继保课件 第六章 变压器继电保护

1、q变压器是电力系统中十分重要的供电元变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电的可靠性和系统的件，它的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，同时大容量的正常运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的元件，因此需要根变压器也是十分贵重的元件，因此需要根据变压器容量和重要程度装设性能良好，据变压器容量和重要程度装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。工作可靠的继电保护装置。 1.变压器内部故障变压器内部故障 油箱内故障：油箱内故障：绕组的相间、接地短路、匝间绕组的相间、接地短路、匝间短路、铁心烧损等短路、铁心烧损等. 油箱外部故障：油箱外部故障：套管和引出线上发生

2、相间短套管和引出线上发生相间短路和接地短路路和接地短路 （油箱内部故障非常危险，高温（油箱内部故障非常危险，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，还会使变压器油电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，还会使变压器油绝缘分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸绝缘分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果）的严重后果） 油箱内故障油箱内故障油箱外部故障油箱外部故障2.变压器不正常运行状态主要包括：变压器不正常运行状态主要包括： 1)1) 由于变压器外部相间短路引起的过电流由于变压器外部相间短路引起的过电流（相间（相间短路短路过电流）过电流） 2)2) 由于变压器外部接地短路引起的过电流和中性点由于变压器外部接地短路引

3、起的过电流和中性点过电压过电压（接地短路（接地短路过电流、中性点过电压）过电流、中性点过电压） 3)3) 由于负荷超过额定容量引起的过负荷由于负荷超过额定容量引起的过负荷（过负荷）（过负荷） 4)4) 由于漏油等原因而引起的油面降低由于漏油等原因而引起的油面降低（油面降低）（油面降低） 5)5) 在过电压或低频率等异常运行方式下，发生变压在过电压或低频率等异常运行方式下，发生变压器的过励磁器的过励磁（过励磁）（过励磁） 变压器的不正常运行状态会使绕组和铁芯变压器的不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器，外部接地短路时

4、有可形接线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。变压器引起铁芯和其它金属构件的过热。变压器不正常运行时，继电保护应根据其严重程不正常运行时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。并采取相应的措施，以确保变压器的安全。 3.保护方式保护方式 1)1)瓦斯保护瓦斯保护

5、 q特点：特点：动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。反动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。反应油箱内的各种故障，不反应油箱外部的故障。应油箱内的各种故障，不反应油箱外部的故障。 q对变压器油箱内的各种故障、应装设瓦斯保护，对变压器油箱内的各种故障、应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开中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。变压器各电源侧的断路器。 q装设范围：装设范围：800kVA及以上的油浸式变压器和及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压

6、器。及以上的车间内油浸式变压器。 2)2)纵差动保护或电流速断保护纵差动保护或电流速断保护 q特点：特点：反应变压器油箱内外故障反应变压器油箱内外故障 对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差动保护或电流速断保护。动保护或电流速断保护。 纵差动保护范围：纵差动保护范围：63006300kVAkVA以上并列运行的变压器；以上并列运行的变压器；1000010000kVAkVA以上单独运行的变压器；容量为以上单独运行的变压器；容量为63006300kVAkVA以以上的发电厂厂用变压器和工业企业中的重要变压器。上的发电厂厂用变压器和工业企业中的重要变压器

7、。 电流速断的保护适用：电流速断的保护适用：1000010000kVAkVA以下的变压器，且以下的变压器，且其过电流保护的时限大于其过电流保护的时限大于0.50.5s s时。时。 纵差动保护和电流速断动作后，均应跳开变压器各纵差动保护和电流速断动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。电源侧的断路器。 3)3)外部相间短路时，应采用的保护外部相间短路时，应采用的保护 q对于外部相间短路引起的变压器过电流，对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护：应采用下列保护： a a、过电流保护：过电流保护：用于降压变压器，保护的整定值考用于降压变压器，保护的整定值考虑在事故状态下可能出现的过负荷电

8、流虑在事故状态下可能出现的过负荷电流 b b、复合电压（负序电压和线电压）起动的过电流保复合电压（负序电压和线电压）起动的过电流保护：护：用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上求的降压变压器上 c c、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：用用于大容量升压变压器和系统联络变压器于大容量升压变压器和系统联络变压器 d d、阻抗保护：阻抗保护：对升压变压器和系统联络变压器当采对升压变压器和系统联络变压器当采用用b b、c c的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，采用的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，

9、采用阻抗保护。阻抗保护。 4)4)外部接地短路时，应采用的保护外部接地短路时，应采用的保护 a、中性点直接接地电力网内，应装设零序电流保护中性点直接接地电力网内，应装设零序电流保护 b、自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件件 。5)5)过负荷保护过负荷保护 对对400kVA以上的变压器，当数台并列运行或单独以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。

10、负荷的情况，装设过负荷保护。 6)6)过励磁保护过励磁保护 高压侧电压为高压侧电压为500kV及以上的变压器，对频率降低和及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。励磁保护。（在变压器过励磁允许的范围内，保护作（在变压器过励磁允许的范围内，保护作 用于信号，超过允许值，可动作于跳闸）用于信号，超过允许值，可动作于跳闸） 7)7)其它保护其它保护 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应装设可作用于信号或动作于跳闸的保护装置。应装设可作用于信号或动作于跳闸的保

11、护装置。 对于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速断对于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速断保护。电流速断保护与瓦斯保护配合，以反映变压器绕保护。电流速断保护与瓦斯保护配合，以反映变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。I跳跳跳跳2DL1DLd d2 2d d1 1max1dkdzII 当变压器的电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形，若当变压器的电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形，若为非直接接地系统时，则采用两相不完全星形接线，保护动作跳开为非直接接地系统时，则采用两相不完全星形接线，保护动作跳开两侧断路器。两侧断路器。 保护

12、的动作电流按以下两个条件计算，然后取其中较大者。保护的动作电流按以下两个条件计算，然后取其中较大者。 （1 1）按大于变压器负荷侧母线上）按大于变压器负荷侧母线上d d1 1短路时流过保护器的最大电短路时流过保护器的最大电流计算，即流计算，即 （2 2）按大于变压器空载投入时的励磁涌流计算，通常取）按大于变压器空载投入时的励磁涌流计算，通常取eBdzII）（53 保护的灵敏系数按保护的灵敏系数按d d2 2点最小两相短路电流效验，即点最小两相短路电流效验，即2)2(min2dzdlmII双绕组变压器双绕组变压器1. 构成变压器纵差动保护的基本原则构成变压器纵差动保护的基本原则 设变压器的变比设

13、变压器的变比为为: : 忽略变压器的损忽略变压器的损耗，正常运行和耗，正常运行和区外故障时有区外故障时有: : 12/BnU UBn 1I1I-高压侧高压侧低压侧低压侧1I 1I 2I 22II 2I 1n2nBnq由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为确保纵差动保护的正常工作，必须适同，为确保纵差动保护的正常工作，必须适当选取电流互感器的变比，使得在正常运行当选取电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，即应使：和外部故障时，两个二次电流相等，即应使： BnIInnnInIII 1112211122或或其中其中 ：高压侧电流互感器

14、变比高压侧电流互感器变比1n2nBn：变压器的变比变压器的变比：低压侧低压侧电流互感器电流互感器变比变比要实现变压器的纵差保护，必要实现变压器的纵差保护，必须适当的选择两侧电流互感器须适当的选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比，使其比值等于变压器的变比的变比 ，即，即 BnBnnn 122.变压器纵差保护的特点变压器纵差保护的特点 q变压器的纵差保护同样需要躲开流过差动回变压器的纵差保护同样需要躲开流过差动回路中的不平衡电流，产生不平衡电流的原因和路中的不平衡电流，产生不平衡电流的原因和消除方法如下：消除方法如下： I.I. 由变压器励磁涌流由变压器励磁涌流I ILYLY所产生的

15、不平衡电流所产生的不平衡电流 II.II. 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 III.III.由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 IV.IV. 由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流 V.V. 由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流 1)1)由变压器励磁涌流由变压器励磁涌流I ILYLY所产生的所产生的 不平衡电流不平衡电流 v变压器的励磁电流变压器的励磁电流IL仅流经变压器的仅流经变压器的某一侧，故通

16、过电流互感器反应到差动某一侧，故通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡掉，正常情况下此电回路中不能被平衡掉，正常情况下此电流 很 小 ， 一 般 不 超 过 额 定 电 流 的流 很 小 ， 一 般 不 超 过 额 定 电 流 的2%10%。在外部故障时，由于电压降。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，影响就更小。低，励磁电流减小，影响就更小。v励磁电流的大小取决于励磁电感励磁电流的大小取决于励磁电感L Lu u的数值，也就是取的数值，也就是取决于变压器铁芯是否饱和。正常运行和外部故障时变压决于变压器铁芯是否饱和。正常运行和外部故障时变压器不会饱和，励磁电流一般不会超过额定电流的器不会

17、饱和，励磁电流一般不会超过额定电流的25，对纵差动保护的影响常常略去不计。当变压器空载，对纵差动保护的影响常常略去不计。当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压。很小的数值突然上升到运行电压。v励磁涌流的最大值可达额定电流的励磁涌流的最大值可达额定电流的6 68 8倍。倍。 v在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励重饱和，产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励磁电流称为励磁涌流。磁电流称为励磁涌流。q励磁涌流的特点：

18、励磁涌流的特点： 1)1)包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧偏于时间轴的一侧 2)2)包含有大量的直流及高次谐波，而以二次谐包含有大量的直流及高次谐波，而以二次谐波为主；波为主； 3)3)波形之间出现间断，一个周期中间断角为波形之间出现间断，一个周期中间断角为。 i iL Ltq防止励磁涌流影响的方法：防止励磁涌流影响的方法： 1)1)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 2)2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别 3)3)利用二次谐波制动等（利用带比率制动利用二次谐波制动等（利用带

19、比率制动的差动继电器）的差动继电器） q当励磁涌流进入差动回路时，其中有很当励磁涌流进入差动回路时，其中有很大的非周期分量使速饱和变流器大的非周期分量使速饱和变流器SBL的铁的铁芯严重饱和，励磁芯严重饱和，励磁阻抗锐减，使得励阻抗锐减，使得励磁涌流中几乎全部磁涌流中几乎全部非周期分量及部分非周期分量及部分周期分量电流从周期分量电流从SBL的一次绕组通过，的一次绕组通过，传变到二次回路的传变到二次回路的电流很小电流很小 。Iq由于变压器常采用由于变压器常采用Y Y，d11d11的接线方式，因此，的接线方式，因此，其两侧电流的相位差为其两侧电流的相位差为 ，若两侧电流互感，若两侧电流互感器仍采用通

20、常的接线方式，则二次电流由于相器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，也会有一个差电流流入继电器，为消位不同，也会有一个差电流流入继电器，为消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星型侧的三个电流互感器接成三角形，而将变星型侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后，即可把二次电流的相位适当考虑联接方式后，即可把二次电流的相位校正过来。校正过来。 302)由变压器两侧电流相位不同而产生的由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流（副边超前原边电流不平衡电

21、流（副边超前原边电流30o ） -YAI1YBI1YCI1 1AI 1BI 1CI1n2n 2AIYBYAII22 变压器星型侧的三个电流互感器接成三角形变压器星型侧的三个电流互感器接成三角形变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形YAI1YBI1YCI1星形侧一次电流星形侧一次电流 1AI 1BI 1CI30三角形侧一次电流三角形侧一次电流YAI2YBI2YCI2YBYAII22YCYBII22YAYCII22星形侧二次电流星形侧二次电流2AI2BI2CI三角形侧二次电流三角形侧二次电流JAIYBYAII222AIJBIYCYBII222BIJCIYAYC

22、II222CIY式中式中 、 、 是流入三个差动继电器的差电流。这样就可以是流入三个差动继电器的差电流。这样就可以消除两侧电流相位不一致的影响。由于消除两侧电流相位不一致的影响。由于 侧采用了两相电流差，侧采用了两相电流差，相当于变压器的变比增加了相当于变压器的变比增加了 倍，因此电流互感器变比的选择应倍，因此电流互感器变比的选择应该满足该满足JAIJBIJCI3YBYAII22=2AI要使要使A相的继电器在正常运行及外部故障使不动作，需满足相的继电器在正常运行及外部故障使不动作，需满足： 1AI/YAI1=Bn又：又：3YAI1/1n= 1AI/2n即：即：2AI= 1AI/2nYBYAII

23、22=3YAI2=3YAI1/1n而而所以所以2n1n=3Bn2n1n=3Bn3)由计算变比与实际变比不同由计算变比与实际变比不同 而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 q由于两侧电流互感器都是根据产品目录选由于两侧电流互感器都是根据产品目录选取标准变比，而变压器的变比也是一定的，取标准变比，而变压器的变比也是一定的，因此，三者之间很难满足因此，三者之间很难满足: （或（或 ）的要求，此时差动回路中将有电流流过。的要求，此时差动回路中将有电流流过。Bnnn 12Bnnn 123采用具有速饱和铁芯的差动继电器，利用它采用具有速饱和铁芯的差动继电器，利用它的平衡线圈的平衡线圈WphWph来消除此差

24、电流的影响。来消除此差电流的影响。 4)由两侧电流互感器型号的不同由两侧电流互感器型号的不同 而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性，励磁电流也不同，故在差动回路中产和特性，励磁电流也不同，故在差动回路中产生的不平衡电流就很大。（根据第四章，电流生的不平衡电流就很大。（根据第四章，电流互 感 器 误 差 不 会 超 过互 感 器 误 差 不 会 超 过 1 0 % ， 最 大 可 能， 最 大 可 能值值 ） 采用电流互感器同型系数采用电流互感器同型系数Ktx（同型号取同型号取0.5，不同型号取不同型号取1，一般

25、取，一般取1，考虑大一点，考虑大一点 ）。）。nIKIdtxbpmax%10 对于变压器的纵差动保护，两侧电流互感器的变比对于变压器的纵差动保护，两侧电流互感器的变比不一样，互感器的型号肯定不同，故不一样，互感器的型号肯定不同，故Ktx=1 。 等效电路等效电路1I2I1LI一次电流中的一部分消耗在一次电流中的一部分消耗在绕组励磁上绕组励磁上LlLJIInIInIII1 1 2111 2211区外故障时变压器两侧的一次电流为区外故障时变压器两侧的一次电流为 (折算到二次侧折算到二次侧)，故由电流互感器传变误差引起的不，故由电流互感器传变误差引起的不平衡电流为平衡电流为 :2. 111/llnI

26、nI 22 22LLbpIIIII11121LIInI 1 12 21LIInI(a)的的曲线曲线3是电流按照是电流按照曲线曲线2变化时的磁滞回线，变化时的磁滞回线，曲线曲线1是铁芯的是铁芯的基本磁化曲线基本磁化曲线(通常简称为磁化曲线通常简称为磁化曲线)。由于。由于曲线曲线2的励磁电流是对的励磁电流是对称变化的，磁滞回线回绕着磁化曲线形成回环，理论分析时通常称变化的，磁滞回线回绕着磁化曲线形成回环，理论分析时通常用磁化曲线来替代磁滞回线。用磁化曲线来替代磁滞回线。 磁化曲线上的磁化曲线上的s点点称为饱和点。由于线圈电压与铁芯磁通之间的关称为饱和点。由于线圈电压与铁芯磁通之间的关系为系为 ，故

27、磁化曲线的斜率，故磁化曲线的斜率(严格讲是各点切线的斜率严格讲是各点切线的斜率)就是就是励磁回路的电感励磁回路的电感 。铁芯未饱和时，。铁芯未饱和时， 很大且基本上是常数；很大且基本上是常数；铁芯饱和后磁化曲线变得很平坦，铁芯饱和后磁化曲线变得很平坦， 大为减小。大为减小。 duWdtLLL12S3LI11 电流互感器铁芯的磁滞回线电流互感器铁芯的磁滞回线 LI132(a)(b)b若励磁电流中存在大量的非周期分量，饱和后的若励磁电流中存在大量的非周期分量，饱和后的 还会进一步还会进一步减小，由于非周期分量引起减小，由于非周期分量引起I I1L1L偏离时间轴的一侧，磁通也偏离磁偏离时间轴的一侧，

28、磁通也偏离磁化曲线并按照曲线化曲线并按照曲线3 3的局部磁滞回环变化。显然，偏离磁化曲线的局部磁滞回环变化。显然，偏离磁化曲线后后 会减小。减小的程度取决于曲线会减小。减小的程度取决于曲线3 3中中 的数值。铁芯未饱的数值。铁芯未饱和时和时 不大，不大， 仍然很大，可以认为不会受非周期分量的影响；仍然很大，可以认为不会受非周期分量的影响；铁芯饱和时铁芯饱和时 会相当大，非周期分量的存在将会显著地减小会相当大，非周期分量的存在将会显著地减小 。 LLbbLbL电流互感器一次侧电流电流互感器一次侧电流I1消失后，励磁电流消失后，励磁电流I1L也相应地变为零。也相应地变为零。由于磁滞回由于磁滞回线的

29、线的磁滞磁滞现象，铁芯中将长期存在残留磁通，称现象，铁芯中将长期存在残留磁通，称为剩磁。剩磁的大小和方向与一次电流消失时刻的励磁电流为剩磁。剩磁的大小和方向与一次电流消失时刻的励磁电流I1L有有关关 若将电流互感器一次侧电流若将电流互感器一次侧电流I1逐渐增大，在逐渐增大，在I1比较小时，电流互比较小时，电流互感器不饱和。此时由于感器不饱和。此时由于 很大且基本不变，励磁电流很大且基本不变，励磁电流I1L很小并随很小并随着着I1增大也按比例地增大。当励磁电流增大也按比例地增大。当励磁电流I1L增大到铁芯饱和，即磁增大到铁芯饱和，即磁化曲线的化曲线的s点后，励磁电感减小，励磁回路的分流增大。而励

30、磁点后，励磁电感减小，励磁回路的分流增大。而励磁回路的分流增大又导则励磁电感进一步下降，其结果是励磁电流回路的分流增大又导则励磁电感进一步下降，其结果是励磁电流I1L迅速增大。铁芯越饱和则励磁电流也越大，并且随一次电流迅速增大。铁芯越饱和则励磁电流也越大，并且随一次电流的增加呈非线性的增加。的增加呈非线性的增加。L5)由变压器带负荷调整分接头由变压器带负荷调整分接头 而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 q调整变压器分接头是电力系统中常用的调压调整变压器分接头是电力系统中常用的调压方法，改变分接头也就是改变了变压器的变比方法，改变分接头也就是改变了变压器的变比nB，分接头的改变，就会产生一个新

31、的不平衡分接头的改变，就会产生一个新的不平衡电流。应在纵差保护的整定值中予以考虑。电流。应在纵差保护的整定值中予以考虑。 （U=22.5% 最大不平衡电流最大不平衡电流 Ibp= U ）nId max q2、3项可通过选择电流互感器二次线圈的接法项可通过选择电流互感器二次线圈的接法和变比，以及采用平衡线圈的方法使其降到最小，和变比，以及采用平衡线圈的方法使其降到最小，但但1、4、5项（项（Ily，Ktx，nB）实际上不可能消除，实际上不可能消除，纵差保护必须躲开其影响，在满足选择性的同时，纵差保护必须躲开其影响，在满足选择性的同时，要求保证内部故障时有足够的灵敏性，困难很大。要求保证内部故障时

32、有足够的灵敏性，困难很大。在稳态情况下，为整定变压器纵差动保护所采用在稳态情况下，为整定变压器纵差动保护所采用的最大不平衡电流的最大不平衡电流Ibp.max 可由下式确定：可由下式确定： nIfUKIdzatxbpmaxmax%10 10% 电流互感器容许的最大相对误差电流互感器容许的最大相对误差Ktx 电流互感器的同型系数，取为电流互感器的同型系数，取为1U 由带负荷调压引起的相对误差，若电流由带负荷调压引起的相对误差，若电流互感器二次电流在相当于被调节变压器额定抽互感器二次电流在相当于被调节变压器额定抽头的情况下处于平衡时，则头的情况下处于平衡时，则 U等于电压调整等于电压调整范围的一半。

33、范围的一半。fza由所采用的互感器的变比或平衡线圈的匝由所采用的互感器的变比或平衡线圈的匝数与计算值不同时，所引起的相对误差（百分数与计算值不同时，所引起的相对误差（百分数）数）I d.max/nl 保护范围外部最大短路电流归算到保护范围外部最大短路电流归算到 二次侧的数值二次侧的数值 三三绕组变压器绕组变压器1I 1I 2I 2I 1I 2I 2 22IIIIJ电力系统中常常采用三绕组变压器。三绕组变压器的电力系统中常常采用三绕组变压器。三绕组变压器的纵差动保护原理与双绕组变压器是一样的。纵差动保护原理与双绕组变压器是一样的。 接入纵差动继电器的差电流为接入纵差动继电器的差电流为:设变压器的

34、设变压器的13侧和侧和23侧的变比为侧的变比为 和和 ，考虑到正常运行和区外故障时变压器各侧电流满足考虑到正常运行和区外故障时变压器各侧电流满足: : 13Bn23Bn1I 13Bn+1I 23Bn+1I =0电流互感器变比电流互感器变比的选择应该满足的选择应该满足:3n1n=313Bn3n2n=323Bn222IIIIJ 注意注意TA的极性的极性3.变压器纵差动保护的整定计算原则变压器纵差动保护的整定计算原则1)起动起动的整定原则的整定原则 i.i. 在正常运行情况下，为防止电流互感器二次在正常运行情况下，为防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作，起动电流回路断线时引起差动保护误动作

35、，起动电流应大于变压器的最大负荷电流应大于变压器的最大负荷电流I If.maxf.max，当负荷当负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流电流不能确定时，可采用变压器的额定电流I Ie.Be.B, ,并引入可靠系数并引入可靠系数k k( (一般取一般取1.3)1.3)，则保，则保护装置的起动电流护装置的起动电流BekfkdzIKIKI maxii.ii.躲开保护范围外部短路时流过继电器的躲开保护范围外部短路时流过继电器的 最大不平衡电流，最大不平衡电流，此时继电器的起动电此时继电器的起动电流应为流应为 I Idz.Jdz.J= =K Kk kI Ibp.maxbp.max （二次侧）二次侧）

36、其其中中Kk:可靠系数采用可靠系数采用1.3I bp.max 保护外部短路时流过继电器的最大保护外部短路时流过继电器的最大 不平衡电流不平衡电流I bp.max=(Ktx.10%+U+ fza)I d.max/nl互感器变比和平衡线圈匝数与计算值不同引起的互感器变比和平衡线圈匝数与计算值不同引起的q当变压器纵差保护采用波形鉴别或二次谐波当变压器纵差保护采用波形鉴别或二次谐波制动的原理构成时，本身就具有躲开励磁涌流制动的原理构成时，本身就具有躲开励磁涌流的特性，无需再作考虑。而当采用具有速饱和的特性，无需再作考虑。而当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，虽可利用励磁涌流的非铁芯的差动继电器时，虽可

37、利用励磁涌流的非周期分量使铁芯饱和，来避开励磁涌流的影响，周期分量使铁芯饱和，来避开励磁涌流的影响，但起动电流仍需整定为但起动电流仍需整定为I dz.J1.3I e.B/nl，才能才能躲开励磁涌流的影响。躲开励磁涌流的影响。iii.iii.躲开变压器励磁涌流的影响躲开变压器励磁涌流的影响q灵敏系数可按下式校验：灵敏系数可按下式校验：2minJdzJdlmIIK其中其中I d.min.J采用保护范围内部故障时，流过继电器采用保护范围内部故障时，流过继电器的最小短路电流，即采用在单侧电源供电时，系统在的最小短路电流，即采用在单侧电源供电时，系统在最小运行方式下，变压器发生短路的最小短路电流。最小运

38、行方式下，变压器发生短路的最小短路电流。q按照要求，灵敏系数一般应大于，当不满按照要求，灵敏系数一般应大于，当不满足时，则需采用具有制动特性的差动继电器。足时，则需采用具有制动特性的差动继电器。差动保护的整定值越大，则对变压器内部差动保护的整定值越大，则对变压器内部 故障的反应能力就越低。故障的反应能力就越低。四、具有制动特性的差动继电器四、具有制动特性的差动继电器 1差动继电器的制动特性差动继电器的制动特性 如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，则区外故障时变压器两侧电流器的二次侧，则区外故障时变压器两侧电流相等，即：相等，即： I I称为区

39、外故障时变压器的穿越电流。称为区外故障时变压器的穿越电流。 22III如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，则可以认为如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，则可以认为在正常运行和区外故障时，同一电流流过变压器两侧，故称为穿越电在正常运行和区外故障时，同一电流流过变压器两侧，故称为穿越电流流由互感器变比不一致和互感器传变误差产生的不平衡由互感器变比不一致和互感器传变误差产生的不平衡电流的讨论知：电流的讨论知：流入差动继电器的不平衡电流与变压流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故障时的穿越电流有关。穿越电流越大，不平器外部故障时的穿越电流有关。穿越电流越大，不平衡电流也越

40、大。衡电流也越大。具有制动特性的差动继电器正是利用这个特点，在差具有制动特性的差动继电器正是利用这个特点，在差动继电器中引入一个能够反应变压器穿越电流大小的动继电器中引入一个能够反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器的动作电流不再是按躲过最大穿越制动电流，继电器的动作电流不再是按躲过最大穿越电流整定，而是根据制动电流自动调整。对于双绕组电流整定，而是根据制动电流自动调整。对于双绕组变压器，变压器，外部故障时由于外部故障时由于 (折算到二次侧折算到二次侧)，制动电流制动电流I Ir r可取可取: : I Ir r=I=I2 2或或I Ir r=I=I2 2 22III故变压器外部故障时的不平衡

41、电流与故变压器外部故障时的不平衡电流与I Ir r有关，有关，可表示为：可表示为： rbpIfI 则具有制动特性差动继电器的动作方程为则具有制动特性差动继电器的动作方程为 ：()JkrIK f IK Kk k是可靠系数是可靠系数 nIfUKIdzatxbpmaxmax%10 由影响变压器差动保护的因素可知：由影响变压器差动保护的因素可知：而：而：2 2nIIIdrI Id d变压器外部故障时的短路电流变压器外部故障时的短路电流rIJI0agmax. rImax.dzI0 .dzIgdI)(rkIfKJdzI.将差电流与制动电流的关系在一个平面坐标上将差电流与制动电流的关系在一个平面坐标上表示，

42、显然只有差电流处于曲线的上方时差动表示，显然只有差电流处于曲线的上方时差动继电器才能并且肯定动作。称为差动继电器的继电器才能并且肯定动作。称为差动继电器的制动特性，而处于制动特性上方的区域称为差制动特性，而处于制动特性上方的区域称为差动继电器的动作区，另一个区域相应地称为制动继电器的动作区，另一个区域相应地称为制动区。动区。 rIJI0agmax. rImax.dzI0 .dzIgdI)(rkIfKJdzI. 是一个关于是一个关于I Ir r的单调上升函数。在的单调上升函数。在I Ir r比较小时，电流互比较小时，电流互感器不饱和，感器不饱和， 是线性上升的（是线性上升的（I Ir r I I

43、gdgd) )； I Ir r比较大导致电流互感器饱和后，比较大导致电流互感器饱和后， 的变化率增加，并不的变化率增加，并不再是线性的再是线性的( (I Igdgd I Ir.maxr.max) )。 的线性部分可以表示为的线性部分可以表示为: : )(rkIfK)(rkIfK)(rkIfK)(rkIfK()()krkzaLHrK f IKfUKIK KLHLH为电流互感器未饱和时存在的线性误差，由互感器型号决定，为电流互感器未饱和时存在的线性误差，由互感器型号决定，一般小于一般小于2。 rIJI0agmax. rImax.dzI0 .dzIgdI)(rkIfKJdzI.设变压器穿越电流等于最

44、设变压器穿越电流等于最大外部故障电流大外部故障电流I Id.maxd.max时，时，差动继电器动作电流和制差动继电器动作电流和制动电流分别为动电流分别为I Idz.maxdz.max和和I Ir.maxr.max ，如图的，如图的a点所示。点所示。显然，此时差动继电器的显然，此时差动继电器的不平衡电流就是最大不平不平衡电流就是最大不平衡电流，故衡电流，故: : .max.maxdzKbpIK I理论上理论上I Ir.maxr.max = = I Id.maxd.max ，但制动电流也要经过电流互感器测量，但制动电流也要经过电流互感器测量，互感器饱和会使测量到的制动电流减小，故互感器饱和会使测量

45、到的制动电流减小，故 :.max.max.maxrdbpIII令令 .max.max.maxdzrrIKIK Kr.maxr.max称为制动特性的最大制动比。称为制动特性的最大制动比。 rIJI0agmax. rImax.dzI0 .dzIgdI)(rkIfKJdzI.由于电流互感器的饱和与许多因素有关，制动特性中由于电流互感器的饱和与许多因素有关，制动特性中非线性部分的具体数值是不易确定的。实用的制动特非线性部分的具体数值是不易确定的。实用的制动特性要进行简化，在数字式纵差动保护中，常常采用一性要进行简化，在数字式纵差动保护中，常常采用一段与坐标横轴平行的直线和一段斜线构成的所谓段与坐标横轴

46、平行的直线和一段斜线构成的所谓两两折线折线特性特性(以以I Idz.Jdz.J表示表示)， I Idz.Jdz.J的斜线穿过的斜线穿过a点，并点，并与直线及与直线及 K Kk kf(If(Ir r) ) 相交于相交于g点。点。g点所对应的动作电流称为最小动作电流点所对应的动作电流称为最小动作电流I Idz.0dz.0，而对应，而对应的制动电流称为拐点电流。由于在的制动电流称为拐点电流。由于在I Ir r I Ir.maxr.max时，时， I Idz.Jdz.J始终在始终在 K Kk kf(If(Ir r) ) 的上方，所以外部故障时差动继电器的上方，所以外部故障时差动继电器不会误动，但内部故

47、障时灵敏度有所下降。不会误动，但内部故障时灵敏度有所下降。 rIJI0agmax. rImax.dzI0 .dzIgdI)(rkIfKJdzI.I Idz.Jdz.J不再经过坐标原点。因为存在一些与制动电流无关的不平不再经过坐标原点。因为存在一些与制动电流无关的不平衡电流如变压器的励磁电流、测量回路的杂散噪声等，动作电衡电流如变压器的励磁电流、测量回路的杂散噪声等，动作电流过低容易造成继电器的误动。制动特性的数学表达式为流过低容易造成继电器的误动。制动特性的数学表达式为: : .0.0,(),dzrgdzd JrgddzrgdIIIIK IIIII式中式中K K为制动特性的斜率为制动特性的斜率

48、 :.max.0.maxdzdzrgdIIKII拐点电流拐点电流I Igdgd选取的范围为选取的范围为 :(0.6 1.1)gdeII式中式中I Ie e为变压器的额定电流为变压器的额定电流 I Idz.0dz.0可按下式选取可按下式选取 :. .0(0.2 0.5)dz JeII2差动继电器在内部故障时的动作行为差动继电器在内部故障时的动作行为 rIJI0max.dzI0 .dzIgdIbcc122内部故障时，继电器的动内部故障时，继电器的动作电流作电流 直线直线1: 双侧电源供电时，若两侧电双侧电源供电时，若两侧电源的电势和等效阻抗都相同，源的电势和等效阻抗都相同，则则: : IJ= I2

49、+ I2=2 Ir直线直线2: 单侧电源供电时，若单侧电源供电时，若I1是负是负荷侧，内部故障时有：荷侧，内部故障时有： Ir= I2=0直线直线2: 单侧电源供电时，若单侧电源供电时，若I1是电源是电源侧，内部故障时有：侧，内部故障时有： Ir= I2= IJ在各种运行方式下的变压器内部故障时，带有在各种运行方式下的变压器内部故障时，带有制动特性差动继电器的动作电流均为最小工作制动特性差动继电器的动作电流均为最小工作电流电流I Idz.0dz.0。不带制动的差动继电器也可以看作不带制动的差动继电器也可以看作是制动特性差动保护的一个特殊情况。其制动是制动特性差动保护的一个特殊情况。其制动特性是

50、平行于坐标横轴的直线，动作电流为固特性是平行于坐标横轴的直线，动作电流为固定的定的I Idz.maxdz.max。继电器采用制动特性后，变压器。继电器采用制动特性后，变压器内部故障时将动作电流从原来的内部故障时将动作电流从原来的I Idz.maxdz.max下降到下降到I Idz.0dz.0 ，故差动继电器的灵敏系数大为提高。，故差动继电器的灵敏系数大为提高。 制动电流的选取方式对保护的灵敏度是有影响的。制动电流的制动电流的选取方式对保护的灵敏度是有影响的。制动电流的选取不是唯一的，例如也可以选择选取不是唯一的，例如也可以选择I Ir r= = I2作为制动电流。作为制动电流。在外在外部故障时

51、，和部故障时，和I Ir r= = I2的制动作用是一样的；内部故障时两者的的制动作用是一样的；内部故障时两者的灵敏度不一样，显然选取故障电流小的一侧作为制动电流时灵灵敏度不一样，显然选取故障电流小的一侧作为制动电流时灵敏度较高。敏度较高。电磁式保护通常按照这一原则来选取制动电流。对电磁式保护通常按照这一原则来选取制动电流。对于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整定计算和调试，例如定计算和调试，例如(双绕组变压器双绕组变压器) （1 1）平均电流制动：）平均电流制动： 2 22IIIr（2 2）复式制动：）复式制动： 2 2

52、2IIIr当当 时，时， ； 否则否则 。 其中其中 为为 和和 的夹角。的夹角。 （3 3）标积制动：）标积制动： cos00rI 1I2Icos 22IIIr外部故障时由于外部故障时由于 ，三种制动电，三种制动电流都等于变压器的穿越电流；内部故流都等于变压器的穿越电流；内部故障时，制动电流的大小是不一样的，障时，制动电流的大小是不一样的，在不考虑负荷电流影响时，后两种方在不考虑负荷电流影响时，后两种方法的制动电流比较小。法的制动电流比较小。但应该指出，在故障电流很大，负荷但应该指出，在故障电流很大，负荷电流影响可以忽略的情况下，各种方电流影响可以忽略的情况下，各种方法都有很高的灵敏度；只有

53、在故障电法都有很高的灵敏度；只有在故障电流与负荷电流差不多甚至更小时，分流与负荷电流差不多甚至更小时，分析各种制动电流的相对大小才是有意析各种制动电流的相对大小才是有意义的。义的。 22IIq为反应变压器外部故障而引起的变压器绕组为反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时作为差动保过电流，以及在变压器内部故障时作为差动保护和瓦斯保护的后备（就是变压器主保护的后护和瓦斯保护的后备（就是变压器主保护的后备保护，不是相邻母线或线路的后备保护），备保护，不是相邻母线或线路的后备保护），变压器应装设过电流保护，根据变压器容量和变压器应装设过电流保护，根据变压器容量和系统短路电流

54、水平不同，实现保护的方式有：系统短路电流水平不同，实现保护的方式有：过电流保护，低电压启动的过电流保护，复合过电流保护，低电压启动的过电流保护，复合电压起动的过电流保护及负序过电流保护。电压起动的过电流保护及负序过电流保护。1.变压器的过电流保护变压器的过电流保护It跳跳跳跳变压器过电流保护的单相原理接线图变压器过电流保护的单相原理接线图q变压器过电流保护与线路保护中定时限过变压器过电流保护与线路保护中定时限过电流保护原理相同，保护动作后应跳开变压电流保护原理相同，保护动作后应跳开变压器两侧的断路器。器两侧的断路器。q保护装置的起动电流应按照躲开变压器可能出保护装置的起动电流应按照躲开变压器可

55、能出现的最大负荷电流现的最大负荷电流I f.max来整定：来整定：max fhkdzIKKImax fdzII2DL1DL1)对并列运行的变压器应考虑因故障突对并列运行的变压器应考虑因故障突然切除一台所出现的过负荷，当各台然切除一台所出现的过负荷，当各台变压器容量相同时，可按：变压器容量相同时，可按：BefInnI1max其中：其中：n并列运行变压器的最小台数并列运行变压器的最小台数I e.B每台变压器的额定电流每台变压器的额定电流此时保护装置的起动电流应整定为：此时保护装置的起动电流应整定为：BehkdzInnKKI1Kk=1.21.3 Kh=0.85I If.maxf.max可按以下情况考

56、虑，并取最大值：可按以下情况考虑，并取最大值： 2)对降压变压器，考虑低压侧负荷电动对降压变压器，考虑低压侧负荷电动机自起动时的最大电流机自起动时的最大电流KzqI e.B,起动电起动电流应整定为：流应整定为：BehzqkdzIKKKI Kzq自起动系数。其值与负荷性质及用户与电源自起动系数。其值与负荷性质及用户与电源间的电气距离有关间的电气距离有关110kV降压变电站的降压变电站的6110kV侧侧:取取Kzq=1.52.5;110kV降压变电站的降压变电站的35kV侧侧:取取Kzq=1.52.03)保护的动作时限应比相邻元件保护的保护的动作时限应比相邻元件保护的最大动作时限大最大动作时限大t

57、q按上述条件选择的起动电流，其值一按上述条件选择的起动电流，其值一般较大，往往不能满足作为相邻元件后般较大，往往不能满足作为相邻元件后备保护的要求，需采用以下几种提高灵备保护的要求，需采用以下几种提高灵敏性的措施。敏性的措施。2.低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护低电压起动过电流保护的原理接线图低电压起动过电流保护的原理接线图1Iabc2I3IUU2过滤器过滤器I456电压回路电压回路跳闸回路跳闸回路分析分析 正常时，无负序电压，触点闭合，触点断开，正常时，无负序电压，触点闭合，触点断开，线圈中无电流，触头断开，无跳闸信号线圈中无电流，触头断开，无跳闸信号 当发生各种不对称短路时，由

58、于出现负序电压，因当发生各种不对称短路时，由于出现负序电压，因此继电器动作，其常闭触点打开，于是加于低电压继电此继电器动作，其常闭触点打开，于是加于低电压继电器上的电压被迫变成零，则动作，触点闭合。这时电器上的电压被迫变成零，则动作，触点闭合。这时电流继电器中至少应有两个动作，于是就可以起动时流继电器中至少应有两个动作，于是就可以起动时间继电器，经过预定的时限动作于跳闸。间继电器，经过预定的时限动作于跳闸。当发生三相短路时，由于在短路开始瞬间一般会当发生三相短路时，由于在短路开始瞬间一般会短时出现一个负序电压，使继电器短时出现一个负序电压，使继电器4 4动作，因此，低动作，因此，低电压继电器电

59、压继电器5 5不动作不动作 ，5 5触点闭合，待负序电压消失触点闭合，待负序电压消失后，继电器后，继电器4 4返回，触点闭合，则继电器返回，触点闭合，则继电器5 5又接于线又接于线电压电压UcaUca上，由于三相短路时，三相电压均降低，故上，由于三相短路时，三相电压均降低，故继电器继电器5 5仍将处于动作状态，这时保护装置的工作情仍将处于动作状态，这时保护装置的工作情况就相当于一个低电压起动的过电流保护。况就相当于一个低电压起动的过电流保护。负序电压元件的起动电压按躲开正常运行方式下负序电压元件的起动电压按躲开正常运行方式下负序过滤器出现的最大不平衡电压来整定。根据运负序过滤器出现的最大不平衡

60、电压来整定。根据运行经验，起动电压行经验，起动电压U U2.dz2.dz可取为：可取为： U 2.dz=(0.060.12)U e.B1) 由于负序电压继电器的整定值小，故在不对称短由于负序电压继电器的整定值小，故在不对称短路时，电压元件的灵敏系数高。路时，电压元件的灵敏系数高。2) 由于保护反应负序电压，因此对于变压器的不对由于保护反应负序电压，因此对于变压器的不对称短路，与变压器的接线方式无关。称短路，与变压器的接线方式无关。3) 在三相短路时，如果由于瞬间出现负序电压，使在三相短路时，如果由于瞬间出现负序电压，使继电器继电器4和和5动作，则在负序电压消失后，动作，则在负序电压消失后，5又