继电保护第7章变压器保护

1、继电保护-第7章变压器保护第七章变压器保护第一节概述一、电力变压器的故障和继电保护的设置变压器在电力系统中使用非常普遍而且占有十分重要的地位。如果变压器发生故障和处于不正常运行状态，将会给系统运行和安全供电带来严重的后果，所以有必要根据变压器的电压等级、容量和重要成度装设专用的继电保护装置。变压器可能发生的故障一般分为变压器箱体内部故障和箱体外部故障两大类。箱体内部故障主要有：变压器绕组的相间短路、绕组内的层间或匝间短路，单相接地短路故障。这些故障对供用电系统及其设备会产生很大的危害，短路电流产生的电弧会破坏绕组的绝缘，烧毁铁芯，电弧还会使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，可能导致密闭的

2、变压器油箱因气体迅速膨胀而爆炸。箱体外部故障主要是：引出线绝缘套管的故障，它可能引起引出线的相间短路或对变压器外壳的接地短路。由于变压器的故障，危及供用电系统的安全运行和供电的可靠性，所以应装设动作于跳闸的继电保护装置。变压器的不正常运行状态有：外部短路或过负荷所引起的绕组中过电流、油面降低，电压升高等。长时间的不正常运行状态会使变压器的温度升高、绝缘老化、寿命缩短，甚至会引起故障，因此，应装设动作于信号或跳闸的继电保护装置：二、继电保护的设置根据以上情况分析，变压器一般应装设下列继电保护装置：(1)瓦斯保护。变压器箱体内部故障的保护，即箱体内发生故障伴随油分解产生气体或变压器油面不论任何原因

3、下降时，瓦斯保护动作。轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于变压器的断路器跳闸。瓦斯保护一般装设在容量为800千伏安及以上的变压器上。(2)电流速断保护。变压器套管处及变压器箱体内部故障的保护，即变压器发生故障引起绕组电流突然增大时，电流速断保护动作。电流速断保护一般装设在容量为10000千伏安以下单台运行的变压器和容量在6300千伏安以下并列运行的变压器上，动作于变压器的断路器跳闸。(3)纵联差动保护。变压器套管处及变压器箱体内部故障的保护，即变压器发生故障时，引起绕组电流变化，纵联差动保护动作。纵联差动保护一般装设在容量为10000千伏安以上单台运行的变压器和容量在6300千伏安以上并列运

4、行的变压器上，动作于变压器的断路器跳闸。(4)过电流保护。变压器套管处及变压器箱体内部故障时作为瓦斯保护、电流速断保护(或纵联差动保护)的后备保护，即变压器发生故障引起绕组电流增大，或瓦斯保护、电流速断保护(或纵联差动保护)拒动时，过电流保护动作于变压器的断路器跳闸。(5)过负荷保护。防止变压器对称过负荷的保护，即各种原因(如单台运行变压器在备用电源自动投入时)使变压器对称过负荷时，过负荷保护动作。过负荷保护一般装设在可能出现对称过负荷的变压器上，只接于某一相电流中并作用于信号。在无人值守的变电站，过负荷保护可动作于变压器的断路器跳闸。(6)温度信号装置。为了监视变压器的上层油温不超过85C,

5、一般装设温度信号装置当温度信号装置动作时，可发出信号或自动开起变压器冷却风扇。第二节变压器的瓦斯保护一、瓦斯保护的作用油浸式变压器是利用变压器油作为绝缘和冷却介质的，变压器箱体内部故障时，短路电流产生的电弧或内部某些部件发热时，使绝缘材料和变压器油分解产生大量气体。利用这些气体轻而上升油面下降和气体存在压力的特点来动作的保护装置，称为瓦斯保护。瓦斯保护在变压器箱体内部故障时，有着独特的、其它保护所不具备的优点，如绕组匝间短路和严重漏油。绕组匝间短路，将在短路的线匝内产生环流，使绕组和铁芯局部发热，绝缘老化甚至损坏，发展为各种严重的短路故障，这时变压器箱体外电路中因绕组匝间短路156 |而产生的

6、电流值不足以使其它保护动作，只有瓦斯保护能够灵敏动作发出信号或跳闸。所以变压器的瓦斯保护是不能被取代的变压器内部故障的主要保护装置，它和电流速断保护（或差动保护）相辅相成，共同作为变压器的主保护。瓦斯保护最主要的元件是瓦斯继电器。二、瓦斯继电器瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连通管道中，变压器箱体内部故障时，绝缘材料和变压器油受热产生的大量气体都要通过瓦斯继电器流向油枕。为了保证变压器故障时产生的气体无阻地通到油枕，防止空气泡积存在变压器顶盖下面，变压器安装时应有一些倾斜，使变压器顶盖沿油枕方向有1%1.5%的升高坡度，由变压器到油枕有2%4%的升高坡度，如图7-1所示。2.初期的瓦斯继

7、电器是1V上、下均为金属浮筒和水银力工工二二M丁触点的结构，利用故障时变%压器油液面下降，浮在液面图7-1瓦斯继电器安装1-瓦斯继电器；2-油枕157|的上金属浮筒移动使水银触点接通，发出信号或跳闸。缺点是水银触点性能较差，金属浮筒容易漏油，影响动作的可靠性。现在我国采用的瓦斯继电器，主要有双开口杯式（FJ3-80型）和开口杯挡板式（QJi-80型）瓦斯继电器两种结构型式。UlI1IJ5,旦FHiLtH2104,一；!.nJ.L-；y-；氐37-上二g二一J1位58f力*1r4n_10"HI9J-|-iHJj-_31.图7-2FJ3-80型复合式瓦斯继电器1、双开口杯式（FJ3-80

8、型）瓦斯继电器如图7-2幅为FJ3-80型复合式瓦斯继电器，由上卜两个开口杯1和2、两个平衡锤4、两个磁力干簧触点3、支架7和挡板8等组成。正常时两个开口杯1和2者B浸在油里，开口杯及附件重量产生的力矩小于平衡锤4重量所产生的力矩，永久231、1M.I1-_Z-z_8H工；14w13m110121?7-3QJ1-80?磁铁10距磁力干簧触点3较远，磁力干簧触点3是断开的，瓦斯继电器不动作。当油箱内轻微短路时，电弧使油产生的气体顺着油箱顶班进入连通管，聚集在瓦斯继电器上部，迫使油面下降，上开口杯（包括杯中的油）与附件在空气中重量产生的力矩大于平衡锤4重量所产生的力矩，上开口杯顺时针下降，使上永久

9、磁铁10靠近上磁力干簧触点3。当气体的体积达到250300cm3时，磁力干簧触点3接通，发出信号，此动作称为轻瓦斯动作。当油箱内部发生严重短路时，大电弧使绝缘油迅速裂解产生气体，导致油箱内容物剧烈膨胀，当油气流的流速大到0.71.2m/s,下磁力干簧触点3闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲。2、开口杯挡板式（QJi-80型）瓦斯继电器如图7-3所示为QJi-80型复合式瓦斯继电器，主要使用在大型变压器和强迫油循环变压器的保护上，具有较大流速整定范围。为了提高抗干扰能力，重瓦斯部分采用双干簧触点串联引出。其工作原理是：正常运行时开口杯5159|浸在油里，其外壳（不包括油杯内的油）和附件在油内的重量所产生的

10、力矩，比平衡锤6所产生的力矩小，开口油杯5处于向上倾斜位置，与开口杯固定在一起的永久磁铁4位于磁力干簧触点15的上方，磁力干簧触点15可靠地处于断开位置。当变压器油箱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则开口油杯5及附件在空气中的重量加上油杯内油重所产生的力矩，超过平衡锤6所产生的力矩，使油杯5随着油面的降低而下沉，带动永久磁铁4下降，当永久磁铁4靠近磁力干簧触点15时，磁力干簧触点15闭合，发出轻瓦斯动作信号。当变压器油箱内部发生严重故障时，大电弧使变压器油分解而产生大量的气体，强大的气流伴随油流冲击挡板10。当油流速度达到整定值时，挡板10被冲到限定位置，

11、永久磁铁11靠近磁力干簧触点13,触点闭合发出重瓦斯跳闸脉冲。当变压器严重漏油使油面降低时，开口杯5下降到一定位置磁力干簧触点15闭合，也会发出轻瓦斯动作信号。这两种瓦斯继电器使用开口杯克服了初期瓦斯继电器浮桶漏油的缺点，磁力干簧触点抗振性也非常好，但是在使用过程中应注意：磁力干簧触点容量较小，触点负载不能过大；干簧触点易受外界磁场的影响及永久磁铁所处温度不能过高以免退磁等。三、瓦斯保护的接线图7-4瓦斯保护的原理接线瓦斯保护的原理接线如图7-4所示。KG为瓦斯继电器，轻瓦斯保护动作后经信号继电器1KS发出信号，重瓦斯保护动作于变压器的断路器1QF、2QF跳闸，并经信号继电器2KS发出跳闸信号

12、。因为瓦斯保护是根据气体量和油流速度而动作，所以瓦斯保护不仅在变压器箱体内部发生故障和危险的不正常情况时动作，而且不论任何原因在变压器箱体内部出现空气和油的冲击流动时也会动作。因此在变压器充油或修理后重新灌油时，空气可能进入油箱内部，当变压器投入运行带负荷后，油温逐步上升，随之油中的空气受热上升进入瓦斯继电器，可能使轻瓦斯保护动作，当流速较大时重瓦斯保护也可能动作跳闸，使变压器退出运行。为防止这种误动，采用切换片2XB将重瓦斯保护切换至作用于信号，直至不再有空气逸出为止，大约需要两至三天。必须注意：在瓦斯继电器试验时也应切换至号。重瓦斯保护是油流或气流冲击挡板转动一定角度而使触点闭合，但是这种

13、冲击不恒定，时通时断，为了使触点保持闭合，保证断路器可靠跳闸，出口中间继电器KCO应有自保持回路。四、瓦斯保护的整定1、轻瓦斯触点动作的整定。改变开口杯一侧平衡锤的位置，可在250300cm3的范围内调节信号触点动作的气体体积。容量在10MVA以上的变压器，一般正常整定值为250cm3。2、重瓦斯触点动作的整定。调整挡板位置，即改变弹簧9的长度，可在0.61.5m/s范围内调整跳闸触点动作的油速，一般出厂时调节在1.2m/s。瓦斯保护结构简单，动作迅速，灵敏度高,但是当变压器箱体外部发生故障时，须由电流速断保护或差动保护这些主保护才能切除故障。第三节变压器的电流速断保护图7-5变压器电流速断保

14、护单台运行容量小于10000KVA、并列运行容量小于6300KVA的变压器，当过电流保护动作时限大于0.5s且灵敏度满足要求时，可采用电流速断保护切除变压器箱体外部发生的故障。电流速断保护应装设在变压器的电源侧，对于35KV及以下中性点不接地系统的变压器电流速断保护，其电流继电器可只装在A、C两相上，构成两相三继电器式接线，其单相原理接线如图7-5所示。、电流速断保护的整定1、电流速断保护整定时，动作电流应躲开变压器低压侧ki点短路，即式中 KkI k.max 的最大短路电流IOP=KkIk.max可靠系数，取1.21.3。变压器低压侧母线ki点短路时2、动作电流还应躲开变压器的厉磁涌流,根据

15、实践经验，一般取Iop=(35)11式中In变压器的额定电流3、电流速断保护校验灵敏度时，应取保护安装处k2点短路时的最小短路电流，要求二、电流速断保护的校验Ik.min,Ksen2IOP变压器的电流速断保护动作值较高，因此电流速断保护只能保护电源侧变压器引出线和变压器绕组的一部分。但与瓦斯保护及过电流保护配合，可以保证对中小容量变压器的保护。当电流速断保护校验灵敏度不满足要求时，也可以和10000kVA及以上大容量变压器一样,采用差动保护。第四节变压器的差动保护变压器差动保护能够保护变压器绕组内部及其引出线上发生的短路故障。双绕组变压器差动保护原理接线如图7-6所示，变压器差动保护的原理与输

16、电线路的差(a)(b)图7-6Y,d11图图图图图图图图图图图图图图图图a图图图图图图图图图图图图b图图图图图图动保护基本相同，电流互感器采用减极性标注,在变压器的高压与中压侧均规定一次电流流向变压器为方向，在变压器的低压侧规定一次电流流出变压器为正方向，变压器两侧的电流互感器二次按环流法连接。变压器正常运行时，流入继电器差动绕组的电流为零或不平衡电流较小，差动保护不会动作；内部故障时，流入继电器差动绕组的电流较大，差动保护可靠动作。由于变压器两侧的电流大小不同，电流相位在Y,d接线时也不相同，故必须进行相位补偿和数值补偿，才能使变压器正常运行时，流入继电器的不平衡电流为零或较小。此外，差动保

17、护还应考虑变压器励磁涌流的影响和变压器外部故障时的不平衡电流。一、相位补偿和数值补偿1、相位补偿如图7-6所示，以Y,dii接线的变压器为例，d侧电流相位超前Y侧电流相位30°。如果两侧电流互感器采用相同的接线方式，正常运行时将有很大的不平衡电流进入差动继电器，为了防止保护误动作，动作值应躲过它。这样，导致变压器内部故障时保护的灵敏度很低，只有减小不平衡电流，才能降低保护的动作值，满足灵敏度的要求，因此变压器两侧的电流相位差别必须加以补偿。相位补偿是利用装设在变压器各侧电流互感器的二次绕组特殊连接方法实现的，即将装设在变压器三角形侧的电流互感器接成星形，二次电流相位不变，而将装设在变

18、压器星形侧的电流互感器接成三角形，二次电流超前移相30°,依此构成星形和三角形接线的电流互感器与差动继电器间的连接，使变压器正常运行和外部短路时各侧电流互感器的二次电流方向相同，减小流入差动保护的不平衡电流。相位补偿使变压器正常运行和外部短路时各侧电流互感器二次侧电流相位相同，但变压器低压侧线电流恒大于高压侧线电流，故变压器各侧必须采用不同变比的电流互感器才能使二次侧流入继电器的电流为零，为此，变压器各侧的电流还应进行数值补偿。2、数值补偿电流互感器二次侧额定电流一般为5A,即5A)5A1N()nTA(Y)变压器三角形侧电流互感器变比1N()nTA(Y)5A变压器星形侧电流互感器变比

19、、3InTA()N(Y)5A171 |式中In(Y)一变压器三角形侧额定线电流;In（a）-变压器星形侧额定线电流。式（7-6）中，变压器星形侧电流互感器按三角形接线进行相位补偿时将差动臂中的电流扩大了点倍因此，电流互感器变比也应扩大73倍,才能使两侧电流互感器二次电流相同。NdKDITA'IIn(b)(a)图7-7变压器差动保护数值补偿（a）采用自耦变流器；（b）采用中间变流器(* N bal按式（7-5）、（7-6）选择电流互感器的变比,理想状况下，变压器各侧的电流差别可以得到完全的数值补偿。但在实际工作中，电流互感器是标准化、系列化生产的，计算变比和实际选择的标准变比不可能完全相

20、同，变压器两侧的电流在数值补偿后仍有差别，因此需要在电流互感器的二次侧装设自偶变流器或中间变流器进行二次数值补偿，如图7-7所示。同样，自偶变流器变比的标准化或中间变流器的绕组是整匝调节，与计算值仍然不可能完全相同，因此，差动回路中总存在着不平衡电流。为了不使正常运行时的电流互感器处于饱和状态，所选取的标准变比应接近且大于计算变比。二、变压器的励磁涌流变压器的励磁电流只流过电源侧的绕组，在保护的差动回路中形成不平衡电流。当变压器正常运行时，电源侧只流过很小的励磁电流，为额定电流的3%5%,外部短路时，由于电压降低，励磁电流更小，所以，由此产生的不平衡电流对差动保护的影响可以忽略不计。当变压器空

21、载投入电网时或外部短路故障切除后电压恢复过程中，变压器的电源侧会出现很大的励磁电流，数值上可达额定电流的510倍，称为励磁涌流，它在差动回路中形成的不平衡电流很大，特点和内部故障一样，常影响差动保护的正确工作，所以必须分析励磁涌流产生的原因和特点，针对性地采取措施来减小励磁涌流对差动保护的影响并在整定计算中躲过。3 t图7-8变压器空载投入时电压和磁通波形图如图7-8所示，变压器稳定工作状况下，铁芯中的磁通应滞后外加电压90°,如在空载且电压瞬时值为零（U=0）时合闸，铁芯中的磁通幅值应为一m,但变压器是带铁芯的电感性元件，铁芯中的磁通不能突变，合闸时必然产生暂态过程，出现一个幅值为

22、+m的非周期分量磁通与-m抵消，使铁芯中只有剩余磁通r,过半个周期后，铁芯中的综合磁通达到最大值z二2m+r,此时变压器铁芯严重饱和，励磁阻抗下降，励磁电流极大增加，形成变压器的励磁涌流。如合闸瞬时电压幅值为最大时，磁通从零开始变化，将不会出现励磁涌流。对于三相电力变压器而言，某一相电压为最大值时合闸，该相不会出现励磁涌流，但其它两相必然会出现不同程度的励磁涌流。三相电力变压器的三个两项励磁涌流差，往往有一个几乎没有直流分量的周期性电流，其峰值可能达到另外两项励磁涌流差峰值的一半，如图7-9所示。i(G )0ixie 001Me 22 7r 3 t(a)(b)图7-10单相变压器励磁涌流图解

23、(a)磁化曲线；(b)励磁涌流线，S点是由饱和磁13确定的。从S点作逼单相变压器的励磁涌流可用图解法求取。图7-10(a)画出变压器铁芯的磁化曲近饱和曲线的近似值直线S巳这将非线性的磁化曲线用图7-10(a)中的近似磁化曲线OSP代替。图7-10(b)画出铁芯中综合磁通的变化曲线，过S点作平行于横轴的直线，与综合磁通复交于a、b两点，分别由a、b两点作垂直于横轴的直线，交横轴于01、02。根据近似磁化曲线osp,由0到e1和e2到2兀，励磁涌流ie为零。通过综合磁通曲线上N点，作平行于横轴的直线交OSP于x点，通过x点作垂直于横轴的直线，交横轴于ix,ix就是磁通的励磁涌流。通过N点作横轴垂线

24、MT并等于ix,T点即励磁涌流曲线上的一点，如此逐点求出，然后将各点用平滑曲线连接，得到的就是励磁涌流波形曲线，如图7-10172|(b)所示，可知，励磁涌流曲线是尖顶波而不是正弦波且偏于时间轴的一侧；励磁涌流波形不连续，波形之间有间断，间断角e为0=0i+(2兀-82)=2兀+8i-02实际上，变压器励磁回路存在电阻，所以,当变压器空载投入的暂态过程中，非周期分量磁通与综合磁通均在衰减，与其对应的励磁涌流也是衰减的，波形如图7-11所示。图7-11单相变压器空载投入时暂态过程中的 励磁涌流波形图励磁涌流波形间断的原因是：变压器空载投入的暂态过程中，当综合磁通2小于饱和磁通时，励磁涌流ie为零

25、，综合磁通大于饱和磁通时，出现励磁涌流ie,所以波形不连续，存在间断。另外，还可从谐波分析来判断变压器是励磁涌流还是内部短路，励磁涌流含有大量的高次谐波分量，以二次谐波分量为主，如表7-1。表7-1变压器内部短路电流和励磁涌流谐波分析结果谐波分量占基波分量的百分比(%)励磁涌流短路电流例1例2例3例4饱和不饱和基波1001001001001001002次谐波36315023493次谐波76.99.4103244次谐波96.25.4一975次谐波5一一一24直流66806273038三相电力变压器的励磁涌流中，三个两项励磁涌流差的二次谐波分量可能不大，但总有一个两项励磁涌流差的二次谐波分量超过2

26、0%根据上述分析，励磁涌流具有以下特点：(1)含有很大的非周期分量，波形偏于时间轴的一侧。对于中小型变压器，励磁涌流的峰值可达额定电流的8倍，但衰减迅速，衰减速度决定于变压器和电网的时间常数。一般0.51s后，其值小于0.250.5倍额定电流。对于大型变压器，励磁涌流倍数较小，但时间常数大，衰减比较缓慢。一般50MVA以上的变压器，需要几秒到几十秒时间才能衰减到峰值的50%。(2)含有大量的高次谐波分量，以二次谐波为主。(3)波形不连续，相邻波形有间断角。根据以上特点，防止励磁涌流对变压器差动保护影响的针对性措施有：(1)差动继电器采用加强型的速饱和铁芯。(2)采用二次谐波制动的方式构成差动保

27、护。(3)采用鉴别电流波形“间断角”的方法构成差动保护。三、变压器差动保护的不平衡电流变压器差动保护产生不平衡电流的主要原因是：(1)变压器各侧电流互感器的型号和特性不同造成的不平衡电流。如变压器的35KV及以上侧，一般采用装在油断路器内的电流互感器，而610KV侧一般采用独立的线圈式电流互感器。由于它们的型号和磁化特性不同，造成了比线路和发电机纵差动保护更大的不平衡电流。最严重的状况是外部短路时，短路电流使一个电流互感器饱和，而另一个不饱和。按10%误差曲线选择的电流互感器，最大不平衡电流不会超过外部最大短路电流的10%。(2)电流互感器、自耦变流器标准化的变比或平衡绕组实用的匝数与计算值不

28、同产生的不平衡电流。(3)变压器带负荷调节分接头时产生的不平衡电流。在电力系统中，变压器在运行中需要根据系统电压的要求而自动或手动改变调压分接头，因此，变压器的变比也随着改变。而差动保护中电流互感器的选择，平衡线圈匝数的确定,都是根据额定电压和额定电流计算得出的。当变压器分接头改变时，运行中的差动保护不能随之调整，又会产生新的不平衡电流，它在外部短路时达到最大。变压器外部短路时差动回路中可能出现的最大不平衡电流为：式中Kss电流互感器同型系数，取1；I unb.max(KssKupff ) I k.max nTAKup一短路电流非周期分量影响系数，取1.52.0;fi电流互感器的10%误差；U

29、一变压器带负荷调节分接头引起的相对误差；f电流互感器变比，自耦变流器变比或平衡绕组匝数标准化后与计算值不同所引起的误差；Ik.max变压器外部相间短路的一次最大短路电流。(4)变压器空载合闸时励磁涌流产生的不平衡电流。变压器差动保护必须采取各种措施来减小不平衡电流的影响以提高保护的灵敏度。图7-12利用速饱和变流器构成 差动保护的原理接线图四、采用BCH-2型差动继电器构成的差动保护1、BCH-2型差动继电器BCH-2型差动继电器由带短路绕组的速饱和变流器和DL-11/0.2型电流继电器组合构成。变压器差动保护采用BCH-2型差动继电器，能够较好地躲过不平衡电流的影响，其原理接线如图7-12所

30、示。(1)、速饱和变流器的工作原理。速饱和变流器采用宽磁滞回线的导磁材料来做成截面积小、易饱和的铁芯。当不平衡电流使铁芯饱和后，其传变特性变差，不平衡电流中的非周期分量难以进入二次侧的电流继电器，依此来躲过不平衡电流中非周期分量的影响。变压器外部短路时，流入速饱和变流器的电流是含有很大非周期分量的不平衡电流，如图7-13(b)、(c)中曲线2'和2"变化，它偏于时间轴的一侧，使铁芯严重饱和，磁感应强度按局部磁滞回线3'和3"变化。在t时间内磁感应强度变化为AB'B，B,BB111 1"ttt(a)(b)(c)图7-12所示为速饱和变流器铁芯

31、的磁化曲线。(a)通入周期分量电流；(b)通入非周期分量电流；(c)通入含有非周期分量的交流电流和AB",数值很小，因此速饱和变流器二次绕组N2中的感应电势E=AB'/At和AB"/At也很小，所产生的电流不足以使DL-11/0.2型电流继电器动作。因此，速饱和变流器能有效地躲过非周期分量的影响。变压器内部短路时，流入速饱和变流器的电流正比于短路电流，虽然短路电有一定的非周期分量，但衰减很快，所以速饱和变流器的饱和时间很短，一般在0.030.04s的时间内，即可把短路电流传变到继电器回路。而当非周期分量衰减后，速饱和变流器中的电流是接近正弦波的短路电流ik,如图7-

32、13(a)所示按曲线2变化，铁芯中的磁感应强度沿着磁滞回线3变化，所以在t时间内，B变化大，二次侧感应电动势E也大，继电器线圈中流过的电流足够大，使继电器动作切除故障。变压器空载合闸产生励磁涌流时，速饱和变流器躲励磁涌流的能力较差(分析从略)，故应增加短路绕组，构成加强型BCH-2型差动继电器。(2)BCH-2型差动继电器的结构与工作原理d.BAAB图7-14 BCH-翌差动继电器结构原理图C的截面大一倍，B柱上如图7-14所示为BCH-2型差动继电器的结构原理图。它由三芯柱型硅钢片交错叠成，铁芯中间柱B的截面比两侧柱A、有相同绕向的一个差动绕组Nd和两个平衡绕组Nbai（未画出），C柱上绕有

33、与执行元件DL-11/0.2型继电器相连的二次绕组N2,短路绕组的两部分Nk'和Nk”分别绕在中间柱和左侧柱上，Nk'绕向与Nd相同，Nk”的绕向为使其产生的磁通和Nk'产生的磁通就铁芯的左侧窗口而言方向一致，应与Nk'顺向串联。除二次绕组N2外，其余各绕组都有一定量的抽头，可以根据需要改变其匝数。速饱和变流器的铁芯采用短路线圈Nk'和Nk'',可以提高差动保护躲过非周期分量电流，特别是躲过励磁涌流的能力。当差动线圈Nd中只通过差动电流id时，由磁势idNd在B柱上产生磁通R,经A、C柱分成d.BA和d.BC两部分闭合磁通，分别在短路线圈

34、Nk'和Nk''中感应电动势，并由此产生感应电流儿通过Nk”和Nk'。在C柱中，由磁势鼠心产生磁通k.BC；IkNk产生磁通k.C柱中产生的总工作磁通为Cd.BCk.ACk.BC由此可见：k.BC与d.BC方向相反，起去磁作用，aAC与d.BC方向相同，起助磁作用。当正常运行时，BCH-2型差继电器的铁芯不会饱和，若忽略磁轲磁阻，B柱截面是A柱或C柱截面的二倍，三柱的磁阻有如下关系Ra=Rc=2Rb=RIkNkk k2RIkNk IkNkk k k k4R 2R且两短路线圈的匝数关系为Nk”/N'k=2时，则短路线圈在C柱上产生的磁通为 k. BCk.A

35、C(Rb Ra/Rc) Ra (Ra Rc)IkNkkk(Ra Rb/Rc) Rb (Rb Rc)IkNkkk(7-可以看出，短路绕组在C柱上的去磁和助磁作用大小相同，方向相反，相互抵消，短路线圈的作用不影响速饱和变流器二次侧电流继电器的动作安匝，BCH-2型差动继电器能够正确工作。当外部故障或变压器空载投入产生励磁涌流时，流入差动绕组Nd的电流含有大量的非周期分量（直流分量），在其作用下，铁芯迅速饱和，由于各柱的截面不同，所以饱和程度也不同，A柱的饱和程度比B柱高，因此Ra较Rb增加的多，即助磁磁通k.AC比去磁磁通6.BC减少的多，在C柱上的总体效果是去磁的。短路绕组中磁通产生的去磁的作用

36、，使差动绕组Nd的磁通d.BC的交流分量削弱，达不到速饱和变流器二次侧电流继电器所需的动作安匝。只有在Nd中加入较大的周期分量，d.BC才有可能在二次绕组N2中感应足够大的电流，达到电流继电器的动作安匝。这种将交流分量的磁通削弱，而使直流分量的磁通突现的作用称为短路绕组的直流助磁作用。短路绕组的直流助磁作用有效地增强了差动保护躲过非周期分量和励磁涌流中高次谐波分量的能力。若保持短路绕组Nk”/Nk'=2的关系不变，增力口Nk''和Nk'的匝数，将使虱ac和a.bc的差值加大，C柱上的去磁作用进一步加强，可以继续提高继电器躲过各种不平衡电流的能力。若增加短路绕组N

37、k'的匝数，使Nk''/Nk'<2时，dbc的去磁作用单独加大，需要较大的差动电流才能使电流继电器动作。如此，更加提高了差动保护躲过不平衡电流的能力。变压器差动保护为躲励磁涌流而使灵敏度不满足要求时，可以采用单独加大去磁作用的方法。短路绕组匝数比取值不同，对应的继电器动作安匝如表7-2所示。表7-2短路绕组接入不同匝数比所对应的动作安匝短路绕组整定板上插头位置A1-A2,B1-B2C1-C2,D1-D2B2-C2A&B1BRNk''/Nk'216/166/816/28动作安匝6080100120当内部故障时，通过差动绕组的短

38、路电流中亦含有非周期分量，只有等非周期分量衰减到一定程度、短路绕组的直流助磁作用减小时，继电器才能动作，所以继电器的动作带有延时。一般情况下，短N''k路绕组应保持N''k/3卜|162816-56AiBiC1D1A2B2C2D2N'k=2,即N'k,N''k图7-15BCH-2型继电器短路绕组插头位置采用相同标号的插孔“A1-A2”，“B1-B2”，“C1-C2”，“D1-D2”，电流继电器的动作安匝为AN0=60±4安匝,如图7-15所示。注意：必须在每一段插一个螺丝插头，否则，短路绕组因开路而失去作用。这样，内部故

39、障继电器动作时，短路饶组在C柱上的助磁和去磁作用互相抵消，不影响动作安匝，不影响继电器动作的灵敏度。2、BCH-2型差动继电器构成的差动保护由BCH-2型差动继电器构成的三绕组变压器差动保护单相内部原理接线如图7-16所示。图 中平衡 绕组 Nbal1、 N bal2 分012012L：3N bal.116 12840BCH-2型差动继电器内部接线3WI 二二二Nduini16 12840Nbal.2N'ktcqN''k rmA1 B1 C1 D1A2 B2C2D2656810 13 20N2KA200 |图7-16BCH-2型差动继电器构成的三绕组变压器差动保护单相原

40、理接线别接于差动回路二次电流较小的两臂上。用以在电流互感器变比标准化后，进行数值补偿。平衡绕组Nbal的作用可以用图7-17来分析说明。在变压器正常运行时，由于电流互感器变比的标准化，使两侧互感器二次侧电流不相等，相位补偿后，设I'2>I"2,所以总有不平衡电流Iunb(I2I2)流过继电器的差动绕组Nd。其磁势IunbNd产生的磁通将会在继电器的二次绕组N2中感应电流，如其数值较大，有可能使继电器的执行元件(DL-11/0.2型电流继电器)误动作。为了不使二次绕组N2中感应电流，必须使两侧互感器二次电流在差动回路中产生的磁势互相抵消，达到平衡，即bal图7-17利用速

41、饱和变流器平衡绕组N消除差电流Iunb影响的原理接线图IunbNd(I2I2)NdI2NdI2Nd0或I2&I2&因为I'2>I"2,所以，I2NdI2Nd,不满足要求，只有在互感器二次小电流侧增加平衡绕组Nbal,才能满足磁势平衡Iz&用心Mi)或(I2Iz)NdIzNbai式(7-16)说明差动回路不平衡电流产生的磁势被互感器二次小电流侧平衡绕组产生的磁势抵消，铁芯中磁通为零，平衡绕组Nbai起到了数值补偿作用。内部故障时，平衡绕组Nbai中的磁势随其中通过的电流改变方向，与差动绕组Nd的磁势同向。两者产生的磁通一起作为工作磁通，在铁芯的二次

42、绕组N2中感应电流，使继电器执行元件可靠动作。由于内部故障时平衡绕组的作用，使继电器的工作磁通增加，因而提高了保护动作的灵敏度。注意：如平衡绕组Nbai中的电流为零时，不会影响继电器原有的工作性能。3、BCH-2型差动保护的整定计算(1)、基本侧电流的确定计算变压器各侧的一次额定电流、选择电流互感器变比，计算变压器各侧额定电流在所选电流互感器变比时的二次电流，以电流大的一侧作为基本侧。按下式计算变压器各侧一次额定电流In=Se/3Un（7-17）式中Sn、Un一分别为变压器同一侧的额定容量（kVA）和平均额定电压（kV）。按下式确定电流互感器计算变比nTA=KconIn/5式中nTA电流互感器

43、计算变比；Kcon一接线系数，电流互感器星形接线时Kcon=1,三角形接线时Kcon=-*/3j5一计算变比时，电流互感器的二次额定电流，单位为（A）。根据式（7-18）选择接近且略大于计算变比的标准变比nTA.pr。按下式计各侧电流互感器二次额定电流I2.N=KconKN/nTA式中I2.N标准变比时，各侧电流互感器的二次额定电流；nTA实用电流互感器变比。选择二次额定电流最大的一侧作为基本侧直接接差动绕组或经平衡绕组再接差动绕组。以下计算都归算到基本侧。(2)、计算变压器各侧外部短路时的最大短路电流(3)、差动保护继电器动作电流的确定1)、躲过变压器的励磁涌流Iop=KrelIN式中Kre

44、l一可靠系数，取1.3；In变压器的额定电流。2)、躲过外部短路时的最大不平衡电流Iop二KrelIunb.max式中Krel一可靠系数，取1.3；Iunb.max一最大不平衡电流。对于双绕组变压器Iunb.max=(KupKssfi+AU+Af)Ik.max3)、躲过电流互感器二次回路断线时的最大负荷电流Iop=KrelIL.max式中Krel一可靠系数，取1.3IL.max一正常运行时变压器的最大负荷电流。当不能确定时，采用变压器额定电流。计算中，各侧所有的短路电流应归算到基本侧。这样求出的是基本侧的动作电流的计算值lop.bao选用上述三个条件算得的保护动作电流的最大值作为继电器动作电流

45、的计算值。(4)、基本侧工作绕组匝数的确定对于双绕组变压器基本侧的继电器动作电流和工作绕组匝数计算方法分别为Iop.ba=IOP.ba/nTA.pr和Nw=AN0/Iop.ba=60/lop.bao选用：差动绕组Nd与一组平衡绕组Nbal.ba共同组成基本侧的工作绕组Nw。整定匝数为Nw=Nd+Nbal.ba式中Nw基本侧的整定工作绕组匝数，较计算值Nw小而相近。(5)、非基本侧平衡绕组Nbal匝数的确定对于双绕组变压器，基本侧和非基本侧的磁势平衡关系为I2N.ba(Nd+Nbal.ba)=I2N(Nd+Nbal)则非基本侧平衡绕组Nbal计算匝数为Nbal=I2N.baNbal.ba/I2N

46、-Nd式中l2N.ba、I2N基本侧和非基本侧二次额定电流。选用：接近Nbal的整数，作为非基本侧平衡绕组的实用匝数。（6）、校验相对误差f在确定各侧匝数后，按式（7-27）计算实际误差，若fW0.05,说明估计值偏高，计算的动作电流可靠有效；若Af）。.05,说明估计值偏低，动作电流偏小，应将实际的f代入式（7-26）或（7-28）重新核算动作电流值。（7）、短路绕组匝数的确定短路绕组的匝数取值大，外部短路时，躲过非周期分量的作用强；但内部短路时差动保护的动作时间较长。为了提高保护的动作速度，短路绕组应取较小匝数。对于中、小型变压器由于励磁涌流倍数大，内部短路时非周期分量衰减快，对保护动作时

47、间要求又较低，一般选取较大匝数的抽头，“C1-C2”或“D1-D2”。对于大型变压器，励磁涌流倍数小，非周期分量衰减较慢，又要求动作快，则应选取较小匝数的抽头，“B1-B2”，或“C1-C2”。合适与否，以变压器空载试投不误动为准。（8）、灵敏度校验按变压器保护范围内短路时最小短路电流总的实用工作安匝来校验：对于双绕组变压器Ksen=Ik.minNw安匝/60安匝（I侧为基本侧）式中Ik.min最小运行方式下，变压器出口处两相短路时，流过继电器工作绕组Nw的二次电流。它和电流互感器接线、变压器接线组别及短路方式有关。最小灵敏系数不应小于2。如果灵敏系数不满足要求，且算出的f小于初算时的估计值0

48、.05,而动作电流又是由躲过外部短路时的不平衡电流决定的，则可按满足灵敏度条件重新选择动作电流，检查此动作电流是否能躲过变压器励磁涌流及电流互感器二次回路断线的最大负荷电流。然后确定各绕组的计算和实用匝数，按式（7-27）算出f,再根据式（7-26）或式（7-28）精确计算，检查是否满足外部短路时选择性的要求。如不满足要求，则应采用带制动特性的差动继电器。【例】一台双绕组降压变压器，容量为15MVA,电压比为35KV±2X2.5%/6.6KV,Y,d11接线，差动保护采用BCH-2型继电器，求BCH-2型继电器差动保护的整定值。已知：变压器6.6KV侧外部短路时最大三相短路电流为94

49、20A,最小三相短路电流为7300A(已归算到6.6KV侧)；35KV侧电流互感器变比为600/5,6.6侧电流互感器变比为1500/5；可靠系数Krel=1.3。解：按以下步骤进行计算(1)计算各侧一次额定电流；确定二次回路额定电流。二次回路额定电流的计算如表7-3所示表7-3二次回路额定电流计算额定电压(KV)356.6额定电压(KV)356.6变压器一次额定电流(A)15000-248J33515000-1315136.6电流互感器变比600/5=1201500/5=300电流互感器接线方式AY二次额定电流(A)2483.5712013154.38300选择电流互感器一次电流计算值(A)

50、3 248 4291315由于6.6KV侧的二次额定电流大于35KV侧的，因此选择6.6KV侧为基本侧，即第I侧，则35KV侧为第n侧。(2)计算保护装置6.6KV侧的一次动作电流1)躲过变压器的励磁涌流Iop=1.3In=1.3X1315=1713(A)2)躲过最大不平衡电流lop Kbai(KupKss fi Uf ) I k. max1.3(110.10.050.05)92402450(A)因此，一次电流选用2450(A)(3)确定确定绕组接法及匝数平衡绕组I、II分别接于6.6KV及35KV侧。计算基本侧二次动作电流I 20PI opn224503008.16(A)基本侧工作绕组匝数N

51、普里7.35(匝)。I2op8.16选择实用工作匝数Nw.pr=7匝取Nd.pr=6匝,NI.bal.pr=1匝。在实用匝数下，6.6KV侧继电器的动作电流为120P券.8.56(A)Nw.pr7(4)确定35KV侧平衡绕组匝数114.38hNiNw.prTNd.pr7宙62-6()实用匝数取Nn.bal.pr=3匝。(5)计算由于实用匝数与计算匝数不等而产生的相对误差曲Nn.bal.baNbal.pr2.63f0.0456Nn.bal.baNd.pr2.66因为2f<0.05,故不需核算动作电流。(6)初步确定短路绕组抽头：选择C1-C2。(7)校验灵敏系数。6.6KV侧最小运行方式下

52、两相短路的最小短路电流为6320(A),折算到35KV侧为6320661192(A)则流入差动继35电器工作绕组的最小电流为.31192I2w17.6(A)120而差动继电器的动作电流为IopAN-60-6.67(A)Nn.bal.baNd.pr36灵敏系数Ksen-1722.582,满足要求图7-18所示为BCH-2型差动35KV3.574.386.6KVNn .bal=3匝3 * - - -图7-18 BCH-2型差动继电器各绕组极性关系图Nd.pr= 6匝J _*2一N工.ba尸1匝Iop6.67'继电器各绕组极性关系图五、采用BCH-1型差动继电器的差动保护1.BCH-1型差动

53、继电器BCH-1型差动继电器在速饱和铁芯上采用了制动绕组，因而具有制动特性，其躲过外部短路不平衡电流的性能较好。对于带负荷调压的变压器和多电源的三绕组变压器，一般都采用BCH-1型差动继电器构成差动保护。采用BCH-1型差动继电器构成变压器差动保护的单相原理接线和内部接线如图7-19及图7-20所示。其速饱和铁芯的磁路结构和执行元件及平衡绕组图7-19采用BCH-1型差动继电器的变压器差动保护原理接线图型差动继电器完全相同，不的接法与BCH-2同之处是取消了短路绕组，在A、C柱上增加了制动绕组。制动绕组Nres的绕向是使得它与二次绕组N2、差动绕组Nd及平衡绕组Nbal之间无互感，即制动绕组N

54、res通过电流时产生的磁通不经过B柱，只是沿A、C柱和磁轨形成闭合回路。A、C柱上两个二次绕组N2的连接使其由制动磁通以感应的电动势互相抵消，不影响执行元件的工作。当B柱上的工作绕组Nw中有电流时，在A、C柱二次绕组N2中产生的感应电动势是相加的，因而在达到其整定值后，继电器KA动作。当Nres中电流等于零时，为了达到差动继电器执行元件的动作安匝，需要在Nd中通入的最小电流Iop.0,称为差动继电器无制动作用时的动作电流，或叫做执行元件的启动电流。当Nres中通入外部短路时的穿越性电流后，将在边柱A、C和磁轲产生闭合磁通鼻,使铁芯饱和、磁阻R增大，一、二次回路的传变关系恶化，从而外部短路时差动回路产生的不平衡电流难以传变到二次侧的执行元件，有效地躲过不平衡电流的影响。可见，Nres中Nres图7-20BCH-1型差动继电器内部接线流过的电流对差动回路的电流起制动作用，因此，将流过制动绕组Nres中的穿越性短路电流叫做制动电流，用Ires表示。随着Ires的增加,铁芯饱和程度增加，一次电流更难以传变到二次车，Nd中通入的电流必须增大到Iop,才能达到执行元件的动作安匝，使继电器动作。Iop随Ires的增加