现代供电技术第六章第4节

1、供 电 技 术第六章 继电保护与自动装置第四节第四节 电力变压器保护电力变压器保护 本节主要内容本节主要内容一、一、常见故障类型、不正常工作状态及其保护方式常见故障类型、不正常工作状态及其保护方式二、二、变压器的瓦斯保护变压器的瓦斯保护三、三、变压器的电流保护变压器的电流保护四、四、变压器的差动保护变压器的差动保护五、五、变压器的过负荷保护变压器的过负荷保护故障类型故障类型内部故障内部故障：指油箱内的短路故障：指油箱内的短路故障 变压器绕组的相间短路变压器绕组的相间短路 包括包括 变压器绕组的匝间短路变压器绕组的匝间短路 中性点接地侧的单相接地短路中性点接地侧的单相接地短路外部故障外部故障：指

2、油箱外引出线的短路故障：指油箱外引出线的短路故障 相间短路相间短路 单相接地短路单相接地短路不正常工作状态不正常工作状态外部短路引起的过电流外部短路引起的过电流过电压过电压过负荷过负荷油箱漏油造成油面降低油箱漏油造成油面降低油温过高等油温过高等保护方式保护方式瓦斯保护瓦斯保护（气体保护）（气体保护）纵联差动保护纵联差动保护电流速断保护电流速断保护定时限过电流保护定时限过电流保护过负荷保护过负荷保护单相接地保护：单相接地保护：零序电流保护零序电流保护过励磁保护过励磁保护主主 保保 护护选其一选其一轻瓦斯：动作于信号轻瓦斯：动作于信号重瓦斯：动作于跳闸重瓦斯：动作于跳闸后备保护：后备保护：辅助保护

3、辅助保护二、二、 变压器瓦斯保护变压器瓦斯保护1 1 工作原理工作原理 当变压器内部故障时，由于故障点电流和电当变压器内部故障时，由于故障点电流和电弧的作用，使得变压器油及其他绝缘材料因局部弧的作用，使得变压器油及其他绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，因而从油受热而分解产生气体，因气体比较轻，因而从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量气体，此时将有大量的气体夹杂着胀并产生大量气体，此时将有大量的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用变压器内部故障时的油流冲向油枕的上部。利用变压器内部故障时的这一特点构成的保护装置称为瓦斯保

4、护。这一特点构成的保护装置称为瓦斯保护。瓦斯保护瓦斯保护，又称为，又称为气体继电保护气体继电保护，是保护油浸，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本保护装置。式电力变压器内部故障的一种基本保护装置。国标规定，国标规定，800KVA及以上的一般变压器和及以上的一般变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护。瓦斯保护瓦斯保护只能反映变压器油箱内部的故障只能反映变压器油箱内部的故障，而，而对变压器外部端子上的故障情况则无法反映。对变压器外部端子上的故障情况则无法反映。2 2、瓦斯保护安装、瓦斯保护安装 安装：安装： 气体继电器装设

5、在变压器的油箱与油枕之间的气体继电器装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。联通管上。变压器安装时应取变压器安装时应取1%1.5%的倾斜度；的倾斜度；联通管对油箱顶盖也有联通管对油箱顶盖也有2%4%的倾斜度。的倾斜度。 “电力负荷电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。电设备或用电单位的功率或电流的大小。 3、瓦斯保护的运行与接线、瓦斯保护的运行与接线 轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸(跳开变跳开变压器两侧断路器压器两

6、侧断路器)。 在充油或变压器修理后重新灌油时，为了防止在充油或变压器修理后重新灌油时，为了防止误动作，将重瓦斯切换至动作用于信号。在瓦斯继误动作，将重瓦斯切换至动作用于信号。在瓦斯继电器试验时也应切换至信号。电器试验时也应切换至信号。注意：注意：保护的出口中间继电器必须是自保持中间继保护的出口中间继电器必须是自保持中间继电器电器KM，因为重瓦斯是靠油流的冲击而动作的，因为重瓦斯是靠油流的冲击而动作的，油流的速度不恒定油流的速度不恒定(即不稳定即不稳定)，且断路器跳闸有它，且断路器跳闸有它的固有动作时间，为了防止短时闭合造成动作不可的固有动作时间，为了防止短时闭合造成动作不可靠。靠。出口中间继电

7、器出口中间继电器KM 采用采用“自保持自保持”回路。回路。 如果变压器内部发生严重漏油或匝数很少的匝如果变压器内部发生严重漏油或匝数很少的匝间短路、铁芯局部烧损、线圈断线、绝缘劣化间短路、铁芯局部烧损、线圈断线、绝缘劣化和油面下降等故障时，往往其他保护均不能动和油面下降等故障时，往往其他保护均不能动作，而瓦斯保护却能够动作。因此，瓦斯保护作，而瓦斯保护却能够动作。因此，瓦斯保护是变压器内部故障最有效的一种主保护；是变压器内部故障最有效的一种主保护； 瓦斯保护能反应油箱内各种故障，且动作迅速、瓦斯保护能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵敏性高、接线简单；灵敏性高、接线简单； 不能反应油箱外的引出

8、线和套管上的故障。故不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。故不能作为变压器唯一的主保护，须与纵差保护不能作为变压器唯一的主保护，须与纵差保护配合共同作为变压器的主保护。配合共同作为变压器的主保护。三三 变压器电流速断保护变压器电流速断保护 瓦斯保护不能保瓦斯保护不能保护变压器外部故护变压器外部故障，故对于较小障，故对于较小容量变压器，可容量变压器，可在变压器电源侧在变压器电源侧加装电流速断保加装电流速断保护，作为变压器护，作为变压器电源侧主保护。电源侧主保护。并用过流保护作并用过流保护作为变压器内部故为变压器内部故障的后备保护障的后备保护车间变车间变6 610/0.4kV10/0.4kV，容量

9、容量1000kVA1000kVA左左右，主保护采用右，主保护采用电流速断保护和瓦斯保护电流速断保护和瓦斯保护1 1。动作电流整定。动作电流整定 保护装置动作电流保护装置动作电流：躲过变压器二次侧母躲过变压器二次侧母线上最大三相短路电流线上最大三相短路电流)(max321 krelopIKI 可靠系数可靠系数 ，一般，一般DL取取1.21.3， GL取取1.41.5。 为躲过励磁涌流，需为躲过励磁涌流，需relK电流速断保护电流速断保护1153NTopII)( 2 2。灵敏度校验。灵敏度校验 一次侧最小两相短路电流值一次侧最小两相短路电流值 如不满足要求，则改用差动保护。如不满足要求，则改用差动

10、保护。3 3。接线。接线 同线路同线路段保护段保护4 4。评价。评价 优点优点：简单，动作迅速；：简单，动作迅速； 缺点缺点：有死区有死区，不能保护变压器二次侧出口，不能保护变压器二次侧出口处短路，必须与过电流保护配合使用。处短路，必须与过电流保护配合使用。 2121 opkSIIK)(min)(min21 kI1 1、保护原理、保护原理 变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。四、变压器的纵差保护四、变压器的纵差保护变压器纵联差动保护变压器纵联差动保护是反应

11、变压器原副边两是反应变压器原副边两侧电流差值的一种快速侧电流差值的一种快速动作的保护装置。动作的保护装置。保护区保护区在变压器一、在变压器一、二次侧所装电流互感器二次侧所装电流互感器之间。之间。 （2）在差动保护的保护区内）在差动保护的保护区内d点短点短路路时，对时，对于于单端供电单端供电的变压器来说的变压器来说 =0，所以，所以 = ，继电器动作，控制两侧继电器动作，控制两侧QF跳闸。跳闸。对于对于双端供电双端供电的变压器来说的变压器来说 = + ，继电器也动作。继电器也动作。（1）在正常运行和外部短路时）在正常运行和外部短路时: = - =0（或差流值极小），继电器（或差流值极小），继电器

12、不动作。不动作。2I 2I2I KIKIKI2I2I 2I 正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差，欲使这等于两侧电流互感器的二次电流之差，欲使这种情况下流过继电器的电流基本为零，则应恰种情况下流过继电器的电流基本为零，则应恰当选择两侧电流互感器的变比。当选择两侧电流互感器的变比。2 2、不平衡电流、不平衡电流 但是，在实际运行过程中，不论正常运行还是外部故障，差动继电器内都有某些电流流入，称之为不平衡电流。 下面分析不平衡电流产生原因及克服方法： 1) 电流互感器的影响 电流互感器变比的计算值与标准值不同变比的计算值与

13、标准值不同 变压器各侧电流互感器型号和特性不同和特性不同 时，其饱和特性也不同时，其饱和特性也不同（2）由于变压器一、二次侧结线不同引）由于变压器一、二次侧结线不同引起的不平衡电流起的不平衡电流 Yd-11接线的变压器原副边电流相位相差接线的变压器原副边电流相位相差30，所以产生不平衡电流，因此必须补偿回来。所以产生不平衡电流，因此必须补偿回来。补偿方法为：补偿方法为：变压器电流互感器备注Y两种三角形接法必须相同Y（3）由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流。）由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流。 变压器的励磁电流是只在电源侧流过，对纵差保护回变压器的励磁电流是只在电源侧流过，对纵差保护回路来说，

14、励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流。因此，它必然给纵差保护的正确工作带来影响。路电流。因此，它必然给纵差保护的正确工作带来影响。 在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能有很大的励磁电流能有很大的励磁电流(即即励磁涌流励磁涌流)。产生励磁涌流的原因。产生励磁涌流的原因主要是变压器铁芯的严重饱和使励磁阻抗大幅度降低。主要是变压器铁芯的严重饱和使励磁阻抗大幅度降低。励磁涌流有如下励磁涌流有如下特点特点：含有很大成分的非周期分量，其波形偏向时间轴的一侧。含有很大成分的非周期分量，

15、其波形偏向时间轴的一侧。含有大量高次谐波，而且以二次谐波为主。含有大量高次谐波，而且以二次谐波为主。波形之间出现间断角。波形之间出现间断角。减小励磁涌流影响的方法减小励磁涌流影响的方法如下：如下：采用具有速饱和铁心的差动继电器。采用具有速饱和铁心的差动继电器。 利用利用BCH-2型差动继电器来实现。型差动继电器来实现。采用比较波形间断角来鉴别内部故障和励采用比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保护。磁涌流的差动保护。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。 微机保护装置可实现微机保护装置可实现（4）由于变压器分接头改变引起的不平）由于变压器分接头改变引起的不平衡

16、电流衡电流 变压器在运行时，往往采用改变分接头位置变压器在运行时，往往采用改变分接头位置(即改变高压线圈的匝数即改变高压线圈的匝数)进行调压。因为分接头进行调压。因为分接头的改变，就是变压器变比的改变，电流互感器二的改变，就是变压器变比的改变，电流互感器二次侧电流因而改变，引起新的不平衡电流。次侧电流因而改变，引起新的不平衡电流。 通过提高保护动作电流躲过。通过提高保护动作电流躲过。 结论：结论：变压器差动保护中的不平衡电流要完变压器差动保护中的不平衡电流要完全消除是不可能的，但采取措施，减小其影响，全消除是不可能的，但采取措施，减小其影响，用以提高差动保护灵敏度是可能的。用以提高差动保护灵敏

17、度是可能的。 它是由一个DL110.2型电流继电器和一个带短路线圈的速饱和变流器组成。 3 3、BCH-2BCH-2差动继电器的结构原理差动继电器的结构原理 B B柱面积是柱面积是A A、C C柱面积柱面积的两倍。的两倍。 速饱和变流器铁心的中间柱速饱和变流器铁心的中间柱B上绕有差动线圈上绕有差动线圈Wd和两和两个平衡线圈个平衡线圈Wb、Wb；右边柱；右边柱C上绕有二次线圈上绕有二次线圈W2，与电流继电器相连；还有两个短路线圈，分别绕在中间柱与电流继电器相连；还有两个短路线圈，分别绕在中间柱B和左侧柱和左侧柱A上，匝数比为上，匝数比为2 1，缠绕时使它们产生的磁通对，缠绕时使它们产生的磁通对左

18、边柱来说是同方向的。左边柱来说是同方向的。 速饱和变流器速饱和变流器的作用是躲过励磁涌流，流过差动电流的作用是躲过励磁涌流，流过差动电流的差动线圈是其主线圈。的差动线圈是其主线圈。 平衡线圈平衡线圈用来抑制由两侧电流互感器变比的计算值与用来抑制由两侧电流互感器变比的计算值与标准值不同引起起的不平衡电流标准值不同引起起的不平衡电流 。 但因平衡线圈只能取整但因平衡线圈只能取整数匝，不能完全消除。数匝，不能完全消除。 短路线圈短路线圈的作用则是进一步改善速饱和变流器躲过非的作用则是进一步改善速饱和变流器躲过非周期分量的性能。周期分量的性能。五、过电流保护五、过电流保护 过电流保护既可作本级变压器的

19、近后过电流保护既可作本级变压器的近后备保护，又可作下级线路的远后备保护。备保护，又可作下级线路的远后备保护。1 1。动作电流整定。动作电流整定动作电流动作电流：躲过最大负荷电流躲过最大负荷电流（考虑负荷中（考虑负荷中电动机自启动时的最大电流）。电动机自启动时的最大电流）。max LrerelopIKKI12。动作时限整定：。动作时限整定：时限阶梯原则时限阶梯原则tttmax下上3 3。灵敏度校验。灵敏度校验要求：要求：（1 1）作为本级变压器的近后备保护时：作为本级变压器的近后备保护时：KKS S 1.51.5 （2 2）作为相邻元件的远后备保护时：作为相邻元件的远后备保护时： KKS S 1.21.2式中：式中： 保护范围末端保护范围末端最小两相短最小两相短 路电流值。路电流值。 如不满足要求，则改用如不满足要求，则改用低电压启动的过电低电压启动的过电流保护流保护或或复合电压启动的过电流保护复合电压启动的过电流保护。)(min2 kI12opkII)(min 12opkII)(min 4 4。接线。接线 同线路同线路段保护段保护低电压启动的