培训-电力变压器保护

1、North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering电力变压器保护North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering1 电力变压器的故障类型和不正常工作状态North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering一、变压器的故障一、变压器的故障 1.1.

2、油箱内部故障油箱内部故障（1 1）各相绕组之间的相间短路）各相绕组之间的相间短路 （2 2）单相绕组的匝间短路）单相绕组的匝间短路 （3 3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障 2.2.油箱外部故障油箱外部故障（1 1）引出线的相间短路）引出线的相间短路（2 2）绝缘套管闪络或破坏、引出线通过外壳）绝缘套管闪络或破坏、引出线通过外壳 发生的单相接地短路发生的单相接地短路North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering二、变压

3、器的不正常运行状态二、变压器的不正常运行状态 外部相间短路引起的过电流外部相间短路引起的过电流外部接地短路引起的过电流和中性点过电压外部接地短路引起的过电流和中性点过电压负荷超过额定容量引起的过负荷负荷超过额定容量引起的过负荷漏油等原因引起的油面降低漏油等原因引起的油面降低大容量变压器的过励磁故障大容量变压器的过励磁故障North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering三、变压器应装设的保护三、变压器应装设的保护 主保护主保护 瓦斯保护瓦斯保护-防御变压器油箱内各种短路故障和防

4、御变压器油箱内各种短路故障和油面降油面降低低 (重瓦斯信号重瓦斯信号) 纵差动保护或电流速断保护纵差动保护或电流速断保护( (动作于跳开各侧断路器动作于跳开各侧断路器) )- 防御变压器绕组、套管及引出线上的故障防御变压器绕组、套管及引出线上的故障 North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering三、变压器应装设的保护三、变压器应装设的保护 外部相间短路的后备保护外部相间短路的后备保护 -过电流保护过电流保护-低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护-复合电压起动的过电流

5、保护复合电压起动的过电流保护-负序过电流保护负序过电流保护-阻抗保护阻抗保护 North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering三、变压器应装设的保护三、变压器应装设的保护 外部接地短路的后备保护外部接地短路的后备保护 -变压器中性点接地运行变压器中性点接地运行零序电流保护（星形侧接地故障）零序电流保护（星形侧接地故障）-中性点不接地的变压器中性点不接地的变压器零序过电压保护零序过电压保护-中性点经过放电间隙接地的变压器中性点经过放电间隙接地的变压器间隙电流保护和零序电压保护间

6、隙电流保护和零序电压保护 North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering三、变压器应装设的保护三、变压器应装设的保护 过负荷保护过负荷保护 过励磁保护过励磁保护 变压器的其他非电量保护变压器的其他非电量保护 -油温高保护、冷却器故障保护、压力释放油温高保护、冷却器故障保护、压力释放保护等保护等 North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering2 变压器纵差

7、动保护North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering一、一、变压器纵差动保护的基本原理变压器纵差动保护的基本原理 正常运行或外部故障时，应使 21II TA22TA11nInI TTA1TA2nnn I-I1I2ITn1TAn2TAn1I *2I 21II JINorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering 按相实现的变压器纵差动保护，其电流互感器变比的

8、选择原则是：两侧电流互感器变比的比值等于变压器的变比。I-I1I2ITn1TAn2TAn1I *2I 21II JINorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering2 变压器差动保护的变压器差动保护的不平衡电流不平衡电流一、稳态运行条件下的不平衡电流 正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为不平衡电流；差动电流中只有工频分量，忽略变压器的励磁电流(25%)North China Electric Power UniversitySchool of Electrical a

9、nd Electronic Engineering.1.1.三相变压器接线产生的不平衡电流三相变压器接线产生的不平衡电流1AI1BI1CI1AI1BI1CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI1AI1BI1CI1AI301BI1CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI30ITn1TAn2TAnNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering.1AI1BI1CI1AI1BI1CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI302B2AII2C2BII

10、2A2CIITn1TAn2TAnNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic EngineeringI-II-II-I.1AI1BI1CI1AI1BI1CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI2B2AII2AITn1TAn2TAnT321nnTAnTA 2A2AII32AI2BI2CI2AI2BI2CI302B2AII2C2BII2A2CIINorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engin

11、eering2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流难以完全满足造成。TATAY3TnnnTATATTATATAunbnInnnnInII3)31 (3TATTATAnnnf31 记对于Y/d-11变压器：设变压器星形侧一次电流为三角侧一次电流为，TA的变比为YITAnITAn，TA的变比为 TA的一次额定电流为：10、12.5(12)、15、20、25、30、40、50、60、75的十进位倍数，保护用TA一次额定电流为1505000A。North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic E

12、ngineering2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流例某Y/d-11变压器容量为31.5MVA，变比为115/10.5，选择电流互感器的变比，并计算额定运行条件下的不平衡电流。115kV10.5kV一次额定电流一次额定电流TA接线接线TA计算变比计算变比TA实际变比实际变比二次电流二次电流 不平衡电流不平衡电流73.545/315855. 460/3158158A1730AY1730/5=346300/5=602000/5=4001730/400=4.32Iunb = 4.55 4.32 = 0.23(A)North China Electric Power Universi

13、tySchool of Electrical and Electronic Engineering3.3.变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流TAK.maxconunb.n/nIUKI TTA1TA2nnn T3nTA2nnTA1 或 当分接头位置变化时，变压器的变比改变取变压器调压范围的一半North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering4.4.电流互感器变换误差产生的不平衡电流电流互感器变换误差产生的不平衡电流II 理想特性1TA2

14、TAunbINorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering4. 由电流互感器传变误差产生的不平衡电流1()HHHTAHIIIn 由于电流互感器励磁电流的存在，电流互感器存在传变误差，电流互感器的二次电流为：变压器差动回路中流过的电流为：HHLLunbHLTAHTALIIIIIIInn实际上两侧TA特性不完全相同，则不平衡电流不为零LHTALTAHIInnNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and

15、 Electronic Engineering4. 由电流互感器传变误差产生的不平衡电流30.1YunbTAYstIIKn 考虑两侧误差方向相同，最严重情况为一侧无误差；一侧有最大误差(10%)：电流互感器的同型系数stK同型时取0.5，不同型时取1North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering变压器励磁涌流产生的不平衡电流变压器励磁涌流产生的不平衡电流 正常情况下，变压器励磁电流很小，通常为额定电流的（25）%。它使差动回路中的不平衡电流增加很少。 在电压突然增加时，例如

16、在空载投入变压器或外部故障切除后电压恢复时，则可能产生很大的励磁电流，这种暂态过程中出现的励磁电流通常称为励磁涌流。其数值最大可达额定电流的 68 倍。励磁涌流（不采取措施，差动保护误动作）North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic EngineeringLI 、utu m sy LeILYIsym2 Lit励磁涌流产生的根本原因：磁通不能突变North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Eng

17、ineering励磁涌流（励磁涌流（%）例例1 1例例2 2例例3 3例例4 4基波基波100100100100100100100100二次谐波二次谐波3636313150502323三次谐波三次谐波7 76.96.99.49.41010四次谐波四次谐波9 96.26.25.45.4- -五次谐波五次谐波5 5- - - -直流直流6666808062627373励磁涌流的励磁涌流的特点：特点：P193P1931.有很大成分的非周期分量；2.有大量的高次谐波，尤以二次谐波为主；3.波形经削去负波后出现间断。North China Electric Power UniversitySchool

18、of Electrical and Electronic Engineeringn影响涌流特征的因素有影响涌流特征的因素有 合闸时电压的合闸时电压的初相角初相角- 对于单相变压器而言，当对于单相变压器而言，当= 0= 0时合闸，涌流最严重时合闸，涌流最严重。当当= 90= 90时（电压最大值时）合闸，将不产生涌时（电压最大值时）合闸，将不产生涌流。流。- 对于三相变压器而言，三相电压的相角互差对于三相变压器而言，三相电压的相角互差120120，所，所以无论电压初相角是多少总会产生励磁涌流。以无论电压初相角是多少总会产生励磁涌流。 铁芯中剩磁的大小和方向铁芯中剩磁的大小和方向 变压器铁芯的变压器

19、铁芯的饱和磁通饱和磁通North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineeringn防止励磁涌流影响的方法防止励磁涌流影响的方法 采用间断角原理的差动保护采用间断角原理的差动保护 利用二次谐波制动利用二次谐波制动 利用波形对称原理的差动保护利用波形对称原理的差动保护North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering3 3 变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护N

20、orth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering（一）过电流保护（一）过电流保护（二）低电压起动的过电流保护（二）低电压起动的过电流保护（三）复合电压起动的过电流保护（三）复合电压起动的过电流保护（四）负序过电流保护（四）负序过电流保护North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering（一）过电流保护1.单相原理接线ItQF1TAQF2KAKTKS跳QF1跳QF

21、2信号KCONorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering 起动电流：躲过变压器的最大负荷电流整定起动电流：躲过变压器的最大负荷电流整定（1）对并列运行的变压器）对并列运行的变压器（2）对降压变压器）对降压变压器 考虑电动机自启动时的最大电流考虑电动机自启动时的最大电流.max.1LT NnIIn.1relopT NreKnIIKnmax.max.LssLIKINorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical

22、 and Electronic Engineering（二）低电压起动的过电流保护tQF1QF2KAKTKS跳QF1跳QF2信号IUUU电压回路断线信号KV1KV2KMKCOKAIKAIU2abc接至母线TVNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering 负序电压继电器的动作电压，可按躲开正常运行时负序电压继电器的动作电压，可按躲开正常运行时的最大不平衡电压整定。通常取的最大不平衡电压整定。通常取 2.(0.06 0.12)opT NUUNorth China Electr

23、ic Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering(四)负序过电流保护tQF1QF2KAKTKS跳QF1跳QF2信号IUNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering三绕组变压器的后备保护三绕组变压器的后备保护1. 1. 基本要求基本要求除主电源侧外，其它各侧保护只作为相邻元件的除主电源侧外，其它各侧保护只作为相邻元件的后备保护；后备保护；作为相邻元件后备保护时，应有选择地只跳开故作为相邻元件

24、后备保护时，应有选择地只跳开故障点一侧的断路器，另外两侧继续运行；障点一侧的断路器，另外两侧继续运行；作为变压器内部故障后备保护时，应跳开三侧断作为变压器内部故障后备保护时，应跳开三侧断路器，使变压器退出运行。路器，使变压器退出运行。North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering2. 2. 单侧电源单侧电源 可只装设两套保护：可只装设两套保护：QF1QF2QF3 负荷侧一套，只作相邻母线保护负荷侧一套，只作相邻母线保护后备；后备；3t2t1t 电源侧一套，作为变压器和母线电

25、源侧一套，作为变压器和母线保护的后备，以时限保护的后备，以时限t2t2跳开跳开QF2QF2，以时限以时限t1t1跳开各侧断路器。跳开各侧断路器。321ttt1k2k3kK1K1点故障：点故障： 经时间经时间t2t2跳跳QF2QF2，再经时间，再经时间t1t1跳另两侧断路器跳另两侧断路器K2K2点故障：点故障： 经时间经时间t2t2跳跳QF2QF2，故障切除，故障切除，侧继续运行侧继续运行K3K3点故障：点故障： 经时间经时间t3t3跳跳QF3QF3，故障切除，故障切除，侧继续运行侧继续运行North China Electric Power UniversitySchool of Electr

26、ical and Electronic Engineering3. 3. 双侧电源双侧电源QF1QF2QF3经时间经时间t2t2跳跳QF2QF2，侧继续运行侧继续运行K2K2点故障：点故障： 主电源侧设不经方向控制的过电主电源侧设不经方向控制的过电流保护作为变压器后备保护。流保护作为变压器后备保护。t)tt(ttT321,max1k2k3kK1K1点故障：点故障： 经时间经时间t1t1跳跳QF1QF1，侧继续运行侧继续运行K3K3点故障：点故障： 经时间经时间t3t3跳跳QF3QF3，侧继续运行侧继续运行4kK4K4点故障：点故障： 经时间经时间t4t4跳各侧断路器，变压器退出跳各侧断路器，变

27、压器退出 各侧均装过电流保护作为本侧各侧均装过电流保护作为本侧母线后备保护；母线后备保护； 电源侧保护可加方向元件电源侧保护可加方向元件North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic EngineeringNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering2.4.1中性点接地方式中性点接地方式110kV110kV及以上系统中性点直接接地及以上系统中性点直接接地接地点的数量和位置的选

28、择：接地点的数量和位置的选择：从系统角度看：从系统角度看：1)1)防止过电压；防止过电压；2)2)保证运行方式变化时，零序电流大小分布变化较小。保证运行方式变化时，零序电流大小分布变化较小。从变压器角度看：从变压器角度看：1)1)自耦变压器中性点直接接地；自耦变压器中性点直接接地；2)2)全绝缘中性点可直接接地、可不接地；全绝缘中性点可直接接地、可不接地；3)3)分级绝缘变压器中性点绝缘水平很低的直接接地；水分级绝缘变压器中性点绝缘水平很低的直接接地；水平较高的可直接接地，也可在不失去接地点时不接地。平较高的可直接接地，也可在不失去接地点时不接地。North China Electric Po

29、wer UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护III2t01t03t04t0II11QFQF2QF1TA0North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护2QF2T1QFQF1TNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electroni

30、c Engineering（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护一般取一般取0.30.5sNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering1QF2TQFII0303U0_3t0_4t0_1tIII030_2t0_5t11North China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic EngineeringQF1QF2QFU01跳跳0I&o3t1t2t21 QFQF、QFNorth

31、China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering3t2t123ttt1tNorth China Electric Power UniversitySchool of Electrical and Electronic Engineering为防止绝缘水平较低变压器在失去中性点之后，绝缘受为防止绝缘水平较低变压器在失去中性点之后，绝缘受到破坏，在中性点安装放电间隙，当间隙上电压超过动作电到破坏，在中性点安装放电间隙，当间隙上电压超过动作电压时放电，保护中性点绝缘。压时放电，保护中性点绝缘。放电间隙上的零