第八章电力变压器保护

1、电力系统继电保护原理 第八章电力变压器的继电保护 8.1 8.1 电力变压器的故障类型和电力变压器的故障类型和不正常工作状态不正常工作状态一、变压器的故障 1.油箱内部故障（1）各相绕组之间的相间短路 （2）单相绕组的匝间短路 （3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障 2.油箱外部故障（1）引出线的相间短路（2）绝缘套管闪络或破坏、引出线通过外壳 发生的单相接地短路二、变压器的不正常运行状态 外部相间短路引起的过电流外部相间短路引起的过电流外部接地短路引起的过电流和中性点外部接地短路引起的过电流和中性点过电压过电压负荷超过额定容量引起的过负荷负荷超过额定容量引起的过负荷漏油等原因引起的

2、油面降低漏油等原因引起的油面降低大容量变压器的过励磁故障大容量变压器的过励磁故障三、变压器应装设的保护 主保护主保护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防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低低 ；瓦斯保护有重、轻之分，重瓦斯保护动作瓦斯保护有重、轻之分，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器，轻瓦斯保护动于跳开变压器各电源侧的断路器，轻瓦斯保护动作于信号；作于信号；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、套管及引出线上的故障防御变压器绕组、套管及引出线上的故障 三、变压器应装设的保护 外部相间短路的后备保护外部相间短路的后备保护 过电流保护过电流保护

3、低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护复合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负序电流及单相式低电压起动的过电流保护阻抗保护阻抗保护 三、变压器应装设的保护 外部接地短路的后备保护外部接地短路的后备保护 变压器中性点接地运行变压器中性点接地运行零序电流保护零序电流保护自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器地的三绕组变压器应增设零序方向元件应增设零序方向元件中性点不接地的变压器中性点不接地的变压器零序过电压保护零序过电压保护中性点经过放电间隙接地的变压器中性点经过放电间隙接地的变压器间隙电流保护

4、和零序电压保护间隙电流保护和零序电压保护 三、变压器应装设的保护 过负荷保护过负荷保护 过励磁保护过励磁保护变压器的其他非电量保护变压器的其他非电量保护 油温高保护、冷却器故障保护、压力释放油温高保护、冷却器故障保护、压力释放保护等保护等 8.2 8.2 变压器的纵联差动保护变压器的纵联差动保护TALTTAHnnnHLIIHLTAHTALIInndHLIIIdI正常运行或外部故障时，应使0dITA变比选取原则ILIHIHILIdnTnTAHnTAL一、变压器纵差动保护的基本原理 判据：dHLsetIIII内部故障时：kdIImaxunbrelsetIKIdIILIHIHILIdnTnTAHnT

5、ALn 变压器励磁涌流产生的不平衡电流 正常情况下，变压器励磁电流很小，通常为额定电流的（25）%。它使差动回路中的不平衡电流增加很少。 在电压突然增加时，例如在空载投入变压器或外部故障切除后电压恢复时，则可能产生很大的励磁电流，这种暂态过程中出现的励磁电流通常称为励磁涌流。其数值最大可达额定电流的 48 倍。二、变压器差动保护的不平衡电流变压器差动保护的不平衡电流LI 、utu m sy LeILYIsym2 Lit励磁涌流的励磁涌流的特点：特点： 有很大成分的非周期分量； 有大量的高次谐波，尤以二次谐波为主；1.波形经削去负波后出现间断。 影响励磁涌流特征的因素有 合闸时电压的初相角 对于

6、单相变压器而言，当= 0时合闸，涌流最严重。当= 90时合闸，将不产生涌流。 对于三相变压器而言，三相电压的相角互差120，所以无论电压初相角是多少总会产生励磁涌流。 铁芯中剩磁的大小和方向 变压器铁芯的饱和磁通 防止励磁涌流影响的方法 采用具有速饱和铁芯的差动继电器 采用间断角原理的差动保护 利用二次谐波制动 利用波形对称原理的差动保护Y/-11接线方式正常运行时示意图2AI302AI2BI2CI2BI2CICrI 由于存在相位差，无论由于存在相位差，无论如何选择如何选择TATA变比，差电流不变比，差电流不可能为零。可能为零。n 三相变压器接线产生的不平衡电流Y/-11接线方式正常运行时示意

7、图2AI302AI2BI2CI2BI2CICrIn 三相变压器接线产生的不平衡电流解决办法：解决办法：选择两侧同相位选择两侧同相位的电流量构成差的电流量构成差动回路。动回路。 Y/-11接线方式正常运行时示意图2B2AII2C2BII2A2CII2AI302AI2BI2CI2BI2CI22BAII2AI22CBII2BI22ACII2CIYn 三相变压器接线产生的不平衡电流Y/-11接线方式TATAY3Tnnn111YYABATAYTAIIInn113YAATAYTAIInnn 三相变压器接线产生的不平衡电流n 计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流TTATAnnn 12 要实现变压器的纵差动

8、保护，低、高压两侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比，即 但实际上由于电流互感器变比在制造上的标准化，不容易满足这个条件，因而就会产生不平衡电流。TnTAnnTA 321或例某Y/d-11变压器容量为31.5MVA，变比为115/10.5，选择电流互感器的变比，并计算额定运行条件下的不平衡电流。73.545/315855. 460/3158158A1730AY1730/5=346300/5=602000/5=4001730/400=4.32Iunb = 4.55 4.32 = 0.23(A)n 计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流方法：利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿 1I2I1I 2

9、I .21II 2I dWbW2Wdb212()bdI WIIW需满足Wb 平衡线圈Wd 差动线圈中间变流器但是由于平衡线圈匝数的选择必须取整数，即采用平衡线圈后仍要考虑剩余的不平衡电流；其中：|.setdcalbsetbcalbzaWWWWfTAk.maxzaconunb./nIfKI 在整定计算中不平衡电流按下式计算：zafmax. kIsetbW. conKcalbW.setdW.平衡线圈的计算匝数差动线圈的整定匝数平衡线圈的整定匝数区外短路的最大短路电流平衡线圈的计算匝数与整定匝数不等的相对误差三相电流互感器接线系数n 电流互感器变换误差产生的不平衡电流II 理想特性1TA2TAunb

10、I考虑非周期分量的影响时：TAK.maxTAstnpconunb.TA/nIfKKKI TAk.maxTAstconunb.TA/nIfKKI 其中： stKTAf npK非周期分量影响系数电流互感器同型系数电流互感器的幅值误差，取10%5.变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流TAK.maxconunb.n/nIUKI TTA1TA2nnn T3nTA2nnTA1 或 当分接头位置变化时，变压器的变比改变U取变压器调压范围的一半UunbTAunbunbunbIIII.max.变压器差动保护的最大不平衡电流：TAkzaTAstnpconnIUffKKK/)(max. 躲开保护范围外部短路时的最

11、大不平衡电流整定；三、变压器纵联差动保护的整定原则三、变压器纵联差动保护的整定原则 .maxoprelunbIK I 灵敏系数校验.min2ksenopIKI四、具有制动特性的四、具有制动特性的BCH-1型差动继电器型差动继电器 cdW1phW2Wcd zh2W2phWzhWzhWzhWIBBWIBB tgKres (一般取0.30.4) )resIopI)(kI)(unbIunb.maxIk.maxI无制动op.orIbaop2.rIcop1.rId（一）（一）比率制动特性比率制动特性 resIropI.min.opIABCgresI.动作判据 min.opropII gresII. res

12、当当)(.min.gresresopropIIKII gresII. res当当min.opI-最小动作电流gresI.-拐点电流K-比率制动特性的斜率 五、五、比率制动特性的变压器差动保护比率制动特性的变压器差动保护 1.1.最小动作电流最小动作电流 按躲过变压器在正常运行条件下产生的不平衡电流整定 TANTzaTAstrelopnIfUfKKI/)(.min. 式中 relK -可靠系数，取1.52.0-变压器高压侧的额定电流.T NITAn-高压侧电流互感器的变比 （二）比率制动特性的变压器差动保护的定（二）比率制动特性的变压器差动保护的定值整定值整定一般整定在（0.61.0）倍变压器的

13、额定电流；oprIresIABCgresI.TAknI/)3(max.max.oprI2. 拐点电流3. 制动特性的斜率 Nres.g1.1)I(0.6I min.opIgresTAkopoprInIIIK.)(max.min.max./ 38.3 8.3 变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护（一）过电流保护（二）低电压起动的过电流保护（三）复合电压起动的过电流保护（四）负序过电流保护n（一）过电流保护（一）过电流保护1.单相原理接线 主要应用于降压变压器，装设在主电源侧，可以设定两个时限，短时限切除分段开关，长时限切除变压器两侧开关。 起动电流：躲过变压器的最大负荷电流整定（1）

14、对并列运行的变压器（2）对降压变压器.max.1LT NnIIn.1relopT NreKnIIKn.relMsopT NreK KIIK定值一般较大，可能不满足后备保护的要求；n（二）低电压起动的过电流保护（二）低电压起动的过电流保护 主要应用于升压变压器、系统联络变压器以及大容量的降压变压器。（1）起动电流。按大于变压器的额定电流整定（2）动作电压。按小于正常运行时母线上可能出现的最低工作电压，且外部故障切除后，电动机自起动的过程中应能返回。根据运行经验2. 2. 整定计算整定计算.relopT NreKIIK.0.7opT NUU当电压互感器发生断线时，低电压继电器将会误动；（三）复合电

15、压起动的过电流保护（三）复合电压起动的过电流保护1.负序过电继电器和过电流继电器配合作为各种不对称短路的保护；2.低压继电器和过电流继电器配合作为三相对称短路的保护； 负序电压继电器的动作电压，可按躲开正常运行时的最大不平衡电压整定。通常取 2.(0.06 0.12)opT NUU由于负序电压继电器的整定值小，在不对称短路时灵敏系数高；对于大容量变压器，在相邻元件末端两相短路短路电流小可能不满足要求；( (四四) )负序过电流保护负序过电流保护一般用于63MVA及以上的升压变压器。 动作电流的整定原则：（1）躲变压器正常运行时，负序电流滤过器的最大不平衡电流，一般为 ；（2）躲线路一相断线时引

16、起的负序电流；（3）与相邻元件上的负序电流保护在灵敏度上配合；.(0.1 0.2)T NI 1.对于单侧电源的变压器，后备保护装设在电源侧，作为纵差保护、瓦斯保护的后备或相邻元件的后备；2. 对于多侧电源的变压器，主电源侧后备保护应作为纵差保护和瓦斯保护的后备，且能对变压器各侧的故障满足灵敏度要求；其它各侧后备保护只作为各侧母线和线路的后备保护，动作后跳开本侧断路器；一、中性点接地方式一、中性点接地方式110kV及以上系统中性点直接接地，接地点的数量和位置的选择：从系统角度看： 1)防止过电压；2)限制短路电流；3)保证运行方式变化时，零序电流大小分布变化较小。从变压器角度看：1)自耦变压器中

17、性点直接接地；2)全绝缘中性点可直接接地、可不接地； 3)分级绝缘变压器中性点绝缘水平很低的直接接地；水平较高的可直接接地，也可在不失去接地点时不接地。（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护（三）中性点经放电间隙接地的零序电流电压保护（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护III2t01t03t04t0II11QFQF2QF1TA0 全部采用零序电流保护，有选择性要求时可增加零序方向元件。 通常采用两段式，段和相邻零序段配合，和相邻零序后备段配合； 每段设两个时限，短时限动作缩小故障范围，长时限动作断开变压器各侧断路器。 零序电流取自主变中性点侧，

18、主变未并网时发生单相接地也有零序电流。bIoprelIopKIKI1. 0. 01t0.5121tt0.5IopI1. 033tt0.543tt0.5bIIIoprelIIopKIKI1. 0. 0IIIopI1. 0（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护2QF2T1QFQF1T0.30.5s1QF2TQFII0303U0_3t0_4t0_1tIII030_2t0_5t111T2QF2T1QFQF03I03U0_3t0_2t0_1t&3t2t123ttt1tII03III03103U0_5t1QF2TQFjxI. 03同前同前一、三绕组变压器差动保护的特点第四节第四节 三绕组变压器保护的特点三绕组变压器保护的特点1I2I1I 2