变压器保护-课件

第6

章

变压器保护

1第

6.1节变压器的故障类型和不正常运行状态2

电力变压器是电力系统中十分重要的电气设备，广泛应用于升高或降低电压。变压器的故障会对供电可靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响，因此，必须根据变压器容量和重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。

变压器的故障可分为：油箱内故障、油箱外故障。

油箱内故障包括：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。这些故障将产生电弧，不仅会烧坏绕组、铁心绝缘，还会产生大量的气体，有可能引入爆炸。

油箱外故障包括：套管和引出线的相间短路、接地短路。

变压器的不正常运行有：变压器外部短路引起的过电流，长期过负荷，风扇故障或漏油等引起的冷却能力下降等。这些不正常运行将会使绕组和铁心过热。此外，还会出现过电压、过励磁等。3

变压器的保护配置（1）瓦斯保护（非电量保护）

轻瓦斯（信号）和重瓦斯（跳闸）针对油箱内的各种故障及油面降低。优点：油箱内部所有故障，有较高灵敏性。缺点：1）动作时间较长；

2）不能反应油箱外部的故障。（2）纵差保护或各种电流保护特点：瞬时动作切除故障主保护

本章主要讨论电气量的保护。应当说明，电量保护与非电量保护相辅相成，共同构成变压器保护的完整方案。4第

6.2节变压器的差动保护56.2.1变压器差保护的基本原理

基本原理仍然是：基尔霍夫电流定律。但在两端电流之间存在变压器变比和联结方式的影响。

1.

基本原理

对于图示的双绕组变压器，变比为：这就是基尔霍夫电流定律在变压器中的应用方式。6将TA二次电流代入，得：从理论上说，这是一个可应用于任意TA变比的公式。根据此式，可完成导引线的差动保护连接(2个TA距离很近)。KD称为差动电流元件7图示就是单相双绕组变压器的电流差动保护原理的接线图。KD称为差动电流元件实际系统都是三相变压器或三个单相变压器组成的变压器组，并较多地采用Yd11的联结方式。下面分析Yd11联结的变压器及其差动保护方式（思路可应用于其他联结方式）。8正常时变压器电流相量关系变压器分析的参考方向9在不计变压器变比的情况下，按照继电保护规定的正方向，可知：这就是三相变压器Yd11联结方式的电流相位差异带来的特殊问题。10变压器的电流相量关系无法改变，但可以在TA二次回路想办法修正相位的影响。11

解决的办法是：TA二次侧修正相位，设法满足差动保护的条件。

2.模拟式差动保护的接线方式修正相位差异12

相位得到修正后，还需要分析TA变比的选择问题，以便在正常时满足：于是，变压器变比、两侧TA变比之间必须满足下列关系：

——不满足此式，就会出现不平衡电流。13

3.微机差动保护的接线方式对于微机型的变压器差动保护，TA均采用Y形接入，简化了TA二次侧的连接。

与“线路差动保护”动作方程类似，在装置内部，得到各电流测量值之后，直接由程序完成3个差动元件的计算：146.2.2变压器差动保护的不平衡电流及其对策（影响因素）引起变压器差动保护不平衡电流的主要因素有：

1）变压器两侧绕组接线方式不同（已在前面介绍过）；

2）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比不同；

3）变压器带负荷调节分接头；

4）电流互感器传变误差的影响；

5）变压器励磁电流产生的不平衡电流；

6）变压器励磁涌流，等。以双绕组单相变压器为例，分析影响及对策。通常将变压器的联结方式以“钟点数”的形式输入到微机保护中，可适应于各种联结方式。如Yd11联结方式可输入12/11,Yd1联结方式可输入12/1。15变压器、TA都有标准的变比，且规格有限，有时难以满足变比关系的要求：这就是计算变比与实际变比不一致带来的不平衡电流问题。对于模拟式差动保护，对策有2种：1）抬高定值；2）在TA二次回路采取辅助方法进行补偿（略）。16电力系统经常利用变压器分接头的位置来调节电压和无功。将动作量进行变换：17将动作量进行变换：理论上，可以设法引入变压器分接头的位置信息，但可靠性不高、回路复杂，基本上不采用。18

TA传变误差的影响主要反映在三方面：

1）稳态误差。变压器两侧电流互感器的型号肯定不同，稳态误差应当按照10%考虑。

2）暂态误差。主要受非周期分量的影响，

3）TA饱和的影响。

对策：利用启动元件与动作量的“时间差”识别TA饱和，提高制动系数、或短时闭锁等。

对策：提高制动系数，并采取滤波。19

外部短路

内部短路对策：20

6.2.2.4励磁涌流产生的不平衡电流及对策在励磁电流较小时，此关系近似成立。但是，在变压器空载合闸(空载投入，简称空充)或外部故障切除后的电压恢复期间，变压器的电压从0(或较小值)突然上升到运行电压时，变压器可能会出现严重的饱和情况，从而产生很大的暂态励磁电流，此电流构成了差动保护的动作量，容易引起误动。21由于励磁涌流很大，因此，若采用抬高动作电流来躲过其影响，就势必会降低内部短路的灵敏度。一般的方法是：识别励磁涌流，防止误动。因此，被称为励磁涌流。

1.

产生励磁涌流的机理及其特征

以单相变压器为例，说明产生最大励磁涌流的条件：合闸角为0°、剩磁与磁通的非周期分量叠加。2223242526励磁电流很大磁化曲线于是，产生了很大的励磁电流——励磁涌流。27对励磁涌流进行大量的分析、研究后，将励磁涌流的主要特征归纳如下：（1）数值较大，可达额定电流的4～8倍，含有大量的非周期分量，使波形偏向于时间轴的一侧；（2）含有大量的谐波分量，以二次谐波为主；（3）波形出现小于180°的间断。励磁涌流的1个实际录波图28励磁涌流的特征1）偏向一侧2）谐波分量大3）波形中有间断为了克服励磁涌流对变压器差动保护的影响，针对特征分析的结论，一般采用：励磁涌流闭锁措施。对策————波形对称原理————

二次谐波制动原理————间断角制动原理其中，二次谐波制动（闭锁）原理应用的最多，也最成熟。

2.

防止励磁涌流引起误动的对策29波形对称原理——波形对称——波形不对称时闭锁差动保护30采取各种励磁涌流闭锁措施后，带来的问题：

1）合闸在有故障的变压器时——会延时动作。例如：采用二次谐波制动时，需要等谐波衰减后，才能够动作。

2）大型变压器的涌流特征可能没有那么明显。31影响变压器差动保护的主要因素及对策32

6.2.3变压器差动保护的动作方程与整定为了简便，均以TA二次侧的a相为基础。具有制动特性的变压器差动保护类似于线路差动保护。但需要考虑其特点：

①变压器分接头引起的误差；②存在励磁涌流的影响；③就近测量电气量，不存在波传输过程的影响。

(比率制动)(启动门槛)(二次开放，对应于闭锁)33动作特性（以双折线为例）：34由6.2.2部分的分析并计及可靠系数后，可以确定：35（3）灵敏度验证在单电源条件下，以油箱外部最小短路电流作为差动保护的灵敏度验证依据：油箱内部短路时，计算复杂，并且有瓦斯保护共同完成。36第

6.3节变压器的后备保护37后备保护的作用：

防止外部故障引起的变压器绕组过电流；并作为变压器内部故障时主保护的后备；也可以作为相邻设备（如母线、线路）保护的后备。变压器的主保护通常采用：差动保护和瓦斯保护。后备保护：相间短路后备保护、接地短路后备保护。

6.3.1变压器相间短路的后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护，以及负序过电流保护等。38

1.过电流保护（类似于电流保护中的第Ⅲ段）按“躲过变压器可能出现的最大负荷电流”整定：需要分别考虑躲过并列运行的变压器切除一台时产生的过负荷电流。动作时限和灵敏度需要与相邻元件的过电流保护相配合。39

2.低压启动的过电流保护按“躲最大负荷电流”整定时，整定值可能不满足要求。为此，可采用低压启动的过电流保护方案，即电流元件和低压元件都动作（“与”）才启动时间元件，如图所示。40

3.复合电压启动的过电流保护将“低压元件”、“负序电压元件”构成“或”的条件，替换上图中的“低压元件”。在三相短路时，低压元件有较好的灵敏度；在不对称短路时，负序电压元件有较好的灵敏度。在微机保护中，引入三相电压后，很容易计算相电压、线电压、负序电压和零序电压等各种成分。上图是一个逻辑构成示意图。实际上，复合电压启动方式包含了前面2种方式的逻辑。只需要投、退相应的条件即可。4142还可以引入负序电流，构成负序电流保护。用负序电流代替过流保护中的电流测量元件。在相间电流保护中，如果电流III段的灵敏度不满足要求，也可以采用这种低压启动或复合电压启动的过电流保护方式。

6.3.2变压器接地短路的后备保护采用零序电流保护作为接地短路的后备。需要注意的是：对于自耦变压器，应当采用引出线的三相电流之和。43第

6.4节变压器保护的配置原则44上述介绍保护原理都是反应电气量特征，构成了电气量的主要保护方式。对于变压器内部的某些轻微故障（如小匝数的短路），电气量保护的灵敏度可能不满足要求，为此，通常还配置了反应油箱内部的油、气、温度等特征的“非电量保护”