第六章电力变压器的保护

1、第六章 电力变压器的保护6 6 电力变压器保护 6-1 6-1 变压器的故障类型、不正常运行状态及保护方式 一、变压器故障类型 1、油箱内(绕组相间短路,接地短路,匝间短路及铁心烧损等) 2、油箱外(套管及引出相间短路,接地短路) 二、变压器不正常运行状态 1、外部相间短路过电流 2、外部接地短路零序过流、零序过压 3、过负荷 4、油面降低等 三、保护方式 1、瓦斯保护(反应油箱内各种故障及油面降低。但不能反映油箱外故障，如套管及引出线故障) 2、纵差动保护或电流速断保护(反应绕组、套管及引出线各种故障) 3、各种过电流保护(反应外部相间短路) 4、接地保护(反应外部接地短路) 5、过负荷保护

2、 6、过励磁保护 7、温度保护等 6-2 6-2 变压器的纵差动保护一、变压器纵差保护概述 差动电流取为： 双卷T：Icd =| |； 三卷T：Icd =| | 基本原则同线路纵差保护，但由于变压器高、低压侧的额定电流不同（磁路联系，不是直接电路联系），故需适当选择高、低压侧TA的变比使： （nTA.L：低压侧TA变比；nTA.H：高压侧TA变比；nT：T变比）nmIIpnmIIITHTALTAnnn.二、变压器纵差保护的特点（不平衡电流Ibp比较大）1、励磁涌流Ily 不平衡电流Ibp 变压器T的励磁电流Il 原、副边电流折算到同侧后不相等Ibp 当T空载投入或外部故障切除后电压恢复时，由于

3、T铁心中磁通不能突变，将产生自感的衰减直流磁通，经一定时间的某时刻将出现衰减直流磁通与交流磁通幅值叠加磁通Il Ily Ibp Ily的特点： *包含很大成分的非周期分量 *包含大量的高次谐波（以二次谐波为主） *波形之间出线间断（间断角为） 防止Ily影响的措施： *采用具有速饱和铁心的差动继电器CJ *利用二次谐波制动 *利用波形间断制动 2、变压器两侧电流相位差 Ibp Y/-11接线的变压器： 正序：侧超前侧：30 负序：侧落后侧：30 (1)常规相位校正措施： T的侧三个TA接成形；T的侧三个TA接成形。 以正序分量为例，分析其相位校正作用：可见： 与 同相。要使它们大小相等，则应满

4、足变比配合关系： 即：30.3033jHTAYAjYaYbYaenIeIII30.jLTAYATLTAAaenInnII)/(30jTYAAenIILTATHTAnnn.3YbYaIIaITHTALTAnnn.3 负序分析与正序类似，上述接线同样起到相位校正作用。 一次侧零序电流只存在于变压器Y侧，而Y侧TA接成形，故二次无零序电流。 (2)微机保护或集成电路保护可采用内部校正： T两侧TA皆采用Y形接法， 且两侧TA变比按正常配合关系： 两侧电流进入保护后，保护内部用于比较的两侧电流分别取为（内部校正为）:高压侧(T的Y侧)： 低压侧(T的侧)：或：高压侧(T的Y侧)： 低压侧(T的侧)：

5、THTALTAnnn.)(31),(31),(31321YaYcYYcYbYYbYaYIIIIIIIIIcbaIIIIII321,YYcYYYbYYYaYIIIIIIIII030201,)(31),(31),(31321bcabcaIIIIIIIII3、TA计算变比与实际变比不同 Ibp TA计算变比实际变比变比配合关系 不满足Ibp 措施：(1)常规CJ采用平衡线圈Wph来抵消Ibp产生的多余磁势 正常运行时，若由于变比不配合I2I”2 则差动线圈Wcd中产生多余磁势：(I2I”2)Wcd Wph中的磁势：I”2Wph(与Wcd中磁势相反，起去磁作用) 适当选择Wph使：I”2Wph=(I2

6、I”2)Wcd 即：Wph=Wcd(I2I”2)/I”2 Wph接在二次电流较小侧： 正常或外部故障时，Wph起去磁作用，防止误动 而内部故障时，能起助磁作用，提高了Klm THTALTAnnn.3 若Wph接在二次电流较大侧： 正常或外部故障时，Wph起去磁作用，防止误动 而内部故障时，仍起去磁作用，降低了Klm 故：Wph应接在二次电流较小侧。 (Wph计算匝数实际选择匝数Ibp , 其值很小,在整定时考虑躲过) (2)采用自耦变流器TAA来调平衡(一般在二次电流较小侧接 TAA，调整TAA使该侧与另一侧的二次电流平衡。由于TA二次严禁开路，TAA不宜采用滑动抽头，而应采用固定抽头)(3)

7、微机保护采用内部平衡系数调平衡 （集成电路保护也可在内部用比例器调整）。 4、两侧TA型号不同 Ibp 整定时考虑，引入同型系数Ktx： 两侧TA同型时： Ktx=0.5 两侧TA不同型时：Ktx=1.0 5、变压器带负载调压 Ibp 调压(调T的分接头) nT变化 变比配合条件 不满足 Ibp 。整定时考虑躲过。6、变压器纵差保护的最大不平衡电流（采取各种措施后） Ibp.max=(Ktx10%Um)Id.w.max/nTA U：带负载调压引起的相对误差，取调压范围的一半。 例如：调压范围为5%，则U取为5% m：Wph计算匝数与实际匝数不符或TAA抽头位置不准引起的相对误差，初步计算取0.

8、05(对微机保护无调整误差，m取0) Id.w.max/nTA：外部故障的最大短路电流折算到二次侧的值。 THTALTAnnn.3三、带加强型速饱和变流器的差动元件CJ（BCH-2型） 速饱和变流器BLH：铁心易饱和（二次感应电势EdB/dt） 对纯周期分量电流，铁心不饱和，E大，CJ可动作。 由于Ily中包含大量非周期分量，铁心严重饱和，难于传变，CJ不误动。 （但内部短路时，初瞬间也有大量非周期分量，CJ不动；当非周期分量衰减后CJ才能动作，造成保护动作出现短延时） 1、带加强型速保护变流器的CJ工作原理 Wd，Wd：短路线圈 I IcdWcdcdcd.BA , cd.BC Wd中产生I

9、Id I IdWddd.BA , d.BC I IdWddd.AB , d.AC C柱磁通：C=cd.BC(主磁通)d.AC(助磁)d.BC(去磁) 选：Wd/ Wd2 SA=SCSB/2 使：|d.AC|=|d.BC| 对交流分量：助磁d.AC与去磁d.BC相抵消，Wd无作用， C柱磁通C=cd.BC 对非周期分量：非周期分量铁心饱和磁阻Rm (1)Rmcd.BC（相当于一般BLH） (2)助磁d.AC（路径长，漏磁大）； 去磁d.BC（路径短，漏磁小） 故：C(去磁为主)W2中二次感应量CJ不误动。 2、Wd的调整： (=常数，CJ的Idz.J不变) 抑制非周期分量作用 即抑制励磁涌流的作

10、用 /ddWW四、具有磁力制动的CJ（BCH-1型） 磁力制动CJ的动作电流Idz.J常数 （制动电流Izh，则所需的动作电流Idz.J） 作用： 外部短路时， Idz.J大 Ibp.max，保护不误动 内部轻微短路时，Id较小，则IzhIdz.J动作Klm1、磁力制动CJ的基本原理 Wg：工作线圈（即差动线圈Wcd） Wzh：两个相同的制动线圈 当Ig=0时，两个Wzh产生的磁通zh在两个W2中造成的电势互相抵消，IJ = 0 * Izh=0时，Wzh无作用（相当于普通BLH）， 此时Wg中加入初始启动电流Idz.J.0，CJ刚好动作。* Izh，Wzh起作用：IzhWzhzh铁心饱和度 磁

11、阻Rm(导磁率) 要使CJ启动，则所需的Idz.J 当Izh，Wzh所需的Idz.J2、磁力制动CJ的应用及整定 (1)外部短路时： Ig=Ibp=(Ktx10%Um)Id.w/nTA=kIzh 曲线1 对应于Id.w.max/nTA，有Ibp.max， 此时应使：Idz.J=KkIbp.max 选择CJ的制动特性曲线3，使其 过a点 (Id.w.max/nTA，KkIbp.max)， 并位于曲线1的上方，保证 外部短路时，无论Id为何值， CJ皆不误动。 此时Idz.J.a= KkIbp.max (2)内部短路时： 若N侧无电源，Izh=I2”=0，此时CJ的启动电流为Idz.J.0 若M、

12、N两侧电源容量相同，I2= I2” Ig=I2+I2”=2I2”=2Izh 曲线4 此时CJ的启动电流为Idz.J.b （曲线4与曲线3的交点b） 若M侧无电源，I2=0， Ig=I2”=Izh 曲线5 此时CJ的启动电流为Idz.J.c （曲线5与曲线3的交点c） 可见，内部短路时，最大启动电流为Idz.J.c（即曲线5为最不利情况） 而Idz.J.cIdz.J.a(=KkIbp.max)Klm 为尽量提高内部短路时的Klm，Wzh应接在T的无电源侧或电源较小侧。五、具有比率制动和二次谐波制动的CJ 规定正方向：每端以流向本元件中间为正 (即：母线T为正) 差动电流取为：Icd=| |；制动

13、电流取为：Izh= 特点：CJ的动作电流不是常数：Izh Idz.J1、工作情况(1)正常运行及外部短路时： 制动电流Izh (2Im) =Id.w/nTA(很大) CJ的Idz.J 很大， 差动电流Icd=Ibp(很小) Idz.J 保护灵敏动作。 (3)励磁涌流造成较大Icd时： Icd中的二次谐波较大（达到基波一定比例），抑制保护动作（闭锁保护）。 nmII、|21nmIInmII2、比率制动特性的整定 (1)三个定值： 最小动作电流(差动启动电流)Idz.J.0 躲过最大负荷时的不平衡电流。 一般取(0.30.4)Ie 拐点电流（起始制动电流）Izh.0 正常运行时不需引入制动作用，仅

14、在外部短路时才引入制动作用。而正常运行时所测制动电流为额定电流Ie，故Izh.0应取为Ie。考虑到外部远处轻微短路时的短路电流在有测量误差的情况下可能稍小于Ie，故Izh.0一般取(0.81.0)Ie 制动特性斜率m 对应于最大外部短路：Id.w.max/nTA，有： Icd=Ibp.max=(Ktx10%Um)Id.w.max/nTA；Izh.max=Id.w.max/nTA 为确保不误动，此时应使：Idz.J=KkIbp.max 即动作特性应过点： (Id.w.max/nTA，KkIbp.max) 斜率 m = 当Izh.max=Id.w.max/nTAIzh.0时（一般皆满足），可近似取

15、： = Kk(Ktx10%Um) （不需进行短路电流计算） TAwdTAwdtxkTAwdbpknInImUKKnIIKm/)%10(/max.max.max.max.0 .max.0 .max./zhTAwdJdzbpkInIIIK(2) 内部短路的Klm校验 用最小运行方式下，T内部两侧出口短路的最小短路电流Id.n.min/nTA进行校验： 先计算在该Id.n.min情况下的制动电流Izh，再由制动特性斜率m计算该Izh下的动作电流Idz.J =Idz.J.0 + m(Izh- Izh.0)，则： Klm=(Id.n.min/nTA)/Idz.J，要求Klm2(由于比例制动特性CJ的Kl

16、m一般很高，通常可不进行校验) 6-3 6-3 变压器的过电流保护（后备保护） 过流保护作用： 作为T外部短路时的远后备 作为T内部短路时的近后备 一、变压器过流保护概述 Idz= Ifh.max 。 Ifh.max的考虑： (1)对多台并联运行T，考虑突然切除一台时出现的过负荷： 设有n台同容量T并运，则：Ifh.max= Ie.T (2)对降压T，考虑低压侧电动机自启动影响： Ifh.max= KzqIe.T （Kzq：电动机自启动系数） 由于T的过载电流Ifh.max较大Idz较大 Klm 需采取措施提高Klm：降低Idz（整定时只考虑躲过T的额定 电流），同时设置电压闭锁元件（在T出现

17、过载电流Ifh.max时 将保护闭锁）。 hkKK1nn二、低电压启动（闭锁）的过流保护 同时启动（“与”逻辑出口） 整套保护启动1、元件的整定 过电流元件整定：Idz= Ie.T 电流元件Klm。 低电压元件的整定：在母线正常的最低工作电压(80%Ue.T) 下不启动，取Udz=0.7Ue.T 2、工作情况分析 * T外部或内部短路出现过流时：I，U 整套保护延时动作 UI电压元件电流元件hkKK低电压元件启动过电流元件启动 * T出现过载Ifh.max时：I，U仍较大 整套保护不误动3、低电压元件Klm校验：Klm=Udz/Ud.max （Ud.max：在最大运行方式下，相邻元件末端三相短

18、路时，保护所测的最大残压）4、特殊问题的考虑* 低电压元件若接于T某侧，而另一侧相邻元件末端短路时，所测残压大Klm。 若低电压元件Klm不满足要求，可采用两套低电压元件（“或”逻辑）分别接T两侧。 低电压元件不启动过电流元件误启动* 若TV二次断线： 低电压元件启动延时发出断线信号 电流元件不启动，整套保护不会误动 * TA应装在T的电源侧，不应装在负荷侧。 （保证能起到近后备作用） * 在需要的情况下可加入方向判别（也可退出） 三、复合电压启动（闭锁）的过流保护 电压元件 1、工作情况分析：(1)发生不对称短路时： 出现较大U2U2启动； 同时IdIa,Ib,Ic中至少有一个启动； 则：整

19、套保护延时动作。 2abUU一个低电压元件一个负序过电压元件(2)发生三相对称短路时： 三相电压下降为残压Uab启动； 同时同时Id三相电流元件皆启动； 则：整套保护延时动作。(3)变压器过载Ifh.max时： I电流元件误启动； 但无U2且Uab较大电压元件不启动； 则：整套保护不误动。2、整定 三个过电流元件的整定同低电压启动的过流保护。 一个低电压元件的整定同低电压启动的过流保护。 负序过电压元件的整定： 躲过正常时负序过滤器输出的不平衡电压U2.bp.max 一般取(经验公式)：U2.dz=(0.060.12)Ue.T 3、复合电压启动过流保护特点 (1)对于不对称短路，由于U2.dz

20、 电压元件的Klm。 (2)当T另一侧不对称短路时，电压元件 的工作情况（Klm）与T接线方式无关。 (3)接线简单（电压元件只要接于T的一侧） *该保护作为远后备时，若不对称短路时电流元件的Klm仍 不够，可采用负序过电流保护。 6-4 6-4 变压器接地保护（接地故障后备保护） （高压侧为小电流接地系统T，利用系统公用的绝缘监视装置来反映接地故障）高压侧为大电流接地系统的T的接地保护：作用：作为外部接地短路的远后备； 作为内部接地短路的近后备。1、多台T并运时接地保护时限配合特点 多台T并运时，为减小接地短路时短路点的短路电流，采用部分T中性点接地，另一部分T中性点不接地，并定期倒换。 对

21、任一台T（装设一套零序电流和一套零序电压保护） 中性点可能接地运行，由零流保护反映 中性点可能不接地运行，由零压保护反映 若多台分级绝缘T并运：（分级绝缘：中性点套管绝缘等级 零流保护时限tL，则： 系统发生单相接地时，将先由中性点接地T的零流保护动作，先切除中性点接地T。 若接地点不在被切除的T中，则单相接地故障仍存在，形成中性点不接地系统带接地点运行（对侧变电所已被线路接地保护切除） 中性点零序过压 损坏T的中性点绝缘。 故必需使：零压保护tY 零流保护tL 保证接地故障时： 零序电压保护先动， 先切除中性点不接地T。 * 零序电压保护出口必须满足以下三个条件： 本台T的零压保护启动。 本台T的零流保护不启动（中性点接地T零流保护动作 则闭锁本T的