第六章-变压器保护

电力系统继电保护原理西南交通大学电气工程学院第六章变压器保护变压器的故障：

各项绕组之间的相间短路油箱内部故障 单项绕组部分线匝之间的匝间短路 单项绕组或引出线通过外壳发生的单相 接地故障

引出线的相间短路绝缘套管闪烁或破坏引出线通过外壳发生的单相接地短路油箱外部故障变压器不正常工作状态：外部短路或过负荷油箱漏油造成油面降低变压器中性点接地外加电压过高或频率降低、过励磁等应装设的继电保护装置瓦斯保护：防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低重瓦斯：跳闸轻瓦斯：信号纵差动保护和电流速断保护 防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路相间短路的后备保护：作为1.2.的后备过电流保护复合电压起动的过电流保护负序过电流零序电流保护：防御大接地电流系统中变压器 外部接地短路过负荷保护：防御变压器对称过负荷过励磁保护：防御变压器过励磁变压器纵差动保护构成变压器纵差动保护的基本原则正常运行或外部故障时所以两侧的CT变比应不同，且应使即：或即：按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。不平衡电流产生的原因和消除方法理论上，正常运行和区外故障时，Ij=I1"-I2"=0

。实际上，很多因素使Ij=Ibp≠0。（Ibp为不平衡电流）下面讨论不平衡电流产生的原因和消除方法：由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流：（Y/Δ-11）Y.d11接线方式——两侧电流的相位差30°。消除方法：相位校正。变压器Y侧CT（二次侧）：Δ形。Y.d11变压器Δ侧CT（二次侧）：Y形。Y.Y12

可见,差动臂中的

同相位了,但为使正常运行或区外故障时,Ij=0,则应使

即:高压侧电流互感变比应加大√3倍.该项不平衡电流已清除.

由于两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流

变压器两侧电流互感器的型号不同、变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍数不同时导致互感器励磁电流的差值增大。正常时：不平衡电流很小。故障时：励磁电流很大，不平衡电流很大。

因此，选电流互感器时，按10%误差曲线为依据和最大短路电流时：Ktx—分支系数铁芯饱和、励磁电流很小，短路电流很大，使两侧电流迅速饱和

计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流难满足或

因此，差动回路将有电流流过，此时可采用具有速饱和铁心的差动继电器，利用平衡电流Wpb来消除此差动电流的影响。

带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流

电力系统中经常采用带负荷调压的变压器，通过调整变压器分接头的位置来满足系统的运行电压。

改变变压器的分接头不仅改变了变压器的变比，也破坏了变压器两侧电流互感器的变比之间的关系从而产生不平衡电流。一般变压器的调节范围：产生的最大不平衡电流：在稳态情况下：10%—电流互感器容许的最大相对误差Ktx—电流互感器的调整系数取1Δu—由负荷调压引起的相对误差Δfza—由于所采用的互感器变比或平衡线圈线

圈的实际值与计算值不同时所引起的相

对误差。—保护范围外部最大短路电流归算到二次

侧的值。v

暂态情况下的不平衡电流及减小其影响

的措施由变压器励磁电流ILY所产生的不平衡电流

变压器的励磁电流IL仅流经变压器的某一侧通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡。

正常情况下，此电流很小，一般不超过额定电流的2%~10%。

外部故障时，由于电压降低，此电流减小，影响更小。

变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现数值很大的励磁电流（又称为励磁涌流）。0U,uU,u00如果空载合闸时，正好在u=0时接通，则铁芯中该具有磁通-Φm。但由于铁芯中的磁通不能突变，将出现一个非周期分量其磁通为+Φm。半个周期后铁芯中的磁通就达到了2Φm。如果铁芯中有剩余磁通Φs。则总的磁通将为2Φm+

Φs，则变压器铁芯严重饱和，励磁电流将急剧增大，称为变压器的励磁涌流ILY。

励磁涌流的数值最大可达到额定电流的6~8倍，同时含有大量的非周期分量和高次谐波分量。

励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位，铁芯中剩磁的大小和方向，电源容量的大小，回路阻抗以及变压器容量的大小等都有关。+Φm

励磁电流ILY的特点0iL

含有很大成分的非周期分量，使励磁涌流偏于时间轴的一侧；

含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；

波形之间出现间断；

由试验数据分析可知，若以基波为100%，则二次谐波最高可达50%，三次谐波最高达10%，直流80%。0

在变压器纵联差动保护中防止励磁涌流的方法

采用具有速饱和铁芯的差动继电器；

鉴别短路电流和励磁电流波形的差别；

利用二次谐波制动等；v

变压器纵联差动保护的整定计算的原则

整定原则

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，保护装置的起动

电流应大于变压器的最大负荷电流If.max。当

负荷电流不能确定时，可采用额定电流Ie.B，

并引入可靠系数KK，KK=1.3。IdZ=KK·If.max

躲开保护范围外部短路时最大不平衡电流IdZ·J

=KK·Ibp.maxv

变压器纵联差动保护的整定计算的原则

整定原则

无论上述哪一个原则考虑起动电流都必须能够

躲开变压器励磁涌流的影响。

当差动保护采用波形鉴别式二次谐波制动的原则构成时，它本身就具有躲开励磁涌流的性能，一般无需另外考虑。

另一种方式采用具有速饱和铁芯的差动继电器来躲避励磁涌流的影响。v

变压器纵联差动保护的整定计算的原则

纵联差动保护灵敏系数的校验Id.min.J—保护范围内部故障时，流过继电器的

最小短路电流

单侧电源供电时，系统最小运行方式下，Klm≥2。当不能满足要求时需采用具有制动特性的差动继电器。v

具有制动特性的差动保护

利用外部故障时的短路电流来实现制动,使继电器的起动电流随制动电流的增加而增加。可靠地躲开外部故障时的不平衡电流，并提高内部故障时的灵敏性。a213

如果采用制动特性即动作电流随外部短路电流而变化的曲线：Idz.J=f(Id)并让曲线通过a点：并使此曲线始终在直线Ibp=f(Id)的上方，则任何大小的外部短路，继电器的实际起动电流均应大于相应的不平衡电流，继电器不误动。此种特性的差动继电器在内部故障时起灵敏度较高。如果无制动电流，Idz.J=KKIbp.max，IBAW2W2WgWphWzhWzh

变压器内部故障，B侧无电源时，Wzh中无电流，工作线圈Wg中为A侧电源供给

的短路电流（折算到二次侧），由于

Izh=0继电器起动电流为Idz.J0

变压器内部故障，A、B两侧供

给的电流相等时，Wzh中流过的

电流为Wg中的一半。Ig=2Izh与

制动曲线交于b点，此交点即为继

电器实际需要的起动电流Idz.J在

b点以后，制动电流在增加，但

位于曲线3以上，因此继电器均

能动作。(无制动)4532bca

变压器内部故障，A侧无电源时，W2h中流过的电

流与工作线圈Wg中的相同，即Ig=Izh,为继电器最不

利的工作情况。若下图中曲线5与曲线3交于C点。

继电器实际起动电流为Idz.J.2在C点以上的继电器

均能动作。(无制动)4532结论：

起动电流比无制动的起动电

流小的多；

有制动特性的差动保护比无

制动的灵敏系数高，其灵敏

度系数为：bcav

具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器

利用二次谐波制动原理可以有效地防止励磁涌流的影响。

穿越电流制动回路由DKB1、BZ1、C3和R1构成

正常及外部故障时，W1中两部分电流

和

方向相同，在DKB1的二次线圈中可产生电压，该电压正比于一次侧电流，可实现制动的作用，称为穿越电流制动。与穿越电流的大小成正比。因而使继电器的起动电流随着制动电流的增大而自动增加。（两者之比称为制动系数）。又称比率制动。执行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

穿越电流制动回路由DKB1、BZ1、C3和

R1构成

内部故障时，其中一侧的电流要改变方向W1中两部分的电流方向相反，二次侧感应电动势减小。制动作用随之减弱，当两部分电流相等时，制动作用消失。动作最灵敏。DKB1的二次电压BZ1C3R1输出Uzh1（制动电压）其中，可通过R1改变制动系数的大小。执行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

二次谐波制动回路由DKB2、BZ2、C2、C4和R2构成

DKB2的一次线圈W1接在差动回路中，正常几外部故障时W1中的电流是不平衡电流，内部故障时是故障电流。

DKB2的一次线圈的励磁阻抗与C2组成一个对二次谐波的并联谐振回路，对二次谐波分量呈现的阻抗很大，因而输出电压很高。利用Uzh2实现二次谐波的制动。

其中，可通过R2调节二次谐波分量的制动效果。执行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

总制动回路总制动电压：Uzh=Uzh1+Uzh2其中:Uzh1—外部故障时，

Uzh1起主要制动作用Uzh2—空载合闸时，

Uzh2起主要制动作用

工作回路由DKB3、L1、C1、BZ3、C5、和R3

构成50Hz的串联谐振回路

该回路对基波分量的电压具有最大的输出，而对不平衡电流中的非周期分量和高次谐波分量起滤波作用。输出电压Ug为工作电压。

其中，可通过R3改变起动电流的大小。执行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

执行回路

反应于Uzh和Ug幅值比较的结果而动作。因此，可采用高灵敏度的极化继电器、晶体管直流放大器或运算放大器构成的电平检测器等来实现。v

继电器的工作特点

正常运行及外部故障

∵

DKB1的二次电压正比于变压器一次侧的电流；Uzh1很大。

又

∵

DKB3仅反应于差动回路中的不平衡电流。Ug很小。不会误动。执行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3v

继电器的工作特点

励磁涌流的作用

励磁涌流作用时只在变压器的一侧有电流，DKB1（半边），DKB2和DKB3的一次线圈中流过相同的电流。

∵励磁涌流中含有很大的二次谐波分量；Uzh2很大。不会误动。执行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3v

继电器的工作特点

双侧电源保护范围内部故障Uzh1、Uzh2都很小，而Ug的数值正比于内部故障的短路电流，数值很大，