继电保护：主变保护

变压器保护相关基础知识点回顾一变压器保护配置原则二变压器保护原理三兴隆站变压器保护配置五课程内容变压器保护装置介绍四掌握变压器的故障、不正常工作状态及变压器保护配置。变压器纵差动保护的构成原理；非电量（瓦斯）保护的作用；变压器相间后备保护的构成原理间隙保护与零序电压保护构成原理。课程目标掌握对故障或异常情况进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。

（2）当发生不正常工作情况时，能自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。

继电保护装置概念（1）当故障时自动迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。基本任务一、相关基础知识点回顾1可靠性？快速性？

灵敏性？

保护四性选择性？一、相关基础知识点回顾2什么是工作接地？为了保证电气设备可靠运行而必须在电力系统中某一点进行接地，称为工作接地，如电源中性点的直接接地或经消弧线圈的接地以及防雷设备的接地等。一、相关基础知识点回顾3工作接地的作用有哪些？（1）降低人体的接触电压（2）迅速切断故障设备（3）降低电气设备和输电线路的绝缘水平一、相关基础知识点回顾4一、相关基础知识点回顾中性点与零点、零线有何区别？

凡三相绕组的首段（或尾端）连接在一起的共同连接，称电源中性点。当电源的中性点与接地装置有良好的连接时，该中性点便称为零点；而由零点引出的导线，则称为零线。5电路的工作状态通路开路短路一、相关基础知识点回顾6短路的基本类型三相两相单相接地两相接地三相接地一、相关基础知识点回顾7电流增大电压降低参数变化短路有那些现象一、相关基础知识点回顾8电气量变化电流增大出现差流

出现序分量

（零序、负序）电流电压电压降低相角发生变化

比值发生变化

出现序分量(零序、负序）一、相关基础知识点回顾9（1）（2）（3）（4）绝缘破损过电压机械损伤断线倒杆误操作（5）小动物自然灾害（6）（7）短路的原因一、相关基础知识点回顾10烧坏设备短路的后果机械应力产品报废大面积停电危及人身安全一、相关基础知识点回顾11电力系统具备15主保护安全自动装置异常运行保护后备保护辅助保护一、相关基础知识点回顾121课程小结2345616继保的概念、基本任务和要求电力系统中的工作接地及作用电力系统应具备的保护短路的现象、原因、后果电路的工作状态短路的基本类型中性点与零点零线区别一、相关基础知识点回顾二、变压器保护配置原则1、油箱内部故障（1）绕组相间、匝间短路；（2）绕组对铁心短路；（3）绕组接触不良、断线（4）铁心故障。危害：较大的短路电流，不仅会烧坏变压器绕组和铁心，而且使绝缘油汽化，可能引起变压器爆炸。（一）变压器故障分类2、油箱外部故障（1）绝缘套管的相间短路和接地短路；（2）引出线上的发生的相间短路和接地短路。二、变压器保护配置原则（二）变压器不正常工作状态（1）冷却系统故障、过负荷等原因，造成变压器油温高；（2）负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；（3）油箱漏油造成的油面降低；（4）外加电压过高或频率降低引起的过励磁；（5）其他。二、变压器保护配置原则关于过励磁的说明：大容量变压器在过电压或低频率等异常运行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。变压器处于不正常运行状态时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的健康安全。二、变压器保护配置原则

二、变压器保护配置原则对于220kV及以上电压等级，应配置双套主保护、双套后备保护、非电量保护，并保证两套主保护完全独立，即交流电压电流回路、直流电源回路、出口跳闸回路完全独立。

（一）变压器保护分类变压器油箱内故障时，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，作为变压器的保护分为电量保护和非电量保护。

二、变压器保护配置原则（二）变压器保护配置1、瓦斯保护变压器油对变压器有绝缘和冷却作用。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油（和其他绝缘材料）会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护为瓦斯保护。瓦斯保护能够保护变压器油箱内的各种轻微故障（例如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等）。

二、变压器保护配置原则2、差动保护或电流速断保护对容量为6300kVA及以上的变压器，以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器；10000kVA及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵差动保护。电流速断保护用于对于容量为10000kVA及以下的变压器，速断保护。对2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。（配置原则）二、变压器保护配置原则3、外部相间短路和接地短路时的后备保护变压器的相间短路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（也有采用阻抗保护作为后备保护的情况）。发生接地故障时，变压器中性点将出现零序电流，母线将出现零序电压，变压器的接地后备保护通常都是反应这些电气量构成的。

二、变压器保护配置原则4、过负荷保护变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤。对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独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。

（配置原则）二、变压器保护配置原则5、过励磁保护对频率减低和电压升高而引起变压器过励磁时，励磁电流急剧增加，铁芯及附近的金属构件损耗增加，引起高温。长时间或多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化。电压为500kV及以上的变压器，应装设过励磁保护，在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。（配置原则）二、变压器保护配置原则6、其他非电量保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行有关变压器的标准要求，专设可作用于信号或动作于跳闸的非电量保护。为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。二、变压器保护配置原则7、220kV变压器保护常规配置

附表一：保护类型保护配置本侧母联开关本侧开关各侧开关主保护电气量保护比例差动二次谐波√波形对称√速断差动√非电量保护重瓦斯√二、变压器保护配置原则附表二：保护类型保护配置本侧母联开关本侧开关各侧开关后备保护高（中、低）压侧后备复压方向过流保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√Ⅲ时限√高（中、低）压侧后备复压过流保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√高、中压侧后备零序方向过流保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√Ⅲ时限√二、变压器保护配置原则附表三：保护类型保护配置本侧母联开关本侧开关各侧开关后备保护高、中压侧后备零序过流保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√高、中压侧后备间隙保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√高压侧后备保护非全相Ⅰ时限√Ⅱ时限√二、变压器保护配置原则附表四：保护类型保护配置本侧母联开关本侧开关各侧开关非电量（其他）压力释放冷却器全停油温高绕组温度高油位异常各侧过负荷二、变压器保护配置原则二、变压器保护配置原则（三）有关重合闸问题分析根据重合闸控制的开关所接通或断开的电力元件不同，重合闸可分为线路重合闸、变压器重合闸、母线重合闸。所以从“理论上”讲，变压器是可以装设重合闸的。然而，在电力系统的故障中，大多数是输电线路（特别是架空线路）的故障。而输电线路故障大都是“瞬时性”的。输电线路加装“重合闸”有可能大大提高供电的可靠性。

二、变压器保护配置原则

变压器是充油设备，其故障大多数是“永久性”的，重合闸会加重变压器的损坏程度，另外变压器发生故障时，无论主保护还是后备保护动作，均发永跳令，闭锁开关重合闸。另外，从造价和修复速度上讲，变压器远比线路大得多和慢的多。所以变压器开关原则上不设重合闸。二、变压器保护配置原则（一）变压器的主保护（二）变压器的后备保护（三）变压器的其它保护三、变压器保护原理1、瓦斯保护：变压器油箱内部故障产生电弧，使绝缘物和变压器油分解产生大量气体，根据油箱内部所产生的气体数量和油流速度而动作的保护。（一）变压器的主保护（1）瓦斯保护的定值整定轻瓦斯定值一般为：250mL—350mL（积聚气体数量）重瓦斯定值一般为：1.0—1.2m/s（油速整定）（一）变压器的主保护（2）瓦斯保护的工作原理当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，气体继电器KG的上触点（KG1）闭合，作用于预告信号；当发生严重故障时，重瓦斯冲击气体继电器挡板使其下触点（KG2）闭合，经信号继电器KS作用于中间继电器KCO，发出报警信号，同时将断路器跳闸。（一）变压器的主保护（3）瓦斯（气体）继电器安装位置“瓦斯（气体）继电器”安装位置在油箱与油枕的连接导管中（图中“1”所示）（一）变压器的主保护（4）瓦斯保护的范围1）油箱内部的相间短路故障2）绕组匝间、层间短期故障3）绕组与铁芯与外壳间的短路故障4）铁芯故障5）油面下降或漏油6）分接头接触不良等故障

（一）变压器的主保护（5）轻瓦斯发信时，值班人员必须立即检查瓦斯信号动作原因：1）是否因空气侵入变压器内，检查油系统严密性；2)是否因渗漏油或其它原因使油位降低；3)瓦斯继电器本身故障；4)二次回路故障引起瓦斯误发信号。

瓦斯气体的收集采用注射器法，同时取两支样品，一支作点燃试验，另一支作色谱分折，不得在瓦斯继电器放气阀门处直接做点燃试验。若瓦斯继电器内的气体为无色无臭味而不可燃，色谱分析判断为空气，则变压器可继续运行。若判别为变压器内部故障引起，则按事故处理规程执行。（一）变压器的主保护瓦斯气体性质可参照下表判别故障类型：气体性质故障类型无色、无臭味不可燃空气进入黄色不可燃木质故障淡灰色带强烈臭味可燃纸或纸板故障灰色和黑色可燃油故障（一）变压器的主保护若瓦斯信号因油内剩余空气分出而动作，值班人员应放出继电器内的空气，瓦斯继电器放气时，只能在瓦斯继电器上部放气阀进行，不得误按重瓦斯动作试验按钮(探针)以防误跳主变三侧开关。2、差动保护变压器差动保护是按照循环电流原理，在假设变压器的电能量传递为线性的情况下，基于基尔霍夫电流定律构成的，即正常运行和外部故障时∑i=0。（变压器各侧电流在差动保护中向量和等于零）作为差动保护主要是用来反应变压器各侧CT间绕组、引出线及套管上的各种短路故障。差动保护根据CT接入位置（接线方式）以及制动量的不同，反映的故障性质和保护对象（范围）略有不同。

（一）变压器的主保护利用套管CT利用开关侧CT（1）差动保护保护范围示例（一）变压器的主保护双绕组变压器正常运行时的电流分布

三绕组变压器内部故障时的电流分布

（2）变压器正常运行与故障时的电流分布

（一）变压器的主保护（3）差动保护特点保护范围：三侧开关CT（包括CT）至主变部分。可以反应保护范围内的接地、相间、匝间故障。动作特性：瞬时跳三侧开关(0S动作)（一）变压器的主保护（4）第一套差动保护是根据鉴别波形间断角原理构成的一套差动保护。它利用励磁涌流的波形有较大的间断角，而短路电流的波形是连续这一点进行工作的，当变压器引出线、套管、油箱内部的线圈及差动CT之内的电气设备发生短路故障时，差动保护动作。1）是利用比较变压器各侧电流差值构成的主保护。2）电流取自变压器各侧的CT（35kV侧无开关的，取自35kV侧套管CT）。3）动作范围是变压器三侧接地和短路故障。（一）变压器的主保护（5）第二套差动保护是根据二次谐波制动原理构成的一套差动保护。它利用励磁涌流中含有大量二次谐波分量作为制动量这一点进行工作的，当变压器引出线、套管、油箱内部的线圈及差动CT之内的电气设备发生短路故障时，差动保护动作。1）作为变压器内部及套管引线的主保护。2）电流取自变压器高、中侧以及中性点套管CT。3）动作范围是变压器除35kV（三角形）之外的其他各侧。（一）变压器的主保护（6）零序差动保护

零序差动保护由高压侧、中压侧和公共绕组的零序电流构成。主要用于大容量超高压三绕组自耦变压器Y侧内部接地故障。保护范围：高、中压侧开关CT（包括CT）至主变中性点CT部分。动作特性：瞬时跳三侧开关(0S动作)特点：不受励磁涌流、过励磁及带负荷调压的影响，对单相接地故障灵敏度高。自耦变压器零序差动保护自耦变压器零序差动保护CJIcd≈020A20A一个穿越性质的短路电流通过变压器向短路点提供高压侧一次电流从极性端流进二次电流从极性端流出电流互感器极性低压侧一次电流从极性端流出二次电流从极性端流进在区外穿越性质的短路电流作用下，如果两侧TA能正确传变，理论上流过差动继电器的差流Icd≈0，所以此时：差动保护不动作！变压器区外发生故障此故障点因由该处线路保护切除故障差动保护基本原理演示变压器区内发生故障20A10AIcd=30A20A10A此时差动继电器动作差动保护基本原理演示CJ微机变压器差动保护设定微机保护计算参考方向均以母线流向变压器为正方向差动保护门槛值一般整定为（0.4-0.8）Ie譬如2A差动保护比例制动系数例如：0.5以上两式均成立则差动保护动作差动保护基本原理演示微机变压器差动保护+-≈0+-=2i1≈0门槛2A≈00.52i1i1差动保护不动作实际短路电流与参考方向相同实际短路电流与参考方向反向差动保护基本原理演示微机变压器差动保护计算结果：将计算结果代入判据：++≈0++≈2i1门槛2A0.5≈0差动保护动作实际短路电流与参考方向相同实际短路电流与参考方向相同≈2i1≈2i1≈0差动保护基本原理演示区外故障计算结果：+-≈0+-=2i1++≈0++≈2i1区内故障计算结果：变量恒量IsetIe0IcdIr(Ir<Ie)(Ir≥Ie)动作区0.5区外故障特点差动电流小制动电流大区内故障特点差动电流大制动电流小非动作区差动保护基本原理演示微机变压器差动保护IsetIe0IcdIr动作区K1=0.5非动作区K2=0.73Ie差动保护基本原理演示差动保护逻辑图几点说明：

启动元件：用于开放保护跳闸继电器电源，并启动保护进入故障处理程序，包括差流突变和差流越限：

1）差流突变：任一相电流突变连续三次大于启动门槛值。

2）差流越限：为了弥补高阻故障相电流突变灵敏度不满足要求专设的辅助元件；差流连续大于门槛值5ms启动原件动作。二次谐波：为了防止变压器励磁涌流差动保护误动。五次谐波：为了防止变压器在过激磁时差动保护误动。变压器差动保护动作逻辑变压器差动保护动作逻辑

1）瓦斯保护能反应变压器油箱内的任何故障(包括铁芯过热烧伤，油面降低——差动保护对这些无反应）。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路，虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击，但表现在相电流上却并不大，因此差动保护没有反应，瓦斯保护对此却能很灵敏地加以反应。小结：差动、瓦斯保护特点（一）变压器的主保护

2）差动保护不仅能反应大部分的邮箱内电气故障，更能反应油箱外（变压器套管和引出线的）故障；抗外部振动干扰能力强。

3）差动保护与瓦斯保护在保护范围上有一定互补性，不能相互代替，一起作为变压器的主保护。（一）变压器的主保护4）差动、瓦斯特点分析（1）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、铁芯烧损的唯一保护。（2）差动保护能反应油箱外（变压器套管和引出线的）故障，抗外部振动干扰能力强。

（一）变压器的主保护

（3）瓦斯保护能反应变压器铁芯过热烧伤，油面降低，差动保护对此无反应；变压器绕组产生少数线匝的匝间短路，短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击，但表现在相电流上却并不大，所以差动保护没有反应，此时瓦斯保护能够灵敏反应。差动保护不能代替瓦斯保护

。（4）差动保护与瓦斯保护在保护范围上有一定互补性，一起作为变压器的主保护。（一）变压器的主保护后备保护：主保护或开关拒动时，用来切除故障的保护。后备保护分为远后备和近后备两种。

远后备保护：当主保护或开关拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。

近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。

后备保护包括：过励磁保护、相间阻抗保护、复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、过负荷保护等。（二）变压器的后备保护一、复合电压闭锁过流保护

（1）国网标准化配置高中压侧：1）配置三段复压闭锁过流保护2）保护动作后一时限跳母联开关，二时限跳本侧开关，三时限跳主变各侧开关（二）变压器的后备保护

低压侧：1）配置二段复压闭锁过流保护2）保护动作后一时限跳分段开关，二时限跳本侧主变开关（二）变压器的后备保护（2）复合电压闭锁过流保护构成复合电压由相间低电压（反应对称故障）和负序电压（反应不对称故障）元件或门构成，采用负序电压元件可以保证在不对称故障时有很高的灵敏度。在主变各侧发生不对称短路故障时，负序电压的幅值不受星角变化的影响，但负序电压不能反应三相短路，因此采用三个相间低电压元件作为三相短路的复压元件。

1）国网标准化的主变保护高、中压侧复压元件固定取各侧，低压侧复压元件固定取本侧。2）默认标准版本保护复压选取可由控制字进行投退。（二）变压器的后备保护

过电流元件接于各侧电流互感器二次回路中。配置于变压器的高压侧、中压侧、低压侧。规定高、中压侧复压方向过流保护中方向元件电压引自本侧（国网培训教材ZY1000101003）。（二）变压器的后备保护通过控制字选择各段过流是否经方向元件闭锁，是否经复压元件闭锁，是否投入，跳哪几侧断路器。保护有多段定值，每段电流和时限均可单独整定。（二）变压器的后备保护

复合电压元件由负序电压和低电压部分组成。负序电压反映系统的不对称故障，低电压反映系统的对称故障。复合电压元件可取本侧、多侧“或”，各侧复合电压元件可通过软、硬压板选择“投入”或“退出”、TV断线可通过软件控制字进行控制“投入”或“退出”。（二）变压器的后备保护复压过流Ⅰ（Ⅱ）段Ⅱ时限出口复压过流Ⅰ（Ⅱ）段Ⅰ时限出口拒动（二）变压器的后备保护复压方向过流保护作为母线、线路和主变保护相间故障拒动后的后备保护。其保护范围延伸到母线和线路。１、当方向指向母线时，作为本侧母线和引出线的后备保护。２、当方向指向主变时，作为主变主保护和下级相邻元件的后备保护。（二）变压器的后备保护二、零序方向过流保护（二）变压器的后备保护1、过负荷保护一般取自变压器一相电流作为判断条件，当电流定值达到时，经过延时候发告警信号。对于500kV变压器一般在各侧和公共绕组装设过负荷保护（三）变压器其它保护2、压力保护1、压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护，其作用原理与重瓦斯保护基本相同，但它是反应变压器油的压力。2、压力释放装置由弹簧和触点构成，置于变压器本体油箱上部。当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀分解造成压力升高，弹簧动作带动继电器动触点，使触点闭合，切除变压器。（三）变压器其它保护3、冷却器全停强油循环风冷和强油循环水冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行20min。如20min后顶层油温尚未达到75℃，则允许上升到75℃，但在这种状态下运行的最长时间不得超过1小时。（三）变压器其它保护4、油温、油位异常保护1、当变压器温度升高时，温度保护动作发出告警信号。2、油位异常保护是反应油枕内油位异常的保护，运行时，变压器漏油或者其他原因使油位降低时，油位保护动作，发出告警信号。（三）变压器其它保护四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍四、主变保护装置介绍

220kV兴隆站示例

#1、#2号主变保护采用南京自动化设备总厂生产的PST—1200微机型变压器保护装置。整套装置由二个独立单元组成：主、后备保护单元、非电量保护单元。主保护包括：差动保护、瓦斯保护。后备保护包括：复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、过负荷保护。非电量保护包括：本体（轻、重）瓦斯保护、冷却器全停保护