铁路供电继电保护-牵引变压器保护

第五章牵引变压器保护第一节牵引变压器运行状态分析及保护配置方案

一、牵引变压器运行状态分析1.牵引变压器的正常运行2.牵引变压器的短路故障（1）内部故障：变压器油箱内所发生的故障。绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损（2）外部故障：变压器油箱外所发生的故障。3.牵引变压器的不正常运行状态（1）过电流：外部短路或过负荷引起；（2）过热：过电流或冷却系统异常引起；（3）油面异常降低：漏油引起。4.牵引变压器的空载合闸二、牵引变压器的保护配置方案⒈主保护主保护由瓦斯保护和差动保护构成，用于反应变压器上的短路故障。⒉后备保护当主要保护拒动时，由后备保护经一定延时后动作，变压器退出运行。（1）低电压启动过电流保护（2）零序过电流保护（3）低压侧过电压保护（4）高压侧低电压保护（5）过负荷保护3.辅助保护辅助保护包括变压器的过热保护和轻瓦斯保护。保护动作后，一般只发出相应的信号。

第二节牵引变压器的瓦斯保护一、瓦斯保护的概念利用变压器油分解产生的气体上升和压力增大引起油流变化的特点构成的保护，叫做瓦斯保护，或称气体保护。二、瓦斯继电器的安装瓦斯保护主要有瓦斯继电器、信号继电器、保护出口继电器等构成。三、瓦斯继电器的结构和动作原理1.结构开口杯式瓦斯继电器2.动作原理正常时，开口杯处于上升位置，磁力触点断开。轻微故障时，上开口杯绕支点顺时针方向偏转，发出轻瓦斯信号。严重故障时，下开口杯偏转，磁力触点接通断路器跳闸。严重漏油时，下开口杯动作于跳闸跳闸。上触点为轻瓦斯保护下触点为重瓦斯保护出口继电器的自保持线圈切换片瓦斯保护的优点：简单、经济、灵敏度高，能反映变压器邮箱内部的一切故障，有大量气体产生时动作迅速。瓦斯保护的优点：不能反映变压器油箱外部套管和引出线上的故障。四、瓦斯继电器的接线及工作原理五、瓦斯保护的整定

1.轻瓦斯触点动作的整定。改变开口杯侧平衡锤的位置，可在250〜300cm3的范围内调节信号触点动作的气体体积，一般正常整定值为250cm3。2.重瓦斯触点动作的整定。调整挡板位置，可在0.6〜1.5m/s范围内调整跳闸触点动作的油速，一般出厂时调节在1.2m/s。

第三节牵引变压器的差动保护一、变压器差动保护的基本原理差动保护主要用来保护牵引变压器内部、套管以及引出线上的相间短路，同时也可以保护绕组单相层间短路和接地短路。

二、变压器差动保护的特点不平衡电流，用Iunb表示1.变压器的励磁涌流通过提高差动保护的动作电流的方式来躲过励磁涌流，将大大降低保护的灵敏度，使差动保护范围缩小；采用增加时限的办法躲过涌流的高峰方法又丢掉了差动保护速动的优越性，因此一般都不采用采用具有速饱和变流器或带短路线圈的速饱和变流器的差动继电器来构成差动保护。我国铁路供电系统广泛采用的是二次谐波闭锁原理，判断依据：2.变压器各侧电流互感器标准化的变比与计算值不同产生的不平衡电流不平衡电流是随一次电流的增大而增大的，外部短路时有较大的短路电流穿越变压器，因而产生的不平衡电流也较大。

通常采用两种方法进行补偿。一是采用自耦变流器进行补偿。

另一种是在速饱和变流器的一次侧加平衡绕组进行补偿。3.变压器各侧电流互感器的型号和特性不同产生的不平衡电流变压器两侧的电流互感器的型号和磁化特性无法完全相同，造成了比线路差动保护更大的不平衡电流。最严重的状况是外部短路时，短路电流使一侧电流互感器饱和，而另一侧电流互感器不饱和，按10﹪误差曲线选择的电流互感器，最大不平衡电流可达外部最大短路电流的10﹪。因此应尽可能使用型号、性能完全相同的电流互感器，使得两侧电流互感器的磁化曲线相同，以减小不平衡电流。

4.由变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流三、牵引变压器差动保护构成及整定计算牵引变压器差动保护一般由比率差动保护和差动速断保护两个元件组成。1.比率差动保护

差动继电器中引入一个能够反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器动作电流的大小可以根据制动电流的大小自动调整，进而能够提高差动保护的灵敏度。这一差动保护又称为比率制动的差动保护或简称为比率差动保护。

2.差动速断保护

为了在变压器发生严重故障时差动保护能迅速动作，往往增加一个不需要考虑励磁涌流影响的差动速断保护元件，其动作判据为：

一、后备保护后备保护是变压器主保护的补充和完善，当主要保护拒动时，由后备保护经一定延时后动作，使变压器退出运行。1.低电压启动的过电流保护低电压起动过电流保护分别设在牵引变压器的高压侧和低压侧。低电压起动的过电流保护的动作电流一般按变压器的额定电流整定，动作电压一般按牵引网额定电压的60～70%来整定。第四节牵引变压器的后备保护及辅助保护2.中性点零序过电流保护牵引变电所一次侧具有中性点接地的主变压器的接地保护采用零序过电流保护。3.低压侧过电压保护牵引变压器低压侧过电压保护可以保护变压器对抗接触网系统带来的不允许过电压低压侧过电压保护可设置两段，一段动作时间较长，启动电压为系统标称电压27.5KV的124%，时限为30s；二段快速动作，启动电压为系统标称电压27.5KV的150%，时限为0.1s。4.高压侧低电压保护牵引变压器高压侧应设置低电压保护，以保护变压器对抗压降，并作为高阻抗故障的后备保护。高压侧低电压保护的电压启动定值一般按高压侧额定电压的60～70%整定。5.过负荷保护过负荷保护的动作电流一般取牵引变压器一次侧额定电流的1.3～1.5倍

为了防止变压器内部或外部发生短路故障时发出过负荷信号，过负荷保护的动作延时取9s。专用牵引变压器过负荷保护可以按制造厂满足的过负荷能力整定，动作电流可以整定得大一些。二、辅助保护对于变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，可专设作用于信号或动作于跳闸的辅助性保护。辅助包括变压器过热保护和轻瓦斯保护。保护动作后，只发出相应的信号，一般不引起断路器跳闸。过热保护用于监视变压器油箱内上层的油温，当油温超过允许值时，过热保护动作，发出“变压器过热”信号。轻瓦斯保护用于反应变压器油箱内的轻微短路故障和油面的严重降低，由瓦斯继电器的“轻瓦斯”接点实现。轻瓦斯保护动作后，发出“轻瓦斯动作”信号。辅助保护在变压器的继电保护配置中有着不可替代的作用，是对常规配置的模拟量保护的重要补充。第五节

三相牵引变压器保护接线图分析

一、三相差动保护

二、低电压启动三相过电流保护三、低电压启动a相和b相过电流保护四、零序过电流保护五、过负荷保护六、瓦斯保护第六节主变压器微机保护装置一、主变压器微机主保护装置（一）功能介绍

1.保护功能包括差动速断保护、二次谐波闭锁的比率差动保护、高压侧失压保护和高压侧电压互感器二次回路断线检测。

2.召测功能（1）实时电量：包括主变压器高压侧三相相间电压（幅值、相位）、高压侧三相相电流（幅值、相位）、低压侧非接地相相电流（幅值、相位）、反应在高压侧三相的差动电流（幅值）和制动电流（幅值）。（2）故障录波量：包括主变压器高压侧三相相间电压、高压侧三相相间电流、低压侧非接地相相电流。3.控制功能装置复归。4.遥信功能

包括“当地”/“遥控”方式开关位置信号，保护动作（差动速断保护动作、比率差动保护动作、失压保护动作）信号，进线侧电压互感器二次回路断线信号，失压保护投入/退出信号，装置不良警告。5.通信功能通信接口采用插卡方式，支持采用光纤冗余自愈双环网结构；有一个标准的RS232串口或USB接口，此外还有一个标准的GPS校时接口。（二）保护原理及整定

1.差动保护的接线方式和电流互感器二次侧电流平衡关系（1）单相变压器差动保护接线（2）YNd11接线变压器差动保护接线（3）V/v接线变压器差动保护接线（4）平衡联接变压器差动保护接线（5）Scott接线变压器差动保护接线（6）V/x接线变压器差动保护接线（7）YNd11d1联接主变压器差动保护接线（8）自耦变压器差动保护接线≥1信号跳两侧断路器2.差动保护原理方框图（1）差动速断保护的原理框图（2）二次谐波闭锁的比率差动保护原理框图≥1信号跳两侧断路器≥1U相比率差动V相比率差动W相比率差动﹠3.高压侧失压保护当装置检测到高压侧失压信号时，经过整定延时后发跳闸命令，以适应主变压器微机测控装置实现备用电源进线、备用主变压器自动投入功能的需要。4.高压侧电压互感器二次回路断线检测当装置的电压监视连片投入时，UAB、UBC、UAC中任意一相电压低于电压互感器断线整定值时，经过延时，发出高压侧电压互感器二次回路断线信号。（三）保护程序原理框图二、主变压器微机后备保护装置（一）功能介绍1.保护功能包括高压侧三相低压启动过电流保护，低压侧ɑ相、β相低压启动过电流保护，零序过电流保护，高压侧三相反时限过负荷保护，非电量保护，低压侧电压互感器回路断线检测。2.召测功能（1）实时电量包括主变压器高压侧三相相电流（幅值）、低压侧非接地相相电流（幅值）和相电压（幅值）、零序电压3(幅值)、中性点零序电流3(幅值)。（2）故障录波量包括的量与实时电量相同。3.控制功能装置复归4.通信功能与主变压器的微机主保护装置通信功能相同。5.遥信功能遥信功能包括：“当地”/“遥控”方式开关位置信号，主变压器油位降低信号、温度Ｉ段信号、轻瓦斯信号、重瓦斯信号、温度Ⅱ段信号、压力释放信号、分接联锁信号、控制回路断线信号、低压侧电压互感器回路断线信号、装置不良告警，保护动作信号。保护动作信号包括：零序过电流保护动作信号、变压器高压侧三相低电压启动过电流保护动作信号、低压侧α相、β相低电压启动过电流保护一相或两相动作信号、变压器低压侧α相或β相过压保护动作信号、反时限过负荷Ｉ段（警告）保护动作信号、反时限过负荷Ⅱ段（跳闸）保护动作信号、非电量保护动作信号。（二）保护原理及整定1.高压侧低电压启动过电流保护≥1信号跳两侧断路器﹠高压侧低电压启动过电流保护原理框图≥1信号跳两侧断路器≥1﹠toc高压侧三相低电压启动过电流保护原理框图2.低电压启动的a相过电流保护≥1信号跳a相断路器﹠toc3.欠压启动的β相过电流保护≥1信号跳β相断路器﹠toc4.零序过电流保护信号跳两侧断路器toc5.反时限过负荷保护反时限运算跳两侧断路器≥1反时限运算反时限运算6.非电量保护非电量保护可实现主变压器重瓦斯、轻瓦斯、温度和油