第6章-电力变压器保护1资料

第6章-电力变压器保护1资料第一页，共78页。第六章电力变压器保护2第二页，共78页。第六章电力变压器保护6.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态（一）变压器内部故障油箱内故障： 绕组相间、匝间短路、绕组接地（绕组和外壳短路）铁芯烧损。油箱外故障： 套管和引出线上发生相间和接地故障。本质上讲，油箱外的故障已经不是变压器本身的故障，但按照继电保护配置及保护区域的划分原则，上述区域的故障属于变压器保护的保护范围，所以归入变压器故障。3第三页，共78页。第六章电力变压器保护6.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态（二）变压器不正常运行方式外部短路引起的过电流外部接地引起的过电流和中性点过电压过负荷、过励磁、油面降低，冷却系统故障4第四页，共78页。第六章电力变压器保护6.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态

变压器油箱内部故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。因此，变压器保护分为电量保护和非电量保护两种。5第五页，共78页。第六章电力变压器保护6.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态（三）变压器保护的分类和配置分类非电量保护：瓦斯保护电量保护：（根据变压器容量及电压等级来配置）保护配置主保护：差动保护、电流速断保护、瓦斯保护后备保护：过电流保护，零序过电流，零序过电压等。6第六页，共78页。瓦斯保护

变压器在运行中，由于内部故障，有时候我们无法及时辨别和采取措施，容易引起一些事故，采取瓦斯继电器保护后，一定程度上避免了类似事件的发生。7第七页，共78页。

瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。8第八页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理电流纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要其他元件配合，就可以无延时的切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛地用作变压器的主保护。9第九页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理

10第十页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理11第十一页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理12第十二页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时一次电流的关系为：正常运行和变压器外部故障时，差动电流为零，保护不会动作；13第十三页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时一次电流的关系为：变压器内部故障时，变压器内部多了一个故障支路，流入差动继电器的差动电流等于故障点电流，只要故障点电流大于差动继电器动作电路，差动保护就能迅速动作。14第十四页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理实际电力系统都是三相变压器，并且通常采用Yd11的接线方式，这样的接线方式造成了变压器一、二次侧电流的不对应。15第十五页，共78页。

如果此时，仍采用上述对单相变压器的差动继电器接线方式，将一、二次侧电流直接引入差动保护，则会在继电器中产生很大的差动电流。

可以通过改变纵差动保护的接线方式消除这个电流，就是将引入差动继电器的星形侧电流也采用两相电流差即可。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理16第十六页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理17第十七页，共78页。

由于星形侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增加了倍，为了保证正常运行及外部故障时差动回路没有电流，该侧电流互感器的变比也要相应地增大倍，即两侧电流互感器变比应满足：6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理18第十八页，共78页。

变压器纵差动保护中，变压器两侧采用不同的接线方式：三角形侧直接将各相电流接入差动继电器，星形侧将两相电流差接入差动继电器内。对于模拟式的差动保护一般采用上述接线方式，对于数字式的差动保护，一般仍将星形侧的三相电流直接接入保护装置，计算机软件完成差动电流的计算，以简化接线。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理19第十九页，共78页。

电力系统中常常采用三绕组变压器，其纵差动保护原理和双绕组变压器是一样的。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理三绕组变压器纵差动保护接线单相示意图20第二十页，共78页。1.电流互感器的计算变比与实际变比不同

变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产品目录来选择的标准变比，很难满足6.2.2变压器差动保护的不平衡电流及解决措施克服措施：对不平衡电流进行补偿数字式保护电磁式保护中间变流器＋平衡线圈＋整定21第二十一页，共78页。2.由变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流3.两侧电流互感器传变误差产生的不平衡电流带负荷调压分接头变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就改变了nT，出现不平衡差流。克服措施:整定时增大动作电流门槛值。变压器两侧电流互感器的型号不同，磁化特性差别较大。克服措施:尽量选择特性相同的互感器，并满足10％误差曲线，整定时增大动作电流门槛值；增大电流互感器变比；减小互感器二次负载，1）稳态不平衡电流22第二十二页，共78页。外部故障时，短路电流中还含有非周期暂态分量，导致不平衡电流的瞬时值较短路稳态情况下大。克服措施:速饱和中间变流器。2）暂态不平衡电流外部短路时：暂态过程中BLH二次侧感应出的电流很小,保护不易动作。内部短路时：暂态过程中保护也不易动作。只有等暂态非周期分量消失后，保护才能正常动作。延长了故障切除时间。应用：只宜于在中小容量的主设备上使用。23第二十三页，共78页。4.变压器励磁涌流产生的不平衡电流励磁涌流：当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁电流（数值可达额定电流的6～8倍）,造成的不平衡电流很大。保护可能误动。产生原因:铁芯中的磁通不能突变。24第二十四页，共78页。1、数值很大，含有很大的非周期分量。2、含有很大的二次谐波分量，一般大于基波分量的20%。3、励磁涌流的波形中有间断，间断角度α一般大于60°。励磁涌流闭锁。励磁涌流的特征：克服措施:1）采用具有速饱和中间变流器2）二次谐波制动3）间断角鉴别25第二十五页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.3变压器纵差动保护的整定计算原则原则之一：按躲过外部短路故障时的最大不平衡电流整定

可靠系数取1.3最大不平衡电路的计算26第二十六页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.3变压器纵差动保护的整定计算原则原则之一：按躲过外部短路故障时的最大不平衡电流整定

27第二十七页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.3变压器纵差动保护的整定计算原则原则之二：按躲过变压器最大励磁涌流整定可靠系数取1.3-1.5；若保护具有励磁涌流识别闭锁差动保护功能，则不必考虑这一整定原则28第二十八页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.3变压器纵差动保护的整定计算原则原则之三：按躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流可靠系数取1.3；变压器最大负荷电流，在最大负荷电流不确定时，可取变压器的额定电流。变压器某侧电流互感器二次侧回路断线时，另一侧电流互感器二次侧电流全部流入差动继电器中，要引起保护的误动。29第二十九页，共78页。6.2变压器纵差动保护6.2.3变压器纵差动保护的整定计算原则灵敏度校验

为各种运行方式下变压器保护区内部故障时，流经差动继电器的最小差动电流灵敏系数一般不应低于2动作时间：由于差动保护不存在于其他保护的配合问题，可以独立判别区内和区外故障，故而动作时间为030第三十页，共78页。思考1：变压器可能发生哪些故障和不正常运行状态？它们与线路相比有何异同？

31第三十一页，共78页。思考1：变压器可能发生哪些故障和不正常运行状态？它们与线路相比有何异同？变压器故障可以分为油箱外和油箱内两种故障，油箱外得故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。变压器的不正常运行状态主要有变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起的冷却能力下降等。此外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件的过热。油箱外故障与线路的故障基本相同，都包括单相接地故障、两相接地故障、两相不接地故障和三相故障几种形式，故障时也都会出现电压降低、电流增大等现象。油箱内故障要比线路故障复杂，除了包括相间故障和接地故障外，还包括匝间故障、铁芯故障等，电气量变化的特点也较为复杂。32第三十二页，共78页。思考2：变压器差动保护中的不平衡电流和差动电流在概念上有何区别和联系？

33第三十三页，共78页。思考2：变压器差动保护中的不平衡电流和差动电流在概念上有何区别和联系？差动电流指被保护设备内部故障时，构成差动保护的各电流互感器的二次电流之和（各电流互感器的参考方向均指向被保护设备时）。不平衡电流指在正常及外部故障情况下，由于测量误差或者变压器结构、参数引起的流过差动回路电流。34第三十四页，共78页。第六章电力变压器保护6.2.4具有制动特性的差动继电器

（一）变压器外部故障时不平衡电流和故障电流的关系理论分析结果（不考虑涌流影响）实测的不平衡电流35第三十五页，共78页。6.2.4具有制动特性的差动继电器

（一）变压器外部故障时不平衡电流和故障电流的关系

如果按照躲过最大不平衡电流整定，则动作定值要高于图中a点的不平衡电流，造成差动保护对区内故障的灵敏度大大降低。如果根据故障电流大小调整动作门槛，只需要动作曲线位于不平衡电流曲线上方即可。36第三十六页，共78页。6.2.4具有制动特性的差动继电器

（二）具有制动特性的差动继电器37第三十七页，共78页。6.2.4具有制动特性的差动继电器

（二）具有制动特性的差动继电器整定制动系数K取0.4-138第三十八页，共78页。6.2.4具有制动特性的差动继电器

（三）具有制动特性的差动继电器区内故障动作行为分析情形之一：两端电源情况，假设取一侧故障电流作为制动电流假设两端提供的故障电流相同对应图中曲线1，实际启动电流为39第三十九页，共78页。第六章电力变压器保护6.2.4具有制动特性的差动继电器

（三）具有制动特性的差动继电器区内故障动作行为分析情形之二：一端电源情况，假设取负荷侧电流作为制动电流无制动，实际启动电流为40第四十页，共78页。第六章电力变压器保护6.2.4具有制动特性的差动继电器

（三）具有制动特性的差动继电器区内故障动作行为分析情形之三：一端电源情况，假设取电源侧电流作为制动电流差动电流和故障电流关系对应图中曲线2，实际启动电流为41第四十一页，共78页。第六章电力变压器保护6.2.4具有制动特性的差动继电器

（三）具有制动特性的差动继电器区内故障动作行为分析情形之四：重负荷情况下内部弱故障，假设取电源侧电流作为制动电流差动电流不变，负荷电流的存在使得制动电流有所增大，动作特性对应图中曲线2’，实际启动电流率大于42第四十二页，共78页。6.2.4具有制动特性的差动继电器

（三）具有制动特性的差动继电器区内故障动作行为分析小结：采用制动特性后差动保护内部故障的实际启动电流近似为，远小于最大不平衡电流，所以制动特性大大提高了差动保护内部故障的灵敏度制动电流应采用负荷侧或弱电源侧的电流43第四十三页，共78页。6.2.4具有制动特性的差动继电器

（四）制动电流的选取选取原则：外部故障时制动电流应近似等于穿越的故障电流内部故障时制动电流应尽可能的小，有利于提高内部故障的灵敏度44第四十四页，共78页。6.2.4具有制动特性的差动继电器

（四）制动电流的选取工程上常用的制动电流选取方法平均电流制动复式制动标积制动45第四十五页，共78页。6.2.4具有制动特性的差动继电器

（四）制动电流的选取对于绕组变压器，工程上常用的制动电流选取方法最大侧电流制动复式制动46第四十六页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.1变压器的励磁涌流以单相变压器为例变压器绕组感应电压和磁通之间关系式为空载合闸时，加在变压器的电压为解得铁芯中磁通的表达式为47第四十七页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.1变压器的励磁涌流由于铁芯中的磁通不能突变，所以考虑到变压器的剩磁作用时，有由此可得其中为合闸时刻铁芯中的剩磁，其大小与变压器原先切除时刻有关。48第四十八页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.1变压器的励磁涌流空载合闸时铁芯中磁通的变化曲线49第四十九页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.1变压器的励磁涌流

空载合闸时铁芯中磁通的变化曲线空载合闸时铁芯磁通变化曲线的直流分量与合闸时刻及剩磁大小和方向有关合闸初相角为零时，直流分量最大，此时铁芯中磁通的峰值可达到

50第五十页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.1变压器的励磁涌流变压器铁芯磁化曲线如下变压器设计时，其工作磁通接近于其饱和磁通，正常工作时，变压器工作于线性区，励磁电流很小空载合闸时的铁心磁通将远大于其饱和磁通，从而使得励磁电流很大51第五十一页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.1变压器的励磁涌流变压器励磁涌流时电流波形如下在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大小与合闸角有关，合闸角为0和Π时励磁涌流最大。波形完全偏离时间轴的一侧，并且出现间断。涌流越大，间断角越小。含有很大成分的非周期分量，间断角越小，非周期分量越大。含有大量的高次谐波分量，而以二次谐波为主。间断角越小，二次谐波也越小。52第五十二页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.2三相变压器的励磁涌流特点

53第五十三页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.2三相变压器的励磁涌流特点

由于三相电压之间有120°

的相位差，因而三相励磁涌流不会相同，任何情况下空载投入变压器，至少在两相中要出现不同程度的励磁涌流。某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧，变成了对称性涌流。其它两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。对称性涌流的数值比较小。非对称性涌流仍含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无非周期分量。

三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小，但至少有一相比较大。

励磁涌流的波形仍然是间断的，但间断角显著减小，其中又以对称性涌流的间断角最小。但对称性涌流有另外一个特点：励磁涌流的正向最大值与反向最大值之间的相位相差120°，这个相位差称为‘波宽’，显然稳态故障电流的波宽为180°54第五十四页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.3防止励磁涌流引起误动的方法采用速饱和中间变流器（逐渐淘汰）二次谐波制动的方法间断角鉴别的方法

55第五十五页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.3防止励磁涌流引起误动的方法

二次谐波制动的方法二次谐波制动方法是根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点，当检测到差点流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器锁闭，以防止励磁涌流引起误动。采用这种方法的保护称为二次谐波制动的差动保护。动作判据：

56第五十六页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.3防止励磁涌流引起误动的方法通过前述分析，三相励磁涌流中至少一相励磁涌流二次谐波含量较高，近年来广泛采用的是“三相或门制动”方案，即三相差动电流中只要有一相的二次谐波含量超过制动比K2，就将三相差动继电器全部闭锁。

57第五十七页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.3防止励磁涌流引起误动的方法但是，变压器内部故障时，测量电流中的暂态分量也可能存在二次谐波，若二次谐波含量超过K2，差动保护也将被闭锁，一直等到暂态分量衰减后才能动作。为加快内部严重故障时纵差动保护的动作速度，往往再增加一组不带二次谐波制动的差动继电器，称为差动电流速断保护。差动电流速断保护按照躲过最大励磁涌流整定。

可靠系数取1.3-1.5；58第五十八页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.3防止励磁涌流引起误动的方法

二次谐波制动差动保护总体逻辑框图59第五十九页，共78页。6.3变压器励磁涌流及鉴别方法6.3.3防止励磁涌流引起误动的方法

间断角鉴别方法由前述对励磁涌流分析可知，励磁涌流的波形中会出现间断角，而变压器内部故障时流入差动继电器的稳态差点流是正弦波，不会出现间断角。间断角鉴别方法就是利用这个特征鉴别励磁涌流和故障电流，即通过检测差动电流是否存在间断角，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。60第六十页，共78页。第六章电力变压器保护

变压器后备保护的作用防止外部故障引起的变压器过电流作为相邻元件（母线和线路）的后备保护作为变压器内部故障的时差动保护等主保护的后备6.4变压器相间短路的后备保护

61第六十一页，共78页。6.4变压器相间短路的后备保护

常用的后备保护方式：过电流保护低电压启动的过电流保护复合电压启动过电流保护负序过电流保护、阻抗保护62第六十二页，共78页。6.4.1过电流保护变压器过电流保护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。6.4变压器相间短路的后备保护

63第六十三页，共78页。6.4.1过电流保护整定原则：躲开变压器可能出现的最大负荷电流可靠系数取1.2-1.3返回系数取0.85-0.95变压器可能出现的最大负荷电流6.4变压器相间短路的后备保护

64第六十四页，共78页。6.4.1过电流保护最大负荷电流的确定考虑以下因素

对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器后，其他变压器由于负荷转移出现的过负荷

对降压变压器，还应考虑电动机自启动时的最大电流动作时间和灵敏度的校验同线路过电流保护

6.4变压器相间短路的后备保护

65第六十五页，共78页。6.4变压器相间短路的后备保护

6.4.2低电压启动过电流保护

按躲过最大负荷电流原则整定的过电流保护启动电流较大，灵敏度低。为提高其灵敏度，可以采用低电压启动的过电流保护。66第六十六页，共78页。6.4变压器相间短路的后备保护

6.4.2低电压启动过电流保护电流元件和电压元件同时动作后，启动时间继电器，经过预定时间后跳闸。低电压启动的过电流保护原理接线图67第六十七页，共78页。6.4变压器相间短路的后备保护

6.4.2低电压启动过电流保护过电流元件整定：只需躲过正常负荷电流即可68第六十八页，共78页。6.4变压器相间短路的后备保护

6.4.2低电压启动过电流保护

低电压元件整定：按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定按躲过电动机自启动时的电压整定低压侧互感器供电高压侧互感器供电

69第六十九页，共78页。6.4变压器相间短路的后备保护

6.4.2低电压启动过电流保护电流元件灵敏度校验同线路过电流保护

电压元件灵敏度校验按下式计算其中：灵敏度校验点发生三相金属性短路时，保护安装处感受到的最大残压。动作时间的整定同输电线路过电流保护

70第七十页，共78页。6.4变压器相间短路的后备保护

6.4.3复合电压启动过电流保护为提高不对称故障时，过电流保护灵敏度，系统中通常采用复合电压启动过电流保护。它将原来的三个低电压继电器改由一个负序过