电力变压器的继电保护培训教材.ppt

5 1变压器的故障 不正常工作状态及保护配置 变压器的故障 油箱内故障 绕组的相间短路 绕组的匝间短路 绕组的接地短路 油箱外故障 套管和引出线的相间短路与接地短路 变压器的不正常工作状态主要包括 由于外部短路引起的过电流 由于电动机自起动或并联工作的变压器被断开及尖峰负荷等原因引起的过负荷 油箱漏油造成的油面降低 变压器中性点电压升高 由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等 1 纵差动保护或电流速断保护 反映变压器绕阻 引出线及套管的故障 2 瓦斯保护 是防御油箱内部故障的主要保护 重瓦斯保护动作于跳闸 轻瓦斯保护动作于发信号 带负荷调压的油浸式变压器的调压装置 亦应装设瓦斯保护 3 相间故障的后备保护 防止外部相间短路引起的过电流及作为变压器内部故障的后备保护 应采用下列保护 1 对于降压变压器 宜采用过电流保护 2 对于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不满足灵敏性要求的降变压器 可采用复合电压起动的过电流保护 3 对于63000KVA及以上的降压变压器 可采用负序电流保护及单相式低电压启动的过电流保护 4 对于升压变压器和系统联络变压器 当采用上述 2 3 保护不能满足灵敏性和选择性要求时 可采用阻抗保护 4 接地短路的后备保护 110KVA及以上中性点直接接地电网中 应装设零序保护作为变压器主保护的后备及相邻元件接地保护的后备保护 5 过负荷保护 对于110KVA及以上的变压器 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 应装设过负荷保护 反映对称过负荷6 过励磁保护 大容量变压器 由于额定磁密接近于饱和磁密 过电压或低频率时容易引起过励磁 可采用过励磁保护 动作于信号或断开变压器 变压器配置的保护装置 变压器常见的故障有哪些 1 芯体发生故障 各部分绝缘老化 绕组层间 匝间发生短路 铜线质量不好形成局部过热 绕组绝缘受潮 系统短路使绕组造成机械损伤 冲击电流造成机械损伤等 2 变压器油故障 绝缘油因高温运行而氧化 吸收空气中的水分造成电气绝缘性能下降 油泥沉积阻塞油道使散热性能变坏 油绝缘性能降低造成闪路放电等 3 磁路故障 芯片间绝缘老化 穿芯螺丝或轭铁夹碰接铁芯 压铁松动引起电磁振动和噪音 芯片叠装不良造成铁损增加等 4 结构方面故障 分接头接触不良而局部过热 分接头之间因油泥造成相间短路或表面闪络 油箱漏油 油温指示失灵 防爆管故障使油受潮等 5 检查瓦斯继电器中有无气体产生 如有气体 应从颜色 气味及化学成分等方面分析故障和产生部位 电力变压器的瓦斯保护 一 瓦斯保护 反应变压器油箱内部气体量的多少和油流速度而动作的保护 保护变压器油箱内各种短路故障 特别是对绕组的相间短路和匝间短路 并且是变压器铁芯烧损的唯一保护方式 由于短路点电弧的作用 将使变压器油和其他绝缘材料分解 产生气体 气体从油箱经连通管流向油枕 利用气体的数量及流速构成瓦斯保护 二 构成和工作原理 1 气体继电器的结构 1 罩 2 顶针 3 气塞 4 永久磁铁 5 开口杯 6 重捶 7 探针 8 开口销 9 弹簧 10 挡板 11 永久磁铁 12 螺杆 13 干簧触点 重 14 调节杆 15 干簧触点 轻 16 套管 17 排气口 2 气体继电器的工作原理 a 变压器正常运行时 上下两对触点都断开 不发出信号 b 变压器油箱内部发生轻微故障 上触点接通信号回路 发出音响和灯光信号 这称之为 轻瓦斯动作 c 变压器油箱内部发生严重故障 下触点接通跳闸回路 使断路器跳闸 同时发出音响和灯光信号 这称之为 重瓦斯动作 d 变压器油箱漏油 上触点接通 发出报警信号 下触点接通 使断路器跳闸 同时发出跳闸信号 3 气体继电器的安装 安装在油箱与油枕之间的连接管道上 为什么变压器是斜着的 为了不妨碍气体的流通 变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有1 1 5 的升高坡度 通往继电器的连接管具有2 4 的升高坡度 主要优点 因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一 与纵差动保护相互配合 相互补充 实现快速而灵敏地切除变压器油箱内 外及引出线上发生的各种故障 瓦斯保护和差动保护不能互相取代 动作迅速 灵敏度高 安装接线简单 能反应油箱内部发生的各种故障 四 对瓦斯保护的评价 不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障 主要缺点 变压器差动保护励磁涌流具有如下特点 1 其值在初始很大 可达额定电流的5一10倍 2 含有大量非周期分量和高次谐波分量 且随时间衰减 在起始瞬间 励磁涌流衰减的速度很快 对于一般的中小型变压器 经0 5 1秒后 其值不超过额定电流的0 25 0 5倍 大型变压器励磁涌流的衰减速度较慢 衰减到上述值要2 3s 即变压器的容量越大 衰减越慢 完全衰减需要十几秒时间 3 其波形有间断角 减小励磁涌流影响的措施在变压器差动保护中 如不采取有效措施消除励磁涌流的影响 必将导致保护的误动 根据励磁涌流的特点 可采取下列措施 1 利用延时动作或提高保护动作值来躲过励磁涌流 但前者失去速动的优点 后者降低了保护动作的灵敏度 2 利用励磁涌流中的非周期分量 采用具有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护 3 利用励磁涌流中波形间断的特点 采用能有鉴别间断角的差动继电器构成差动保护 4 采用二次谐波制动的差动继电器 二 变压器两侧接线组别不同引起的不平衡电流及消除措施电力系统中常用的Y dll接线的变压器 由于三角形侧的线电流比星形侧的同一相线电流相位超前300 因此如果两侧电流互感器都按通常接线方式接成星形 则即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等 在差动保护回路中也会出现不平衡电流为了消除此不平衡电流 可采用相位补偿法 即将变压器星形侧的电流互感器的二次侧接成三角形 而将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接成星形 从而将电流互感器二次测的电流相位校正过来 所谓比率制动原理 即是根据发电机正常运行时的不平衡电流曲线 作出一条躲过不平衡电流的动作边界曲线 这条曲线叫做比率制动曲线 在短路电流小于起始制动电流时 保护装置处于无制动状态 其动作电流很小 小于额定电流 保护具有较高的灵敏度 当外部短路电流增大时 保护的动作电流又自动提高 使其可靠不动作 Id Isd比率制动曲线 Iq不平衡电流曲线 IgIz比率制动特性曲线 差动保护的主要功能及技术要求 1 采用比率制动的原理 能可靠防止区外故障时保护装置误动 新型变压器保护差动保护的动作特性 是把传统的比率制动特性抬高 称高值比率特性 用特性躲过区外故障电流互感器的饱和的影响 新增加了灵敏变斜率比率制动曲线 为防止该特性在区外故障时TA的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作 装置采用各相差电流的综合谐波作为TA饱和闭锁动作的判据 灵敏的抗电流互感器饱和的变斜率比率制动曲线可以保证区外严重故障不误动 区内轻微故障可靠动作 图A所示是区内故障 高值比率差动动作 可发跳闸令 图B所示是区内严重故障 差动速断动作 可发跳闸令 2 差动保护中的差动速断的作用当变压器内部故障电流过大时 变压器差动保护用的电流互感器将要饱和 电流互感器饱和时将产生各种高次谐波 其中包含二次谐波分量 而变压器差动保护的涌流闭锁功能 目前大部分采用二次谐波闭锁 当电流互感器饱和时 电流中的二次谐波分量将会使差动保护闭锁 不能动作出口 这时 只能靠差动速断保护动作出口 因为涌流不闭锁速断 因此 变压器差动保护中要设置速断保护 根据差动速断保护的特点 要求差动速断保护满足以下两点要求 1 动作电流应能躲过最大励磁涌流电流 2 区内发生最大短路电流故障时 应有足够的灵敏度 一般这种故障都是发生在高压套管引线上 差动保护与瓦斯保护的区别当发生变压器内部故障时 根据保护的特点 差动保护比瓦斯保护动作速度要快 但是 当变压器发生匝间短路时 由于短路的匝数不同 电流变化不一定很大 又因为变压器的流进 流出电流的方向不会改变 因此 差动保护很可能不会动作 而匝间短路故障如不及时解决 处理 将导致更大的故障 造成更大的损失 所以 这时依靠瓦斯保护动作将变压器从电网中断开 所以 差动保护和瓦斯保护不能互相替代 变压器过激磁对差动保护的影响当系统电压过高 将引起变压器过激磁 当变压器过激磁时 变压器铁芯将饱和 铁芯饱和后 变压器的传变特性会变坏 造成变压器输入输出电流不成比列 从而导致差动保护误动 因此当这种现象出现时应将差动保护闭锁 根据分析 过激磁时 电流中的5次谐波分量较大 用5次谐波分量将差动保护闭锁 防止保护误动 差动保护的一些基本概念1 1差动保护CT二次极性的接线方式CT二次极性的接线方式有180度接线和0度接线两种 0接线 如图所示 180度接线 如图所示 差动保护CT接线的时候 一定要先确定CT二次极性 否则保护将该动作的时候拒动 不该动作的时候误动 校差动保护的时候亦要注意这点 否则就南辕北辙了 1 2差动保护补偿系数问题 补偿系数主要与以下几个方面有关 1 2 1CT变比CT变比有600 5 1200 5 4000 5等等 由于变压器高低压侧电流大小不等 为了在正常运行时 使变压器高低压二次侧电流大小相等 不产生差流 从而选取不同变比的CT 对二次侧电流幅值进行补偿 1 2 2平衡系数很多情况下 仅通过CT变比对二次侧电流幅值进行补偿是不能完全消除差流的 还要有平衡系数的参与 以达到设备在正常运行情况下CT二次侧完全消除差流的目的 1 2 3星角矢量匹配方式在微机差动保护装置中 无论CT一次侧为Y型接线或是 型接线 差动CT二次侧均为Y型接线 因为Y型接线与 型接线之间有相角差 不能直接进行电流相减做差比较 所以就要对差动保护二次侧电流进行星角矢量匹配 矢量匹配有两种方式 一种为在Y侧矢量匹配 一种为在 侧矢量匹配 矢量匹配中要注意幅值变化的问题 1 2 4变压器的接线方式变压器的接线方式有Ynd11接线方式 Dyn1接线方式 Dyn11接线方式等 认清变压器的接线方式和差动保护装置应用的星角匹配方式 才能准确的校验出差动保护的制动特性 1 3差动电流 制动电流与制动系数差动电流 制动电流与制动系数是差动保护制动特性的3个重要参数 每种差动保护装置规定的差动电流 制动电流与制动系数的计算公式都有差异 要仔细阅读保护装置说明书 按照公式要求进行试验 以主变压器差动保护为例2 1 1主变压器接线方式为Ynd11接线 矢量匹配在Y侧如相量图 如图可知Y侧匹配公式 IA I AY 3 IAY IBY 3IB I BY 3 IBY ICY 3Ic I CY 3 ICY IAY 3IAIBIC为转换后的Y侧电流 2 1 2装置显示值与通入值之间的关系用 单相法试验 此保护装置显示值是标么值形式高压Y侧 IA I AY 3Ie 平衡系数IB I BY 3Ie 平衡系数Ic I CY 3Ie 平衡系数低压 侧 Ia Ia Ie 平衡系数Ib Ib Ie 平衡系数Ic Ic Ie 平衡系所以单相加量的时候要考虑IDZ 3 平衡系数 2 1 3试验时补偿相通入原则 此差动保护CT二次接线方式为180 接线 由匹配公式得知当用单相法做试验时 在Y侧通入A相电流时 装置自动产生C相电流 且与A相方向相反 所以要在 侧C相通入等幅值电流进行补偿 以抵消Y侧C相电流 其他相以此类推 现在以A相为例 高压Y侧通入I AY 0 自产IC 180 低压 侧通入I a 180 低压 侧补偿I c 0 以抵消高压Y侧自产IC 180 变压器接线方式为Dyn1接线 矢量匹配在Y侧 如图可知Y侧匹配公式 IA I AY 3 IAY IBY 3IB I BY 3 IBY ICY 3Ic I CY 3 ICY IAY 3 IAIBIC为转换后的Y侧电流 2 2 3装置显示值与通入值之间的关系 单相法试验 高压 侧 Ia Ia 平衡系数Ib Ib 平衡系数Ic Ic 平衡系数低压Y侧 IA I AY 3Ie 平衡系数IB I BY 3Ie 平衡系数Ic I CY 3Ie 平衡系数 试验