变压器保护类型及原理介绍

二、电力变压器的故障和异常,变压器的故障：油箱内故障油箱外故障。,油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路;铁芯的烧损等。,油箱外故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。,变压器的不正常运行状态：过电流、中性点过电压，过负荷、油位降低、温度过高、冷却系统故障、过励磁等。,三、变压器保护配置,电力变压器的主保护,气体保护纵联差动保护电流速断保护,（1）气体保护反应变压器油箱内的各种故障及异常的一种保护。,装设原则：容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，应装设气体保护。,（2）纵联差动保护或电流速断保护作用：反应变压器绕组、套管及引出线上的各种短路故障。装设原则：根据变压器容量的不同装设。,电流速断保护：用于10000kVA以下，其过电流保护的动作时限大于0.5s的变压器。,纵联差动保护：用于:1）容量为10000kVA及以上单独运行的变压器；2）容量为6300kVA及以上并列运行的变压器或厂用变压器及企业中的重要变压器；3）容量为2000kVA及以上的变压器，且其电流速断保护的灵敏性不能满足要求时。,2.电力变压器的后备保护,（1）对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护1）过电流保护；2）复合电压起动的过电流保护；3）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护；4）阻抗保护。,（2）对于变压器内部、外部接地短路1）零序电流保护；2）零序过电压保护；3）间隙零序电流保护等。,（3）过负荷保护（4）过励磁保护(5)开关量保护（）通风保护（）冷却系统故障保护,第三节变压器差动保护,一、变压器纵联差动保护的基本原理,一、变压器纵联差动保护的基本原理,1.正常及外部故障时,一、变压器纵联差动保护的基本原理,2.内部故障时,二、变压器纵差保护的特殊问题,（一）因各侧相位不同产生的不平衡电流及相位补偿1常规型变压器差动保护的相位补偿1.1因相位不同而产生的不平衡电流1.2相位补偿,相位补偿,1.3相位补偿后，电流互感器变比的选择,设变压器两侧额定电流分别为,若取,则：变压器Y侧，电流为,变压器侧，电流为,5A,1.3相位补偿后，电流互感器变比的选择,采用相位补偿后，取：,变压器三角形侧电流互感器的变比为,变压器星形侧电流互感器的变比为,或按下列条件选择TA变比,例：Y侧,侧,TA接线方式,Y,标准变比,二次电流,不平衡电流,计算变比,当各侧电流互感器都采用星形接线时，利用软件对变压器星形侧电流进行相位和幅值的补偿。,2.微机型变压器差动保护的相位补偿及电流平衡调整,2.1相位补偿,设：星形侧三相电流采样值分别为,则：用作差动保护计算的三相电流为,电流平衡调整系数,2.2幅值补偿,计算变压器各侧的一次额定电流,计算变压器各侧TA二次计算电流,计算电流平衡调整系数,2.2幅值补偿,设以高压侧二次额定电流为基准，则：,高压侧平衡系数为,中压侧平衡系数为,低压侧平衡系数为,（二）变压器励磁涌流的影响及减小影响的措施,1.励磁涌流的影响,变压器的励磁涌流是指在变压器空载合闸或者外部故障切除后电压恢复时，可能出现的较大的励磁电流。,（二）变压器励磁涌流的影响及减小影响的措施,1.励磁涌流的影响,2产生励磁涌流的原因,铁芯中的磁通不能突变铁芯中出现一个暂态磁通铁芯中的磁通将达到最大值铁芯严重饱和，励磁电流将剧烈增大,3励磁涌流的特点,（1）包含有非周期分量（2）幅值大，但衰减快（3）包含有高次谐波分量（4）波形之间有间断,4减小励磁涌流影响的措施,（1）采用具有速饱和铁芯的差动继电器。（2）采用二次谐波制动的差动保护。（3）利用间断角闭锁的差动保护。,1计算变比与标准变比不完全符合如：整定计算时应考虑平衡系数，如：,（三）各侧电流数值不等引起的不平衡电流,2各侧TA的型号不同整定计算时考虑同型系数型号相同型号不同,（三）各侧电流数值不等引起的不平衡电流,3变压器带负荷调整分接头设：变压器由115KV改在110KV抽头位置,则:整定计算时应考虑因带负荷调压所引起的相对误差,（三）各侧电流数值不等引起的不平衡电流,三、变压器纵联差动保护的构成及原理,（一）比率制动的纵差保护1.和差式比率制动的差动保护,1）对于双绕组变压器,正常及外部故障时,内部故障时,双绕组变压器,取：动作分量制动分量差动保护的动作条件：,双绕组变压器,2）对于三绕组变压器,动作电流：,制动电流：方法1：取变压器各侧电流中最大的电流。,动作电流：方法2：取三个制动电流量中的最大值。制动电流：,三绕组变压器,比率制动式差动保护的动作特性,动作判据为：,（二）励磁涌流鉴别的原理,1.二次谐波闭锁原理采用：三相差动电流中二次谐波电流与基波电流的比值，作为励磁涌流闭锁的判据。,闭锁判据为：,整定范围为0.10.3，通常取0.15,实用中：,2.间断角识别原理,根据：励磁涌流波形有间断角的特点采用：波形比较技术将变压器的励磁涌流和故障电流分开。判据如下：,通常取：,（三）差动速断保护,只要任一相差动电流大于差动速断的整定值，保护瞬时动作。动作判据为：,为变压器差动电流，为差动电流速断保护定值。,（四）电流互感器断线监视,当任一相差动电流大于0.1In（TA二次额定电流）时，启动TA断线判别程序。判据：本侧三相电流中一相无电流，而本侧其它两相和另一侧各相电流与启动前电流相等，判为是TA断线。,5差动保护程序框图,小结：,一、变压器纵差保护的特殊问题1.因各侧相位不同产生的不平衡电流及相位补偿；2.变压器励磁涌流的影响及减小影响的措施；3.各侧电流数值不等引起的不平衡电流二、微机型变压器差动保护1.比率制动的纵差保护2.励磁涌流鉴别的原理3.差动速断保护4.电流互感器断线监视,第四节变压器的电流速断保护,一、变压器电流速断保护的装设原则二、变压器电流速断保护的整定原则,一、变压器电流速断保护的装设原则,10000KVA以下的小容量变压器，当过电流保护的动作时限大于0.5秒且灵敏度满足要求时，在电源侧装设电流速断保护。,接线：电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形接线；电源侧如为非直接接地系统，采用两相不完全星形接线,二、变压器电流速断保护的整定原则,1.动作电流的整定值以下两个条件计算，选择其中较大者。,（1）躲过变压器负荷侧母线上k1点短路时，流过保护的最大短路电流计算。即：,（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流，根据实践经验，一般取动作电流大于35倍的变压器额定电流。即:,2.灵敏度校验,取保护安装处(2点)两相短路时的最小短路电流校验。,第五节变压器相间短路的后备保护,本节主要内容:,一、过电流保护二、低电压起动的过电流保护三、微机型复合电压起动的方向过电流保护四、微机型变压器阻抗保护五、变压器相间短路后备保护的配置原则,变压器相间短路的后备保护,变压器相间短路的后备保护是用来反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，同时也作为差动保护和瓦斯保护的后备保护。,常用的后备保护主要有：,过电流保护低电压启动的过电流保护复合电压启动的方向过电流保护负序过电流保护及阻抗保护,一、过电流保护,1.起动电流的整定电流元件的起动电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定,为1.21.3,为0.85,二、低电压起动的过电流保护,采用低电压起动可以提高电流元件的灵敏度低电压起动的构成:电流元件、低电压元件、时间元件。,三、微机型复合电压起动的方向过电流保护,复合电压:负序电压加全电压负序电压-反映不对称短路全电压-反映对称短路,微机型复合电压起动的方向过电流保护,对侧,本侧,本侧,跳闸,整定,四、微机型变压器阻抗保护,变压器阻抗保护通常作为330KV及以上大型变压器相间短路的后备保护组成:起动元件相间阻抗测量元件时间元件电压回路断线闭锁元件等,2阻抗元件阻抗元件采用0接线方式动作的正方向:可以指向变压器，也可以指向母线，由保护的控制字控制。3.TV断线检测元件当该元件检测到TV二次回路断线时，将阻抗保护闭锁，并且发出告警信息。,五、变压器相间短路后备保护的配置原则,3)对于多侧电源的三绕组变压器应在各侧都配置后备保护:各侧保护均动作于跳开本侧断路器。对于动作时限最小的保护:应装设方向元件.同时，在加装方向保护的一侧，加装一套不带方向的后备保护，保护动作后，跳开三侧断路器。,第六节变压器的接地保护,作用：用于中性点直接接地系统中的电力变压器反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，是变压器主保护和相邻母线、线路接地故障的后备保护。,一、电力变压器中性点接地方式选择的原则,1）在多电源系统中，每个发电厂至少有一台变压器的中性点接地。2）当发电厂或低压侧有电源的变电所中变压器多于一台时，应将部分变压器的中性点接地。,保护原理：,采用两段式零序电流保护。每段保护动作后，都以较小的时限t1跳开母联（或分段）断路器，以减小故障范围；以较长时限t2跳开高压侧（或全跳）断路器。,二、中性点直接接地运行变压器的接地保护,三、中性点可能接地也可能不接地运行变压器的接地保护,分为：1全绝缘变压器的接地保护2分级绝缘且中性点不装设放电间隙的变压器3分级绝缘且中性点装设放电间隙变压器的接地保护,1全绝缘变压器的接地保护,对于中性点可能接地也可能不接地运行的全绝缘变压器：,要求：保护动作后应先切除中性点接地运行的变压器，后切除中性点不接地运行的变压器。动作电压整定：一般二次值取180伏。动作时限：躲过暂态过电压的时限，无需与其它保护配合，通常小于0.3s。,2分级绝缘且中性点不装设放电间隙的变压器,（1）动作要求：先切除中性点不接地运行的变压器，后切除中性点接地运行的变压器。（2）保护配置：两段式零序过电流保护和零序电流闭锁的零序电压保护。零序过电流保护用于中性点直接接地运行方式；零序电流闭锁的零序过电压保护用于中性点不接地运行方式。,3分级绝缘且中性点装设放电间隙变压器的接地保护,保护配置:(1)两段式零序过电流保护;(2)放电间隙零序过电流;(3)零序过电压保护。,第七节变压器的其它保护,一、过负荷:反映变压器过负荷,动作于信号装设原则:(1)双绕组