第9章-电力变压器保护

第9章-电力变压器保护.第一页，共69页。泸州职业技术学院继电保护2

教学要求：熟悉变压器保护的配置原则；了解瓦斯保护工作原理；掌握变压器纵差保护工作原理及整定计算方法；掌握变压器相间短路后备保护工作原理及整定计算方法；熟悉变压器接地保护工作原理；理解三绕组变压器后备保护及过负荷保护配置。

第9章电力变压器保护第二页，共69页。泸州职业技术学院继电保护3§9-1电力变压器的故障、不正常工作状态及其保护方式§9-2电力变压器的瓦斯保护§9-3电力变压器的电流速断保护§9-4变压器的纵联差动保护§9-5变压器相短路的后备保护和过负荷保护第9章电力变压器保护第三页，共69页。泸州职业技术学院继电保护49.1.1故障类型1.油箱内部绕组的相间短路：三相短路，两相短路绕组的接地短路：中性点接地侧匝间短路2.油箱外部：绝缘套管及引出线上相间短路：三相短路，两相短路接地短路：中性点接地侧§9-1电力变压器的故障、不正常工作状态及其保护方式

第四页，共69页。泸州职业技术学院继电保护5

过负荷外部故障引起的过电流

油面降低

过励磁外部接地短路引起的中性点过电压

冷却系统故障引起的温度升高9.1.2不正常工作状态第五页，共69页。泸州职业技术学院继电保护61.主保护：快速跳各侧QF瓦斯保护：反应油箱内部各种故障或油面降低（轻瓦斯发信号，重瓦斯跳闸）。800KVA及以上油浸式变压器和400KVA及以上车间内油浸式变压器。差动保护或电流速断保护：反应变压器引出线、套管及内部短路故障。（6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器；对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时）。9.1.3保护的配置第六页，共69页。泸州职业技术学院继电保护72.后备保护：反应变压器外部相间短路并作瓦斯保护和纵联差动保护（或电流速断保护）后备的过电流保护。带一定延时，各侧QF不一定完全跳(电源侧）过电流保护（相间短路）零序电流保护（接地短路）3.过负荷保护：反映对称过负荷4.过励磁保护5.温度保护：上层油温监视，自动启动冷却风扇返回9.1.3保护的配置第七页，共69页。泸州职业技术学院继电保护89.2.1工作原理

1.适用：反应油箱内部故障

2.原理：短路→电弧→变压器油及其他绝缘材料分解产生气体→瓦斯继电器动作→瓦斯保护动作

3.构成：瓦斯继电器9.2.2瓦斯继电器

1.作用：反映于气体的继电器

2.安装：位于油箱与油枕之间连接管的中部。连接管坡度（2～4%）：油箱→油枕气流顺利通过；顶盖与水平面坡度（1～1.5%)：防止气泡聚集在顶盖处§9-2电力变压器的瓦斯保护第八页，共69页。泸州职业技术学院继电保护9图9-1第九页，共69页。泸州职业技术学院继电保护10图9-23.结构：浮筒式（已淘汰）——空心浮筒渗油，水银接点抗震性差。浮筒挡板式开口杯挡板式（1）结构：上部——开口杯；下部——金属挡板上附磁铁（可绕轴转动）干簧接点（两对）。第十页，共69页。泸州职业技术学院继电保护11（2）工作原理：

a、正常运行：开口杯上浮→挡板下降（重力作用）→磁铁远离干簧接点，不动作；

b、轻微故障：油箱内部发生轻微故障时，产生少量气体集聚在瓦斯继电器上部，从而使开口杯向下运动，轻瓦斯接点接通，发轻瓦斯信号；

c、严重故障：油箱内部发生严重故障时，产生大量气体，冲动档板，重瓦斯接点接通，动作于跳闸。（3）特点：抗震性能好9.2.2开口杯挡板式瓦斯继电器第十一页，共69页。继电保护12

为了防止瓦斯继电器接点跳跃闭合，出口中间继电器加自保持：BCJ（KOM）电压线圈起动，电流线圈保持。9.2.3瓦斯保护接线：图9-3第十二页，共69页。泸州职业技术学院继电保护13优点：能反应油箱内部各种故障；动作迅速，灵敏性高，接线简单；缺点：变压器引出线及变压器与断路器之间联线发生故障，不动作；不能单独作为变压器的主保护。返回9.2.4瓦斯保护特点第十三页，共69页。泸州职业技术学院继电保护149.3.1适用：2000kVA以下变压器反映变压器电源侧引出线、套管及绕组的相间短路与重瓦斯保护配合作为主保护9.3.2安装：主电源侧9.3.3缺点：只可切除变压器电源侧及油箱内部发生的各种故障；负荷侧套管及引出线相间短路保护不到，只能由后备保护动作。§9-3电力变压器的电流速断保护第十四页，共69页。泸州职业技术学院继电保护159.3.4整定原则：

（1）大于负荷侧母线短路最大短路电流（2）大于励磁涌流9.3.5灵敏系数：

Klm≥2，否则，应装设纵联差动保护9.3.6原理接线：三相式完全星形接线返回§9-3电力变压器的电流速断保护第十五页，共69页。泸州职业技术学院继电保护169.4.1变压器纵差保护的基本原理

1.工作原理：是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。

2.原理接线：按正常时“环流接线”

3.工作原理：图9-4正常或区外短路：

Ij=IⅠ2-IⅡ2=0（Ibp)KD（CJ）不动区内短路：Ij=IⅠ2+IⅡ2=（IⅠ1+IⅡ1）/nTA

=IK/nTA

KD（CJ）动作→同时跳两侧QF,切除故障。§9-4变压器的纵联差动保护第十六页，共69页。泸州职业技术学院继电保护17图9-4变压器差动保护单相原理接线图

图9-5变压器差动保护内部故障时单相原理接线图

第十七页，共69页。泸州职业技术学院继电保护18

（不平衡电流产生的因素及其防止措施）1.由变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流（1）原因：Y/Δ-11变压器接线形式原、副边电流相位差300（Ibp）：图9-6（2）克服措施：采用“相位补偿接线”变压器：Y侧Δ侧

TA接成：ΔY（3）变比选择：Y接TA变比——nTA（Y）=

Δ侧TA变比——nTA（Δ）=实际上选一个接近和稍大于计算值的标准变比9.4.2变压器差动保护的特点第十八页，共69页。泸州职业技术学院继电保护19图9-6Y，d11接线变压器差动保护接线图和相量图第十九页，共69页。泸州职业技术学院继电保护20当采用微机保护时，用程序的方法进行。变压器星形侧相位补偿式：9.4.2变压器差动保护的特点第二十页，共69页。泸州职业技术学院继电保护21（1）励磁电流:变压器空载合闸（副边开路，原边投入电网称空载合闸）时的暂态励磁电流，只存在变压器电源侧。（2）产生原因：铁心严重饱和，变压器磁通不能跃变：图9-7（3）涌流的特点①幅值大（6～8）Ie.T②含大量的直流分量③含大量的二次谐波分量④波形有间断2.由变压器励磁涌流引起的不平衡电流

第二十一页，共69页。泸州职业技术学院继电保护22图9-7（4）克服涌流的措施①接入速饱和变流器：图9-8

②采用以二次谐波制动原理构成的纵联差动保护装置。③采用鉴别波形间断角原理构成的差动保护④采用差动电流速断保护。2.由变压器励磁涌流引起的不平衡电流

第二十二页，共69页。泸州职业技术学院继电保护232.由变压器励磁涌流引起的不平衡电流

第二十三页，共69页。泸州职业技术学院继电保护243.由电流互感器计算变比与实际变比不等产生的不平衡电流

电压侧115KV（Y）10.5KV（△）额定电流（A）TA接线方式△YTA计算变比TA实际变比差动臂电流（A）不平衡电流（A）4.55-4.32=0.23第二十四页，共69页。泸州职业技术学院继电保护25克服措施：1.采用自耦变流器:图9-9（a）

2.引入平衡绕组，利用磁势平衡的原理抵消不平衡电流：图9-9（b）

I2Y（LD+Lbal1）=I2△（LD+Lbal2）磁势平衡：φ∑=0，二次线圈L2中不会产生感应电势。

定基本侧：二次电流大者3.由电流互感器计算变比与实际变比不等产生的不平衡电流

第二十五页，共69页。泸州职业技术学院继电保护26图9-9不平衡电流的补偿（a）用自耦变流器（b）用差动继电器中平衡线圈第二十六页，共69页。泸州职业技术学院继电保护274.由变压器各侧TA型号不同引起的不平衡电流

克服措施：提高保护整定值引入同型系数Ktx相同：0.5不同：1.05.由变压器调压分接头改变引起的不平衡电流

克服措施：提高保护整定值9.4.2变压器差动保护的特点第二十七页，共69页。泸州职业技术学院继电保护28

Ibp.max=（Ktx.10%+ΔU+Δf）Id.max/nTA其中：10%—电流互感器容许的最大相对误差；

Ktx—电流互感器的同形系数，取1（0.5）；

ΔU—由变压器带负荷调压所引起的相对误差，取电压调整范围的一半；取0.05

Δf—由所采用互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不同时，所引起的相对误差，初算时取0.05；

Id.max/nTA—保护范围外最大短路电流归算到二次侧的数值。9.4.3不平衡电流的计算第二十八页，共69页。泸州职业技术学院继电保护29第二十九页，共69页。泸州职业技术学院继电保护309.4.4带加强型速饱和变流器的差动继电器（BCH-2）第三十页，共69页。泸州职业技术学院继电保护311.构成:图9-10(1)采用速饱和变流铁心(2)SB=2SA=2SC(3)A柱：Lk″(Wd″)B柱：Ld(Wcd)Lbal1(Wph.1)

Lbal2(Wph.2)Lk′(Wd′)C柱：L2(W2)→KA(LJ)9.4.4带加强型速饱和变流器的差动继电器（BCH-2）第三十一页，共69页。泸州职业技术学院继电保护32图9-11短路线圈内部接线图

A1-A2B1-B2C1-C2D1-D2Lk″=2Lk第三十二页，共69页。泸州职业技术学院继电保护332.工作原理:图9-10

通过C柱的磁通φc在L2中产生感应电势，形成电流，当电流达电流继电器KA的动作电流时，继电器KA动作。

→去磁

↓助磁（1）区内故障：

Id（非周期分量衰减快）→周期分量大即Ld中通入周期分量电流时，且Lk″=2Lk′

则即短路线圈的助磁和去磁作用相等故φC=φd.BC

相当于短路线圈不起作用此时继电器动作安匝数为：AW0=60±4安匝=LD.z.Idz.j9.4.4带加强型速饱和变流器的差动继电器（BCH-2）第三十三页，共69页。泸州职业技术学院继电保护342.工作原理:图9-10（2）区外故障或励磁涌流：

Ibp→非周期分量大即Ld中通入含有直流分量电流时铁心速饱和→φd.BC↓→φc↓→Ij↓

Lk″-Lk′：φk.AC↓↓＜φk.BC↓

即助磁小于去磁作用

φc↓↓→Ij↓↓9.4.4带加强型速饱和变流器的差动继电器（BCH-2）第三十四页，共69页。353.双绕组变压器纵差动保护单相接线图9-11第三十五页，共69页。泸州职业技术学院继电保护36a、差动线圈（Ld）与电流互感器二次回路相连，产生差动磁通。b、平衡线圈（Lbal1、Lbal2）是补偿由于变压器两侧电流互感器计算变比与实际变比不同所产生的不平衡电流。c、短路线圈（Lk′、Lk″）的作用是加强继电器躲避磁涌流的能力d、二次线圈（L2）的作用是产生二次电势，使执行元件励磁。

5、特点：

图9-11a、躲励磁涌流能力强：Lk′、Lk″匝数越多，躲励磁涌流能力越强

b、适用于变压器保护4.BCH-2型差动继电器中各线圈的作用如下：图9-11第三十六页，共69页。泸州职业技术学院继电保护379.4.5带制动特性的差动继电器（BCH-1型）

图9-12BCH－1型差动继电器结构原理图

第三十七页，共69页。泸州职业技术学院继电保护381.构成:图9-12(1)采用速饱和变流铁心(2)SB=2SA=2SC(3)A柱：Lres1(Wzh.1)

、L2.1(w2.1)B柱：Ld(Wcd)Lbal1(Wph.1)Lbal2(Wph.2)C柱：Lres2(Wzh.2)

、L2.2(W2.2)→KA(LJ)2.L2与Lres的连接制动线圈Lres→反向串联二次线圈L2→同相串联：差动磁通产生电势为叠加制动磁通产生电势为抵消9.4.5带制动特性的差动继电器（BCH-1型）

第三十八页，共69页。泸州职业技术学院继电保护393.制动特性:图9-13（1）当制动电流为0时，没有制动磁通，最小动作电流Idz.j.0（2）当制动磁通不为0时，产生制动磁通。继电器难动作5.特点：躲不平衡电流能力强；适用于发电机保护。9.4.5带制动特性的差动继电器（BCH-1型）

第三十九页，共69页。泸州职业技术学院继电保护404.BCH－1型继电器构成变压器纵差动保护的单相原理接线图9-14

第四十页，共69页。泸州职业技术学院继电保护419.4.62次谐波制动的变压器纵差动保护图9-15二次谐波制动差动保护逻辑框图第四十一页，共69页。泸州职业技术学院继电保护429.4.7鉴别波形间断角原理的变压器纵差动保护图9-16波形比较制动差动保护逻辑框图第四十二页，共69页。泸州职业技术学院继电保护43【例题】变压器容量为15MVA，35±2×2.5%/6.6KV，Y/△-11，Ud%=0.8，35KV母线短路时归算至平均电压37KV的三相短路电流Id.max=3570A,Id.min=2140A,6KV母线短路时三相短路电流Id.max=9472A,Id.min=7275A,6.6KV最大负荷电流Ifh.max=1000A。进行差动保护的整定计算：Idz,Ld.z，Lbal,Lk

解：1.求变压器各侧的一次额定电流，选择保护用电流互感器变比，求各侧电流互感器的二次回路的额定电流。

取二次回路电流大者为基本侧9.4.8BCH-2型继电器构成的变压器纵差动保护的整定计算第四十三页，共69页。泸州职业技术学院继电保护44电压侧35KV（Y）6.6KV（△）额定电流（A）TA接线方式△YTA计算变比TA实际变比差动臂电流（A）不平衡电流（A）4.37-3.57=0.8取6KV侧为基本侧第四十四页，共69页。泸州职业技术学院继电保护45(1)大于励磁涌流

Idz=KkIe.B=1.3×1312=1706（A）（2）大于外部短路时的最大不平衡电流

Idz=KkIbp.max=Kk（Ktx.10%+ΔU+Δf）Id2.max

=1.3×（1.0×10%+0.05+0.05)×9472=2463(A)（3）大于电流互感器二次回路断线时差动回路的电流

Idz=KkIfh.max=1.3×1000=1300(A)

动作电流取大者：Idz.jb=2463(A)2.计算保护一次动作电流（基本侧)第四十五页，共69页。泸州职业技术学院继电保护463.计算继电器动作电流，确定基本侧工作线圈匝数

取基本侧工作线圈整定匝数：Lg.z=7(匝)

Lg.z=Ld.z+Lbal1

Ld.z=6(匝）Lbal1.z=1（匝）继电器实际动作电流：第四十六页，共69页。泸州职业技术学院继电保护47I2△（Ld+Lbal1.z）=I2Y（Ld+Lbal2.js）取Lbal2.z=3(匝）5.校验继电器平衡线圈匝数整定值与计算值不等引起的相对误差满足要求4.确定非基本侧Lbal2的匝数第四十七页，共69页。泸州职业技术学院继电保护486.确定短路绕组抽头（匝数）初选：C1-C2抽头7.灵敏度校验：结论：Idz.j=8.57ALd.z=6匝Lbal1.z=1匝

Lbal2.z=3匝Lk：C1-C2抽头返回第四十八页，共69页。泸州职业技术学院继电保护49§9-5变压器相短路的后备保护和过负荷保护9.5.1保护作用区外故障：远后备区内故障：近后备9.5.2安装地点一般装于电源侧，动作于跳两侧QF，或按先后秩序跳闸。9.5.3种类过电流保护（降压变压器）Idz1——

灵敏度低带低电压起动的过电流保护Idz2

复合电压起动的过电流保护Idz3

，灵敏度高负序电流及单相低电压起动的过电流保护Idz4

，灵敏度高Idz1>Idz2>Idz3>Idz4

，Klm1<Klm2<Klm3<Klm4第四十九页，共69页。泸州职业技术学院继电保护50

特点：不带电压闭锁，灵敏性低适用：降压变压器安装：电源侧接线：图9-17

大接地电流系统——三相三继电器小接地电流系统——两相两继电器或两相三继电器（用于提高Y/Δ变压器后故障短路时保护灵敏度）9.5.4过电流保护第五十页，共69页。泸州职业技术学院继电保护51图9-17过电流保护原理接线图

第五十一页，共69页。泸州职业技术学院继电保护52图9-18过电流保护展开接线图

第五十二页，共69页。泸州职业技术学院继电保护53动作电流：躲开变压器最大负荷电流（考虑Kzq）（1）并联运行变压器：（2）降压变压器：灵敏度校验：近后备：变压器低压侧母线短路≥1.5～2.0远后备：相邻元件末端短路≥1.2时限：阶梯形的时限原则9.5.4过电流保护第五十三页，共69页。泸州职业技术学院继电保护541.接线：图9-191～3LJ（KA）过电流继电器——完全星形接线

1～3YJ（KV）低电压继电器——相间电压

YZJ（KM）——电压回路断线监视

SJ(KT)——保护选择性

XJ(KS)——保护动作信号

BCJ(KOM)——保护出口9.5.5低电压起动的过电流保护第五十四页，共69页。泸州职业技术学院继电保护55图9-19低电压起动的过电流保护原理接线图

第五十五页，共69页。泸州职业技术学院继电保护56图9-20低电压起动的过电流保护展开接线图

第五十六页，共69页。泸州职业技术学院继电保护572.动作过程：图9-20

（1）正常时：

Ij=Ifh＜Idz.jKA不动作其常开接点断开

Uj=100V＞Udz.jKV不动作其常闭接点断开（2）发生短路时：

Ij=Id＞Idz.jKA动作其常开接点闭合

Uj=Ucy＜Udz.jKV动作其常闭接点闭合→KT线圈带电→延时动作闭合→KOM线圈带电→使QF跳闸→切除故障;同时KS线圈带电动作发信号保护不动作9.5.5低电压起动的过电流保护第五十七页，共69页。泸州职业技术学院继电保护582.动作过程：图9-20

（3）TV二次回路断线时：

KV动作→KM动作发断线信号3.整定计算

电流元件：，少了Kzq,KlmI提高了,电压元件：Udz.j=70VKlmI不满足，采用负序电流保护

KlmU不满足，采用复合电压起动的过电流保护时间元件：t1=t2.max+Δt9.5.5低电压起动的过电流保护第五十八页，共69页。泸州职业技术学院继电保护594.特点引入低电压继电器的作用是：提高保护的灵敏性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5.适用：双侧电源变压器或多台并列运行变压器9.5.5低电压起动的过电流保护第五十九页，共69页。泸州职业技术学院继电保护601.接线：图9-211～3LJ（KA）过电流继电器——完全星形接线

YJ（KV）低电压继电器——相间电压

FYJ（KVN）负序电压继电器——负序电压滤过器

YZJ（KM）——电压回路断线监视

SJ(KT)——保护选择性

XJ(KS)——保护动作信号

BCJ(KOM)——保护出口9.5.6复合电压起动的过电流保护第六十页，共69页。泸州职业技术学院继电保护61图9-21复合电压起动的过电流保护原理接线图

第六十一页，共69页。泸州职业技术学院继电保护62图9-22复合电压起动的过电流保护展开接线图

第六十二页，共69页。泸州职业技术学院继电保护632.动作过程:图9-22（1）正常时：Ij=Ifh＜Idz.jKA不动作其常开接点断开三相电压对称，KVN不动作，其常闭闭合

Uj=100V＞Udz.jKV不动作其常闭