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变压器保护 摘 要本文从变压器瓦斯保护原理及瓦斯产生的渠道着手，通过多年对电力系统变压器实际运行状况的总结，提出防止变压器瓦斯保护误动作的措施，变压器瓦斯信号动作后，运行人员必须对变压器进行检查，查明动作的原因，及时到现场提取继电器气样、油样和本体油样，分别作色谱分析。根据有关导则及现场分析结论采取相应的措施，避免事故的发生，保证变压器的安全运行。并针对由于运行、维护不当等多种原因造成变压器本体瓦斯保护误动而导致的变压器跳闸问题，进行了全面、深入的分析，从安装、投运、检修、运行、检验等方面提出了治理措施。伴随着我国电力工业的迅速发展，各大电力系统的容量和电网区域不断扩大。为适应大电网发展的需要，相继出现超高压电网和大容量机组，致使电网结构日趋复杂，电力系统稳定问题日益突出，因此对电力系统继电保护提出了更高的要求。通过此次的毕业设计，使我对以前所学过的专业知识有了一个比较深刻的理解。也使我能够把所学过的理论知识合理的运用到实践当中，对我们五年所学的专业知识进行了综合。本设计过程中，受到了丁洪芬老师的指导，在此表示衷心的感谢。关键词：变压器保护；专业知识；电一瓦斯保护 1.1瓦斯保护的定义瓦斯保护是指变压器发生内部短路（包括匝间短路），但是短路电流达不到电流保护定值时，而使被保护变压器直接跳闸的一种保护。它属于变压器的主保护，正常运行中不能解除。变压器按照瓦斯继电器的动作压力分为轻重两种情况，重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯根据情况可动作于跳闸，也可动作于信号。瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。瓦斯保护就是利用反应气体状态的瓦斯继电器（又称气体继电器）来保护变压器内部故障的。 在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。 瓦斯继电器有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。如QJ-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。1.2瓦斯保护动作机理瓦斯保护动作机理是由于内部短路产生电弧，电弧将击穿绝缘油，产生瓦斯气体。因此，瓦斯保护对于油浸式变压器来说是有意义的；对于干式变压器，根本没有绝缘油的存在，谈不上瓦斯保护。但是对于干式变压器，需要加强的是温度保护，以确保变压器线圈绝缘状况，因此干式变压器一般设置了两个层次的温度保护：低温报警、高温跳闸，具体温度值的设定可根据变压器厂家的说明来进行。对于油浸式变压器，也有温度保护，但大多数是采用带电接点的温度计来实现的，信号也只是动作于报警，精度较差。干式变压器的温度保护直接采用埋在线圈内部的测量元件来实现，通过测温装置不但可以输出报警或者跳闸信号，还可以通过数字表指示出当前温度，精度要高得多。 第二章 主变后备保护 1.3防范措施1、加强人员责任心，对110kV及以上系统主变压器后备保护精心维护，认真调试，尽早发现问题，防止事故于未然。2、严格按继电保护各项规程、制度进行继电保护工作，不断提高专业技术素质，能准确分析问题、解决问题。3、严把产品质量关，杜绝劣质产品进入系统运行。二 变压器差动保护原理及变压器比率差动保护原理 2.1变压器差动保护原理是什么，和零序电流保护有什么区别 变压器差动保护变压器的主保护，动作与线间（相间）故障。 零序电流保护是过电流的有一种保护，它是作为变压器的接地保护存在。 这两种保护在早期都是电流型保护（由于当前差动保护有间断角等等）。 2.2 T60变压器差动保护原理分析及整定 T60变压器管理继电器是美国GE公司最新型的UR系列保护装置。该保护装置建立在公共平台上，其通用的用户界面、硬件采用的模块化设计、可组合的输入/输出(I/O)结构和快速的网络能力，适用于电站综合自动化。它综合了SR745差动保护、MIF过流保护和MIV电压保护的先进原理、技术和成熟的运行经验，在硬件结构、保护原理、通讯及辅助功能等方面做了较大改进，保护功能更加完善，具有灵活性，可扩展、升级。2.3变压器比率差动保护原理 T60变压器管理继电器最基本的保护由谐波制动的双斜率三拐点比例差动保护和差动速断保护组成。保护原理与国内主流差动保护装置除在特性曲线上存在较大的差别外，还有一些自己的特点：根据各侧TA的容量裕度自动选择基本侧，差动电流取两侧电流的向量和，制动电流取两侧电流的最大值；还采用新的涌流的制动方法，在二次谐波的计算方法及基本侧的选取上有较大的改进；为了防止过激磁时保护误动，设置了五次谐波制动。 2.4比率差动保护的特性曲线 从变压器保护原理可知，由于外部故障时变压器差动保护有较大的不平衡电流，保护装置容易误动；同时流出电流对变压器小匝数匝间短路时的保护灵敏度也有影响。采用比率制动的差动保护，既能在外部短路时有可靠的制动作用，又能在内部短路时有较高的灵敏度，但是它对内部短路时流出电流的适应能力较差，对励磁涌流和过激磁也需采取其他特殊措施。 (1)单斜率特性曲线 国内传统保护装置的动作特性通常是单斜率特性曲线，对于变压器差动保护，既要考虑由于各种因素产生的不平衡电流，又要求能反映具有流出电流的小匝数内部故障。在选择斜率时应充分考虑TA的饱和特性，使其在发生区外故障有较大的穿越电流时保护装置不误动。根据这个原则整定的曲线，如果发生区内轻微故障，保护装置的灵敏度很低，不能快速反应，甚至造成保护拒动；只有发展为严重故障后，保护才能动作。由上述分析可知，当外部短路电流较小时，TA的幅值误差还较小，允许选取较小的制动系数。当变压器发生较小的匝间断路时，制动电流中具有穿越性负荷电流，其值不会很大，为了提高内部短路有流出电流时的灵敏度，采用三折线的比率制动特性。第二斜率选择较大值，以确保外部短路电流很大时，保护不误动。其动作特性更符合TA的饱和特性，这样既可以使发生区内轻微故障时，保护装置有较高的灵敏度，也可以使其在发生区外故障有较大的穿越电流时保护装置不误动。但是，这种动作曲线在拐点附近曲线上部的区域是一个误动区。 ( 2)双斜率两拐点特性的曲线 GE公司的SR745保护及其他国外保护中一般采用双斜率两拐点特性的曲线，其动作特性如图1所示。在拐点上直接由第1斜率跳变为第2斜率，这样在拐点附近就容易造成保护拒动或误动。第1斜率的设定主要是考虑区内故障时动作的灵敏性，第1斜率应大于非周期分量引起的TA误差产生的不平衡电流，拐点需大于变压器最大的（正常）运行电流值，该值介于变压器强冷下的最大额定电流和最大非常情况过负荷电流之间，第2斜率段可以防止严重穿越性故障产生大差动电流使TA饱和时装置误动。在较大的穿越电流时铁心容易饱和，TA穿越电流引起的差流特性如图1饱和曲线3所示。在拐点附近的区域称为动作的模糊区，由于TA的特性是缓慢、连续变化的，所以严格来讲拐点左边的1区域为误动区，拐点右边的2区域为拒动区，并且整定计算时不容易找到一个合适的、准确的拐点值。三变压器微机保护的配置的配置及整定 随着发电机容量的不断增大，对系统稳定运行的要求不断提高，对发电厂厂用电系统的安全可靠运行也提出了更高的要求。起动/备用变压器作为电厂多台机组的起动电源和备用电源，其可靠性将直接影响到机组的安全运行，因此对电厂非常重要。然而由于起动/备用变压器容量较小，所以往往没有引起各方的重视。但是，由于起动/备用变压器设计的不合理，许多电厂出现了烧毁变压器的情况，教训是非常深刻的。因此加强对新型微机型起动/备用变压器保护装置的研制是十分重要的。 3.1起动备用变压器具有如下特点: （1）低压侧分支数较多，最多可达8个分支，给保护装置特别是模拟量输入回路的设计带来一定的困难。 （2）高压侧电压等级较高（可直接引接至500kV系统），因此高压侧的短路电流水平非常高。为了确保电流互感器（TA）的可靠工作，在区内高压侧出口发生短路故障时不至于造成TA严重饱和，TA的变比不能取得太校但由于起动/备用变压器容量相对较小（通常与高压厂用电变压器容量相当），高压侧额定电流较小，为了保证在区内出现轻微故障时，特别是出现匝间故障和经过渡电阻接地故障时差动保护能可靠动作，因而TA的变比又不能选得太大，因为太大了会导致TA正常运行时的二次电流减小，从而直接影响交流的采样精度和差动两侧平衡系数的处理。 （3）起动/备用变压器后备保护的配置必须考虑各段分支母线分期投运时的特殊问题。（4）各设计单位对起动/备用变压器主接线方式的设计也各不相同，因此保护的配置也不尽相同,为了解决上述问题，四方公司开发了起动/备用变压器的专用保护装置CSC316B。1CSC316B保护装置的研制和组屏配置起动/备用变压器保护装置的设计应包括电气量保护装置的设计和本体保护装置的设计。由于本体保护与常规变压器保护类似，因此本文不作介绍。本节着重介绍起动/备用变压器电气量保护装置CSC316B的设计。 3.2保护装置的设计和特点: （1）硬件平台的设计和特点。为了提高保护的可维护性和可扩展性，装置的硬件采用功能模块化设计思想，即按照功能需求，将插件分解为交流插件、保护CPU插件、通信及管理插件、开入插件、开出插件、电源插件和人机接口组件，不同规格的产品由相同的各功能组件按需要组合配置，实现了功能模块的标准化。由于数据采样回路的异常而导致差动保护误动屡见报导，因此装置采用启动加保护动作“与”门的出口跳闸方式，杜绝了因单一硬件故障引起的保护误动。对于低压侧多个分支的起动/备用变压器保护所需处理的模拟量非常多，装置采用总线不出芯片的具有DSP技术和功能的32位单片机，提高了保护数据的处理速度和保护控制逻辑实现的效率，同时芯片内集成了大容量的数据存储器RAM和程序存储器ROM，总线不扩展，简化了硬件电路设计，有利于实现保护装置的高可靠性。采用全新的前插拔组合结构设计，强弱电回路分开，弱电回路采用背板总线方式，强电回路直接从插件上出线，以利于提高硬件的可靠性和抗干扰性能。另外，装置对模拟量输入回路、开入回路、开出回路进行实时自检，以及实时监视电源状态和机箱内温度，极大地提高了装置的可靠性和自检能力。因此可以做到“只要装置不告警，装置就是完好的”，大大减轻了日常维护工作量。（2）软件平台的设计和特点。装置的软件采用模块化的设计思想，以适应由于起动/备用变压器的主接线型式、低压侧分支数和接地方式等改变时保护配置的变动。将软件按照功能分为底层驱动模块、通信模块、保护模块、保护配置模块等，其中保护模块又分为模拟量处理、保护逻辑、出口跳闸等子模块，将各子模块分别封装，保护配置模块分别调用不同的子模块就可以实现不同的保护功能。此种模块化的设计思想，可以使不同的起动/备用变压器保护应用，只需通过下载配置，而无需改动软件便可实现，极大提高了装置的可靠性。根据起动/备用变压器的保护配置特点，通过设置自动的辅助定值和固定的输入定值，可使用户需要整定的保护定值和运行方式控制字减到最少，方便了用户整定。（3）用户平台的设计和特点。用户平台设计贯彻实用、便捷的原则，设计内容包括操作界面设计、通信接口设计、后台软件设计。通过面板上“一键操作”快捷键的设置以及按照运行人员和继保人员的使用习惯设置的菜单，使用方便。配置高速可靠的LonWoks现场总线接口、RS485通信接口以及光电以太网接口，支持电力行业标准DL/T6671999（idt.IEC60870103）的通信规约，方便接入后台监控系统。为了克服原有微机保护的录波功能只知道模拟量和最终动作结果的不足，装置采用了大容量的故障录波系统，可记录故障全过程，并将保护内部的测量元件、动作行为和逻辑过程完整地记录下来，使得动作过程完全透明化，配合后台分析软件，非常有利于事后的故障分析。3.3保护的配置 装置采用主后备保护一体化的设计思想，整个装置具有变压器差动保护、高压侧过流保护、高压侧接地保护、分支接地保护、分支限时速断和过流保护、后加速保护、启动通风、过激磁保护（330kV及以上电压等级选用）等功能，可根据具体工程进行选配。由于硬件和软件设计都是按照模块化设计的，所以可方便地实现主、后备保护分开设计。高压侧断路器的非全相保护和失灵启动，以及本体保护按照反措要求分别由独立的机箱实现。 3.4组屏设计 根据起动/备用变压器重要性的不同，通常可按照2种方式组屏。第一种为完全双重化配置的两面屏方式，即A屏和B屏各包含1台CSC316B起动/备用变压器保护装置，本体保护装置和操作箱分别放置于A屏和B屏；第二种为单重化配置的一面屏方式，即将CSC316B、本体保护装置和操作箱放置于一面屏。3.5配置和整定的特殊问题 高低压侧二次额定电流相差太大时对差动保护的影响由于接入高压系统的起动/备用变压器的差动保护高压侧二次额定电流很小和高低压侧二次电流相差很大，这给差动保护的实现带来困难。四 变压器零序电流电压保护4.1什么叫零序电流？零序电流有何特点？ 在电力系统中任一点发生单相或两相以上的接地短路故障时，系统中就会产生零序电流。这是由于在接地故障点出现了一个零序电压U0，在这个电压的作用下产生了零序电流I0。零序电流经故障点流经大地至电气设备接地点后返回故障点，他是一个反映接地故障的电流。零序电流有以下特点： （1）故障点零序电压最高，系统中各处距离故障点越远时，该处的零序电压越低。 （2）零序电流超前零序电压。 （3）零序电流的分布与变压器的中性点接地数目有关。 （4）零序功率的方向由线路流向母线。 （5)零序阻抗和零序网络不受系统运行方式的影响。 另外，零序保护一般分为三段或四段。 零序保护的 I 段是按躲过本线路末端单相短路时流经保护装置的最大零序电流整定的，它不能保护线路全长。零序保护的 II 段是与保护安装处相邻线路零序保护的 I 段相配合整定的，它不仅能保护本线路的全长，而且可以延伸至相邻线路。4.2零序电流产生的原因是什么？ (1)无论是纵向故障、还是横向故障、还是正常时和异常时的不对称，只要有零序电压的产生； (2)零序电流有通路。以上两个条件缺一不可。因为缺少第一个，就无源泉；缺少第二个，就是我们通常讨论的“有电压是否一定有电流的问题。零序公式:3U0=UA+UB+UC,3I0=IA+IB+IC 正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知道系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。 从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。 (1 ) 求零序分量：把三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的。 (2） 求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理：A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。 (3） 求负序分量：注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动，B相顺时针转120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。 通过上述方法大家可以分析出各种系统故障的大概情况，如为何出现单相接地时零序保护会动作，而两相短路时基本没有零序电流。 在这里再说说各分量与谐波的关系。由于谐波与基波的频率有特殊的关系，故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。但我们不能把谐波与这些分量等同起来。由上所述，之所以要把基波分解成三个分量，是为了方便对系统的分析和状态的判别，如出现零序很多情况就是发生单相接地，这些分析都是基于基波的，而正是谐波叠加在基波上而对测量产生了误差，因此谐波是个外来的干扰量，其数值并不是我们分析时想要的，就如三次谐波对零序分量的干扰。五 纵联差动保护 采用差动继电器作保护的测量元件，用来比较被保护元件各端电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是否发生短路。由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合问题，因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路，这是它的可贵优点。但是，为了构成纵联差动保护装置，必须在被保护元件各端装设电流互感器，并将它们的二次线圈用辅助导线连接起来，接差动继电器。由于受辅助导线条件的限制，纵向连接的差动保护仅限于用在短线路上，对于发电机、变压器及母线等，则可广泛采用纵联差动保护实现主保护。5.1对变压器的纵联差动保护具体要求 1)关于差动保护的整定值问题。过去变压器采用带速饱和差动保护装置，整定值要避开电流互感器二次回路断线、励磁涌流和外部故障不平衡电流值，一般灵敏系数较低。特别是变压器匝间短路（这是常见的故障）时灵敏系数更低。目前晶体管纵联差动保护对变压器各侧均有制动，如不考虑电流互感器二次回路断线情况，整定值可以降低，以提高灵敏性。但当整定值小于额定电流时，应尽量不在差动回路内连接其他元件，以减少或防止电流互感器二次回路故障的可能性。2)关于差动保护使用变压器套管电流互感器的问题。变压器高压侧使用套管电流互感器而不另装互感器，具有很大的经济价值，按电力变压器国家标准规定，在63kV和llOkV级容量分别为8000kVA和6000kVA及以上的变压器才供给套管型电流互感器。但当差动保护使用变压器套管电流互感器时，则变压器该侧套管或引线故障相当于母线故障，将切除较多的系统元件或使切断的时间过长。而目前国内变压器高压侧套管引线的故障，在变压器总故障次数中所占比例还是不少的。另外，套管电流互感器的组数是3组，安排起来比较紧：差动保护用1组，母线保护用1组，后备保护就要和仪表共用l组。1组互感器上连接元件过多，不仅负担可能过大而且降低了可靠性。此外变压器电流互感器试验时也存在一些困难，如无法通人大电流作变比试验。根据上述情况，差动保护范围一般包括套管及其引出线，即一般不使用变压器套管电流互感器构成差动保护。仅在某些情况下，如63kV和llokV电压等级的终端变电所和分支变电所；63kV和llokV变压器高压侧未装断路器的线路变压器组，其变压器容量分别为8000kVA和16000kVA及以上时，才利用变压器套管电流互感器构成差动保护。此外，当变压器回路一次设备由于检修或其他原因退出运行而用旁路回路代替时，作为临时性措施，差动保护亦可利用变压器套