电力变压器保护

1,第六章电力变压器保护,2,电力变压器是电力系统中的重要电气设备。大容量变压器造价十分昂贵，其故障会对供电可靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。因此，应根据变压器容量和重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。,3,4,5,一、变压器故障类型,（1）油箱内部故障a、变压器绕组相间短路；,第一节故障类型和不正常运行状态,6,一、变压器故障类型,（1）油箱内部故障a、变压器绕组相间短路；b、变压器绕组匝间短路；,7,（1）油箱内部故障a、变压器绕组相间短路；b、变压器绕组匝间短路；c、变压器绕组接地短路。,一、变压器故障类型,8,（2）油箱外部故障a、绝缘套管的相间短路与接地短路；b、引出线上的发生的相间短路和接地短路。,9,二、变压器的不正常工作状态：（1）由于外部短路引起的过电流；（2）负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；（3）油箱漏油造成的油面降低；（4）由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁。对于不正常工作状态，变压器保护也必须能够反应发告警信号，或延时跳闸。,10,第二节变压器纵差动保护,一、变压器纵差保护原理,基本原理：基尔霍夫电流定律。使正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流为0。,11,该式表明了两侧TA变比与变压器变比之间的理想关系(未考虑变比的关系)。,12,二、引起变压器纵差保护不平衡电流的主要因素,（1）变压器两侧绕组接线方式不同；（2）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比不同；（3）变压器带负荷调节分接头；（4）电流互感器传变误差的影响；（5）变压器励磁电流产生的不平衡电流；（6）变压器励磁涌流。,13,1、变压器两侧绕组接线方式不同产生的不平衡相位变化引起的,14,TA二次的接法：变压器Y形侧二次侧接成形；（非微机）变压器形侧二次侧接成Y形。,通过TA的二次接线，完成相位修正：,Y侧二次修正,分相差动,15,微机变压器保护的TA接法：全Y接入(回路简单)。,零线,通过内部计算，完成相位修正：,内部计算修正,16,2、TA的计算变比与实际变比不同产生的不平衡,实际工程中，变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产品目录确定的标准变比，有时难以满足：由此产生了误差。,17,克服措施：对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。,变比误差,18,微机保护允许任意的TA变比。,19,3、变压器带负荷调整分接头产生的不平衡带负荷调压分接头变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就改变了nT，出现不平衡差流。克服措施：整定时增大动作电流门槛值。,20,4、两侧电流互感器传变误差产生的不平衡,1）稳态不平衡电流变压器两侧电流互感器的型号不同，励磁特性差别较大。,一个电流互感器的等值图,21,2）暂态不平衡电流外部故障时，短路电流中还含有非周期暂态分量，非周期分量按一定的时间常数衰减，是低频分量，大部分流经励磁支路，增加了TA的传变误差，导致不平衡电流增大。,克服措施：暂态选用具有较好暂态传变特性的TA；稳态增大动作电流门槛值。,4、两侧电流互感器传变误差产生的不平衡,22,外部短路最大电流(二次值),非周期分量系数,TA同型系数(同型取0.5,不同型取1),10%误差,二次电流,一次电流,理想,最大误差,10%误差,最大不平衡电流,1)不同型时，最大误差：10%,2)同型时,考虑都有误差,最大：0.510%=5%,23,当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使变压器铁芯瞬时饱和，出现数值很大的励磁电流，称为励磁涌流。励磁涌流可达变压器额定电流的68倍，如不采取措施，变压器纵差保护将会误动。,5、变压器励磁涌流的影响,克服措施：励磁涌流闭锁差动保护,24,涌流产生原因：铁芯中的磁通不能突变。,稳态磁通：(t),非周期分量：m,m,-m,剩磁：sy,m+sy,sy,最大磁通：(t),2m+sy,结论：在电压为0时合闸，涌流最大在电压为峰值（或谷值）时合闸，涌流最小,25,电流很大,磁滞曲线,铁芯中的磁通达到最大值变压器严重饱和励磁阻抗降低对应的励磁电流很大励磁涌流。,在电压为0时合闸，励磁涌流最小。,26,三、变压器纵差保护整定计算,1）躲过区外短路故障的不平衡电流；,外部短路最大电流,分接头误差,CT变比不一致,非周期分量,CT10%误差,同型系数,可靠系数取1.3,27,三、变压器纵差保护整定计算,2）躲过变压器空载投入时，励磁涌流的影响；,3）躲无断线识别的CT二次回路断线引起的差电流,可靠系数1.31.5,励磁电流最大倍数,额定电流,可靠系数取1.3,最大负荷电流,4)灵敏度检验,内部短路下最小差动电流,28,四、比率制动式纵差保护,纵差动保护的主要问题：1）区外短路故障的不平衡电流；2）变压器空载投入时，励磁涌流的影响；3）内部短路故障时，还要保证差动保护的灵敏性和快速性。比率差动可以兼顾不平衡电流与灵敏性。比率差动的制动门槛是随着电流而浮动的。,29,目前广泛应用的数字式变压器纵差动保护，普遍使用两折线或三折线比率制动特性。,动作判据：,动作电流：,制动电流：,比率系数,30,两折线比率制动特性整定,动作判据：,比率系数,31,一、单相变压器励磁涌流的特征：1、数值较大，可达额定电流的68倍，偏于时间轴的一侧（含有较大的直流分量）；2、励磁涌流中含有大量的谐波分量，二次谐波为主；3、励磁涌流的波形中有间断。,第三节变压器励磁涌流及鉴别方法,32,二、三相变压器励磁涌流的特征：至少在两相中出现不同程度的涌流。因为，至少有两相在电压非峰值、非谷值时合闸。一个典型的电流波形如下：,33,励磁涌流的特征1、偏向一侧2、谐波分量大3、波形中有间断,为了克服励磁涌流对变压器差动保护的影响，一般采用：励磁涌流闭锁措施。,对策波形对称原理二次谐波制动原理间断角制动原理,其中，二次谐波制动（闭锁）原理应用的最多,34,采取各种励磁涌流闭锁措施后，带来的问题：1）合闸在有故障的变压器时会延时动作。例如：采用二次谐波制动时，需要等谐波衰减后，才能够动作。2）大型变压器的涌流特征可能不明显。难点：涌流与短路的区别。,35,三、差动电流速断保护,变压器内部严重故障时，短路电流很大，使得电流互感器饱和，二次电流中高次谐波分量增大，可能影响到比率差动保护的快速动作，因此，变压器纵差动保护可配置差动电流速断保护。,差流速断,36,四、零序电流差动保护,变压器零序电流差动保护由变压器中性点侧零序电流互感器和变压器星形侧电流互感器的零序回路构成。优点：不受励磁涌流、电压分接头调整的影响。,前述的变压器纵差动保护采用的电流是相电流，因此变压器发生内部单相接地故障时灵敏度比较低。若这种差动保护在一单相接地故障时灵敏度不足，可以增设零序电流差动。,37,后备保护的作用：防止外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备，以及在可能条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。,第四节变压器后备保护,主要包括：相间短路后备保护、接地短路后备保护。,后备保护主要以各种相电流、零序电流、负序电流+延时构成。,38,一、相间短路的后备保护,相间后备保护用以防止变压器外部短路引起变压器绕组的过电流及作为变压器本身差动保护和瓦斯保护的后备，当变压器所连接母线未装设专用母线保护时也作为母线的保护。相间后备保护可选用过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等。,39,1、过电流保护,按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定：,(2)躲过电动机负荷的自起动电流等，,(1)躲过并列运行变压器切除一台时的过负荷电流，,(3)动作时限和灵敏度与相邻元件过电流保护相配合。,返回系数,TA变比,40,2、复合电压启动的过电流保护,负序过电压反映不对称故障低电压反映三相短路1）动作电流按躲变压器额定电流整定；2）负序过电压按躲不平衡电压整定：,41,3、负序过电流保护,负序电流保护灵敏度较高，但整定计算相对复杂，由于负序电流不反应三相对称短路，所以必须加装一套低电压启动的过电流保护来反应三相对称短路。,用负序电流代替过流保护中的电流测量元件。,42,对110kV及以上中性点直接接地电网（大接地电流系统）中的变压器，对外部接地短路引起的过电流，应装设零序保护，作为变压器主保护的后备和相邻元件接地故障的后备。,二、接地短路的后备保护,变压器高压绕组中性点是否接地运行与变压器中性点的绝缘水平有关。220kV及以上大型变压器，高压绕组一般采用分级绝缘，中性点绝缘水平不同。,变压器零序保护的方式与变压器中性点运行方式有关。,变压器中性点运行方式不同-接地保护配置不相同。,(1)500kV系统中,中性点绝缘水平为38kV的变压器，必须直接接地运行。,(2)220kV系统中，中性点绝缘水平为110kV的变压器，可以直接接地也可以在系统中不失去接地点情况下不接地运行。,43,1、中性点直接接地变压器的零序电流保护,由两段式零序过电流保护构成，通常以较短时限动作于缩小故障范围，以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。,与相邻元件零序后备配合,与相邻元件零序I段配合,44,2、中性点可能接地或不接地变压器的零序电流、电压保护,对于有多台变压器并列运行的情况，通常只有部分变压器中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地。当相邻母线或线路发生接地故障，故障元件保护拒动时，则中性点接地变压器的零序电流保护动作，将中性点接地变压器切除，此时中性点不接地变压器可能产生过电压。,K2或K1时，T2T3切除T1过电压,K2/K1需切除T1,45,1）全绝缘变压器,全绝缘变压器绕组各处的绝缘水平相同，在系统发生接地故障时，允许后断开中性点不接地运行的全绝缘变压器。,零序电压保护动作电压:一般取为1.8Un.考虑如下因素：,中性点接地时的接地保护,中性点不接地时的接地保护,(1)躲过部分中性点接地电网发生接地故障的最大零序电压，(2)在发生接地故障且失去接地中性点时具有足够灵敏度。,0.30.5s,46,2）分级绝缘变压器,分级绝缘变压器绕组各处的绝缘水平不同，中性点绝缘水平较低，一般需装设放电间隙。,当电网发生接地故障且失去中性点时，放电间隙击穿，放电电流使零序电流元件启动，迅速切除变压器，零序电压元件作为放电间隙拒动的后备。,放电间隙装零序电流元件,47,第五节变压器保护配置原则,瓦斯保护（油浸式保护）轻瓦斯（信号）和重瓦斯（跳闸）针对油箱内的各种故障及油面降低。优点：油箱内部所有故障,有较高灵敏性