第四章4-3yu(余04)

1,第三节变压器的保护,4.3.1电力变压器保护装置的设置4.3.2变压器的瓦斯保护4.3.3变压器的电流保护4.3.3变压器的差动保护,2,3,4,1、变压器的故障种类及保护设置原则,内部故障变压器油箱里面所发生的故障。,不正常工作状况外部短路和过负荷而引起的过电流；风扇故障及不允许的油面降低和温度升高。,外部故障引出线绝缘套管的故障从而可能导致引出线的相间短路或接地短路。,5,变压器故障及不正常工作状态,变压器故障,不正常工作状态,内部故障线圈的相间短路、匝间或层间短路、单相接地短路以及烧坏铁心等。,外部故障套管及引出线上的短路和接地。,过负荷、温升过高以及油面下降超过了允许程度等。,6,变压器内部故障主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和单相接地短路，内部故障是非常危险的。短路电流产生的电弧不仅会破坏绝缘，还会将变压器油受热而爆炸。,变压器外部故障是引线上绝缘套管的故障从而导致引出线相间短路或接地短路。,变压器内部故障和外部故障应动作跳闸；对于外部相间短路引起过电流，保护装置应带时限动作跳闸等等。,7,保护装设类型：,瓦斯保护变压器内部故障的主保护。监护油箱内相间、匝间、碰壳及油面降低等故障。差动保护变压器内部绕组、绝缘套管及引出线相间短路的主保护。电流速断保护外部短路及变压器内部短路的后备保护。瞬时动作于跳闸零序电流保护变压器中性点接地或经放电间隙接地时作为外部接地保护。过负荷保护一般延时动作于信号；在无人值班变电所内，也可作用于跳闸或自动切除一部分负荷。温度保护监视变压器油箱上层油温。延时动作于信号或跳闸,8,对容量为7500kVA单台变压器，可考虑设置如下的保护：,(1)采用过电流保护，保护装置的整定值按照可能出现的过负荷考虑；,对于容量为10MVA以上的单独运行的变压器或并列运行的每台容量为6.3MVA以上的变压器，除了设置为(1)、(3)、(4)保护装置外，还要采用纵联差动保护。,二、总降变电所变压器的保护,(2)过电流时限大于0.5s时，可采用电流速断保护；,(3)气体保护；(4)温度监视。,9,3.1变压器的瓦斯保护,瓦斯保护又称气体保护,能反映油箱内部所有故障。主要元件是瓦斯继电器。,瓦斯继电器（气体继电器），安装于变压器油箱与油枕之间的连通管上，如图所示。为让变压器的油箱内产生的气体顺利通过与瓦斯继电器连接的管道流入油枕，应保证连通管对变压器油箱顶盖有2%4%的倾斜度，变压器安装应取1%1.5%的倾斜度。,10,1盖；2容器；3上油杯；4永久磁铁；5上动触点；6上静触点；7下油杯；8永久磁铁；9下动触点；10下静触点；11支架；12下油杯平衡锤；13下油杯转轴；14挡板；15上油杯平衡锤；16上油杯转轴；17放气阀；18接线盒,瓦斯继电器有浮筒式和开口杯式开口杯式结构及工作：变压器正常运行时，上油杯3及下油杯7都浸在油内，均受到浮力。因平衡锤的重量所产生的力矩大于开口杯（包括杯内的油重）一侧的力矩，开口杯处于向上倾斜的位置，此时上、下两对触点都是断开的。,11,开口杯式结构及工作：当变压器内部发生轻微故障时，产生的气体聚集在继电器的上部，迫使继电器内油面下降，上油杯3逐渐露出油面，浮力逐渐减小，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落，这时上接点闭合而接通信号回路，这称之为“轻瓦斯动作”。,12,开口杯式结构及工作：当变压器内部发生严重故障时，产生的大量气体或强烈的油流将冲击挡板14，使下油杯7立刻向下转动，使下触点接通变压器跳闸回路，这称之为“重瓦斯动作”。,如果变压器油箱漏油，使得瓦斯继电器内的油也慢慢流尽，先是继电器的上油杯下降，发出信号，接着继电器的下油杯下降，使断路器跳闸。,13,瓦斯保护接线图：,优点：动作快，灵敏度高，接线简单，能反应油箱内部各种故障，尤其是匝间短路。,缺点：不能反应油箱外部故障。,14,（2）变压器瓦斯保护动作后的故障分析。,收集瓦斯继电器内的气体做色谱分析，如无气体，应检查二次回路和瓦斯继电器的接线柱及引线绝缘是否良好；检查油位、油温、油色有无变化；检查防爆管是否爆裂喷油；检查变压器外壳有无变形，焊缝是否开裂喷油；如果经检查未发现任何异常，而确定是因二次回路故障引起误动作时，可退出瓦斯保护，投入其他保护，试送变压器，并密切监视；在瓦斯保护的动作原因未查清前，不得合闸送电。,15,当外部检查未发现变压器有异常时，应查明瓦斯继电器中的气体的性质：如积聚在瓦斯继电器内的气体不可燃，而且是无色无味的，说明是空气进入继电器内，此时变压器可继续运行。如气体是可燃的，则说明变压器内部有故障，应根据瓦斯继电器内积聚的气体性质来鉴定变压器内部故障的性质。如气体的颜色为黄色不易燃的，为木质绝缘损坏，应停电检修；气体的颜色为灰色和黑色易燃的，有焦油味，闪点降低，则说明油因过热分解或油内曾发生过闪烙故障，必要时停电检修；气体的颜色为浅灰色带强烈臭味且可燃的，是纸质绝缘损坏，应立即停电检修。,16,17,对容量为7500kVA单台变压器,可考虑设置如下的保护：,(1)采用过电流保护，保护装置的整定值按照可能出线的过负荷考虑；,(2)过电流时限大于0.5s时，可采用电流速断保护；,二、变压器的电流保护,交流操作：两相两继电器式，实现过流及速断保护。直流操作：用于变电站有直流电源，如企业总降压站。,18,(1)两相两继电器非全星形接法,当未装电流互感器的中间相低压侧单相接地短路，其它两相高压侧有1/3短路电流，继电器保护能反映单相短路但是灵敏度低。,电力变压器过电流保护装置接线如下：,19,(2)两相三继电器非全星形接法,低压侧中间相短路时，流经第三继电器为另两个继电器电流之和。,20,21,(3)两相差接接法保护简单，继电器少，缺点B相在低压侧发生单相短路时高压侧未装电流互感器流过2/3短路电流，其它为1/3短路电流。它们方向相同，大小相等，流入继电器工作线圈的电流为零，保护装置拒绝动作。-一般不用!,22,1LJ.2LJ.3LJ1SJZJ-定时限过流保护；4LJ.5LJZJ-速断保护；6LJ2SJ-过负荷保护。,变压器的电流保护,23,变压器干线式供电保护原理图。,24,25,各种保护的整定计算：,1.过流保护,灵敏度要求：,动作时限：,式中IL.max(1.53)I1NT,灵敏度按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路电流换算到高压侧来校验。,26,变压器过电流保护动作跳闸，应作如下检查和处理：（1）检查母线及母线上的设备是否有短路；（2）检查变压器及各侧设备是否短路；（3）检查低压侧保护是否动作，各条线路的保护有无动作；（4）确认母线无电时，应拉开该母线所带的线路；（5）如是母线故障，应视该站母线设置情况，用倒母线或转带负荷的方法处理；（6）经检查确认是否越级跳闸，如是，应试送变压器；（7）试送良好，应逐路检查故障线路。,27,2.电流速断保护,灵敏度要求：灵敏度按保护装置安装处(高压侧)在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流值来校验。,28,3.零序电流保护,当变压器低压侧出现单相对地短路时，短路电流很大，应设置保护装置动作于跳闸。变压器高压侧装设的过电流保护的灵敏度往往达不到要求。一般可用变压器低压侧装设带过电流脱扣器的自动空气开关或低压侧三相装设熔断器来解决，也可以在变压器低压侧中性点引出线上装设专门的零序电流保护，以及改两相两继电器式接线为两相三继电器式接线、三相三继电器式接线等。,29,电流整定,动作时限：0.50.7s,30,4.过负荷保护,动作时限：,1015S,Kk可靠系数，一般取1.05；,31,带有阶梯式时限的过电流，在靠近电源端发生故障后不能瞬时切断，而电流速断保护因为有死区，它仅保证瞬时断开被保护绕组的一部分。为了使作为重要设备的变压器发生故障后能全部瞬时切断，采用纵联差动保护装置。,差动保护是反映被保护元件两侧电流的差额而动作的保护装置。将变压器两侧的电流互感器同极性串联起来，使电流继电器跨接在两联线之间。通入继电器电流为两侧电流互感器二次电流之差。正常运行或在外部发生故障时，流入继电器的电流近似为零；内部发生故障时，保护装置动作，瞬时断开变压器的断路器。,三变压器的差动保护装置,32,在变压器正常工作或保护区域外部发生短路故障时，电流互感器二次侧电流同时增加，流入继电器的动作电流也是为零，或仅为变压器一、二次侧的不平衡电流，不平衡电流小于继电器动作电流，故保护装置不动作。,正常工作时：,三变压器的差动保护装置,33,当变压器差动保护范围内发生故障时，在单电源的情况下，流入继电器回路的电流，如图所示。此时继电器回路的电流大于其动作电流，保护装置动作，使QF1、QF2同时跳闸，切除变压器。,故障时：,保护范围:电流互感器安装地点之间的区域。,34,2.变压器采用纵联保护的特点,变压器的差动保护具有以下特点；(1)高低电压不同，不能选择同样型号的电流互感器；(2)绕组的接线方式不同，高低电压除了电流不同外，还有相角差。,补偿一次侧和二次侧电流的相角差，差动保护电流互感器采用相应的联接方式如图星形侧互感器接成三角形和三角形接成星形。,35,36,保护装置中的不平衡电流及消除方法,正常工作时,应IK=0;但不平衡,有一电流Ibp流入继电器。,(1)变压器两侧绕组接线方式不同而产生的Ibp,37,变压器接线为Y/接线，使得两侧电流相位相差30度，若电流互感器也采用相同接线方式，则I1、I2必有30度相位差，产生不平衡电流Ibp。,消除方法：变压器Y侧CT为型；变压器侧CT为Y型。,流经变压器一次侧CT上的电流为相电流。,流经变压器二次侧CT上的电流为线电流。,38,(2)变压器冲击励磁电流产生不平衡电流Ibp利用速饱和变流器加以消除。(可以不计)(3)变压器两侧TA变比配合不够理想产生Ibp3利用平衡线圈或简单计算加以消除(4)两侧TA型式和特性不同引起不平衡电流Ibp1利用提高保护动作电流加以消除(5)变压器改变分接头而引起不平衡电流Ibp2设定动作电流时躲过该不平衡电流,Ibp1+Ibp2+Ibp3和值随外部短路电流增大而增大。,39,2.差动保护电流整定,(1)躲过外部故障时最大不平衡电流:,(2)躲过变压器的最大励磁电流:,(3)TA二次侧回路断线时不应误动作，大于变压器的最大负荷电流:,40,2.差动保护电流整定,灵敏度要求：灵敏度按内部故障时的最小差动电流来校验。,41,例某厂总降压变电站主变压器参数为:SJL-8000,35/10.5,Y,d11接线,Uk%=7.5。采用BCH-2型差动继电器构成差动保护，试进行整定计算。已知数据35kV母线三相短路电流：最大运行方式3570A，最小运行方式时2140A；10kV母线三相短路电流：最大运行方式5632A，最小运行方式时4347A；归算到35kV侧分别为1690A，和1304A；10kV侧最大计算负荷电流为334A，归算到35kV侧为100A。,42,（2）变压器差动保护动作跳闸后的检查和处理,查变压器本身有无异常，检查差动保护范围内的瓷瓶是否有闪络、损坏，引线是否有短路；如果变压器差动保护范围内的设备无明显故障，应检查继电保护及二次回路是否有故障，直流回路是否有两点接地；经以上检查无异常时，应在切除负荷后立即试送一次，试送后又跳闸，不得再送；如果是因继电器或二次回路故障、直流两点接地造成的误动作，应将差动保护退出运行，将变压器送电后，再处理二次回路故障及直流接地；差动保护及重瓦斯保护同时动作使变压器跳闸时，不经内部检查和试验，不得将变压器投入运行。,43,变压器继电保护装设原则：,1.35110/610KV变压器(企业总降压变电站)1)1000KVA以下过流保护、电流速断保护2)10006300KVA瓦斯保护、过流保护及速断保护3)10000KVA以上瓦斯保护、差动保护、过流保护4)过负荷过负荷保护作用于信号。,44,2.610/0.40.23KV变压器(车间变电站),8001000KVA的装置及320KVA以上的车间变压器，应附设瓦斯保护作用于短路跳闸。420KVA以上的户内装置变压器户内隔离开关与RN1型户内高压熔断器。5601000KVA户内隔离开关与RN1型户内高压熔断器作后备保护。过流保护灵敏度不够装设零序电流保护。,力求简单,首先考虑用熔断器保护或采用熔断器与负荷开关配合保护;一次侧有短路器,装设过流保护及速断保护。,45,某中型工厂新建35kV变电所在运行中发生多次越级跳闸事故。10kV线路WL1故障（如图所示），其断路器跳闸，但同时变压器过电流保护跳闸，造成10kV母线停电，中断其他线路的供电。,6保护故障分析实例,46,经继电保护人员现场的分析，估计有以下几种原因引起变压器过电流保护动作：（1）变压器过电流保护整定值与下级整定值配合不当；（2）变压器过电流保护整定值校验不准，取值过小；（3）WL1线路过电流整定值校验不准，取值过大；（4）变压器过电流继电器线圈串联接成并联，以致整定值减小一半；（5）WL1线路过电流继电器线圈并联接成串联，以致整定值增大一半；（6）变压器过电流时间与WL1线路过电流时间配合不当。,47,为了进一步查明原因，继电保护人员做了如下的实验：在变压器和WL1线路保护柜的电流互感器二次侧的试验端子排处，把两过电流保护的交流回路串联起来，再串接WL1的断路器的主接点。冲击性地加入可使两过电流保护动作的电流值。正常的话，WL1的断路器主接点先动作，断开试验交流电源（模拟短路电流），而变压器的继电保护装置达不到动作时间而复位，不会跳闸。但事实上变压器和WL1的断路器都动作跳闸。因此判断问题出在变压器保护回路的接线上。经查变压器保护装置的二次接线，发现过电流保护装置的时间继电器接点接错，动作时间缩短，与线路的过电流保护动作时间一样。因而在线路故障时，变压器过电流保护和线路过电流保护同时动作，造成越级跳闸母线停电。,48,7变压器的异常声音,（1）当有大容量的动力设备启动时，负荷变化较大，使变压器声音增大；（2）过负荷使变压器发出很高而且沉重的“嗡嗡”声；（3）个别零件松动，如铁心的穿心螺丝夹得不紧，使铁心松动，变压器发出强烈而不均匀的噪音；（4）内部接触不良，或绝缘有击穿，变压器发出放电的“劈啪”声；（5）系统短路或接地，通过很大的短路电流，使变压器有很大的噪音；（6）系统