第10-12章 变压器发电机母线继电保护201405

1、第十章 电力变压器保护 电力变压器（以下称变压器）是电力系统的重要组电力变压器（以下称变压器）是电力系统的重要组成元件，它的可靠、安全运行直接关系着电力系统成元件，它的可靠、安全运行直接关系着电力系统正常供电，一旦发生故障，它将对供电可靠性、系正常供电，一旦发生故障，它将对供电可靠性、系统的正常运行带来严重的影响，同时大容量的变压统的正常运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是非常贵重的设备。因此，必须根据变压器的器也是非常贵重的设备。因此，必须根据变压器的容量和重要程度，装设性能良好、动作可靠的保护容量和重要程度，装设性能良好、动作可靠的保护装置。装置。变压器的故障、异常状态及保护方式o一

2、、变压器的故障一、变压器的故障o变压器的故障分为油箱内故障和油箱外变压器的故障分为油箱内故障和油箱外故障。故障。o油箱内的故障：绕组的相间短路、绕组的匝油箱内的故障：绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的单相接地短路间短路、直接接地系统侧绕组的单相接地短路以及铁心的烧损等。以及铁心的烧损等。o油箱外的故障：主要是油箱外部绝缘套管和油箱外的故障：主要是油箱外部绝缘套管和引出线上发生相间短路或一相碰接箱壳（接地引出线上发生相间短路或一相碰接箱壳（接地短路）。短路）。o二、变压器不正常工作状态二、变压器不正常工作状态o外部短路或过负荷外部短路或过负荷 过电流过电流o油箱漏油造成油面降低

3、油箱漏油造成油面降低o变压器外部接地短路引起的中性点过电压变压器外部接地短路引起的中性点过电压o绕组外加电压过高或频率降低绕组外加电压过高或频率降低 过励磁等过励磁等应装设的继电保护装置应装设的继电保护装置o(1)瓦斯保护瓦斯保护o瓦斯保护作用：反应变压器油箱内的各瓦斯保护作用：反应变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，对于种故障以及油面的降低，对于0.8MVA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0.4MVA以上变压以上变压器应装设气体保护。器应装设气体保护。o瓦斯保护基本原理：反应油箱内部所产瓦斯保护基本原理：反应油箱内部所产生的气体或油流速度而动作。生的气体或油流速度而动作

4、。o瓦斯保护分类：瓦斯保护分类：轻瓦斯保护轻瓦斯保护动作于信号，动作于信号，重瓦斯保护重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断动作于跳开变压器各电源侧的断路器。路器。气体继电器安装示意图气体继电器安装示意图1-瓦斯继电器；瓦斯继电器；2-油枕；油枕；3-变压器顶盖；变压器顶盖；4-连接管道连接管道开口杯挡板式气体继电器开口杯挡板式气体继电器结构图结构图1-罩；罩；2-顶针；顶针；3-气塞；气塞；4-永久磁铁；永久磁铁；5-开口杯；开口杯；6-重锤；重锤；7-探针；探针；8-开口开口销；销；9-弹簧；弹簧；10-挡板；挡板；11-永久磁铁；永久磁铁；12-螺杆；螺杆；13-千簧触点千簧触点(重瓦斯

5、用重瓦斯用)；14-调节杆；调节杆；15-干簧触点干簧触点(轻瓦斯用轻瓦斯用)；16-套管；套管；17-排气口排气口 应装设的继电保护装置应装设的继电保护装置o瓦斯保护瓦斯保护 防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低o 重瓦斯保护 动作于跳闸o 轻瓦斯 保护 动作于信号o纵差动保护和电流速断保护纵差动保护和电流速断保护 防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路o保护动作后，均应跳开变压器各电源侧保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器的断路器 。纵差保护适用范围纵差保护适用范围o并列运行的变压器，容量为并列运行的变压器，容量为6300KVA（

6、6.3MVA）以上时；单独运行的变压器容量为以上时；单独运行的变压器容量为10MVA及以及以上时；发电厂用变压器和工业企业中的重要变压上时；发电厂用变压器和工业企业中的重要变压器，容量为器，容量为6300KVA以上时。以上时。o对于容量为对于容量为10MVA以下的变压器，且当其过电以下的变压器，且当其过电流保护的动作时限大于流保护的动作时限大于0.5s时，可装设电流速断时，可装设电流速断保护，以代替纵差动保护。保护，以代替纵差动保护。o对对2MVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差动保护。度不能满足要求时，也应装设纵差动保护。o相

7、间短路的后备保护相间短路的后备保护 作为瓦斯保护和纵差保护的作为瓦斯保护和纵差保护的后备，保护延时动作于跳开断路器。后备，保护延时动作于跳开断路器。 n过电流保护过电流保护n复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护n负序过电流保护负序过电流保护n过电流保护宜用于降压变压器；复合电压起动的过电流保护宜用于降压变压器；复合电压起动的过电流保护宜用于升压变压器，系统联络变压器过电流保护宜用于升压变压器，系统联络变压器和采用过电流保护不满足灵敏度要求的降压变压和采用过电流保护不满足灵敏度要求的降压变压器；器；6.3MVA及以上的大容量升压变压器，采用及以上的大容量升压变压器，采用负序电流保护及

8、单相低电压起动的过电流保护；负序电流保护及单相低电压起动的过电流保护；对于大型升压变压器或系统联络变压器，为了满对于大型升压变压器或系统联络变压器，为了满足灵敏度要求，可采用阻抗保护。足灵敏度要求，可采用阻抗保护。o零序电流保护零序电流保护：防御大接地电流系统中变压器外部接地短路，保护延时动作于跳开断路器。o过负荷保护过负荷保护：对于0.4MVA及以上的变压器，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，对于自耦变压器或多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧的负荷情况，保护延时动作于信号 。o过励磁保护过励磁保护：现代大型变压器，额定工作磁密与饱和磁密接近，当电

9、压升高或频率降低时，工作磁密增加，使励磁电流增加，特别是铁心饱和后，励磁电流急剧增大，造成过励磁，将使变压器温度升高而遭受损坏。因此对于高压侧电压为500KV及以上的大型变压器应装设励磁保护，按其过励磁的严重程度，保护动作于信号或跳开断路器。 10.2 变压器的纵差保护 当中小型电力变压器选用电流速断保护的当中小型电力变压器选用电流速断保护的灵敏度不能满足要求时，应采用差动保护；灵敏度不能满足要求时，应采用差动保护；大型电力变压器（并列运行的变压器容量在大型电力变压器（并列运行的变压器容量在6300KVA及以上）均采用差动保护。及以上）均采用差动保护。 变压器的纵差保护用来反应变压器绕组、引变

10、压器的纵差保护用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。主保护。 变压器纵差保护与线路、发电机的纵差保护变压器纵差保护与线路、发电机的纵差保护原理相同，但由于变压器在结构和运行上具原理相同，但由于变压器在结构和运行上具有一些特点。有一些特点。 差动保护构成o原理如图中变压器两侧装有原理如图中变压器两侧装有电流互感器电流互感器TA1、TA2，电，电流互感器的一次绕组同名端流互感器的一次绕组同名端接于靠近母线的一侧，二次接于靠近母线的一侧，二次绕组同极性端子相互连接，绕组同极性端子相互连接，差动继电器差动继电器KD跨接在跨接在TATA

11、二二次绕组两条连线之间次绕组两条连线之间（环流法接线）。一、纵差动保护工作原理一、纵差动保护工作原理o1正常运行正常运行o流过变压器中的是穿越性电流。电流由流过变压器中的是穿越性电流。电流由电源电源I流向负荷侧流向负荷侧II ，在图中，在图中，TA 二次二次电流以反方向流过继电器电流以反方向流过继电器KD的线圈，的线圈，即即KD中的电流等于二次电流之差，故中的电流等于二次电流之差，故该回路称为差回路，整个保护称为差动该回路称为差回路，整个保护称为差动保护。若电流互感器变比选得适当，使保护。若电流互感器变比选得适当，使得得KD中电流为中电流为0，KD不动作。不动作。纵差保护工作原理纵差保护工作原

12、理o2外部故障时外部故障时o如图（如图（a）中）中K1点短路，短路电流由电点短路，短路电流由电源源I流向负荷侧流向负荷侧II，KD中的电流等于和之中的电流等于和之差，与正常时一样。适当选择电流互感差，与正常时一样。适当选择电流互感器，也可使器，也可使KD中电流中电流=0。亦即正常运。亦即正常运行和外部短路时，电流互感器二次侧电行和外部短路时，电流互感器二次侧电流大小相等，方向相反，在继电器中流流大小相等，方向相反，在继电器中流过电流等于零，因此过电流等于零，因此KD不动作。不动作。纵差保护工作原理纵差保护工作原理o3保护范围内部短路故障时保护范围内部短路故障时o所谓保护范围是指各侧所谓保护范围

13、是指各侧TA所包围的电气部分。所包围的电气部分。如故障发生在保护范围内部任一位置，且如故障发生在保护范围内部任一位置，且I、II侧侧均接有电源，则有电流和同时流向短路点均接有电源，则有电流和同时流向短路点K2，KD中的电流等于流向短路点的短路电流的二次中的电流等于流向短路点的短路电流的二次值，当此电流大于值，当此电流大于KD动作电流时，动作电流时，KD立即动作，立即动作，跳开两侧跳开两侧QF1和和QF2，将故障变压器从系统中切，将故障变压器从系统中切除。如果只有母线除。如果只有母线I有电源，则当保护范围内部有电源，则当保护范围内部故障时（如故障时（如K2点），此时点），此时KD仍然正确动作，切

14、仍然正确动作，切除除T。o内部故障时，流过内部故障时，流过KD中的电流一般远大于它的中的电流一般远大于它的动作电流，所以，差动保护的灵敏度很高。动作电流，所以，差动保护的灵敏度很高。4电流互感器变比的选择电流互感器变比的选择o由于变压器高低压侧额定电流不同，为了保证由于变压器高低压侧额定电流不同，为了保证变压器差动保护的正确动作，就必须适当选择变压器差动保护的正确动作，就必须适当选择电流互感器的变比，使得变压器在正常运行和电流互感器的变比，使得变压器在正常运行和外部故障时，两侧电流互感器二次电流相等外部故障时，两侧电流互感器二次电流相等。o应有 即:2211TATTAKIKKI1212TATA

15、IIKKKT为为变压器变比变压器变比 二、纵差保护在稳态情况下的不二、纵差保护在稳态情况下的不平衡电流产生原因及减少措施平衡电流产生原因及减少措施 o在正常运行及保护范围外部短路稳态情况在正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳态不平衡电流态不平衡电流Iunb。o差动保护的动作电流应大于最大不平衡电差动保护的动作电流应大于最大不平衡电流，以保证保护范围外部短路时差动保护流，以保证保护范围外部短路时差动保护不动作。不平衡电流增大，将使保护的灵不动作。不平衡电流增大，将使保护的灵敏度降低。敏度降低。 1 1由变压器两侧电流相位不同由

16、变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 o由于变压器常采用由于变压器常采用Y，d11的接线方式，因此，其的接线方式，因此，其两侧电流相位差两侧电流相位差300。如果两侧的。如果两侧的TATA仍采用通常的仍采用通常的接线方式、则二次电流由于相位不同，也会有一个接线方式、则二次电流由于相位不同，也会有一个不平衡电流流入继电器。不平衡电流流入继电器。o为了消除这种不平衡电流的影响，通常采用为了消除这种不平衡电流的影响，通常采用相位相位补偿补偿方法接线，方法接线，即将变压器星形侧的三个即将变压器星形侧的三个TATA接成三角形，而将变压器三角形侧的三个接成三角形，而将变压器三角形侧的

17、三个TATA接成星形，接成星形，并适当考虑联接方式后即可把二次电并适当考虑联接方式后即可把二次电流的相位校正过来。流的相位校正过来。Y，d11接线的变压器两侧电流互感器的接线及电流相量图接线的变压器两侧电流互感器的接线及电流相量图相位补偿的特点 采用相位补偿以后，在互感器接成三角形侧的差动一臂时，电流又增大了 倍，为使保护在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧电流互感器的变比加大 倍，以减少二次电流，使之与另一侧的电流相等，故此时选择变比的条件是：35TN yTAdIK5TN dTAyIK332由由TATA计算变比与实际变比不计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流同而产生

18、的不平衡电流 o以一台容量为以一台容量为31.5MVA、变比为、变比为110/11的的Y，d11变压器为例，列出了由于变压器为例，列出了由于TA的实际变比与计算变的实际变比与计算变比不等引起的不平衡电流（比不等引起的不平衡电流（0.63A）。）。o为了减少这一不平衡电流，通常采用为了减少这一不平衡电流，通常采用自耦变流器自耦变流器或差动继电器的平衡线圈或差动继电器的平衡线圈予以补偿。一般自耦变予以补偿。一般自耦变流器接于电流互感器二次电流较小的一侧。流器接于电流互感器二次电流较小的一侧。当采当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，通常都是利用具有速饱和铁芯的差动继电器时，通常都是利用平衡线圈用平衡

19、线圈Wph来消除此差电流的影响。来消除此差电流的影响。 例如：例如：31.5MVA,1102*2.5%/11KV，Yd11变压器在额定负荷下变压器在额定负荷下平衡线圈消除不平衡电流平衡线圈消除不平衡电流o以双绕组变压器为例，假设在区外故障时如下图，以双绕组变压器为例，假设在区外故障时如下图，则差动线圈中将流过电流，由它所产生的磁势为则差动线圈中将流过电流，由它所产生的磁势为Wcd（ ）。常将平衡线圈）。常将平衡线圈Wcd接入二次电流较小接入二次电流较小的一侧（如图）。适当地选择的一侧（如图）。适当地选择Wph的匝数，使磁势的匝数，使磁势Wph 能完全抵消能完全抵消Wcd ，则在二次绕组，则在二

20、次绕组W2里就不里就不会感应电势，会感应电势，KA中也没有电流，达到了消除差电中也没有电流，达到了消除差电流影响的目的。由此可见，选择流影响的目的。由此可见，选择Wph与与Wcd的关系的关系为为o短路线圈的作用：加强继电器躲避励磁涌流的能力短路线圈的作用：加强继电器躲避励磁涌流的能力。22II 2I 利用速饱和变流器的平衡线圈消除差电流利用速饱和变流器的平衡线圈消除差电流222()cdphWIIW I 采用自耦变流器采用自耦变流器UT、中间速饱和变流器、中间速饱和变流器UA和和电抗变压器电抗变压器UX的绕组匝数不能平滑调节，所的绕组匝数不能平滑调节，所以整定匝数与计算匝数不可能完全一致。因此，

21、以整定匝数与计算匝数不可能完全一致。因此，差动回路中仍残留一部分不平衡电流，在整定差动回路中仍残留一部分不平衡电流，在整定计算中考虑。计算中考虑。3带负荷调变压器的分接头产生的带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流不平衡电流 (1)3YunbTAdIIUK 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，因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，因此，此，UU引起的不平衡电流要在整定计算时考虑躲过。不带负载调压变压引起的不平衡电流要在整定计算时考虑躲过。不带负载调压变压器取器取 对于带负载调压的变压器，调压范围较大，各类产对于带负载调压的变压器，调压范围较大，各

22、类产品不一，最大品不一，最大 。 当系统运行方式改变时，需要调节变压器调压分接头以保证系统电压水平。当系统运行方式改变时，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，在差动回路中引起很大不平衡电流。该不在当调压分接头位置改变时，在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平衡电流的大小与调压范围U U及变压器一次电流成正比，可由下式计算及变压器一次电流成正比，可由下式计算15%U 15%U 4 4由两侧电流互感器的误差不同引起由两侧电流互感器的误差不同引起的不平衡电流的不平衡电流 max3sterunbkTAK KIIK式中式中Ik.max为变压器外部

23、短路流过两侧电流互感器的最大短路电为变压器外部短路流过两侧电流互感器的最大短路电流；流；Kst为为电流互感器的同型系数，电流互感器的同型系数，对发电机线路纵差保护取对发电机线路纵差保护取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；K Kerer 为为TA 10%误差，取误差，取0.1。注意在选择注意在选择TATA时，应选时，应选高饱和倍数差动保护专用的高饱和倍数差动保护专用的D D级级电流电流互感器互感器，并，并在在外部外部短路短路最大短路电流下最大短路电流下以以TATA的的1010误差曲线误差曲线校验互感器二次负荷；采用铁芯具有小校验互感器二次负荷；采用铁芯具有小气隙的气隙

24、的TATA，减少剩磁的影响，减少剩磁的影响。三、暂态情况下的不平衡电流三、暂态情况下的不平衡电流及减少其影响的措施及减少其影响的措施 o1外部短路时的不平衡电流外部短路时的不平衡电流o在变压器差动保护范围外部发生故障的暂态过在变压器差动保护范围外部发生故障的暂态过程中，由于变压器两侧程中，由于变压器两侧TATA的铁芯特性及饱和程的铁芯特性及饱和程度不同，在差回路中将产生暂态不平衡电流。度不同，在差回路中将产生暂态不平衡电流。o减少此不平衡电流的影响是在差回路中接入速减少此不平衡电流的影响是在差回路中接入速饱和中间变流器。饱和中间变流器。 暂态过程中的不平衡电流暂态过程中的不平衡电流l差动保护要

25、躲过差动保护要躲过外部短外部短路时暂态过程中的不平路时暂态过程中的不平衡电流衡电流，其中含有很大，其中含有很大非周期分量，偏于时间非周期分量，偏于时间轴一侧轴一侧 如图（如图（a a）l图（图（b b）是）是内部短路时内部短路时的电流波形的电流波形，短路电流，短路电流虽然在初瞬也具有一定虽然在初瞬也具有一定成分的非周期分量，但成分的非周期分量，但衰减很快，只是短暂地衰减很快，只是短暂地延迟了非周期分量的传延迟了非周期分量的传变。速饱和变流器一次变。速饱和变流器一次绕组中只有短路电流周绕组中只有短路电流周期分量通过，此时铁芯期分量通过，此时铁芯中中B B变化很大，在变化很大，在W2W2中感生很大

26、电势，使差中感生很大电势，使差动继电器可靠动作。动继电器可靠动作。中间速饱和变流器工作原理中间速饱和变流器工作原理综和考虑暂态和稳态的影响，总的综和考虑暂态和稳态的影响，总的不平衡电流：不平衡电流：maxmax3KunberstnpsTA dIIK K KufK 式中式中fs为为TA变比误差，取变比误差，取0.05。要保证差动保护在正常运行及保护范外部故障时不要保证差动保护在正常运行及保护范外部故障时不误动，差动保护的动作电流按照躲开最大不平衡电流误动，差动保护的动作电流按照躲开最大不平衡电流进行整定。进行整定。 减小不平衡电流的方法减小不平衡电流的方法o1）对中小型电力变压器，允许加大动作电

27、流和稍）对中小型电力变压器，允许加大动作电流和稍带延时躲过不平衡电流；带延时躲过不平衡电流；o2）在差动回路中接入速饱和变流器，它对含有较）在差动回路中接入速饱和变流器，它对含有较大非周期分量的外部短路暂态不平衡电流有抵制大非周期分量的外部短路暂态不平衡电流有抵制作用，而不含有非周期分量的交变分量能顺利通作用，而不含有非周期分量的交变分量能顺利通过；过；o3）当采用上述措施仍不能满足灵敏度要求时，或）当采用上述措施仍不能满足灵敏度要求时，或根据保护元件具体情况要进一步提高差动保护灵根据保护元件具体情况要进一步提高差动保护灵敏度时，可以采用具有制动特性的差动继电器，敏度时，可以采用具有制动特性的

28、差动继电器，制动方案有磁力制动和幅值比较制动。制动方案有磁力制动和幅值比较制动。2.由变压器由变压器励磁涌流所产生的励磁涌流所产生的I Ibpbpo当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流，即为励时，则可能出现数值很大的励磁电流，即为励磁涌流磁涌流。这是因为在稳态工作情况下，如。这是因为在稳态工作情况下，如图图（a）。铁心中的磁通不能突变，因此，将出。铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为现一个非周期分量的磁通，其幅值为+m。这样在经过半个周期以后，铁心之中的磁通达这样在经过半个周期以后，铁心之中

29、的磁通达到到2m，如，如图（图（b）。此时铁芯严重饱和，励。此时铁芯严重饱和，励磁电流急剧增大，其数值最大可达额定电流的磁电流急剧增大，其数值最大可达额定电流的68倍，如倍，如图（图（c）。同时包含大量非周期分。同时包含大量非周期分量和高次谐波分量。量和高次谐波分量。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，约占基波的包含有很大成份的非周期分量，约占基波的60%，涌流偏向时间轴的一侧；，涌流偏向时间轴的一侧； 包含有大量的高次谐波，且以二次谐波为主，包含有大量的高次谐波，且以二次谐波为主，约占基波约占基波3040%以上；以上； 波形之间出现间断角波形之间出现间断

30、角 ，可达，可达80以上。以上。 / texsI360防止防止励磁涌流励磁涌流的方法的方法o采用具有速饱和铁芯的差动继电器；采用具有速饱和铁芯的差动继电器；o按比较波形间断角来鉴别内部短路电流和按比较波形间断角来鉴别内部短路电流和励磁电流的差别；励磁电流的差别；o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。o由于速饱和变流器躲过分周期分量性能不由于速饱和变流器躲过分周期分量性能不够理想，目前中、小型变压器广泛采用加够理想，目前中、小型变压器广泛采用加强型速饱和变流器（强型速饱和变流器（BCH-2型，在速饱和型，在速饱和变流器基础上，加上短路绕组，改善躲开变流器基础上，加上短

31、路绕组，改善躲开非周期分量的性能。）非周期分量的性能。）序号不平衡电流产生的不平衡电流产生的原因原因克服方法克服方法备注备注1变压器两侧电流相变压器两侧电流相位不一致位不一致相位补偿法相位补偿法可减少或消可减少或消除其影响除其影响2计算变比与实际变计算变比与实际变比不同比不同采用平衡线采用平衡线圈圈3带负荷调整分接头带负荷调整分接头适当整定动作适当整定动作值值 4电流互感器型号不电流互感器型号不一致一致适当整定动作适当整定动作值值 5励磁涌流励磁涌流采用符合要求的差采用符合要求的差动继电器动继电器适当整定，并由适当整定，并由现场试验确定现场试验确定变压器纵差保护中，克服不平衡电流影响变压器纵差

32、保护中，克服不平衡电流影响的方法如下表的方法如下表四、速饱和变流器的工作原理四、速饱和变流器的工作原理o其铁芯截面较小，极易饱和，其铁芯截面较小，极易饱和，如其磁化曲线。当一次线圈只如其磁化曲线。当一次线圈只通入周期分量时，铁芯中磁感通入周期分量时，铁芯中磁感应强度应强度B B的变化的变化B B很大，则二很大，则二次线圈中感应的电势很大，因次线圈中感应的电势很大，因此周期分量很容易由速饱和铁此周期分量很容易由速饱和铁芯传变到二次侧，使继电器动芯传变到二次侧，使继电器动作。作。o当一次线圈中通入励磁涌流时，当一次线圈中通入励磁涌流时，由于含有很大的直流分量，且由于含有很大的直流分量，且电流偏于时

33、间轴一侧，此时电流偏于时间轴一侧，此时B B的的变化很小，继电器不容易动作。变化很小，继电器不容易动作。2 2、速饱和变流器工作原理速饱和变流器工作原理（1 1）区内故障：）区内故障： i idldl（非周期分量衰减快）非周期分量衰减快）周期分量大周期分量大（磁感磁感应强度变化量）应强度变化量）e e2 2（感应电势）感应电势）i i2 2 继电器继电器灵敏动作灵敏动作（2 2）区外故障或励磁涌流：）区外故障或励磁涌流： i ibpbp非周期分量大非周期分量大直流助磁（铁芯饱和）直流助磁（铁芯饱和）周期分量周期分量引起引起ee2 2ii2 2 继电器不动作继电器不动作（3 3）结论：速饱和变流

34、器的直流助磁作用可有效地躲开）结论：速饱和变流器的直流助磁作用可有效地躲开外部短路时的非周期分量和励磁涌流外部短路时的非周期分量和励磁涌流3 3、各线圈的作用、各线圈的作用 （1 1）短路电圈的作用短路电圈的作用 a a、作用：消除作用：消除i ibpbp中非周期分量的影响中非周期分量的影响 b b、区内故障：区内故障： 原理：idl（非周期分量衰减快） IcdidlcdEdId（去磁） 结论：区内故障、不影响继电器的动作 c、区外故障、励磁涌流原理：ibp（非周期分量大） Icdibp铁芯迅速饱和R（磁阻）漏磁 （助磁）磁路长漏磁更大助磁作用减少更多 （去磁）磁路短漏磁稍小去磁作用减少稍小

35、C柱总磁通减少e2i2 继电器难以动作 结论：继电器可靠躲过外部短路产生的暂态不平衡电流的冲击和变压器空载投入时的励磁涌流。 d、优点：优点：Wcd流过周期分量，短路线圈流过周期分量，短路线圈Wd不影响继电器不影响继电器的动作安匝数；的动作安匝数； e、缺点：只适用对主保护动作快速性要求不很高的中小缺点：只适用对主保护动作快速性要求不很高的中小型变压器差动保护（区内故障时型变压器差动保护（区内故障时idl非周期分量的影响）非周期分量的影响） （2）平衡线圈的作用）平衡线圈的作用 a、Wph1、Wph2消除消除TA实际变比与计算变比不同而产生实际变比与计算变比不同而产生的的ibp b、可与可与W

36、cd串联使用提高继电器灵敏度和调整范围。串联使用提高继电器灵敏度和调整范围。 五、五、BCH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柱式速饱和变型差动继电器由带短路绕组的三柱式速饱和变流器和流器和DL-11/0.2型电流继电器组合而成。铁芯中间型电流继电器组合而成。铁芯中间柱柱B的截面是边缘柱截面的二倍，其上绕有一个差动的截面是边缘柱截面的二倍，其上绕有一个差动绕组绕组Wd、两个平衡绕组、两个平衡绕组WbI、WbII以及短路绕组一部以及短路绕组一部分，短路绕组另一部分绕在左边芯柱分，短路绕组另一部分绕在左边芯柱A上，而且两者上，而且两者通过端子

37、呈同向串联。在右边芯柱通过端子呈同向串联。在右边芯柱C上绕有二次绕上绕有二次绕组组W2，它通过端子、与，它通过端子、与DL-11/0.2型电流继型电流继电器相连接电器相连接 。BCH-2型差动继电器型差动继电器1BA1BCKIkWdWkW1KKKACKBCKBAKABbIWbIIW1BCKBCKAC1CBCKBCKACC柱中总磁通为：柱中总磁通为：图图6-91、采用、采用BCH-2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BCH2BCH2型差动继电器的原理结构图型差动继电器的原理结构图BCH-2型继电器BCH2型差动继电器的内部电路图型差动继电器的内部电路图C柱中总磁通为：柱中总磁通

38、为：KdKKI WI W1CBCKBCKACCBBCBAKKCAABCAKKdCRRRRRRWIRRRRRRWIWI/1ACCBBABKKACCBBAAKKKRRRRRRRWIRRRRRRRWIWI/1)(mAACCBBARRRRRRRR/ )(/1KkdKKBcmmAI WIWI WRRRR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KI1()dKdKdKBCmmmKAIWI WI WW RRRRW R 1()dKdKdKBCmmmKAIWI WI WW RRRRW R 在一般情况下，选取在一般情况下，选取W W与与W W相同标

39、号抽头相同标号抽头, ,维持两者匝数比维持两者匝数比 ，且因，且因B B柱截面为柱截面为A A柱截面两倍，故磁阻柱截面两倍，故磁阻R RA A=2R=2RB B。即。即 中后两中后两项去磁与增磁相等，这说明在保护区内部故障时，短路绕组项去磁与增磁相等，这说明在保护区内部故障时，短路绕组的存在不影响差动绕组中交变电流向二次绕组的存在不影响差动绕组中交变电流向二次绕组W2W2的传递，不的传递，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磁势达到电流产生的磁势达到60604 4安匝时，就可以保证接于安匝时，就可以保证接于W2W2

40、上的电上的电流继电器能可靠动作。流继电器能可靠动作。2W WcC柱中总磁通为：柱中总磁通为：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，电压突然恢复时，励在变压器空载投入或外部短路切除后，电压突然恢复时，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，由于其中含有，由于其中含有很大成份非周期分量，使铁芯迅速饱和，磁阻增大，很大成份非周期分量，使铁芯迅速饱和，磁阻增大，RmRm将更将更加增大，会使加增大，会使 大大减小，而且铁芯饱和后磁路磁阻增大，由大大减小，而且铁芯饱和后磁路磁阻增大，由A A柱到柱到C C柱磁路长、漏磁增大，从

41、而使柱磁路长、漏磁增大，从而使A A柱到柱到C C柱的助磁磁通显柱的助磁磁通显著减小，而著减小，而B B柱到柱到C C柱磁路短，漏磁相对较小，故由柱磁路短，漏磁相对较小，故由B B柱到柱到C C柱柱的去磁磁通减少并不显著，但仍有较大去磁作用，因而使的去磁磁通减少并不显著，但仍有较大去磁作用，因而使C C柱柱贯穿于贯穿于W2W2的总磁通减少的更加显著，使的总磁通减少的更加显著，使DL-11/0.2DL-11/0.2型电流继型电流继电器不易动作，这说明短路绕组的存在加强了躲过非周期分电器不易动作，这说明短路绕组的存在加强了躲过非周期分量的影响，即可靠地消除了励磁涌流的影响。量的影响，即可靠地消除了

42、励磁涌流的影响。cI IDCDC直流分量电流；直流分量电流；IacIac交流动作电流电流交流动作电流电流IacIacDCDC有直流分量的动作电流有直流分量的动作电流K=IK=IDCDC/ /IacIacDCDC-通入继电器直流电流占有直流分通入继电器直流电流占有直流分量的动作电流的比例量的动作电流的比例 = =IacIacDCDC/Iac/Iac-有直流分量的动作电流比无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。直流电流时交流动作电流提高的倍数。1201008060动作安匝动作安匝16/28=0.576/3=0.7516/16=12WK/WKB2-D1A2-B1B2-C1A2-

43、A1，B2-B1C2-C1，D2-D1短路绕组整定板短路绕组整定板上的插孔位置上的插孔位置短路绕组接入不同匝数比所对应的动作磁通势短路绕组接入不同匝数比所对应的动作磁通势K K值越大，动作电流倍数越大，躲值越大，动作电流倍数越大，躲过励磁涌流性能越好。过励磁涌流性能越好。 BCH2BCH2型差动继电器直流助型差动继电器直流助磁特性曲线磁特性曲线BCH-2型继电器BCH2BCH2型差动继电器构成三绕组变压器差动保护单相原理接线图型差动继电器构成三绕组变压器差动保护单相原理接线图四、纵差动保护的整定计算原则和步骤四、纵差动保护的整定计算原则和步骤 1 1. .确定基本侧确定基本侧 2 2. .动作

44、电流计算动作电流计算 按下述三个条件中最大者作为基本侧动作电流按下述三个条件中最大者作为基本侧动作电流1)1)躲过变压器空载合闸或外部短路切除后电压恢复时躲过变压器空载合闸或外部短路切除后电压恢复时的励磁涌流：的励磁涌流：2)2)躲过躲过LHLH二次回路断线时引起的不平衡电流二次回路断线时引起的不平衡电流3) 3) 躲过外部短路时的最大不平衡电流躲过外部短路时的最大不平衡电流 3 3. .确定基本侧工作线圈匝数确定基本侧工作线圈匝数 4 4. .确定非基本侧工作线圈匝数确定非基本侧工作线圈匝数 5 5. .校验相对误差：校验相对误差： 6 6. .短路线圈抽头确定：短路线圈抽头确定： 7 7.

45、 .灵敏度校验灵敏度校验注意，注意，在差动保护范围内故障时，短在差动保护范围内故障时，短路电流中也含有直流分量，此时继电器路电流中也含有直流分量，此时继电器也不能动作。待直流分量衰减之后，继也不能动作。待直流分量衰减之后，继电器才能动作。电器才能动作。机组容量越大时，其一次回路的时间机组容量越大时，其一次回路的时间常数也越大，直流分量衰减就越慢。因常数也越大，直流分量衰减就越慢。因此，大容量发电机采用带速饱和铁芯的此，大容量发电机采用带速饱和铁芯的差动继电器无法满足快速性要求。差动继电器无法满足快速性要求。变压器的电流速断保护变压器的电流速断保护 o对于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速对

46、于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速断保护，它与气体保护相互配合，可以保护变压断保护，它与气体保护相互配合，可以保护变压器内部和电源侧套管及引出线上全部故障。器内部和电源侧套管及引出线上全部故障。o电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形接电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形接线。如非直接接地系统，则采用两相不完全星形线。如非直接接地系统，则采用两相不完全星形接线，保护动作于跳开两侧断路器。如下图。接线，保护动作于跳开两侧断路器。如下图。o接线简单，动作迅速，但系统容量不大时，保护接线简单，动作迅速，但系统容量不大时，保护区很小，甚至延伸不到变压器内部，不能保护变区很小，甚至延伸不到变

47、压器内部，不能保护变压器的全部，因此不能单独作为变压器的主保护。压器的全部，因此不能单独作为变压器的主保护。变压器电流速断保护单相原理接线图变压器电流速断保护单相原理接线图变压器相间短路的电流保护变压器相间短路的电流保护 o反应相间短路电流增大而动作的过电流保反应相间短路电流增大而动作的过电流保护作为变压器的后备保护。护作为变压器的后备保护。o为满足灵敏度要求，可装设过电流保护、为满足灵敏度要求，可装设过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护，负序过电流保护，甚至阻的过电流保护，负序过电流保护，甚至阻抗保护。抗保护。o原理图同上，只是在原

48、理图同上，只是在KAKA后串接一时间继电后串接一时间继电器器KTKT即可。即可。 一、变压器相间短路的过电流保护变压器相间短路的过电流保护 o简单过电流保护装置的起动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流进行整定。具体问题应作如下考虑：o（1）对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器时所出现的过负荷。当各台变压器的容量相同时，可按下列计算 .1relrelopTL maxTNrereKKmIIIKKmo（2）对降压变压器应考虑电动机的自起动电流。过电流保护的动作电流为：o过电流保护作为变压器的近后备保护，灵敏度要求大于1.5，远后备保护的灵敏度系数大于1.2。o保护的动作时间比出线的第段保护动

49、作时限长1个时限阶段。 relssopTNreKKIIK二、低电压起动的过电流保护二、低电压起动的过电流保护 由电流继电器和低电压继电器构成由电流继电器和低电压继电器构成复合电压启动过流保护原理接线图复合电压启动过流保护原理接线图三、负序电流保护o对于大型发电机变压器组，额定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵敏度的要求，要采用负序电流保护。它是由反应对称短路的低电压起动的过电流保护和反应不对称短路的负序电流保护组成。 o负序电流保护的灵敏度较高，且在Y,d接线的变压器另一侧发生不对称短路时，灵敏度不受影响。接线也较简单，但整定计算比较复杂，通常用在31.5MVA及以上的升压变压器。o 负序电

50、流及单相低电压启动的过电流保护原理接线图负序电流及单相低电压启动的过电流保护原理接线图四、变压器的过负荷保护四、变压器的过负荷保护o变压器过负荷电流三变压器过负荷电流三相对称，过负荷保护相对称，过负荷保护装置只采用一个电流装置只采用一个电流继电器接于一相电流继电器接于一相电流回路中，经过较长的回路中，经过较长的延时后发出信号。对延时后发出信号。对于三绕组变压器，三于三绕组变压器，三侧都装有过负荷起动侧都装有过负荷起动元件，对于双绕组变元件，对于双绕组变压器，过负荷保护应压器，过负荷保护应装于电源侧。原理接装于电源侧。原理接线如左图。线如左图。 过负荷保护的整定计算过负荷保护的整定计算 o动作电

51、流按躲过变压器的额定电流进行整定：动作电流按躲过变压器的额定电流进行整定：o式中式中KK-可靠系数，取可靠系数，取1.05；Kh-继电器的返回继电器的返回系数，系数，Kh取取0.85 ； -保护安装侧变压器的额保护安装侧变压器的额定电流定电流 。o过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时限过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时限长一个时限阶段，一般取长一个时限阶段，一般取10s。 TererelopIKKITeI第五节变压器的零序电流保护第五节变压器的零序电流保护o对对110kV以上中性点直接接地系统中的电力以上中性点直接接地系统中的电力变压器，一般应装设零序电流（接地）保护，变压器，一般应装设

52、零序电流（接地）保护，作为变压器主保护的后备保护和相邻元件短作为变压器主保护的后备保护和相邻元件短路的后备保护。路的后备保护。o大接地电流系统发生单相或两相接地短路时，大接地电流系统发生单相或两相接地短路时，零序电流的分布和大小与系统中变压器中性零序电流的分布和大小与系统中变压器中性点接地的台数和位置相关。对于有两台以上点接地的台数和位置相关。对于有两台以上变压器的，可使部分变压器的，可使部分T T中性点接地，以保证在中性点接地，以保证在各种运行方式下，各种运行方式下，T T中性点接地的数目和位置中性点接地的数目和位置尽量维持不变，从而保证零序保护有稳定的尽量维持不变，从而保证零序保护有稳定的

53、保护范围和足够的灵敏度。保护范围和足够的灵敏度。 o110kV以上变压器中性点是否接地，还与中性以上变压器中性点是否接地，还与中性点绝缘水平有关。点绝缘水平有关。o220kV及以上的大型电力变压器，高压绕组均及以上的大型电力变压器，高压绕组均为为分级绝缘分级绝缘，其中性点绝缘水平有两种：一种，其中性点绝缘水平有两种：一种绝缘水平很低，如绝缘水平很低，如500kV系统中性点绝缘水平系统中性点绝缘水平为为38kV，这种变压器只能接地运行；另一种，这种变压器只能接地运行；另一种有较高的绝缘水平，例如有较高的绝缘水平，例如220KV变压器中性点变压器中性点绝缘水平为绝缘水平为1 110KV，中性点可直

54、接接地运行，中性点可直接接地运行，也可在不失去接地中性点的情况下，不接地运也可在不失去接地中性点的情况下，不接地运行。我国行。我国220kV系统中广泛采用分级绝缘变压系统中广泛采用分级绝缘变压器，这样可合理安排中性点。器，这样可合理安排中性点。 一、变电所单台变压器的零序电流保护一、变电所单台变压器的零序电流保护 o零序电流保护装于变压器中性点接地引出零序电流保护装于变压器中性点接地引出线的电流互感器上，其原理接线如下图。线的电流互感器上，其原理接线如下图。保护动作后切除变压器两侧的保护动作后切除变压器两侧的QFQF。o 中性点直接接地运行的变压器零序电流保护原理接线图中性点直接接地运行的变压

55、器零序电流保护原理接线图全绝缘变压器零序电流保护原理框图全绝缘变压器零序电流保护原理框图二、变电所多台变压器的零序电流保护二、变电所多台变压器的零序电流保护 o当变电所有多台变压器并列运行时，只允许当变电所有多台变压器并列运行时，只允许一部分变压器中性点接地。中性点接地的变一部分变压器中性点接地。中性点接地的变压器可装设零序电流保护，而不接地运行的压器可装设零序电流保护，而不接地运行的变压器不能投入零序电流保护。当发生接地变压器不能投入零序电流保护。当发生接地故障时，变压器接地保护不能辨认接地故障故障时，变压器接地保护不能辨认接地故障发生在哪一台变压器。变压器的零序保护动发生在哪一台变压器。变

56、压器的零序保护动作时，首先应切除非接地的变压器，若故障作时，首先应切除非接地的变压器，若故障依然存在，经过一个时限阶段后，再切除接依然存在，经过一个时限阶段后，再切除接地变压器，其原理接线如图。地变压器，其原理接线如图。 o每台变压器都装有同样的零序电流保护，它是由每台变压器都装有同样的零序电流保护，它是由电流元件和电压元件两部分组成。电流元件和电压元件两部分组成。o正常时正常时3I。及。及3U。很小，零序电流继电器及零序。很小，零序电流继电器及零序电压继电器皆不动作，不会发出跳闸脉冲。电压继电器皆不动作，不会发出跳闸脉冲。o发生接地故障时，出现零序电流及零序电压，当发生接地故障时，出现零序电

57、流及零序电压，当它们大于起动值后，它们大于起动值后，KA、KV均动作，均动作，KA动作后动作后启动启动KT1。时间继电器的瞬动触点闭合，给小母。时间继电器的瞬动触点闭合，给小母线线A接通正电源，将正电源送至中性点不接地变接通正电源，将正电源送至中性点不接地变压器的零序电流保护。压器的零序电流保护。o不接地的变压器零序电流保护的零序电流继电不接地的变压器零序电流保护的零序电流继电器不会动作，常闭触点闭合。小母线器不会动作，常闭触点闭合。小母线A A的正电的正电源经零序电压继电器的常开触点、零序电流继源经零序电压继电器的常开触点、零序电流继电器的常闭触点起动有较短延时的时间继电器电器的常闭触点起动

58、有较短延时的时间继电器KTKT2 2，经较短时限首先切除中性点不接地的变压经较短时限首先切除中性点不接地的变压器。若接地故障消失，零序电流消失，则接地器。若接地故障消失，零序电流消失，则接地变压器的零序电流保护的零序电流继电器返回，变压器的零序电流保护的零序电流继电器返回，保护复归。保护复归。变压器保护配置举例变压器保护配置举例o原则：保护配置与变压器的容量大小、双绕组或多绕组、单电源或多电源，各侧依次接线方式及电压等级，系统运行方式，升压或降压运行等因素有关。o图（一）为中小容量双绕组变压器保护图（一）为中小容量双绕组变压器保护配置图；配有差动保护、瓦斯保护做主配置图；配有差动保护、瓦斯保护

59、做主保护，同时配有复合电压启动过电流保保护，同时配有复合电压启动过电流保护及零序过流保护做后备保护；护及零序过流保护做后备保护；o图（二）为高中压侧有电源大容量变压图（二）为高中压侧有电源大容量变压器保护配置图；配有双重差动保护、瓦器保护配置图；配有双重差动保护、瓦斯保护做主保护，同时配有零序过流、斯保护做主保护，同时配有零序过流、零序方向过流、相间后备等保护；图中零序方向过流、相间后备等保护；图中的过负荷保护均接于主电源侧，用于反的过负荷保护均接于主电源侧，用于反应对称过负荷。应对称过负荷。变压器保护全图例二o下图是容量为5600kVA的110610kV降压变压器的保护展开图。o被保护变压器

60、组别为Y，dll型，其110kV为电源侧，610kV为负荷侧。此变压器的保护配置如下： o( (1)1)纵差保护纵差保护 纵差保护由速饱和变流器型差动继电纵差保护由速饱和变流器型差动继电器器( (加强型或带制动的加强型或带制动的) )KDlKDl、KD2KD2、KD3KD3及信号继电器及信号继电器KSlKSl组成，是变压器内部故障的主保护，其保护范围组成，是变压器内部故障的主保护，其保护范围包括电流互感器包括电流互感器TAlTAlTA6TA6之间的区域，保护动作后之间的区域，保护动作后通过出口中间继电器通过出口中间继电器KOMKOM使两侧断路器使两侧断路器QFlQFl、QF2QF2瞬时瞬时跳闸