主设备故障分析与保护5-变压器保护

1、桂林清华电机系大机组维护研讨所主设备发电机/变压器缺点分析与维护.个人简介： 1974年出生，本、硕就读于合肥工业大学，1999年考入清华大学攻读博士学位师从王维俭和王祥珩教授，2004年博士毕业后留电机系任务至今，现为电机系副教授。 研讨方向为大机组维护及缺点分析，先后对三峡、拉西瓦、向家坝、溪洛渡、锦屏一级/二级、糯扎渡等36座水电站的170多台发电机进展了内部缺点的分析和主维护的设计，并完成了三峡右岸12700MW、托克托8600MW等12个电厂60多台发变组维护定值的整定和审查任务。 .课程内容简介：1、发电机主维护的设计与整定2/5) 纵联和横联差动维护的根本原理与整定 大型水轮发电

2、机主维护的定量化及优化设计以三峡右岸HEC和向家坝ALSTOM发电机主维护设计为例 “加强主维护、简化后备维护及相关本卷须知2、发电机异常工况维护的根本原理与整定2/5 定子接地维护 低励失磁维护 失步维护、定/转子绕组过负荷维护、转子表层负序过负荷维护、过电压和过励磁维护、误上电维护、断路器闪络维护、频率异常、逆功率维护等3、变压器差动维护的特殊问题1/5.3 变压器差动维护的特殊问题3.1 变压器纵差维护与发电机纵差维护的不同之处3.2 单相变压器励磁涌流的产活力理3.3 变压器纵差维护的整定计算及本卷须知3.4 与励磁涌流无关的变压器主维护3.5 主变后备过流维护、低压侧接地维护的整定计

3、算及励磁变/高厂变维护的配置.3.1 变压器纵差维护的不同之处 变压器纵差与发电机纵差维护一样，也都是采用比率制动方式到达外部短路不误动和内部短路灵敏动作的目的，但它在以下几方面存在显著不同： 变压器各侧额定电压和额定电流各不相等，因此各侧TA的型号一定不同，而且各侧三相接线方式不尽一样，所以各侧相电流的相位也能够不一致，这将使外部短路时不平衡电流增大，所以变压器差动维护的最大制动系数比发电机大，灵敏度相对较低。 变压器高压绕组常用调压分接头，有的还要求带负荷调理，使变压器纵差维护已调整平衡的二次电流又被破坏，不平衡电流增大，这将使变压器纵差维护的最小动作电流和制动系数都要相应增大。.变压器纵

4、差维护的不同之处续前 对于定子绕组的匝间短路，发电机纵差维护完全没有作用。变压器各侧绕组的匝间短路，经过变压器铁心磁路的耦合，改动了各侧电流的大小和相位，使变压器纵差维护对匝间短路有作用匝间短路可视为变压器的一个新绕组发生端口短路。 无论变压器绕组还是发电机定子绕组的开焊缺点，它们的纵差维护均不能动作，变压器依托瓦斯或压力维护。 变压器纵差维护范围除了包括各侧绕组外，还包含变压器的铁心，即纵差维护区内不仅有电路还有磁路，这就违反了纵差维护的实际根底基尔霍夫电流定律。. 对于仅包含电路的纵差维护对象如发电机、电动机、母线、电抗器等本身没有缺点时，不论外部发生什么扰动，恒有诸端子电流的相量和为零。

5、 因此发电机纵差维护在正常运转或区外短路时，差动回路不平衡电流实际上为零；当发电机内部缺点时将有 流向短路点的全部短路电流，将 作为纵差维护的动作量，使维护灵敏动作。变压器纵差维护的不同之处续前. 但是假设被维护对象是变压器，它有n个绕组和一个公共铁心，即n条电路和一条公共磁路，那么 。Ie为变压器励磁电流变压器纵差维护的不同之处续前. 如前所述，励磁电流Ie就是变压器纵差维护的不平衡电流，当变压器及其所在系统正常任务时，对于大型变压器，Ie1%ItnItn为变压器额定电流，不会影响变压器纵差维护的任务性能；当外部系统短路时，电压严重下降，Ie更微缺乏道。 在变压器过励磁形状下，铁心严重饱和，

6、励磁电流Ie剧增，对于最小动作电流为0.20.4Itn的变压器纵差维护，势必呵斥误动作。 更为严重的是变压器空载合闸时的暂态过励磁电流，其值可为Itn的数倍到10倍以上，这样大的暂态励磁电流通常称为“励磁涌流inrush current，它流入纵差的差动回路却要求纵差维护不误动，实属困难！变压器纵差维护的不同之处续前.3.2 单相变压器励磁涌流的产活力理 励磁涌流产生的根本缘由是铁心的严重饱和，由能够出现的最大磁通和铁心磁化曲线来决议励磁涌流的最大值 ，是一个非线性问题。 假定电压过零时 合闸，此时铁心中的磁通由三部分构成：稳态磁通应是衰减的暂态磁通铁心剩磁.影响三相变压器励磁涌流波形特征的要

7、素大致有： 电源电压大小和合闸初相角，系统等值阻抗大小和相角 变压器三相绕组的接线方式和中性点接地方式，三相铁心构外型式三相三柱或五柱，三相变压器组 铁心矽钢片组装工艺程度拼接剩余气隙大小，铁心材质磁化特性、磁滞特性、部分磁滞回环，合闸前铁心剩磁的大小和方向 涌流经TA的非线性传变，即TA的饱和特性 值得留意的是：空载合闸励磁涌流峰值虽大可与短路电流比较，但它含有二次谐波成分，且在一个周期内存在延续角，而短路电流只需基波和非周期分量、且在一个周期内没有延续角，这就引申而来我国如今通用的 防止空载合闸时变压器差动维护误动的闭锁判据二次谐波制动方式和延续角原理制动方式。.3.3 变压器纵差维护的整

8、定计算及本卷须知 纵差维护用TA的选型1、330kV及以上系统维护、高压侧为330kV及以上的变压器和300MW及以上的发电机变压器组差动维护用电流互感器宜采用TPY级电流互感器，这是处理变压器差动维护误动作问题的根本出路。2、坚决反对“TPY+5P的组合，由于P级TA与TPY级TA的主要差别在于：稳态误差和暂态误差、气隙以及铁心截面的大小。3、维护安装具有判CT饱和的才干“异步法：只是作为冗余。. 变斜率比率制动特性的整定.托克托电厂升压变的根本参数：2、低斜率S1：思索外部短路小电流时也有非周期分量电流和CT铁心剩磁，引起不平衡电流增大，为防误动，设置低斜率S1的制动作用，由于不大(0.3

9、)，其对内部短路的维护灵敏度影响很小。3、高斜率S2：鉴于500kV母线为3/2接线，变压器外部短路电流很大，此时应有很强的制动特性，即当 时，斜率增大到0.8，这样即使一侧TA极度饱和(二次无输出)，另一侧TA不饱和，也不会使纵差维护误动。4、两种斜率不同直线之间的区域采用三次样条函数实现“平滑过渡，有利于改善差动维护的动作性能。 1、.广蓄A厂主变差动维护的整定计算：. 为了加速切除变压器严重的内部缺点，经常增设差动速断维护利用纵差维护中的差动电流，不用二次和五次谐波制动，也不用比率制动，其动作电流Iop的整定如下：1高压侧空载合闸，出现励磁涌流，维护不动作， 。 2外部最大三相短路时不误

10、动， 3差动速断维护定值的最终确定应维持主维护的比率制动特性。 纵差速断维护定值的整定. 空载合闸和变压器匝间短路同时出现的处置措施1、“一相闭锁三相：即一相出现涌流特征，三相纵差维护全部闭锁，目的是防止励磁涌流呵斥变压器纵差维护误动。2、“按相涌流闭锁：防止变压器空投于匝间短路时纵差维护延时 动作，从而对变压器呵斥危害。3、“3取2的出口方式：三相电流中有两相满足涌流特征，即闭锁三相差动维护。.3.4 与励磁涌流无关的变压器主维护 分侧差动维护 将变压器的各侧绕组分别作为被维护对象，在各绕组的两端装设TA变比一样并按星形接线，以实现差动维护；好像发电机纵差维护一样，无需思索绕组的励磁电流、过

11、励磁、调压等的影响；对相间和单相短路灵敏度高，但不反响匝间短路。 零序差动维护 零序差动维护就是为维护变压器单相接地缺点而设置的；由于对于220500kV的变压器，单相接地短路是其主要缺点型式之一，特别是三相变压器组，变压器油箱内部相间短路不能够发生；而在传统的变压器纵差维护三相互感器二次接线方式下，纵差维护根本不反响零序电流，使其对内部单相短路的灵敏度较低甚至拒动。.3.5 主变后备过流维护、低压侧接地维护的整定计算及励磁变/高厂变维护的配置3.5.1 主变后备过流维护 主变复压过流维护对应的二次值为60V，取18kV侧PT线电压对应的二次值为4.62V，相电压 当18kV相间短路时，500

12、kV侧残压为：所以残压很高，低压元件假设取500kV侧电压，其灵敏度很低，为此必需取18kV侧PT电压，相间短路时有很高灵敏度。 . 主变方向过流维护 主变复压过流维护应与系统维护和高厂变维护配合，延时动作于发变组全停；而主变方向过流维护在GCB断开时投入运用，作为主变倒送电时的相间缺点后备维护，延时只需躲过系统振荡，不用与厂用系统配合。 .3.5.2 主变低压侧接地维护 该维护用于发电机机端断路器开断，主变单独与500kV系统相联。当500kV系统接地缺点时，计算零序传送电压时发电机定子绕组每相对地电容不起作用： 传送电压计算用近似简化电路 此时基波零序电压维护“应该动作，难以经过定值来躲过

13、，只能依托延时配合，应选取 ，延时3.0s动作于跳闸长延时，应大于500kV高压系统和6.3kV厂用系统接地缺点的最大切除时间。.3.5.3 励磁变/高厂变维护的配置 鉴于以下缘由，不采用差动维护，而采用最简单的电流速断过流维护： GB/T 14285-200电压在10kV以上、容量在10MVA及以上的变压器，采用纵差维护，而广州蓄能水电厂A厂励磁变的容量只需2.01MVA高厂变的容量也只需4.2MVA。 励磁变电流中谐波成分大，谐波制动式差动维护特性恶化； 差动维护要求两侧CT暂态特性一致，但通常只用5P型，且两侧CT参数不同； 励磁变/高厂变容量小，阻抗大，采用电流速断过流

14、维护的灵敏度和可靠性都很高。. 电流速断维护按励磁变/高厂变低压侧最大三相短路不误动整定： . 过流维护1励磁变过流维护定值应按发电机强励时强励倍数及时间为2.0倍/ 10s过流维护不误动整定，延时不用与强励时间10s配合，取0.5s需思索与下一级快熔元件的配合关系。2高厂变过流维护的定值按高厂变低压侧最小区内两相短路由系统倒送厂用电时有灵敏度整定，延时与下级维护6kV进线开关过流维护最大延时相配合。.谢谢大家！.联络方式：桂林：北京市清华大学电机系100084机：-51238096：.传统的变压器纵差维护三相互感

15、器的二次接线方式：.差动维护比率制动特性单斜率的整定：0.5.当 、 相量方向如左图所示，那么必有 、 或 同相。 变压器正常运转和区外短路时的等效电路：.变压器过激磁导致差动维护误动作的事例： 西北某电厂有一次变压器在后半夜运转中，由于超高压长线充电电流大、电压过高，电厂值班人员调理励磁时操作错误，减励磁反为增励磁，呵斥一次严重过励磁缺点，励磁电流急剧增大，导致变压器差动维护误动作。.变压器空载合闸时的等效电路：由于铁心严重维护， 呈急剧变化3.00.003，标么值。.合闸瞬间，t=0：上式表示合闸瞬间变压器铁心磁通没有突变，坚持合闸前的剩磁，物理概念正确！稳态磁通的幅值：. 发电机同期操作

16、和高压马达自起动过程中，纵差维护曾多次误动，缘由是两侧二次暂态电流不同，引起不平衡电流过大。 一台220kV升压变压器空载合闸，其纵差维护未误动，与之并联运转的发变组中发电机纵差维护发生误动。发电机纵差维护误动作缘由的分析：.一台6kV/5600kW异步电动机自起动过程实测二次电流： 电动机自起动过程中，定子绕组每相两侧一次电流不论多大总是完全一样的，两侧CT也是同型的，为什么两侧二次电流不那么一样而产生了暂态不平衡电流？问题只能是由两侧互感器的暂态传变特性不一致所呵斥的。.穿越性和应涌流： .维护安装具有判CT饱和的才干“异步法：.广蓄A厂#1发变组维护整定用等值电路图： 主变差动维护区内最

17、小短路电流 ； 主变差动维护区外最大短路电流 。 .AREVA与南瑞继保比率制动特性的简单对比：.视变压器容量和系统电抗大小，K引荐值如下： 6.3MVA及以下：712； 6.331.5MVA：4.57.0； 40120MVA： 3.06.0； 120MVA及以上：2.05.0； 容量越大，系统电抗越大，K取值越小。.作为辅助维护的差动速断应维持主维护的比率制动特性：.变压器空投于匝间缺点时的处置措施： 作为匝间短路的缺点相电流，它具有内部短路电流的特征，纵差维护理应动作，但另两个健全相的电流却是空载合闸励磁涌流性质； 假设采用“一相闭锁三相的措施，那么健全相的励磁涌流特征将使纵差维护三相全被制动，不断到涌流衰减至不满足纵差维护闭锁条件，缺点相纵差维护才干动作； 众所周知，大型变压器励磁涌流的衰减是很慢的，上述措施对变压器空投于匝间缺点时虽有发生但为数不多是不利的；而“按相涌流闭锁对防止涌流误动又不是非常可靠，故“3取2的出口方式是工程上的一种折衷处置措施。.拉西瓦水电站750kV升压变压器主维护用CT的配置： . 主变低压侧为不接地系统，在机组停运时，主变低压侧接地缺点依托低压侧零序过压维护切除，但当PT一次保险熔断、一次回路衔接部位接触