变压器保护原理

变压器保护原理主讲：刘娟liujuan1606@163.com

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。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过电流；过负荷；油面降低；过励磁其它异常状态（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或电流速断保护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，想一想变压器一般应装设哪些保护？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？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1.纵差保护的接线变压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.

由电流互感器变比误差产生的不平衡电流；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。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，使铁芯瞬间饱和。此时的励磁电流可达5～10倍额定电流。1.励磁涌流变压器的励磁电流正常情况下：(0.02~0.05)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：5~10IN→励磁涌流在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，这样经过半个周期后铁心中的磁通将达到2Φm。(1)产生励磁涌流的原因（a)-φmφmuφu,φ0ωt（b)u2φm

+φsφωtu,φ0出现励磁涌流时，变压器保护应不应该动？励磁涌流，对变压器差动保护有什么影响？有什么方法消除其影响？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；

(2)励磁涌流的特点偏于时间轴的一侧，在一个周期内正半波与负半波不对称波形经削去负波后出现间断。励磁涌流是衰减的

(3)数字式变压器保护躲过励磁涌流的实现1）二次谐波制动原理。二次谐波制动原理是利用流过差动元件差电流中的二次谐波电流作为制动量，区分出差流是内部短路还是励磁涌流，实现励磁涌流闭锁的。2）间断角原理：按间断角原理构成的差动保护，是根据差动电流波形是否有间断角及间断角的大小来区分故障电流与励磁涌流的。3）波形原理：采用波形对称算法，将励磁涌流同变压器故障电流区分开来。和应涌流:当电网中空投一台变压器时，在相邻的并联或级联运行变压器中产生的。过励磁：励磁电流超过额定励磁电流时叫过励磁。

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，当差流中的五次谐波分量大于某一值时，将差动保护闭锁。什么情况下会出现励磁涌流？如何消除？回忆一下，想一想2．由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流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30º。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/Δ-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？相位补偿法

微机变压器保护中可以由软件来实现相位校正，因此变压器两侧TA可以均接成星形。（内转角）相位校正方法一:

以d侧电流相位为基准，用Y侧电流进行移相

方法二:以Y侧电流相位为基准，用d侧电流进行移相问题:YN,d11的变压器，当高压侧区外发生单相接地故障时，差动保护有没有可能误动？分析原因。消除零序电流进入差动元件的措施

对于YN，d接线而且高压侧Y侧中性点接地的变压器，当高压侧线路上发生接地故障时，（对纵差保护而言是区外故障），高压侧Y侧有零序电流流过，而且由于变压器低压侧绕组为d联结，在变压器的低压侧d接线外无零序电流输出，两侧零序电流不能平衡，这样若不采取相应措施，纵差保护将误动。对于Y侧移相的变压器纵差保护无论是用软件还是用差动TA的三角形接线实现，由于从Y侧通入各相差动元件的电流已经是相应的两相电流之差了，故已将零序电流滤去了，所以没必要再采取其他措施了。

消除零序电流进入差动元件的措施

对于软件在变压器d侧进行移相的变压器纵差保护，应对Y侧的零序电流进行补偿，Y侧流入各相差动元件的电流:

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。幅值校正设有三绕组变压器，其接线为Y，y，d11，其各侧的额定电压及差动TA的变比，分别为Uh，nh，Um，nm，Ul，nl，若以变压高压侧为基准侧，则各侧流入差动保护某相的电流分别为式中

SN——变压器额定容量（kVA），取最大容量侧的容量

Km,kl——接线系数，星形时为1，三角形时为。设以高压侧电流为基准，计算其它两侧平衡调整系数Kb

引入平衡系数后差动电流的计算方法为

例：平衡系数的计算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(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：例：第一次试验，差动保护动作时测得高压侧电流为0.27A，中压侧电流为0.3A；第二次试验，差动保护动作时测得高压侧电流为0.455A，中压侧电流为0.6A，求制动斜率K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、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ε1ε2---门槛值，可根据不平衡电流的大小确定。3Ⅰ0---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。（6）其它a.分侧差动b.零序比率差动c.工频变化量差动

相间后备保护一、过电流保护二、低电压启动的过电流保护三、复合电压闭锁的（方向）过电流保护四、阻抗保护反应外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（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。

一、过电流保护过流元件的动作判据其工作原理与线路定时限过电流保护相同。保护动作后，跳开变压器两侧的断路器。过电流保护按躲过可能出现的最大负荷电流整定，起动电流比较大，对于升压变压器或容量较大的降压变压器，灵敏度往往不能满足要求。低电压起动的过电流保护

过电流保护二、低电压启动的过电流保护

二、低电压启动的过电流保护原理：电压回路断线——发信号短路——跳各侧断路器并发信号适用：双侧电源变压器或多台并列运行变压器特点：为提高保护装置灵敏度，可采用两套低电压继电器（高、低压侧线电压）→接线复杂复合电压启动的过电流保护三、复合电压闭锁的过电流保护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1.功率方向元件的基本原理接线方式接入继电器电流Ⅰg接入继电器电压UgA相功率方向元件ⅠAUBCB相功率方向元件ⅠBUCAC相功率方向元件ⅠCUABⅠg动作区a90°－aⅠg落在方向上最灵敏灵敏角一般为-30°或-45°2、以正序电压为极化量方向元件的基本原理现在微机型的复合电压闭锁的方向元件过流保护中，方向元件一般采用以正序电压为极化量的方向元件，该方向元件用0°接线方式，用同名相的正序电压与相电流作相位比较，用于保护正方向短路的正方向元件，其最大灵敏角取为45°。它的动作方程为：方向指向变压器方向指向系统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

二、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3Ⅰ