第6章变压器保护-新版

1、第六章第六章 电力变压器保护电力变压器保护第一节 故障类型、不正常运行状态及其保护方式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。（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 变压器油箱内部故障产生较大的短路电流，不仅会烧坏变压器绕组和铁心，而且由于绝缘油汽化，可能引起变压器爆炸。 一、变压器故障类型（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

2、；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。 三、变压器的保护配置1. 瓦斯保护：瓦斯保护：轻瓦斯轻瓦斯（信号）和（信号）和重瓦斯重瓦斯（跳闸）（跳闸） 针对：针对：油箱内油箱内的各种故障及油面降低。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。优点：油箱内部所有故障，有较高灵敏性。 缺点：动作时间较长；缺点：动作时间较长； 不能反应油箱外部的故障。不能反应油箱外部的故障。2.

3、 纵差保护或电流速断保护纵差保护或电流速断保护（根据变压器容量选择）（根据变压器容量选择） 反应绕组、套管及引出线上的相间短路，在一定程度上反反应绕组、套管及引出线上的相间短路，在一定程度上反应绕组内部匝间短路及中性点接地侧的接地短路。应绕组内部匝间短路及中性点接地侧的接地短路。 特点：瞬时动作切除故障特点：瞬时动作切除故障主保护3. 外部相间短路的后备保护外部相间短路的后备保护 1）过电流保护）过电流保护 2）复合电压起动的过流保护）复合电压起动的过流保护 3）负序电流保护和单相式低压起动的过电流保护）负序电流保护和单相式低压起动的过电流保护 4）阻抗保护）阻抗保护4. 外部接地短路的后备保

4、护外部接地短路的后备保护 1）零序电流保护（若中性点接地）零序电流保护（若中性点接地） 2）零序过电压保护、在中性点装放电间隙加零序电流保护）零序过电压保护、在中性点装放电间隙加零序电流保护5. 过负荷保护过负荷保护 6. 过励磁保护过励磁保护7. 其它非电气量保护其它非电气量保护（油箱内温度、压力升高、冷却系统故障）（油箱内温度、压力升高、冷却系统故障）延时跳闸或发信号第二节 变压器差动保护一、变压器纵差保护原理必须适当选择两侧电流互感器的变比，使正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流为0BTATATATAnIInnnInIII1212221121I-InTA1nTA2nT2I1I1I2

5、I 二、变压器纵差保护的不平衡电流引起变压器纵差保护不平衡电流的主要因素有：（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1变压器两侧绕组接线方式不同产生的不平衡YAIYBIYCIDAIDBIDCIaIbIcIYAIYBIYCIDAIDBIaIbIcIDDDTYAYCacCTYCYBcbBTYBYAbaAnIIIIInIIIIInIIIII)()()( TA：变压器变压器Y形侧接成形侧接成形；形； 变压器变压器形侧接成形侧接成Y形。形。A

6、YBYAdAIIIID)(BYCYBdBIIIID)(CYAYCdCIIIID)(2. TA的计算变比与实际变比不同产生的不平衡 TTATAnnn12TTATAnnn3/12变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产品目录来选变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产品目录来选择的标准变比，很难满足择的标准变比，很难满足克服措施：对不平衡电流进行补偿0121DInIIIr)1 (21TATTAnnnnD数字式保护I-InTA1nTA2nT2I1I1I2I3. 变压器带负荷调整分接头产生的不平衡4. 两侧电流互感器传变误差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带负荷调压分接头

7、变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就改变了调电压，这样就改变了nT，出现不平衡差流。，出现不平衡差流。克服措施: 整定时增大动作电流门槛值。变压器两侧电流互感器的型变压器两侧电流互感器的型号不同，励磁特性差别较大号不同，励磁特性差别较大 1 1）稳态不平衡电流）稳态不平衡电流I-InTA1nTA2nT2I1I1I2I2121IIIIIr外部故障时，短路电流中还含有非周期暂态分量，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，增加分流经励磁支路，增加 TA TA 的传变误差，

8、导致不平衡电的传变误差，导致不平衡电流增大。流增大。克服措施: 选用具有较好暂态传变特性的TA； 增大动作电流门槛值； 2 2）暂态不平衡电流）暂态不平衡电流 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁心中的磁通急剧增大，使变压器铁心瞬时饱和，出现数值很大的励磁涌流。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涌流产生原因: 铁芯中的磁通不能突变 稳态时，磁通滞后电压稳态时，磁通滞后电压 90；当；当 U=0 时投入变压器，时投入变压器，铁心出现磁通铁心出现磁通 m ，铁心中磁通不能突变，必须产生铁心中磁通不能突变，必

9、须产生 +m 的非周期分量，以抵消的非周期分量，以抵消 m ，使得使得 =0 ，考虑到，考虑到剩磁剩磁sy的影响，半个周波后，铁心中的磁通达到最大值，的影响，半个周波后，铁心中的磁通达到最大值，严重饱和，对应的励磁涌流此时也达到最大。严重饱和，对应的励磁涌流此时也达到最大。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，偏于时间轴一侧；2、含有较大的直流分量；3、励磁涌流中含有大量的谐波分量；3、励磁涌流的波形中有间断。三相变压器励磁涌流： 克服励磁涌流对变压器差动保护影响一般采用励磁涌流闭锁措施。1）二次谐波制动原理；2）间断角制动原理；3）波形对称原理；三、比率制动式纵差保护

10、纵差动保护的主要问题是克服区外短路故障时差动回路的不平衡电流，以及变压器空载投入时励磁涌流的影响，同时还要保证内部短路故障时差动保护的灵敏性和快速性。流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故障时的穿越电流有关，穿越电流越大，不平衡电流越大。比率制动差动保护，利用反应变压器穿越电流大小的制动电流，使保护动作电流随制动电流而变化，当外部短路穿越电流增大，制动电流随之增加，增强了外部故障时的制动作用，有效地防止了不平衡电流引起的误动，同时提高了内部故障时的灵敏度。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。minopdII)(0minresresopopdIISIII动

11、作判据： 21IIId2121IIIres21maxI，IIres四、差动电流速断保护在变压器严重内部故障时，短路电流水平较高，使得电流互感器饱和，其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，变压器纵差动保护应配置差动电流速断保护，作为辅助保护加快内部严重故障时保护的动作速度，其实质是反应差动电流的电流瞬时速断保护。五、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：优点：不受励磁涌流、电压分接头调整的影响。对YNd11接线变压器，构成纵差保护时，YN侧TA接成角型，D侧接成星型，YN侧二次电流两两相

12、减，消除零序电流，可以防止外部接地短路时，纵差保护的误动，但对内部单相接地短路灵敏度不足甚至拒动 。后备保护的作用：防止外部故障引起的变压器绕组过电流，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。条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。一. 相间短路的后备保护第三节 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 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

13、母线的保护。 一. 相间短路的后备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 1. 过电流保护动作电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定：max.LarrelopInKKI需要分别考虑躲过并列运行的变压器切除一台时产生的过负荷电流，躲过电动机负荷的自起动电流等，动作时限和灵敏度需要与相邻元件的过电流保护相配合。 2. 复合电压启动的过电流保护动作电流按按躲过变压器额定电流整定 ：NarrelopInKKI负序过电压继电器作为不对称故障的电压保护，而低电压继电器作为三相短路的电压保护。 负序电压过电压继电器的动作电压按躲过正常运行时出现的最大不平衡电压整定

14、： TvNopnUU)12. 006. 0(2 .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。 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，中性点绝缘有两种：500KV变压器中性点绝缘水平38KV，必须直接接地运行；220KV变压器中性点绝缘水

15、平110KV，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。变压器中性点不同的运行方式，接地保护的配置也不尽相同。变压器零序保护的方式与变压器中性点运行方式有关。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。 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。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