电厂继电保护课件变压器保护

电厂继电保护课件变压器保护第1页，课件共81页，创作于2023年2月[任务]1.针对变压器的故障和异常运行状态配置变压器保护。2.分析变压器纵差保护的原理及后备保护的动作情况。[知识点]1.变压器的故障和异常运行状态，变压器的保护配置。2.变压器纵差保护的基本原理。3.变压器相间短路及接地短路后备保护的构成原理。[目标]1.熟练掌握变压器纵差保护的原理、特点。2.掌握变压器相间短路及接地短路后备保护的作用、原理。第2页，课件共81页，创作于2023年2月6.1变压器的故障不正常运行状态及保护变压器的故障类型油箱内部故障：绕组的相间短路，绕组的匝间短路，中性点直接接地侧绕组的接地短路，铁芯的烧损。油箱外部故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。第3页，课件共81页，创作于2023年2月变压器的不正常运行状态外部短路引起的过电流；过负荷；外部接地短路引起的中性点过压；油面降低；油温升高；过励磁。第4页，课件共81页，创作于2023年2月

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》GB/T14285-2006的规定，针对变压器的故障和不正常运行状态，应装设相应的保护。

变压器应装设的继电保护装置第5页，课件共81页，创作于2023年2月变压器应装设的继电保护装置一般装设以下保护：1.瓦斯保护2.纵差动保护或电流速断保护3.相间短路的后备保护4.接地短路的后备保护5.过负荷保护6.过励磁保护7.其他保护，如冷却器故障、压力释放等第6页，课件共81页，创作于2023年2月配置举例第7页，课件共81页，创作于2023年2月RCS-978变压器保护装置（南瑞公司）第8页，课件共81页，创作于2023年2月PST1200系列数字式变压器保护装置（南自公司）第9页，课件共81页，创作于2023年2月瓦斯保护是变压器的主保护之一。瓦斯保护的主要元件是瓦斯（气体）继电器，安装位置在油箱与油枕的连接导管中。6.2变压器的瓦斯保护

瓦斯继电器油枕油箱第10页，课件共81页，创作于2023年2月第11页，课件共81页，创作于2023年2月QJ-15,50,80（直径）型气体继电器气体继电器的外形：

QJ4-50C型气体继电器第12页，课件共81页，创作于2023年2月下开口杯

上开口杯干簧触点干簧触点平衡锤放气阀探针支架挡板进油挡板永久磁铁永久磁铁FJ3-80型气体继电器的结构图

第13页，课件共81页，创作于2023年2月QJ1-80型气体继电器结构图

罩

顶针

气塞

磁铁开口杯重锤探针开口销弹簧挡板磁铁螺杆干簧触点调节杆

干簧触点套管

排气口

第14页，课件共81页，创作于2023年2月瓦斯继电器结构第15页，课件共81页，创作于2023年2月上开口杯第16页，课件共81页，创作于2023年2月下挡板第17页，课件共81页，创作于2023年2月磁铁及干簧接点第18页，课件共81页，创作于2023年2月气孔及接线柱第19页，课件共81页，创作于2023年2月探针第20页，课件共81页，创作于2023年2月瓦斯保护原理接线图

第21页，课件共81页，创作于2023年2月轻瓦斯动作于信号轻瓦斯动作后应检查变压器油样，判别故障类型、程度重瓦斯动作于跳闸，同时发出信号通常气体容积的整定范围为250～300cm3

一般油流速度整定范围为0.6～1.5m/s

第22页，课件共81页，创作于2023年2月

瓦斯保护的主要优点是结构简单，灵敏性高，能反应变压器油箱内的各种故障。特别是能反应轻微匝间短路。它也是油箱漏油或绕组、铁芯烧损的保护。瓦斯保护不能反应变压器油箱外套管和引出线的故障，需与纵差动保护一起作为变压器的主保护。第23页，课件共81页，创作于2023年2月6.3变压器的纵差动保护

变压器纵差动保护与输电线路纵联差动保护的基本原理相同。6.3.1变压器纵差动保护的基本原理和接线方式KDTA2TA1

核心问题是不平衡电流问题第24页，课件共81页，创作于2023年2月两侧电流的参考方向为母线指向变压器。差动电流:

纵差动保护的动作判据为：

为纵差动保护的动作电流。

第25页，课件共81页，创作于2023年2月

差动电流大于差动继电器的动作电流，保护动作。

变压器正常运行或纵差动保护范围外部故障时，变压器纵差动保护范围内部故障时，差动电流为零，保护不动作；若使基本原理:

第26页，课件共81页，创作于2023年2月6.3.2变压器纵差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方法分析不平衡电流形成原因计算不平衡电流大小整定差动保护动作值躲过不平衡电流影响减小不平衡电流采取措施降低动作值，提高灵敏度第27页，课件共81页，创作于2023年2月变压器差动保护不平衡电流产生的原因有：变压器励磁涌流产生的不平衡电流变压器两侧电流相位不同产生的不平衡电流变压器两侧电流互感器的计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流变压器带负荷调节分接头而产生的不平衡电流

变压器两侧电流互感器的型号不同产生的不平衡电流

第28页，课件共81页，创作于2023年2月1.变压器两侧电流相位不同产生的不平衡电流

对于Y，d11接线的变压器，正常运行时d侧电流超前Y侧电流300，形成不平衡电流。方法1.变压器星形侧的电流互感器接成三角形，三角形侧的电流互感器接成星形。对策：相位补偿将变压器各侧二次电流调整为同相第29页，课件共81页，创作于2023年2月cbaCBAKD1KD2KD3一次电流二次电流一次电流二次电流第30页，课件共81页，创作于2023年2月

一次电流纵差动保护电流相量图二次电流同相Y侧△侧不同相第31页，课件共81页，创作于2023年2月采用相位补偿接线后，对于TA接成三角形的一侧，流入差动臂的电流增加了，应对该侧的TA变比进行修正。变压器星形侧电流互感器变比

变压器三角形侧电流互感器变比

第32页，课件共81页，创作于2023年2月方法2.在保护内部采用软件算法进行相位补偿变压器各侧电流互感器均接成星形。PST1200采用RCS978采用主变Y侧主变△侧主变Y侧主变△侧不变换第33页，课件共81页，创作于2023年2月2.变压器两侧电流互感器的计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流

观察算例：第34页，课件共81页，创作于2023年2月TA变比标准化问题解决方法：电磁型差动继电器（如BCH、DCD系列）：使用平衡绕组Wph,同时在整定时考虑Δf，Δf为平衡线圈选取误差，取0.05微机型变压器保护：软件算法中引入补偿系数平衡二次电流采样值电流二次回路串入自耦变流器，微调二次电流第35页，课件共81页，创作于2023年2月3.变压器带负荷调节分接头而产生的不平衡电流变压器调整分接头时一侧额定电流改变，而另一侧电流不变，产生不平衡电流解决方法：计算变压器额定电流以中间的分接头为准，整定动作电流时考虑调压范围的一半。调压范围的一半最大外部故障电流第36页，课件共81页，创作于2023年2月4.变压器两侧电流互感器的型号不同产生的不平衡电流

TA励磁电流TA误差TA励磁电流差异差动保护不平衡电流不平衡电流经验公式减小措施：在整定计算中考虑。引入同型系数。第37页，课件共81页，创作于2023年2月5.变压器励磁涌流产生的不平衡电流励磁电流属于不平衡电流。正常时，励磁电流较小，2～5％额定电流，整定时很容易躲过。变压器空载合闸或外部故障切除时，电压突变，变压器产生励磁涌流，对差动保护影响很大。如何躲避励磁涌流影响，是研究变压器差动保护面临的主要难点之一。第38页，课件共81页，创作于2023年2月※励磁涌流产生的原因根据能量守恒定律，铁芯中的磁通不能突变。+

m-

m

ruperaperT/2Tωt,u变压器

.m=2m+rper+aper+

rper周期分量稳态磁通aper非周期分量暂态磁通r剩磁当电压突变时第39页，课件共81页，创作于2023年2月ωt.mimiimωt.m半周波后磁通达到最大由于铁芯饱和电流激增im第40页，课件共81页，创作于2023年2月励磁涌流录波（空载合闸）第41页，课件共81页，创作于2023年2月必须研究励磁涌流与短路电流的波形区别，利用电流波形识别励磁涌流，当发生励磁涌流时闭锁差动保护，防止误动。励磁涌流幅值可达4-8倍额定电流。励磁涌流随着磁通中非周期分量一起衰减，最后消失，励磁电流回到正常值，涌流衰减时间为秒级。差动保护以动作电流躲过，会导致内部故障拒动。差动保护以动作时间躲过，故障切除时间过长。第42页，课件共81页，创作于2023年2月励磁涌流的波形特点：3.波形存在间断角。2.含有大量高次谐波，其中以二次谐波成分为主。1.含有较大的非周期分量；波形偏于时间轴一侧，严重不对称。第43页，课件共81页，创作于2023年2月防止励磁涌流引起纵差保护误动的措施：2.利用二次谐波制动躲过励磁涌流。

1.采用带速饱和铁芯的差动继电器3.采用鉴别短路电流和励磁涌流波形间断角原理的纵差动保护。

第44页，课件共81页，创作于2023年2月励磁涌流产生原因励磁涌流波形特点防止励磁涌流影响方法电压突变，磁通不能突变产生暂态磁通，铁芯严重饱和励磁电流激增含有很大非周期分量，波形严重不对称含有较大二次谐波分量波形具有间断角二次谐波制动间断角鉴别采用速饱和铁芯的差动继电器空载合闸或外部故障切除时第45页，课件共81页，创作于2023年2月不平衡电流产生原因TA变比标准化变压器各侧电流不同相TA型号不一致变压器调整分接头励磁涌流技术措施整定计算考虑相位补偿，数值补偿自耦变流器补偿或平衡线圈补偿采用速饱和变流器二次谐波制动间断角原理综上所述，整定用整定计算考虑第46页，课件共81页，创作于2023年2月6.3.3纵差动保护的构成及工作原理第47页，课件共81页，创作于2023年2月

二次谐波制动差动保护的构成第48页，课件共81页，创作于2023年2月制动特性：动作电流不是常数，与制动电流有关思路：取短路电流为制动量，当短路电流增加时，不平衡电流增大，但因为制动电流增加、动作电流提高，可以使动作电流始终高于不平衡电流，防止差动保护误动。各种比率制动方法区别在于制动电流的选取及制动特性曲线。第49页，课件共81页，创作于2023年2月制动特性：制动特性的数学表达式：第50页，课件共81页，创作于2023年2月微机保护采用软件方法实现制动特性，折线特性显然比曲线特性实现、整定均简单，微机保护均采用折线特性。两种特性均有使用第51页，课件共81页，创作于2023年2月

各种制动特性及不同的制动量选择有不同的整定方法，实际工作中必须对照具体保护设备技术说明书相关内容进行整定计算。第52页，课件共81页，创作于2023年2月2．二次谐波制动特性

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，当检测到差动电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。第53页，课件共81页，创作于2023年2月二次谐波制动元件的动作判据为：

、分别为差动电流中的基波分量和二次谐波分量的幅值，称为二次谐波制动比，按躲过各种励磁涌流下最小的二次谐波含量整定，整定范围通常为，，具体数值根据现场空载合闸试验或运行经验来确定。第54页，课件共81页，创作于2023年2月3.差动电流速断特性

当变压器内部发生严重故障时，差动电流很大，使电流互感器饱和，引起纵差动保护延迟动作，此时，在纵差动保护中增设了差动电流速断部分，当差动电流大于差动电流速断部分的动作电流时，保护直接作用于出口。第55页，课件共81页，创作于2023年2月

差动电流速断的整定值按照躲过变压器的最大励磁涌流和区外短路时的最大不平衡电流计算：第56页，课件共81页，创作于2023年2月4.二次谐波制动差动保护的构成第57页，课件共81页，创作于2023年2月6.4变压器相间短路的后备保护

变压器相间短路的后备保护既是变压器主保护的后备又是相邻母线或线路的后备保护。保护形式可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流保护和低阻抗保护等。第58页，课件共81页，创作于2023年2月6.4.1过电流保护保护原理与线路电流Ⅲ段保护相同I>第59页，课件共81页，创作于2023年2月过电流保护1.构成：第60页，课件共81页，创作于2023年2月2.整定原则灵敏度较低，很难满足要求，实际应用较少保护的动作电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定

最大负荷电流按以下情况考虑，并取最大值：保护的灵敏系数按下式校验：第61页，课件共81页，创作于2023年2月6.4.2低电压起动过电流保护保护原理U<&I>加装了电压元件，电流保护部分动作值较过电流保护低，灵敏度有所提高。1.构成及保护原理第62页，课件共81页，创作于2023年2月低电压起动过电流保护构成：第63页，课件共81页，创作于2023年2月2.整定原则电流元件的整定值按躲过变压器的额定电流整定

低电压元件的动作电压按以下条件整定，并取最小值。(1) 按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定(2) 按躲过电动机自起动时的电压整定低电压元件的灵敏系数按下式校验第64页，课件共81页，创作于2023年2月6.4.3复合电压起动过电流保护1.构成及保护原理电流保护部分与低电压起动过电流保护相同。

电压部分由两部分组成：负序过电压，反应不对称故障单相式低电压，反应对称故障与低电压起动过电流保护相比，电流部分动作值、灵敏度一样；电压部分灵敏度提高。第65页，课件共81页，创作于2023年2月复合电压起动过电流保护构成：第66页，课件共81页，创作于2023年2月2.整定原则负序过电压继电器的动作电压按躲过正常运行时负序电压滤过器出现的最大不平衡电压来整定，通常取电流元件和低电压元件的整定原则与低电压起动过电流保护相同。

负序过电压元件的灵敏系数按下式校验：要求近后备

远后备

第67页，课件共81页，创作于2023年2月6.4.4负序电流及单相低电压起动的过电流保护

对于大容量变压器，采用复合电压起动的过电流保护，保护的灵敏系数可能不满足要求。可采用负序电流保护。1.构成：该保护由两部分组成：负序电流部分：反应不对称短路。低电压起动过电流部分：反应对称短路。第68页，课件共81页，创作于2023年2月负序电流保护构成：第69页，课件共81页，创作于2023年2月(1)躲开变压器正常运行时负序电流滤过器出口的最大不平衡电流。

2.整定原则(2)躲开线路一相断线时引起的负序电流。

(3)与相邻元件负序电流保护在灵敏度上相配合。由于整定计算较复杂，在实际工程中可以粗略选取灵敏度校验要求

负序电流保护的灵敏度较高，接线也较简单，但整定计算比较复杂，通常用于63MVA及以上的升压变压器。3.特点第70页，课件共81页，创作于2023年2月6.5变压器接地短路的后备保护

外部接地故障对变压器的危害：

中性点接地变压器：过流中性点及高压侧绕组流过故障电流

中性点不接地变压器：中性点过压中性点对地电压为高压母线处零序电压第71页，课件共81页，创作于2023年2月◎除500kV主变

、自耦变，变压器中性点可接地运行也可不接地运行。变压器中性点是否接地（运行方式）取决于：◎变压器中性点的绝缘水平绝缘水平较低的变压器中性点必须接地运行。如500kV主变

◎变压器结构如自耦变中性点必须接地运行◎电网结构变压器中性点接地设置应保证接地故障时健全相电压不过压、零序电流水平适当及相对稳定。第72页，课件共81页，创作于2023年2月变压器接地后备保护判据中性点接地运行变压器零序过电流3I0>中性点不接地运行变压器零序过电压3U0>

放电间隙过流为保护变压器中性点，一般在中性点装设放电间隙中性点必须接地运行的变压器配置零序过电流3I0>中性点可接地或不接地运行的变压器配置零序过电流，零序过电压，放电间隙零序过流第73页，课件共81页，创作于2023年2月*注意缩小故障范围变压器后备保护动作首先切除母联、分段。*注意选跳顺序◎全绝缘变压器、中性点带放电间隙的分级绝缘变压器中性点耐压能力较好先切除中性点接地运行主变，再切除中性点不接地运行主变。◎中性点不带放电间隙的分级绝缘变压器中性点耐压能力较差先切除中性点不接地运行主变，再切除中性点接地运行主变。第74页，课件共81页，创作于2023年2月6.5.1中性点直接接地运行变压器的零序电流保护配置两段零序电流保护，分别与线路零序Ⅰ、Ⅲ段配合每段设置两个延时，短延时t1、t3切除母联、分段，长延时t2、t4跳主变。

相邻线路零序Ⅲ段最长动作时间第75页，课件共81页，创作于2023年2月3I0II3I0It10t30t40T1T3