变电二次设备基本原理和认知

1、变电二次设备原理与认知(一)变电站继电保护及二次回路的相关知识变压器的结构及变压器保护的配置变压器保护的基本原理变压器保护的调试方法及注意事项目录发电机升压变隔离开关断路器220kV母线高压输电线路#1变压器电流互感器#1变高压侧开关220kV母线电压互感器高压配电线路220kV母线110kV母线发电厂一次设备简图系统介绍220kV变电站一次设备简图 当电力系统中的电力元件或其本身发生故障或异常时，能够及时向值班员发出告警信号或直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的设备什么是 继电保护装置？可靠性选择性速动性灵敏性电力系统对继电保护的基本要求计量保护A柜保护B柜直流电源测控直流

2、回路信号回路交流回路二次回路简述控制回路220kV母线10kV母线变压器的故障和保护配置 变压器是一种静止电器，它把一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的交流电能。变 压 器主变虎踞创效益银线条条连四方绕组的相间短路绕线的匝间短路绕组引线与外壳发生单相接地短路铁芯烧损引出线间的各相间短路故障引出线单相接地故障变压器的故障 引出线间相间短路外部故障变压器故障内部故障 引出线单相接地短路 绕组相间短路 绕组与铁芯间的短路 绕组断线故障 绕组引线与外壳单相接地 绕组匝间短路 过电流；过负荷；油面降低；过励磁其它异常状态 绕组的相间短路绕线的匝间短路绕组引线与外壳发生单相接地短路铁芯

3、烧损瓦斯保护差动保护引出线间的各相间短路故障引出线单相接地故障差动保护（二）变压器保护的配置瓦斯保护容量在0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA及以上的变压器应装设瓦斯保护反映变压器内部故障和漏油造成的油面降低，同时还反应开焊故障纵差保护10MVA及以上容量、6.3MVA及以上并联运行的变压器或工业企业的重要变压器装设差动保护用来反映变压器绕组的相间短路、绕组的匝间、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线故障反应相间短路故障的后备保护根据变压器的容量和在系统中的作用，可分别采用过电流、复合电压起动的过电流（方向）保护、阻抗保护用作变压器外部相间故障和作为变压器内部绕组、引出线相间短路

4、的后备保护反应接地故障的后备保护中性点直接接地：用零序（方向）保护作为变压器外部接地故障和中性点直接接地侧绕组、引出线接地故障的后备保护中性点不接地：可用零序电压保护、中性点的间隙零序电流保护作为变压器接地故障的后备保护过负荷用来反映容量在0.4MVA及以上变压器的对称过负荷。过负荷保护只需要用一相电流延时作用于信号过励磁保护在超高压变压器上才装设过励磁保护过励磁保护具有反时限特性以充分发挥变压器的过励磁能力非电量 变压器本体和有载调压部分的油温保护；压力释放保护，启动风冷过载闭锁带负荷调压的保护。回忆一下，想一想瓦斯保护能不能代替差动保护？差动保护能不能代替瓦斯保护？电量保护/非电量保护电量

5、保护由电气量反映的故障动作或发信号的保护。保护的判据是电量：电流、电压、频率、阻抗等。非电量保护由非电气量反映的故障动作或发信号的保护。保护的判据是非电气量，如瓦斯保护（通过油速整定）、温度保护（通过温度高低）、压力保护等。4.1.1 电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路短路故障应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。4.1.1.1 主保护主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。4.1.1.2 后备保护主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种。a）远后备是当主保护或断

6、路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。b）近后备是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的保护。4.1.1.3 辅助保护为了补充主保护和后备保护的功能而增设的简单保护。失灵保护三相不一致保护充电、过流保护4.1.1.4 异常运行保护异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。变压器保护原理接地保护相间后备保护变压器保护原理纵差动保护非电量保护变压器纵差动保护一、变压器纵差动保护的工作原理及保护范围二、变压器纵差动保护的特殊问题三、数字纵差动保护的基本元件变压器纵差动保护 一、变压器纵差保护的原理及保护范围变压

7、器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流法接线。2.工作原理：比较变压器各侧电流的大小和相位。 正常运行和外部短路时内部短路时现场案例J高压侧低压侧变压器正常运行或外部故障时，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应动作。TA极性接反会造成什么后果呢？110kV柘城变#2主变保护综自改造3.保护范围 主保护 保护区 是构成差动保护的各侧电流互感器之间包围的部分。包括变压器本身、电流互感器与变压器之间的引出线。 正常运行时不平衡电流变压器不平衡电流产生的原因1. 变压器励磁涌流所产生的不平衡电流；2. 变压器两侧接线不同产生的不平衡电流；3. 各侧电流互感器的误差产生的不平衡电

8、流；4. 由计算变比与标准变比不同产生的不平衡电流；5. 带负荷调整变压器分接头位置改变产生的不平衡电流。变压器绕组接线组别对差动保护的影响由于变压器常常采用Y,dll的接线方式, 因此, 其两侧电流的相位差30。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，会有一个差电流流入继电器。Y/-11联接变压器两侧接线不同产生的不平衡电流2由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流通常都是将变压器星形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。如何消除这种不平衡电流的影响？nl1nl2ABCabcI-II-I相位补偿法 相位校正方法一: 以d侧

9、电流相位为基准，用Y侧电流进行移相用软件对高压侧电流进行移相 方法二: 以Y侧电流相位为基准，用d侧电流进行移相用软件对低压侧电流进行移相 将两个大小不等的电流折算成作用完全相同电流的折算系数，将该系数称作为平衡系数。 根据变压器的容量，接线组别、各侧电压及各侧差动TA的变比，可以计算出差动两侧之间的平衡系数。思考题已知变压器的接线组别为Yn/-11,电压变比为n，低压侧a、b、c电流分别为Ia，Ib，Ic，试写出高压侧A、B、C三相的数学表达式。例题IAIBICIbIaIc二、变压器差动保护的特殊问题励磁涌流当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复中由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间

10、饱和。此时的励磁电流可达510倍额定电流。 1.励磁涌流变压器的励磁电流 正常情况下：(0.020.05)IN 电压突然增加（空载投入变压器或外部故障切除后电压恢复）时：510 IN 励磁涌流决定励磁涌流大小的因素1、电压合闸角；2、电源电压；3、剩磁；4、其它（如：变压器的结构、铁芯材料等）。 励磁涌流波形图变压器的励磁涌流图1 励磁涌流波形图2 波形中的间断角间断角励磁涌流波形的特点1、偏于时间轴的一侧，涌流中含有很大的直流分量；2、波形是间断的，且间断角很大，一般大于60；3、含有很大的二次谐波分量；4、在同一时刻三相涌流之和近似等于零；5、励磁涌流是衰减的。 励磁涌流波形图差动保护躲励

11、磁涌流措施利用涌流的各种特征量1、二次谐波制动原理2、间断角原理3、波形对称原理iB闭锁保护，iB开放保护i：间断角，B：闭锁角思考一下 变压器差动保护压板在变压器充电试运行时应该在何时投入和退出。 变压器过励磁 在运行中，由于电源电压的升高或频率的降低，可能使变压器过励磁。变压器过励磁后，其励磁电流大大增加，使变压器纵差保护中的不平衡电流大大增加，可能导致纵差保护误动。 对于超高压大型变压器，为防止过励磁动行时纵差保护误动，设置过励磁闭锁元件。变压器过励磁时，励磁电流中的五次谐波分量大大增加，所以可以采用五次谐波制动元件作为变压器纵差保护的过励磁闭锁元件，当差流中的五次谐波分量大于某一值时，

12、将差动保护闭锁。过励磁：励磁电流超过额定励磁电流时叫过励磁。3.变压器纵差动保护的基本元件（1）装置启动元件（2）比率制动式差动保护元件（3）差动速断保护元件（4）励磁涌流判别元件（5）TA断线闭锁元件（6）其它1、提高内部故障的动作灵敏度2、可靠躲过外部故障的不平衡电流比率制动特性差动元件配置目的(2)比率制动式纵差动保护比率制动式纵差动保护的动作值随着外部短路电流的增大而自动增大。灵敏可靠，优点显著，应用广泛。差动电流或动作电流制动电流拐点电流起动电流动作区制动区制动线斜率K制动区动作电流的选取:制动电流的选取:动作方程： 差动元件的比率制动曲线动作区制动区三段折线式差动（3）差动电流速断

13、元件为什么设置差动速断元件？ （3）差动电流速断元件 在空投变压器和变压器区外短路切除时会产生很大的励磁涌流，为了防止纵联差动误动作设置了涌流闭锁元件，但是判断“波形畸变”或谐波分量“需要时间，这样造成变压器内部严重故障时差动保护不能迅速切除的不良后果，此外变压器内部严重故障时如果TA饱和，TA二次电流保护的波形将发生严重畸变，并含有大量的谐波分量，从而使涌流判别元件误判断成励磁涌流，致使差动保护拒动，造成变压器严重损坏。 为克服纵差保护上述缺点，设置了差动速断元件。它的动作电流整定值很大，比最大励磁涌流值还大，依靠定值来躲励磁涌流。这样差动速断元件可以不经励磁涌流判据闭锁，也不经过过励磁判据

14、、TA饱和判据的闭锁。所以对于变压器内部的严重故障只要差动电流大于电流定值就可以快速跳闸。 （5）差动保护的TA断线闭锁TA二次回路断线闭锁判据12-门槛值，可根据不平衡电流的大小确定。30-另一个TA的三倍零序电流值，TA二次值目前，在微机型保护装置中，还有采用根据电流变化情况、变化趋势及电流量值大小来判断TA断线。J高压侧低压侧1、正常运行时2、TA断线时（高压侧一相断线为例）发生TA断线怎么办？TA断线闭锁原理1、正常运行时Ia+Ib+Ic=02、正常运行时,TA二次回路中一相、两相断线Ia+Ib+Ic=03、TA二次回路断线闭锁判据Ia+Ib+Ic+3I013I021、2门槛值，根据不

15、平衡电流大小整定3I0另一个TA的三倍零序电流值，TA二次值（6）其它a.分侧差动b.零序比率差动c.工频变化量差动 相间后备保护复合电压闭锁的（方向）过电流保护作为变压器和相邻元件（包括母线或线路）保护的后备和变压器内部故障时主保护的后备。复合电压闭锁的过电流保护原理接线图U 过流元件的动作判据复合电压闭锁元件的动作过流元件的动作&复合电压闭锁过流 复合电压闭锁元件的动作判据复合电压闭锁的方向过电流保护功率方向元件的基本原理接线方式接入继电器电流g接入继电器电压UgA相功率方向元件AUBCB相功率方向元件BUCAC相功率方向元件CUABg动作区a90ag落在 方向上最灵敏灵敏角一般为-30或

16、-45复合电压闭锁（方向）过流保护动作原理框图变压器接地保护反应接地故障，作为变压器主保护的接地近后备保护和相邻元件的接地故障远后备保护。反应的电气量：零序电流零序电压1.变压器中性点直接接地时的零序电流保护中性点直接接地运行变压器零序电流保护原理框图WBH-801变压器保护零序功率方向元件动作特性方向指向母线时的动作区（阴影侧）70 方向指向变压器时的动作区（阴影侧） 110 3U0 3U0 3I0 3I0 方向指向变压器方向指向系统 零序电流（方向）保护最大灵敏角为255即-105 零序阻抗角为75 则最大灵敏角为75注意：方向元件所用的零序电压固定为自产零序电压，用自产零序电流时，TA的

17、正极性在母线侧，用变压器中性点的零序电流时，TA的正极性端在变压器侧。 2、变压器中性点间隙保护和零序电压保护 为了避免系统发生接地故障时，中性点不接地的变压器由于某种原因中性点电压升高成中性点绝缘的损坏，在变压器中性点安装一个放电间隙，放电间隙的另一端接地。当中性点电压升高至一定值时，放电间隙处将流过一个电流。该电流由于是在相当于中性点接地的线上流过，所以30电流，利用电流可以构成间隙电流保护。1、接线原理间隙保护间隙间隙电流03U0图片 2、动作方程1t0信号出口0为流过击穿间隙的电流（二次值）；3U0为TV开口三角形电压，I0P为间隙保护动作电流，通常整定100A（一次值），UOP为间隙

18、保护动作电压，通常整定为180V阻抗保护 相间阻抗保护通常用于 330kV500kV 大型联络变压器、升压及降压变压器，作为变压器引线、母线及相邻线路相间故障的后备保护。 当电流、电压保护不能满足灵敏度要求或根据网络保护间配合的要求，变压器的相间故障后备保护可采用相间阻抗保护。 接地阻抗保护作为绕组、引线的接地故障的后备保护或相邻元件接地故障的后备保护。在中性点直接接地的电网中，当零序电流保护的灵敏度不能满足要求时，可采用接地阻抗保护，它的主要任务是正确反映电网的接地短路。 相间阻抗保护和接地阻抗保护可实现偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。对阻抗保护的各时限可以通过相应保护投退控制字进行投退。阻

19、抗保护的动作特性 WBH-801相间阻抗特性曲线 RCS-978相间阻抗特性曲线 电量保护的配置主保护：差动保护（比率差动、差动速段）后备保护：复压（方向）过流、零序方向过流、间隙过流、间隙过压阻抗保护非电量保护瓦斯保护、压力保护、温度保护、油位保护及冷却器全停保护1. 气体继电器 安装在变压器油箱和油枕的通道上。 一、变压器气体保护（瓦斯保护）油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当壳内故障产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。变压器瓦斯保护瓦斯继电器瓦斯继电器变压器内部故障时，在故障点产

20、生有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解、产生瓦斯气体，进而造成喷油、冲动气体继电器进而带动继电器的辅助触电闭合，瓦斯保护动作。根据气体的颜色判断故障性质（1）灰色或黑色，易燃。通常是绝缘油炭化造成的，也可能是接触不良或局部过热导致。（2）浅灰色，可燃。有异常臭味，可能是变压器内纸质烧毁所致，有可能造成绝缘损坏。（3）黄色，不易燃烧。木质制件烧毁所致。（4）无色，不可燃。无味，无故障。一、变压器气体保护（瓦斯保护）（1）变压器在加油、滤油时，会将空气带入变压器内部，若没能及时排出，则当变压器运行后油温逐渐上升，形成油的对流，将内部储存的空气逐渐排出，使气体继电器动作。其动作次数与

21、变压器内部储存的气体多少有关。（2）遇到上述情况时，应根据变压器的音响、温度、油面以及加油、滤油工作情况做综合分析。如变压器运行正常，可判断为进入空气所致，否则应取气做点燃试验，判断是否变压器内部有故障。一般规定，大修后的变压器，其气体继电器在48小时后投跳闸。主变压器新装或大修后投入运行为什么有时气体继电器会频繁动作？遇到此类问题应怎样判断和处理？（1）优点 能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵敏性高、接线简单。（2）缺点 不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。 故气体保护不能作为变压器唯一的主保护，须与差动保护或电流速断保护配合共同作为变压器的主保护。 2、变压器气体保护的评价变压器其它非

22、电量保护压力释放温度油位冷却器全停变压器保护柜（南瑞继保RCS-978）操作箱电量保护装置非电量保护装置打印机压板变压器保护柜(许继WBH-801A)打印机压板操作箱电量保护装置非电量保护装置500kV变压器保护柜空气开关端子排电流电压回路直流回路从简单做起一些年轻人去拜访苏格拉底，询问他怎样才能拥有博大精深的学问和智慧。苏格拉底没有正面回答，而是告诉大家先回去每天做20个俯卧撑，一个月后再说。英气勃发的年轻人们笑了：“20个俯卧撑？这还不是轻而易举的事情么！”但是，一个月后，只有一半的年轻人来见苏格拉底。苏格拉底说：“再这样接着做一个月，然后来见我。”如此三个月后，只有一个人来到苏格拉底面前

23、。他，就是古希腊著名的哲学家柏拉图。耶鲁大学曾做过实验：96%的人毕生劳作，实际是为4%的人实现理想而忙碌。跌入96%的原因，就是不能把身边的小事情长久性做好。海尔集团首席执行官张瑞敏说：“把简单的事情做好就是不简单。”千千万万个简单的小事，成为了灵验无比的试金石，将绝大多数人挡在了成功的大门之外。继电保护工作者整天面对的就是琐碎复杂的事情，要想圆满地处理这些小事情，看则简单，却并不容易。而正是这最基础、最简单的事情构成了电力事业的基石。泰山不让寸壤，河海不择细流，就是这个道理。让我们就从最简单的拧螺丝、放电缆做起。继电保护实训室管理制度一、实训室管理1、学员按照工位分组每组7名学员。学号排第

24、一的为实训组长。每个实训模块开始时，组长到负责该工位的老师处签字领取实训工器具。(4)实训完毕后，由组长负责将工器具收齐并还给该工位的老师。若有损坏或丢失，由该组学员按价赔偿。2、每天工作：实训开始前，检查工位上的工器具是否齐全，若有问题及时向老师反映。实训结束后，组长检查工器具。实训结束后由两个实训小组打扫一次卫生，由班长统一安排。二、实训室纪律1、实训老师每天检查实训小组学员的出勤情况。2、迟到、早退、旷课等违纪情况汇总后报学员所在培训部学管处统一考核。实训室工位分布工位分布图500kV实训室（一）500kV实训室（二）220kV实训室（一）220kV实训室（二）变压器保护工位4444线路

25、保护工位4444实训室工位号码分配详图工位号码分配详图号数分配名称实训室厂家及型号#1#4变压器保护工位实训楼222-500kV实训室（一）许继801#5#8线路保护工位实训楼222-500kV实训室（一）南瑞902、931许继802、803#9#12变压器保护工位实训楼226-500kV实训室（二）南瑞978#13#16线路保护工位实训楼226-500kV实训室（二）南瑞902、931许继802、803#17#18线路保护工位实训楼208-220kV实训室（一）南瑞902、931、许继801、803#19#20变压器保护工位实训楼208-220kV实训室（一）南瑞978#21#22线路保护工位实训楼208-220kV实训室（一）许继802、803、南瑞902、931#23#24变压器保护工位实训楼208-220kV实训室（一）许继801#25#26线路保护工位实训楼308-220kV实训室（二）许继802、803，南自602、603#27#28变压器保护工位实训楼308-220kV实训室（二）深圳南瑞778#29#30线路保护工位实训楼30