三、变压器保护

2023/2/52023/2/52023/2/5第一节变压器常见故障、不正常运行状态及保护配置

一、变压器常见故障、不正常运行状态

内部故障：绕组相间短路、单相接地短路、匝间短路。外部故障：绝缘套管及引出线各种相间短路、单相接地短路。

变压器不正常运行状态：过负荷、油箱漏油造成的油面降低、表面油温过高、外部短路引起的过电流、电压升高或频率降低引起的变压器过励磁。2023/2/5变压器保护配置（WBH-820A系列

RCS-9600系列）电量保护1、比率差动保护比率制动式差动保护是变压器的主保护。能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障。2、差动速断保护当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口。3、差流越限告警正常情况下监视各相差流，如果任一相差流大于差流越限定值(一般设为最小动作电流的1/2)，经延时起动告警继电器。4、TA断线判别：判断TA断线5、过电流保护:外部相间短路引起的变压器过电流

6、接地保护:反映变压器及相邻元件的接地故障7、过负荷保护:反映变压器对称过负荷8、过励磁保护:反映变压器过励磁2023/2/5非电量保护设有：重瓦斯、调压重瓦斯、轻瓦斯告警调压轻瓦斯温度保护、油位高、油位低、压力释放、风冷消失；非电量插件独立完成非电量跳闸，在CPU停用或保护电源消失时仍能正确动作。2023/2/5关于变压器瓦斯保护基本原理：它是反应油箱内部所产生的气体或油流而动作。作用：反应变压器油箱内的各种故障以及油面降低测量元件：瓦斯继电器出口方式：重瓦斯:跳开变压器各侧断路器(定值：流速一般整定为0.6-1m/s,对于强迫油循环的变压器整定为1.1-1.4m/s)轻瓦斯：发信号（定值：气体容积250±10%cm3)2023/2/5瓦斯继电器安装示意图2023/2/5

二、原理接线

2023/2/5优点：可以反映变压器油箱内所有的故障,特别是匝间短路,当差动不能动作时,也一样可以动作.瓦斯保护还具有动作迅速、灵敏度高、接线简单等优点。瓦斯保护的主要缺点:不能反应变压器套管及引出线的故障，所以不能作为变压器内部故障的唯一保护。主要是：

存在误动情况。2023/2/5轻瓦斯保护动作，通常有下列原因：

(1)因进行滤油、加油和启动强油循环装置而使空气进入变压器。

(2)因温度下降或漏油致使油面缓慢下降。

(3)因变压器轻微故障而产生少量气体。

(4)由于区外穿越性短路电流的影响。

(5)因直流回路绝缘破坏或触点劣化引起的误动作。

(6)油枕至气体继电器间油道阀门不慎关闭，变压器油箱内油不能通过油枕调节而导致信号误动作。

2023/2/5重瓦斯保护动作，通常有下列原因：

(1)变压器内部发生严重故障；

(2)油面剧烈下降；(3)二次回路故障或接点损坏；

(4)大量空气吸入本体内，造成重瓦斯保护误动。（5）外部发生穿越性故障（6）强烈的震动2023/2/5瓦斯保护的投切原则：1、变压器运行时，装置应接信号和跳闸。2、有载调压分接开关的瓦斯保护应接跳闸。3、变压器在运行中滤油、补油、或更换净油器的吸附剂时，应将其重瓦斯改接信号。4、当油位计的油面异常升高或呼吸系统有异常现象，需要打开放气或放油阀门时，应先将重瓦斯改接信号。2023/2/5关于变压器纵差动保护（1）比率制动式差动保护：比率制动+CT断线闭锁+二次谐波制动跳各侧断路器，发动作信号（2）差流速断保护：跳各侧断路器，发动作信号2023/2/5一、基本原理2023/2/5差动保护的投切原则：1、新变压器在新投入充电时，差动保护应投入跳闸位置。在充电无异常后，应将差动保护撤出，做六角图检测，相位，极性无异常后，方可投入跳闸。2、差动保护二次回路上有工作时，应将差动保护撤出运行。3、如确属差动保护误动作，将主变压器跳闸，可将差动保护退出，先行试送主变压器，并对差动保护回路进行检查、处理。2023/2/5二、变压器纵差保护特殊问题——引起不平衡电流增大的因素变压器高、低压侧接线组别不同变压器空载投入时的励磁涌流带负荷调压的变压器运行中改变分接头电流互感器计算变比与实际变比不同两侧电流互感器型号不同2023/2/5

关于接线组别：三相变压器的接线组别不同，其两侧的电流相位关系也不同，即使互感器二次电流大小相等，也会在差动回路产生不平衡电流。常规解决措施：相位补偿微机保护中：一般将变压器各侧互感器的二次绕组全接成星形，其相位差，用软件进行Y／△自动校正。采用全星形接线方式对减小电流互感器的二次负荷和改善电流互感器的工作性能有很大好处。

2023/2/5

1、数值补偿和相位补偿

变压器星形侧电流互感器按三角形接线。互感器变比为：变压器三角形侧电流互感器按星形接线。互感器变比为：

2023/2/5

2、关于励磁涌流：变压器的励磁电流只流经它的电源侧，正常时一般不超过额定电流的3-5%。外部故障时由于电压降低，其影响更小；但在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁涌流，可能导致保护误动。励磁涌流的特点：

1、含有很大的非周期分量

2、含有大量的高次谐波，其中二次谐波比重大

3、波形削去负波之后将出现间断措施：1、比率制动

2、二次谐波制动

3、鉴别波形间断角制动

4、波形对称识别2023/2/5（1）和差式比率制动的差动保护原理（双绕组变压器）差动电流Ìd=∣ÌH+ÌL∣（ÌH、ÌL分别为变压器高低两侧电流）

制动电流Ìr=∣ÌH-ÌL∣∕2区外故障ÌH=-ÌL，此时Ìr达到最大，而Ìd为最小值，保护不动区内故障ÌH和ÌL相位一致，Ìr为最小，而Ìd达到最大值，保护将灵敏动作。3、关于比率制动式的差动保护原理2023/2/5（2）关于复式比率制动的差动保护原理（三圈变压器）

差动电流Ìd=∣ÌH+ÌM+ÌL∣（ÌH，ÌM，ÌL分别为变压器高中低三侧电流）制动电流Ìr=∣Ìd-（∣ÌH∣+∣ÌM∣+∣ÌL∣）内部故障时：Ìr近似为0无制动量，保护灵敏动作外部故障时：Ìr很大，具有制动作用，保护不动。

K为复式比率制动系数。K=Ìd/Ìr（定值一般取0.4-0.7），当大于定值时动作。A、内部故障时，K很大，满足K大于定值，保护动作。

B、外部故障时，K很小，小于定值，这样装置不动。

2023/2/53、二次谐波制动：当变压器空载投入（差动区内无故障）或差动区外故障切除后的恢复时间，均会产生励磁涌流，最大值可达（6-8）Ie。它含有大量的二次谐波.判据：引入：K21=I2/I1（K21一般取15%左右，判断是否大于整定值，大于则制动差动保护）。取三相差动电流中二次谐波最大值，作为按相制动的判据。2023/2/5传统二次谐波判据的问题三相闭锁：A相二次谐波越限B相二次谐波越限C相二次谐波越限或门

闭锁三相

C相空投如有故障，要被制动！

如果空投时某相存在故障，而此时如果其他相满足制动条件，故障相被制动而延长了故障切除时间2023/2/5WBH-800装置采用综合判别，满足即闭锁三相为三相中最大的二次谐波为三相中最大的基波空投正常变压器：等效于传统二次谐波判据，可靠闭锁保护带故障空投变压器：三相最大二次谐波电流远小于故障相电流基波含量，它们的比值不可能大于K2，可靠开放保护2023/2/54、差流速断：当变压器严重内部故障时，短路电流可能会使CT饱和，使二次电流发生畸变，产生一定的二次谐波，当二次谐波大于一定值时，有可能被二次谐波制动，造成该动时拒动的严重后果，因此引入差流速断，其实质是反应差动电流的过电流保护，其定值较大，一般为（3-8）Ie。用以保护在变压器内部发生严重故障时，快速动作于跳闸。动作时间一般小于15ms.2023/2/5其中：Id为动作电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流起动值，Kbl为比率差动制动系数，Ie为变压器的额定电流，图中阴影部分为保护动作区。2023/2/5

1、比率制动部分是用于防止外部短路时，由于不平衡电流影响而造成误动作。2、二次谐波制动部分的作用，是防止变压器空载投入时出现励磁涌流而造成保护误动作。3、差动电流速断部分作用，防止变压器内部发生严重故障时，差动元件拒动，从而加快切除故障。2023/2/52023/2/52023/2/5（二）后备保护1、复合电压闭锁（方向）过流保护（1）、复合电压正序低电压（对称）负序过电压（不对称）（0.06-0.12）Ue目的：提高保护的灵敏度。

复合电压元件:U2>U2OP

U<UOP过流元件：I>IOP2023/2/5（2）、方向问题采用相间方向元件,算法按900

接线方式（线电压、相电流）方向元件正方向：从变压器流向母线的方向为正。保护装置的工作原理当发生对称短路时，由于电压下降，使低电压元件动作；当发生不对称短路（如两相短路）时，由于负序电压的产生，使负序电压元件动作，且短路相相应的电流元件及方向元件动作，于是整组保护动作，将变压器的断路器跳闸。2023/2/5逻辑图2023/2/5PT断线判据如下：a)正序电压U1小于30伏，而任一相电流大于0.06In；b)负序电压大于8伏；满足上述任一条件后延时10秒报母线PT断线，发出装置异常报警BJJ，待电压恢复保护也自动恢复正常。在断线期间，根据整定控制字选择是退出经方向或复合电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消方向和复合电压闭锁。当各段复压过流保护都不经复压闭锁和方向闭锁时，不判PT断线。2023/2/5变压器的过负荷保护过负荷报警装置采用单相式，取三相最大电流作为判别，过负荷动作后给出一付过负荷报警接点，并报运行异常信号(BJJ动作)。过负荷保护的动作时限，应比过电流保护的最大时限增加一个时限阶差△t.对数台并列运行或单台运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护；对三圈变压器，保护装置应能反映各侧过负荷的情况。2023/2/5变压器的接地保护

零序电流保护：变压器中性点接地时的接地保护。间隙零序过流保护：变压器中性点经放电间隙接地时的接地保护。零序过电压保护：变压器中性点不接地时的接地保护。2023/2/5零序保护的配置原则：1、在中性点直接接地的110KV及以上电力网中，当低压侧有电源的变压器中性点直接接地运行时，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。2、零序电流保护可由两段组成，每段应各带两个时限，并均以较短的时限动作于缩小故障影响范围，以较长的时限有选择性地断开变压器各侧断路器。3、双线圈及三线圈变压器的零序电流保护应接到中性点引出线上的电流互感器上。4、对高压侧为单电源，低压侧无电源的降压变压器，不宜装设专门的零序保护。2023/2/5零序保护程序逻辑：1、中性点直接接地保护方式：采用两段式零序电流保护（带方向或不带方向，正方向指向母线）零序功率方向元件

3U0=UA+UB+UC

3I0=IA+IB+IC

由两段式的零序电流构成，每段设两个时限，每段动作后都以较短时限跳母联或分段断路器；以较长时限跳高压侧或全跳断路器。2023/2/52023/2/52、中性点可能接地也可能不接地运行变压器的接地保护对于中性点可能接地也可能不接地运行的每台变压器，其接地保护需配置两套，一套作为中性点接地运行方式时的接地保护，另一套用于中性点不接地运行方式时的接地保护。中性点接地运行方式时的接地保护通常采用两段式零序过电流保护，而中性点不接地运行方式时的接地保护，通常采用零序过电压保护。这种接地保护的整定计算、动作时限等与变压器中性点绝缘水平、过电压保护方式及并联运行的变压器台数有关。2023/2/5

(1)全绝缘变压器的接地保护：对于中性点可能接地也可能不接地运行的全绝缘变压器，当有数台并列运行时，要求其接地保护的动作行为是，保护动作后应先切除中性点接地运行的变压器，后切除中性点不接地运行的变压器。2023/2/52023/2/5当变压器所连接的系统发生单相接地故障时，对中性点接地运行变压器，利用两段式零序过电流保护中的较短时限t1，跳开母线联络(或分段)断路器，以较长时限t2。跳开高压侧(或各侧)断路器；对中性点不接地运行变压器，利用零序过电压保护经预定延时t3后跳开中性点不接地变压器各侧的断路器。零序过电压保护的动作电压整定值,按躲过系统失去中性点且发生单相接地故障时所接TV二次开口绕组可能出现的最低电压整定时，一般二次值取180V。其动作时限只需躲过暂态过电压的时限考虑，无需与其他保护配合，通常小于O．3s。2023/2/5(2)分级绝缘且中性点不装设放电间隙的变压器由于分级绝缘变压器中性点处绕组的绝缘水平最低，所以，对于此类变压器接地保护动作行为的要求是，保护动作后应先切除中性点不接地运行的变压器，后切除中性点接地运行的变压器。为此，对于分级绝缘且中性点不装设放电间隙的变压器，其接地保护的配置为两段式零序过电流保护和零序电流闭锁的零序电压保护。两段式零序过电流保护用于中性点直接接地运行方式，零序电流闭锁的零序过电压保护用于中性点不接地运行方式。

2023/2/5