变压器保护原理及试验方法.doc

变压器保护原理及试验方法培训班参加人员： 培训日期：2010年3月2日1 变压器保护的配置1.1 主保护变压器是变电站的电气主设备，其内部故障的主保护方案之一是差动保护。差动保护在发电机和线路上的应用是比较简单的，但作为变压器内部故障的主保护，差动保护有许多特点和困难。第一，由于变压器每相原、副边电流大小和相位不同而产生的不平衡电流；第二，变压器具有两个或更多个电压等级，构成差动保护所用的电流互感器的额定参数各不相同，因此也要产生不平衡电流；第三，在空载变压器突然合闸时，或者变压器外部短路被切除变压器端电压突然恢复时，暂态励磁电流（即励磁涌流）的大小几乎等于短路电流，在这样大的不平衡电流下，要求差动保护不误动是一个相当复杂困难的技术问题。1.2 后备保护变压器的后备保护分为两大类，第一类是相间短路后备保护，第二类是接地短路后备保护。相间短路后备保护有过流保护、复压（方向）过流保护、负序过流保护、阻抗保护；接地短路后备保护有零序（方向）过流保护、零序过压保护；另外还有失灵保护、非全相保护等特殊后备保护。1.3 非电量保护变压器还配备有非电量保护，具体来说有轻瓦斯、重瓦斯、压力释放、油位异常、油温高报警、油温高跳闸、绕温高报警、绕温高跳闸、冷却器全停等保护，对有载调压变压器还有调压轻瓦斯和调压重瓦斯。 瓦斯保护是变压器油箱内故障（特别是铁芯故障）的一种主要保护，无论差动保护或其它内部短路保护如何改进提高性能，都不能代替瓦斯保护。轻瓦斯保护动作只发信，重瓦斯保护动作跳闸。2.1 差动保护的原理2.1.1 纵差保护的基本原理 在变压器保护中所用的差动保护是纵联差动保护，简称纵差保护，保护所用CT装设在被保护元件的两侧。 正常运行或外部故障时，负荷电流或故障电流从一个CT的一次极性端流入，从另一个CT的一次极性端流出，差动电流是两个CT的二次电流相减，其值理论上等于0，实际上等于不平衡电流，保护不会动作，如图1所示。而在内部故障时，对两侧都有电源点的变压器，故障电流从两个CT的一次极性端流入，从非极性端流出流向故障点，对只有一侧有电源点的变压器，故障电流从电源点那侧的那个CT的一次极性端流入，从非极性端流出流向故障点，另一侧的CT中无电流，差动电流是两个CT的二次电流相加，其值快速增大，达到差动动作定值后保护动作。如图2所示。在每相并联分支数为2以上的发电机中，可以使用裂相横差保护，保护所用CT装设在被保护元件的同一侧，正常运行或外部故障时，两个CT一次绕组中流过大小和方向完全一样的电流（理论上），差动电流是两个CT的二次电流相减，其值理论上等于0，实际上等于不平衡电流，当内部故障时，两个CT一次绕组中流过的电流不再相等，二次的差流增大保护动作。发电机横差保护与发电机纵差保护相比较，横差保护能保护匝间短路和大负荷时分支绕组开焊等故障。 变压器保护不采用横差保护。2.1.2 比率制动式差动保护 如果不采用比率制动特性，保护动作电流必须按最大外部短路时周期性短路电流所引起的最大不平衡电流来整定，保护动作较慢，可靠性也不高。 所谓比率制动特性差动保护简单说就是让差动电流定值随着制动电流的增大而按某一比率相应的提高。使制动电流在不平衡电流较大的外部故障时制动作用明显，防止由于不平衡电流引起的保护误动。而在内部故障时，制动作用最小，保证保护能可靠、灵敏的动作。 图3图3中曲线1为差动回路的不平衡电流，它随着短路电流的增大而增大。根据差动回路接线方法的不同，在整定时，通过调整不平衡比例系数使得计算机在实时计算时的Ibp最小。曲线2是无制动时差动保护的整定电流，它是按躲过最大不平衡电流Ibpmax来整定的。曲线3为变压器差动保护区内短路时的差电流，它随短路电流的增大而线性的增大。曲线4为具有制动特性的差动继电器的差动保护特性。在无制动时，曲线3与曲线2相交于B点，这时保护的不动作区为OB，即保护区内短路时的短路电流必须大于OB所代表的电流值时，保护才能动作。在有制动时，曲线3与曲线4相交于A点，短路电流只要大于OA所代表的电流值时，差动电流就能达到差动电流定值，保护即能动作。OAOB，这说明在同样的区内短路状态下，有制动特性的差动保护比无制动特性的差动保护灵敏度要高。 在实际的变压器差动保护装置中，其比率制动特性如图4所示，图4中平行于横坐标的AB段称为无制动段，它是由启动电流和最小制动电流构成的，动作值不随制动电流变化而变化。我们希望制动电流小于变压器额定电流时无制动作用，通常选取制动电流等于被保护变压器高压侧的额定电流的二次值。即: Izd=Ie/nLH图4图4中斜线的斜率为基波制动斜率，以双绕组变压器为例，当区外故障时短路电流中含有大量非周期分量会产生较大不平衡电流，但此时制动电流Izdo增大，当动作电流Idzo大于启动电流时，制动电流和动作电流的交点D必落在制动区内。当区内故障时，差电流即动作电流为全部短路电流之和，制动电流则为两侧短路电流绝对值的平均值，平行于纵、横轴的二直线交点必落在动作区内，差动保护可靠动作。2.1.3 比率制动式差动保护的动作判据以图4为例。 2.1 差动保护的原理式中Icd差动电流 Icdqd差动启动电流 Izd制动电流 Izdmin最小制动电流 m比例制动斜率 I1变压器第一侧电流 I2变压器第二侧电流2.1.4 励磁涌流闭锁原理 如前所述，变压器空载合闸或切除外部短路的电压恢复过程中，全部励磁涌流将流入差动回路，如果不采取闭锁措施，势必造成差动保护的误动作。励磁涌流闭锁原理有两种： 原理一：谐波制动原理。 励磁涌流中含有大量的二次谐波I2，保护装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，动作方程：I2K2xbI1。 K2xb为二次谐波制动系数整定值，推荐为0.15。 满足动作方程就闭锁差动保护，否则开放差动保护。 原理二：波形判别原理。 基波的波形是正弦波，完整对称。励磁涌流存在大量谐波分量，波形是间断不对称的。保护装置利于三相差动电流的波形判别作为励磁涌流的识别判据，判断波形是对称完整的就开放差动保护，否则就闭锁差动保护。 由于不能模拟励磁涌流，无法对波形判别原理进行验证。2.1.5 防止过励磁误动的五次谐波制动方案 变压器过压或过励磁时，励磁电流急剧增大，波形严重畸变。当过电压达额定电压的120%140%，励磁电流可增至额定电流的10%43%，这个电流将作为不平衡电流流入差动保护的动作回路，完全可能使差动保护误动作。 传统的防误动措施是增设五次谐波制动回路，当过电压为115%