《电力变压器保护》PPT课件

电力变压器保护 6 1电力变压器的故障 不正常工作状态及保护方式 一 变压器故障变压器故障类型 油箱内部故障和油箱外部故障 油箱内故障 绕组相间 匝间短路 绕组接地 绕组和外壳短路 铁芯烧损 油箱外故障 套管和引出线上发生相间和接地故障 6 1电力变压器的故障 不正常工作状态及保护方式 二 变压器不正常工作状态变压器不正常工作状态 外部短路引起的过电流外部接地引起的过电流和中性点过电压过负荷 过励磁 油面降低 冷却系统故障 6 1电力变压器的故障 不正常工作状态及保护方式 三 变压器保护对变压器应装设下列保护 瓦斯保护纵差动保护或电流速断保护外部相间短路时的保护外部接地短路时的保护过负荷保护过励磁保护其他保护 6 2变压器的纵差动保护 6 2 1变压器纵差动保护的基本原理 图6 1双绕组变压器正常运行的电流分布 图6 2三绕组变压器内部故障时的电流分布 6 2变压器的纵差动保护 6 2 1变压器纵差动保护的基本原理二次选择合适的电流互感器变比即 因为 6 2变压器的纵差动保护 6 2 1变压器纵差动保护的基本原理正常运行或外部故障时 流入差动继电器的电流变压器内部故障时 流入差动继电器的电流注意 正常运行或外部故障时 不计电流互感器励磁涌流的影响 则流入差动继电器的电流该电流称为不平衡电流 6 2变压器的纵差动保护 6 2 1变压器纵差动保护的基本原理差动继电器的动作电流式中 可靠系数 其值大于1注意 不平衡电流越大 差动继电器动作电流越大 太大 就会降低内部短路时保护灵敏度 6 2变压器的纵差动保护 6 2 2不平衡电流产生的原因 一 稳态情况下的不平衡电流1 电流互感器计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流以一台容量为31 5MVA 变比为115 10 5的变压器为例 列出了由于电流互感器的实际变比与计算变比不等引起的不平衡电流 从图可知 不平衡电流为0 23A 如图6 3 6 2变压器的纵差动保护 6 2 2不平衡电流产生的原因 一 稳态情况下的不平衡电流 图6 3计算变压器额定运行时差动保护臂中的不平衡电流 6 2变压器的纵差动保护 6 2 2不平衡电流产生的原因 一 稳态情况下的不平衡电流2 变压器各侧电流互感器型号不同产生不平衡电流由于变压器各侧电压等级和额定电流不同 所以变压器各侧的电流互感器型号必然不同 它们的饱和特性 励磁电流 归算至同一侧 也就不同 将一次侧电流变换到二次侧过程中的传变误差不一致 从而在差动回路中产生较大的不平衡电流 6 2变压器的纵差动保护 6 2 2不平衡电流产生的原因 一 稳态情况下的不平衡电流3 变压器正常运行时由励磁电流引起的不平衡电流变压器的励磁支路相当于变压器内部故障支路 励磁电流全部流入差动继电器 变压器正常运行时 励磁电流为额定电流的3 5 当外部短路时 由于变压器电压降低 此时的励磁电流更小 因此 在整定计算中可以不予考虑 6 2变压器的纵差动保护 6 2 2不平衡电流产生的原因 一 稳态情况下的不平衡电流4 变压器各侧电流相位不同引起的不平衡电流 如图6 4 图6 4Y d11接线的变压器两侧电流互感器的接线及电流相量图 6 2变压器的纵差动保护 6 2 2不平衡电流产生的原因 一 稳态情况下的不平衡电流电力系统中变压器常采用Y d11接线方式 变压器两侧电流的相位差为30o 如果两侧电流互感器采用相同的接线方式 即使两侧电流二次侧数值相同 也会产生的不平衡电流 则将导致纵差保护误动作 因此 必须补偿由于两侧电流相位不同而引起的不平衡电流 具体方法是将Y d11接线的变压器形接线侧的电流互感器接成 形接线 形接线侧的电流互感器接成Y接线 这样可以使两侧电流互感器二次连接臂上的电流和相位一致 6 2变压器的纵差动保护 6 2 2不平衡电流产生的原因 一 稳态情况下的不平衡电流5 变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流变压器带负荷调节分接头是电力系统中电压调整的一种方法 改变分接头就是改变变压器的变比 整定计算中 差动保护只能按照某固定一变比整定 选择恰当的平衡线圈减小或消除不平衡电流的影响 6 2变压器的纵差动保护 6 2 2不平衡电流产生的原因 二 暂态情况下的不平衡电流暂态过程中的不平衡电流对它的影响必须给予考虑 在暂态过程中 一次侧的短路电流含有非周期分量 它对时间的变化率 很小 很难变换到二次侧 而主要成分为互感器的励磁电流 从而使铁芯更加饱和 6 2变压器的纵差动保护 6 2 3变压器的励磁涌流产生励磁涌流的原因主要是变压器铁芯的严重饱和励磁阻抗的大幅度降低 励磁涌流的大小和衰减速度与合闸瞬间电压的相位 剩磁的大小 方向 电源和变压器的容量等有关 6 2变压器的纵差动保护 6 2 3变压器的励磁涌流励磁涌流具有的特点 励磁涌流很大 其中含有大量的直流分量 励磁涌流中含有大量的高次谐波 其中以2次谐波为主 而短路电流中2次谐波成分很小 励磁涌流的波形有间断角 如图6 5 图6 5励磁涌流波形的间断角 6 2变压器的纵差动保护 6 2 3变压器的励磁涌流 表6 1变压器内部短路电流和励磁涌流谐波分析结果 6 2变压器的纵差动保护 6 2 3变压器的励磁涌流减小励磁涌流对差动保护的影响的方法 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护 利用二次谐波制动的差动继电器构成差动保护 采用鉴别波形间断角的差动继电器构成差动保护 6 2变压器的纵差动保护 6 2 4减小不平衡电流的措施 一 减小稳态情况下的不平衡电流采用自耦变流器改变自耦变流器的变比 使 补偿了不平衡电流 图6 6不平衡电流的补偿 6 2变压器的纵差动保护 6 2 4减小不平衡电流的措施 一 减小稳态情况下的不平衡电流利用带速饱和铁芯的差动继电器中的平衡线圈减小电流互感器的二次负荷减小因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流 减小因接线两侧相位不一致引起的稳态不平衡电流 如图6 7 6 2变压器的纵差动保护 6 2 4减小不平衡电流的措施 一 减小稳态情况下的不平衡电流相位补偿后 两侧流入差动回路中的电流相位相同 即 图6 7Y d11接线变压器差动保护接线图和相量图 6 2变压器的纵差动保护 6 2 4减小不平衡电流的措施 一 减小稳态情况下的不平衡电流变压器一次侧按Y接线时电流互感器的变比为 变压器二次侧按 接线时电流互感器的变比为 变压器Y形 形侧的额定电流 6 2变压器的纵差动保护 6 2 4减小不平衡电流的措施 二 减小暂态不平衡电流的影响采用带小气隙的电流互感器采用速饱和变流器以减小暂态过程中非周期分量电流的影响 6 2变压器的纵差动保护 6 2 5纵差动保护的整定计算 一 纵差动保护动作电流的整定原则躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流 即 的同型系数 取为1 非周期分量系数 取为1 5 2 当采用速饱和变流器时 取1 10 电流互感器容许的最大相对误差 由变压器带负荷调压所引起的相对误差 取电压调整范围的一半 由所采用的互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不同时的相对误差 取0 05 6 2变压器的纵差动保护 6 2 5纵差动保护的整定计算 一 纵差动保护动作电流的整定原则躲过电流互感器二次回路断线时引起的差动电流 若没有断线识别措施 则差动保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流 即当负荷电流不能确定时 可采用变压器的额定电流 可靠系数一般取1 3 6 2变压器的纵差动保护 6 2 5纵差动保护的整定计算 一 纵差动保护动作电流的整定原则躲过变压器的最大励磁涌流 即 可靠系数 取1 3 1 5 变压器的额定电流 励磁涌流最大倍数 一般取4 8 6 2变压器的纵差动保护 6 2 5纵差动保护的整定计算 一 纵差动保护动作电流的整定原则按上面三个条件计算纵差保护的动作电流 选取最大值作为保护的整定值 即 6 2变压器的纵差动保护 6 2 5纵差动保护的整定计算 二 纵差动保护动灵敏系数的校验灵敏系数按下式校验为各种运行方式下变压器内部故障时 流经差动继电器的最小差动电流 灵敏系数一般不应低于2动作时间 由于差动保护不存在于其他保护的配合问题 可以独立判别区内和区外故障 故而动作时间为0 6 2变压器的纵差动保护 6 2 6二次谐波制动的差动继电器 一 工作原理 图6 8二次谐波制动的差动保护原理接线框图 6 2变压器的纵差动保护 6 2 6二次谐波制动的差动继电器包括下面四部分 比率制动回路 由TX1 BZ1 C1和R1组成 二次谐波制动回路 由TX2 C2 BZ2 C3和R2组成 总制动电压差动回路 由TX3 BZ3 C4和R3组成 执行回路 继电器不动作 继电器应能可靠动作 6 2变压器的纵差动保护 6 2 6二次谐波制动的差动继电器 二 继电器的工作特点正常运行及外部故障比率制动电压较大 二次谐波制动电压较小 其总制动电压仍较大 而此时差动回路中的动作电压 继电器不会动作 励磁涌流作用含有大量的高次谐波分量 而以二次谐波为主 间断角越小 二次谐波也越小 6 3变压器的瓦斯保护 6 3 1瓦斯继电器的工作原理当变压器油箱内部发生严重故障时 大量气体和油流直接冲击档板8 使下开口杯1顺时针方向旋转 带动永久磁铁靠近下部干簧的触点3 使之闭合 发出跳闸脉冲 表示 重瓦斯 保护动作 1 下开口杯2 上开口杯3 干簧触点4 平衡锤5 放气阀6 探针7 支架8 挡板9 进油挡板10 永久磁铁 6 3变压器的瓦斯保护 6 3 2瓦斯保护接线瓦斯保护的原理接线图 a 原理接线图 b 原理展开图 图6 9变压器瓦斯保护原理图 6 3变压器的瓦斯保护 6 3 2瓦斯保护接线瓦斯保护动作后 应从瓦斯器上部排气口收集气体 进行分析 根据气体的数量 颜色 化学成份 可燃性等 判断保护动作的原因和故障的性质 瓦斯保护能反应油箱内各种故障 且动作迅速 灵敏性高 接线简单 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 1过电流保护变压器过电流保护的单相原理接线图 图6 10变压器过电流保护单相原理接线图 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 1过电流保护整定原则 躲开变压器可能出现的最大负荷电流 可靠系数取1 2 1 3 返回系数取0 85 0 95 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 1过电流保护最大负荷电流的确定考虑以下因素 对并列运行的变压器 应考虑切除一台变压器后 其他变压器由于负荷转移出现的过负荷对降压变压器 还应考虑电动机自启动时的最大电流 动作时间和灵敏度的校验同线路过电流保护 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 2低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护原理接线图 图6 11低电压起动的过电流保护原理接线图 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 2低电压起动的过电流保护过电流元件整定 只需躲过正常负荷电流即可低电压元件整定 按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定按躲过电动机自启动时的电压整定一般工程上采用 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 2低电压起动的过电流保护电流元件灵敏度校验同线路过电流保护电压元件灵敏度校验按下式计算 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 3复合电压起动的过电流保护为提高不对称故障时 过电流保护灵敏度 系统中通常采用复合电压启动过电流保护 图6 12复合电压起动的过电流保护原理接线图 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 3复合电压起动的过电流保护保护由三部分组成 1 电流元件 由接于相电流的继电器KAl KA3组成 2 电压元件 由反应不对称短路的负序电压继电器KVN和反应对称短路接于相间电压的低电压继电器KV组成 3 时间元件 由时间继电器KT构成 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 3复合电压起动的过电流保护负序电压整定 按躲过最大不平衡电压输出整定 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 3复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护具有以下优点 由于负序电压继电器的整定值较小 对于不对称短路 电压元件的灵敏系数较高 由于保护反应负序电压 因此 对于变压器后面发生的不对称短路 电压元件的工作情况与变压器采用的接线方式无关 灵敏系数提高了1 15 1 2倍 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 4负序过电流保护变压器负序过电流保护的原理接线图 图6 13负序电流保护的原理接线图 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 4负序过电流保护负序电流保护的动作电流按以下条件选择躲开变压器正常运行时负序电流滤过器出口的最大不平衡电流 其值一般为 0 1 0 2 躲开线路一相断线时引起的负序电流 与相邻元件上的负序电流保护在灵敏度上配合 简化计算直接校验保护的灵敏度 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 5过负荷保护过负荷保护的安装侧具体如下 对双绕组升压变压器 装于发电机电压侧对一侧无电源的三绕组升压变压器 装于发电机电压侧和无电源侧 对三侧有电源的三绕组升压变压器 三侧均应装设 对于双绕组降压变压器 装于高压侧 仅一侧电源的三绕组降压变压器 若三侧绕组的容量相等 只装于电源侧 若三侧绕组的容量不等 则装于电源侧及绕组容量较小侧 对两侧有电源的三绕组降压变压器 三侧均应装设 6 4变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6 4 5过负荷保护过负荷保护的动作电流 应按躲开变压器的额定电流整定 即 可靠系数 取1