容量及电压等级来配置）变压器保护配置变压器保护配置 主保护：差动保护、电流速断保护、瓦斯保护主保护：差动保护、电流速断保护、瓦斯保护 后备保护：过电流保护，零序过电

3、流，零序过电压后备保护：过电流保护，零序过电流，零序过电压等。等。 7瓦斯保护反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。轻瓦斯保护：动作于信号重瓦斯保护：动作于跳开变压器各电源侧的断路器特点：动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。8纵差动保护或电流速断保护反应于变压器的绕组、套管及引出线上的故障，可反应变压器油箱内外的故障。纵联差动保护： 并列运行：容量6300kVA 单独运行：容量10000kVA 发电厂等：容量6300kVA电流速断保护： 容量0.5s9外部相间短路时，应采用的保护(1)过电流保护： 用于降压变压器，整定值应考虑事故状态下可 能出现的过负荷电流(2)负荷电压启动的过电流保护： 用

4、于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要 求的过负荷电流10(4)阻抗保护： 对于升压变压器和系统联络变压器，当采用 (2)(3)的保护不能满足灵敏性和选择性要求 时采用。(3)负序电流及单相式低电压启动的过电流保护： 用于大容量升压变压器和系统联络变压器11外部接地短路时，应采用的保护 对中性点接地电力网内： 外部接地短路引起过电流，应装设零序电流保护 对自耦变压器和高中压侧中性点直接接地的三相变压器： 有选择性要求时，应增设零序方向元件 12过负荷保护 对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行作为其他负荷的备用电源时，应过负荷保护过励磁保护 高压侧电压为500kVA以上的变压器

5、，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应设过励磁保护13与瓦斯保护相配合，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。第二节第二节 变压器的电流速断保护变压器的电流速断保护14电源侧直接接地：采用完全星形接线电源侧非直接接地：采用不完全星形接线动作电流计算：(1)按大于变压器负荷侧母线上d1点短路时流过保护器的最大短路电流计算，即max1dkdzIKI15(2)按大于变压器空载投入的励磁涌流计算通常取eBdzII) 53 (应取两者的最大值。灵敏系数：2)2(min2dzdlmIIK按d2点最小两相短路电流校验，即161.变压器纵差动保护的基本原理第三节第三节 变压器的

6、纵差动保护变压器的纵差动保护17由于变压器的高压侧和低压侧的额定电流不同，必须适当选择两侧电流互感器的变比。211122llnInIIIB1112nIInnll或 变压器的差动保护必须考虑变压器变比的影响。182.变压器纵差动保护的特点需要躲过差动回路中的不平衡电流(1) 由变压器励磁涌流ILY所产生的不平衡电流变压器的励磁电流：在正常情况下：1.3IeB/n1条件下，才能躲开励磁涌流的影 响。NkdzJIKKI342）纵差动保护灵敏系数的校验 变压器纵联差动保护的灵敏系数dzJJdlmIIKminIdminJ应采用保护范围内部故障时，流过继电器的最小短路电流。采用在单侧电源供电时，系统在最小

7、运行方式下变压器发生短路时的最小短路电流，按照要求灵敏系数一般不应低于2。354.具有制动特性的差动继电器1）差动继电器的制动特性制动特性的数学表达式为)()()(00gdrdzgdrgdrdzdzJIIIIIKIIII36最小动作的电流Idz0:按躲过变压器在正常运行条件下产生的不平衡电流整定。rLHzakdzIKUfKI)(0edzII) 5 . 02 . 0(037拐点电流Igd:egdII)1 .16 .0(制动特性斜率K:gdrdzdzIIIIKmax0max382）差动继电器在内部故障时的动作行为39情形之一：情形之一：两端电源情况，假设取一侧故障电流作为制动电流两端电源情况，假设

8、取一侧故障电流作为制动电流假设两端提供的故障电流相同假设两端提供的故障电流相同122RresIIII对应图中曲线1，实际启动电流为minsetI40情形之二：情形之二：一端电源情况，假设取负荷侧电流作为制动电流一端电源情况，假设取负荷侧电流作为制动电流无制动，实际启动电流为minsetI0resI41情形之三：情形之三：一端电源情况，假设取电源侧电流作为制动电流一端电源情况，假设取电源侧电流作为制动电流差动电流和故障电流关系对应图中曲线2，实际启动电流为minsetIdiffresII42情形之四：情形之四：重负荷情况下内部弱故障，假设取电源侧电流作为制动电流重负荷情况下内部弱故障，假设取电源

9、侧电流作为制动电流差动电流不变，负荷电流的存在使得制动电流有所增大，动作特性对应图中曲线2，实际启动电流率大于minsetI43小结：小结：1. 采用制动特性后差动保护内部故障的实际启动电流近似采用制动特性后差动保护内部故障的实际启动电流近似为为 ， 远小于最大不平衡电流，所以制动特性大大远小于最大不平衡电流，所以制动特性大大提高了差动保护队内部故障的灵敏度提高了差动保护队内部故障的灵敏度2. 制动电流应采用负荷侧或弱电源侧的电流制动电流应采用负荷侧或弱电源侧的电流minsetI44外部故障而引起的变压器绕组过电流内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备第四节第四节 变压器的电流和电压保护变压

10、器的电流和电压保护过电流保护低电压启动的过电流保护负荷电压启动的过电流保护负序过电流保护保护方式：保护方式：451.变压器的过电流保护maxfhkdzIKKI46(1) 对并列运行的变压器，应考虑突然切除一台 时所出现的过负荷，当各台变压器容量相同 时，可按下式计算eBfInnI1max 此时保护装置的启动电流应整定为eBhkdzInnKKI147(2) 对降压变压器，应考虑低压侧电动机自启动 时的最大电流，此时启动电流整定为eBhzqkdzIKKKIzqK 110kV降压变压器的6-11kV侧：1.5-2.5 110kV降压变压器的35kV侧：1.5-2.0482.低电压启动的过电流保护49

11、正常时：低压继电器的触点全部断开。中间继电器无电流，故其触点断开。50相间短路：低压继电器1的触点闭合，中间继电器有电流，电流继电器1、2动作，跳闸回路有信号输出。51eBdzUU7 . 0eBhkdzIKKI电路元件、电压元件的整定：52低电压继电器的动作电压整定：(1) 按躲开正常运行时可能出现的最低工作 电压整定hkdzKKUUmin Umin：最低工作电压，一般取0.9UeB Kk：可靠系数，取1.1-1.2 Kh：返回系数，取1.15-1.2553(2) 按躲开电动机自启动时的电压整定edzUU)6 . 05 . 0(当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时当低压继电器由变压器低压侧互

12、感器供电时当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时edzUU7 . 054 对低电压元件灵敏系数的校验，应为对低电压元件灵敏系数的校验，应为maxddzlmUUKUdmax：最大运行方式下，相邻元件末端最大运行方式下，相邻元件末端 三相金属性短路时，保护安装处三相金属性短路时，保护安装处 的最大线电压的最大线电压。553.复合电压启动的过电流保护负序电压过滤器负序电压过滤器eBdzUU）（12. 006. 0256正常时：无负序电压，继电器4的触点闭合，继电器5的触点断开，继电器6无电流，触头断开，无跳闸信号。57不对称短路：有负序电压，继电器4的触点断开，

13、继电器5动作，电流继电器动作，启动时间继电器7，预定时限后跳闸。58三相短路：短时出现负序电压，继电器4动作，继电器5动作，待负序电压消失后，继电器4返回，继电器5仍处于动作状态，相当于低电压启动的过电流保护。59复合电压启动的过电流保护的优点：(1) 由于负序电压继电器的整定值小。因此 在不对称短路时，电压元件的灵敏系数高。(2) 当经过变压器后发生不对称短路时，电压元件的工作情况与变压器采用的接线方式无关；(3) 当三相短路时，如果由于瞬间出现负序电压，使继电器4和5动作，则在负序电压消失后，继电器5又接于线电压上，此时只要继电器5不返回，就可以保证保护装置继续处于动作状态。604.三绕组变压器相间短路后备保护的特点(1)单侧电源的三绕组变压器tIII=tIII+t 动作后只跳闸DL3tI=max(tII,tIII)+t，跳开DL2tB=tI+t，跳开DL1,DL2,DL3 61(2)多侧电源的三绕组变压器tIII=tIII+ttI=tI+t，带方向跳开DL1tB=max(tI,tII, tIII)，跳开DL1,DL2,DL3 tII=tII+t，方向指向母线II625.变压器的瓦斯保护瓦斯保护瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，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。由于短路点电弧的作用，将