变压器的故障和保护配置PPT课件

.,1,变压器的故障以及不正常运行工况,一、变压器的故障分类变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种内部故障：变压器油箱里面发生的各种故障主要包括：1、各相绕组之间发生的相间短路2、单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路3、单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等,.,2,外部故障：变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障主要包括：1、绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地(通过外壳)短路2、引出线之间发生的相间故障等,变压器的故障以及不正常运行工况,.,3,变压器的故障和保护配置,二、变压器的不正常运行工况主要包括：1、由于外部短路或过负荷引起的过电流2、油箱漏油造成的油面降低3、变压器中性点电压升高4、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等,.,4,变压器的继电保护配置,一、瓦斯保护：a、0.4MVA及以上户内油浸式变压器b、0.8MVA及以上油浸式变压器保护范围范围包括：变压器本体，有载调压等部分基本要求a、内部故障和漏油造成的油面降低。b、变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障。c、绕组的开焊故障以及匝数很小的短路故障。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当壳内故障产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器,.,5,变压器的继电保护配置,常见的瓦斯保护：1、本体轻瓦斯：一般要求发告警信号2、本体重瓦斯：要求跳主变各侧开关3、调压重瓦斯：要求跳主变各侧开关4、压力释放:要求跳主变各侧开关5、油温高:发告警信号或者延时跳开主变各侧开关6、油位低：一般要求发告警信号,.,6,变压器的继电保护配置,二、差动保护：适用范围a、10MVA容量及以上的单独运行的变压器b、6.3MVA容量及以上的并联运行的变压器c、重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时保护范围变压器内部绕组的相间短路故障变压器内部绕组的匝间短路故障基本要求a、应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；b、在变压器过励磁时不应误动作；c、在电流回路断线时应发出断线信号，并有条件的闭锁差动保护；d、在正常情况下，纵联差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线，如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。,.,7,变压器的继电保护配置,变压器一次接线变压器内桥,.,8,变压器的继电保护配置,变压器一次接线变压器外桥,.,9,变压器的继电保护配置,变压器一次接线变压器扩大内桥,.,10,变压器的继电保护配置,比率差动保护的动作方程,额定电流中压侧的平衡系数低压侧的平衡系数,.,11,变压器的继电保护配置,2、分相差动保护分相差动保护的差动电流制动电流取自自藕变压器高压侧、自藕变压器中压侧、公共绕组的电流CT。关于自藕变压器自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组；当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，其余部分称为串联绕组，同容量的自藕变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高时这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压等级的提高和输送容量的增大，自藕变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。,.,12,变压器的继电保护配置,自藕变压器,1、中压侧电压从绕组抽头中引出，与高压侧电压有直接的电的联系。2、高压侧与中压侧的公用部分，称为公共绕组。3、为了平衡3次谐波，低压侧采用电磁耦合方式接线上采用三角形接线。,.,13,变压器的继电保护配置,和普通双绕组变压器相比，自耦变压器有以下主要特点：（1)由于自耦变压器的计算容量小于额定容量所以在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料(硅钢片和导线)和结构材料(钢材)都相应减少，从而降低了成本。有效材料的减少使得铜耗和铁耗也相应减少，故自耦变压器的效率较高。同时由于主要尺寸的缩小和质量的减小，可以在容许的运输条件下制造单台容量更大的变压器。(2)由于自耦变压器的短路阻抗标幺值比双绕组变压器小，故电压变化率较小，但短路电流较大。,.,14,变压器的继电保护配置,(3)由于自耦变压器一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时会引起低压侧严重过电压。为了避免这种危险，一、二次都必须装设避雷器，不要认为一、二次绕组是串联的，一次已装、二次就可省略。(4)在一般变压器中。有载调压装置往往连接在接地的中性点上，这样调压装置的电压等级可以比在线端调压时低。而自耦变压器中性点调压侧会带来所谓的相关调压问题。因此，要求自耦变压器有载调压时，只能采用线端调压方式。,.,15,变压器的继电保护配置,平衡系数的计算中压侧的平衡系数公共绕组的平衡系数,分相差动保护的动作方程,.,16,变压器的继电保护配置,平衡系数的计算中压侧的平衡系数公共绕组的平衡系数,零序差动保护的动作方程,.,17,变压器的继电保护配置,变压器CT接线1、微机保护要求主变各侧接线为Y接线，相位调整由软件完成（新品保护可以选择）2、原则上主变的CT极性同时指向主变和母线都可以满足要求，但是现代的微机保护差动与后备保护有些同属一台装置，且公用同一组CT，由于后备保护具有方向功能，因此必须确定CT极性。大多数主变保护要求CT极性以指向母线为极性端3、对于内桥式接线，差动保护要求桥开关电流作为主变一侧来接入保护。4、对于低压侧带分支的情况，低压2侧作为主变其中的一侧来处理,.,18,变压器的继电保护配置,关于主变激磁涌流的一些说明变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，励磁涌流将流入差动保护的差动回路，若差动保护不能够躲过这一电流，就会误动作。因此，当前变压器差动保护的核心问题是如何正确地识别励磁涌流和内部故障电流。励磁涌流是由于变压器铁芯磁通饱和所引起的冲击电流，其大小与变压器等值阻抗、合闸初相角、剩磁大小、绕组接线方式、铁芯结构及材质等因素有关。在变压器的铁芯磁通未饱和时，励磁绕组电感很大，励磁电流很小甚至可忽略不计；而当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，由于磁链不能突变，会产生自由直流分量，导致变压器铁芯磁通饱和，变压器励磁绕组电感降低，将出现数值很大的励磁电流，也就是我们所说的励磁涌流。,.,19,变压器的继电保护配置,激磁涌流的特点1、励磁涌流幅值很大且衰减，含有非周期分量，当合闸初相角改变时，对各相别的励磁涌流影响不同。对于中小变压器：励磁涌流可以达到额定电流的10倍以上，且衰减很快。对于大型变压器：励磁涌流一般不超额定电流的4-5倍，衰减慢，有时可达到1分钟。2、波形呈间断特性：短路电流波形对称并且连续，励磁涌流不连续。,.,20,变压器的继电保护配置,短路电流,对称激磁涌流,不对称激磁涌流,w、d分别为差动电流的波宽与间断角。,.,21,变压器的继电保护配置,对称涌流：波形不连续，出现间断，波形上下对称。严重情况下w.max=120j.max=50.8非对称涌流：波形偏于时间轴一侧，波形上出现间断，严重情况下w.max=155.4j.max=80,w、d分别为差动电流的波宽与间断角。,.,22,变压器的继电保护配置,分析和实践表明1、Y/-11,Y0/-11接线的励磁涌流中，差动回路中有一相对称涌流，另外两相呈非对称性涌流，且这两相非对称性涌流其中一相为正极性，另一相呈负极性,.,23,变压器的继电保护配置,分析和实践表明2、大容量变压器在某些情况下涌流中的二次谐波含量仅为7%，而在有串补电容的高压系统或含有电力电缆的高压系统中的变压器发生内部故障时的故障电流，其二次谐波含量可超过15%,.,24,变压器的继电保护配置,1、基于面积的波形对称原理S1=AB曲线与DC曲线构成的构成的面积S2=AB直线与DC直线构成的构成的面积S+=AB曲线与X轴所构成的面积S-=DC曲线与X轴所构成的面积K=|S1-S2|/MAX（S+，S-）,区分变压器的励磁涌流和内部短路的几种方法,.,25,变压器的继电保护配置,对主变的差流求导之后所得到的波形进行波形对称性分析。从而区分是否为故障状态的一种方法。基本思路是：在一周波加一点的数据窗内，首先用向前微分法求得差流的导数波形，目的是去除直流分量，之后将差流导数波形的前半波和后半波做比较k=1，2，3.n一周采样点为2n,2、电流导数波形对称原理,.,26,变压器的继电保护配置,将一周波数据窗内的波形用适当的方法重组为两个部分。比较通过这两部分波形的相关性实现涌流与故障的区分。,3、电流波形相关法原理,.,27,变压器的继电保护配置,4、间断角原理,采用测量差动电流的间断角与导数波宽判别励磁涌流，判据如下：d间断角定值w65或w140时，判为变压器内部故障，开放比率差动保护,.,28,变压器的继电保护配置,关于CT极性以及相位校正TA接线方法变压器各侧电流互感器采用星形接线（也可采用常规接线），二次电流直接接入本装置，均以母线侧为极性端。以母线指向变压器为正方向指向。采用微机保护时TA的相位校正变压器各侧TA二次电流相位由软件自校正，采用在Y侧进行校正相位。例如对于Y0/-11的接线，其校正方法如下：,.,29,变压器的继电保护配置,三、过激磁保护过激磁的产生变压器过激磁是设计、制造与运行中常遇到的现象。产生过激磁的原因很多，主要为：(1)铁心结构上原因目前都采用硅钢片作为铁心导磁材料，铁心为全斜45接缝的叠片方式，接缝分两处并有一搭接距离.使有效厚度减少了，导致实际截面降低，故在接缝处有过激磁出现。(2)恒磁通调压的变压器带有负载时，为保持不同负载下的输出电压为恒定值就必须补偿阻抗压降，必须通过分接位置的变换或增加外施电压。当外施电压大于分接电压时或增加外施电压时会产生过激磁。,.,30,变压器的继电保护配置,(3)自耦变压器采用中点调压方式时，在铁心中有过激磁现象。自耦变压器的电压比越接近，过激磁越严重。一般是电压比大于等于2时的自耦变压器才能采用中点调压方式。(4)空载变压器在合闸瞬间的过渡过程有过激磁。当铁心中有剩磁通时，且在外施电压过零时的瞬间合闸，过激磁最大，是最不利的空载合闸状态。这是变压器固有特性所引起的瞬时过激磁现象。当fn=50Hz时，在0.01s内磁通达最大值。现正发展电子型电压达峰值时合闸的断路器以减少合闸瞬间过激磁。(5)三相三柱式铁心，Yyn0接法变压器，由于负载不平衡引起中点电压浮动，此时铁心中也会过激磁。.,.,31,变压器的继电保护配置,(6)发电机甩负载时会在变压器与发电机联接端子上出现过电压，并引起过激磁。当fn=50Hz时，磁通可在0.02s内达最大值。(7)在中点接地系统中，在单相接地故障的异常工况下，健全相的相电压会增加，110kV及以上系统，此电压会增加1.3倍。故障期间，铁心会过激磁。(8)当电网频率低于额定频率时，当感性电压不变时，频率的降低会引起铁心中磁通的增加，会有过激磁。.,.,32,变压器的继电保护配置,铁心中产生过激磁时会影响：1、空载损耗会增加；2、变压器的噪声水平将增加；3、空载电流中高次谐波含量增加；4、涌流会大于空载电流，引起较大的机械力；5、过激磁时杂散磁通会离开主磁路，引起结构件中附加损耗；6、铁心的温升会增加；7、过激磁的同时还有过电压，绝缘结构应能承受住这一过电压。因此，在IEC761标准上对过激磁能力有一规定，在设计时要保证变压器能具有一定的过激磁能力。在运行中，要保持一定的过激磁水平。如不具有过激磁能力或承受较大过激磁能力，会影响变压器的安全运行。,.,33,变压器的继电保护配置,E=4.44FBSWB工作磁感应强度E交流输入电压W匝数;F交流输入电压频率S磁芯有效截面积.,=BS=,.,34,变压器的继电保护配置,过励磁倍数计算公式：,.,35,变压器的继电保护配置,a、定时限变压器过激磁保护：定时限过激磁保护通常分为二段，第一段为信号段，第二段为跳闸段过激磁保护的第一段动作值N一般可取为变压器额定励磁的1.151.2倍第二段为跳闸段，可整定N=1.251.35倍,1、过激磁保护可配置：定时限过激磁保护，反时限过激磁保护,b、反时限变压器过激磁保护：其动作特性见图形N=1.1-1.4,曲线1：制造厂提供的过励磁曲线；曲线2：整定的过励磁曲线,.,36,变压器的继电保护配置,四、反映相间短路的后备保护：适用范围a、35kV66kV及以下中小容量的降压变压器，宜采用过电流保护b、110kV330kV变压器，过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。c、330kV500kV变压器，当电压电流不能满足灵敏度要求时，变压器的相间故障可选择阻抗保护通常配置为全阻抗、偏移圆特性。偏移阻抗一般装设在主变的高压侧，反向偏移比为正向动作阻抗的5%-10%。保护范围变压器引线、母线、相邻线路的相间故障的后备保护基本要求a、单侧电源变压器，相间短路后备保护宜装于电源侧。b、多侧电源变压器，相间短路后备保护宜装于变压器各侧c、具有PT断线检测功能，当断线时可有选择的闭锁或开放相关的保护d、为保证方向元件的可靠性，方向电压采用90度接线，并且可选择相应侧e、每侧保护按段配置，每段按要求可配置多个时限。,.,37,变压器的继电保护配置,3、反映相间短路的后备保护：适用范围a、35kV66kV及以下中小容量的降压变压器，宜采用过电流保护b、110kV330kV变压器，过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。c、330kV500kV变压器，当电压电流不能满足灵敏度要求时，变压器的相间故障可选择阻抗保护通常配置为全阻抗、偏移圆特性。偏移阻抗一般装设在主变的高压侧，反向偏移比为正向动作阻抗的5%-10%。保护范围变压器引线、母线、相邻线路的相间故障的后备保护基本要求a、单侧电源变压器，相间短路后备保护宜装于电源侧。b、多侧电源变压器，相间短路后备保护宜装于变压器各侧c、具有PT断线检测功能，当断线时可有选择的闭锁或开放相关的保护d、为保证方向元件的可靠性，方向电压采用90度接线，并且可选择相应侧e、每侧保护按段配置，每段按要求可配置多个时限。,.,38,变压器的继电保护配置,3、接地保护：适用范围：1、对于中性点直接接地电网中的变压器，装设零序（接地）保护。2、根据绝缘方式：分为分级绝缘变压器，全绝缘变压器。分级绝缘变压器：为限制此类变压器中性点不接地运行时可能出现的中性点过电压，在变压器中性点应装设放电间隙。此时应装设