华北电力大学电力系统继电保护完整课件

第八章电力变压器的继电保护

8.1电力变压器的故障类型和

不正常工作状态一、变压器的故障

1.油箱内部故障（1）各相绕组之间的相间短路（2）单相绕组的匝间短路（3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障（4）铁芯烧损危害：油箱内部故障产生的电弧将引起绝缘物质的剧烈汽化，可能引起油箱爆炸。2.油箱外部故障（1）引出线的相间短路（2）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漏油等原因引起的油面降低大容量变压器的过励磁故障三、变压器的保护配置主保护瓦斯保护:防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低；瓦斯保护有重、轻之分，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器，轻瓦斯保护动作于信号；纵差动保护和电流速断保护:防御变压器绕组、套管及引出线上的各种故障。纵差动保护不能反映绕组匝数很少的匝间短路故障，油面降低等，因此存在一定的保护死区。而瓦斯保护不能反映油箱外部的短路故障。因此，纵差动保护和瓦斯保护共同构成变压器的主保护。外部相间短路的后备保护：①过电流保护、②低电压起动的过电流保护、③复合电压起动的过电流保护、④负序电流及单相式低电压起动的过电流保护、⑤阻抗保护外部接地短路的后备保护:①变压器中性点接地运行、②零序电流保护、③自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器、④应增设零序方向元件、⑤中性点不接地的变压器、⑥零序过电压保护、⑦中性点经过放电间隙接地的变压器、⑧间隙电流保护和零序电压保护三、变压器的保护配置①过负荷保护

②过励磁保护③变压器的其他非电量保护

④油温保护、冷却器故障保护、压力释放保护等；8.2变压器的纵联差动保护正常运行或外部故障时，应使TA变比选取原则IL·I·HI·H'·IL'IdnTnTAHnTAL一、变压器纵差动保护的基本原理

判据：内部故障时：IL·I·HI·H'·IL'IdnTnTAHnTAL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（2~5）%。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4~8倍。。二、变压器差动保护的不平衡电流励磁涌流（%）例1例2例3例4基波100100100100二次谐波36315023三次谐波76.99.410四次谐波96.25.4-五次谐波5---直流66806273励磁涌流的特点：有很大成分的非周期分量；有大量的高次谐波，尤以二次谐波为主；波形经削去负波后出现间断。影响励磁涌流特征的因素有：⑴合闸时电压的初相角α①对于单相变压器而言，当α=0°时合闸，涌流最严重。当α=90°时合闸，将不产生涌流。②对于三相变压器而言，三相电压的相角互差120°，所以无论电压初相角是多少总会产生励磁涌流。⑵铁芯中剩磁的大小和方向、⑶变压器铁芯的饱和磁通防止励磁涌流影响的方法：①采用具有速饱和铁芯的差动继电器②采用间断角原理的差动保护③利用二次谐波制动④利用波形对称原理的差动保护Y0/Δ-11（YNd11）接线方式正常运行时示意图

由于存在相位差，无论如何选择TA变比，差电流不可能为零。三相变压器接线产生的不平衡电流Y0/Δ-11（YNd11）接线方式正常运行时示意图三相变压器接线产生的不平衡电流解决办法：选择两侧同相位的电流量构成差动回路。

Y0/Δ-11（YNd11）接线方式正常运行时示意图三相变压器接线产生的不平衡电流Y0/Δ-11（YNd11）接线方式三相变压器接线产生的不平衡电流

对于微机变压器差动保护，可将YNd11接线变压器的两侧TA均采用星形接线，由软件实现TA变比和相位的调整；计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流要实现变压器的纵差动保护，低、高压两侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比，即但实际上由于电流互感器变比在制造上的标准化，不容易满足这个条件，因而就会产生不平衡电流。或[例]某Y/d-11变压器容量为，变比为，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TA接线TA计算变比TA实际变比二次电流不平衡电流158A1730A△Y1730/5=346300/5=602000/5=400Iunb=4.55–4.32=0.23(A)计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流方法：利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿....Wb—平衡线圈Wd—差动线圈中间变流器但是由于平衡线圈匝数的选择必须取整数，即采用平衡线圈后仍要考虑剩余的不平衡电流；其中：在整定计算中不平衡电流按下式计算：平衡线圈的计算匝数差动线圈的整定匝数平衡线圈的整定匝数区外短路的最大短路电流平衡线圈的计算匝数与整定匝数不等的相对误差三相电流互感器接线系数电流互感器变换误差产生的不平衡电流理想特性1TA2TA考虑非周期分量的影响时：其中：非周期分量影响系数电流互感器同型系数电流互感器的幅值误差，取10%5.变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流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变压器差动保护的最大不平衡电流：躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流整定；三、变压器纵联差动保护的整定原则

灵敏系数校验无制动定值高，保护的灵敏度低；为了提高灵敏度，采用具有制动特性的差动继电器；四、具有制动特性的BCH-1型差动继电器

(一般取)无制动（一）比率制动特性

动作判据

--最小动作电流--拐点电流--比率制动特性的斜率五、比率制动特性的变压器差动保护

差动电流与制动电流的选取正方向：各侧电流均以指向变压器为正(1)差动电流例如双绕组变压器：差动电流与制动电流的选取正方向：各侧电流均以指向变压器为正(2)制动电流平均电流制动:复式制动:指所有侧中最大的电流指除最大电流侧外所有侧电流之和最大电流制动:1.最小动作电流

按躲过变压器在正常运行条件下产生的不平衡电流整定

式中

--可靠系数，取--变压器高压侧的额定电流--高压侧电流互感器的变比（二）比率制动特性的变压器差动保护的定值整定一般整定在（）倍变压器的额定电流；2.拐点电流3.制动特性的斜率

三折线比率制动特性的差动保护IdIresK1K2OIres.maxIop.maxIop.0Ires.1Ires.0计算方法和前面相同(1)最小动作电流(2)第一拐点电流(3)第二拐点电流一般情况：(4)制动特性斜率变压器差动电流速断保护在变压器差动保护中，配有二次谐波制动元件防止励磁涌流引起保护误动。但当纵差保护区内发生严重短路故障时，TA可能出现饱和使二次电流波形发生畸变，则二次电流中含有大量谐波分量，从而误判为励磁涌流，导致差动保护拒动或延迟动作。因此，为了保证与加快大型变压器内部故障时动作的可靠性，需设置差动电流速断保护。

差动速断保护的定值应按躲过变压器最大励磁涌流或外部短路最大不平衡电流整定，其值可达4-10倍额定电流；当区内（特别是变压器绕组端部）故障时差流达到差动速断定值时，速断元件快速动作出口，跳开变压器各侧断路器；微机变压器纵差保护逻辑图差动保护动作跳开变压器各侧断路器8.3变压器相间短路的后备保护（一）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（四）负序过电流保护（一）过电流保护1.单相原理接线主要应用于降压变压器，装设在主电源侧，可以设定两个时限，短时限切除分段开关，长时限切除变压器两侧开关。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（2）对降压变压器

2.整定计算定值一般较大，可能不满足后备保护的要求；可靠系数，取返回系数，取电动机自起动系数（二）低电压起动的过电流保护1.单相原理接线主要应用于升压变压器、系统联络变压器以及大容量的降压变压器。（1）起动电流。按大于变压器的额定电流整定（2）动作电压。按小于正常运行时母线上可能出现的最低工作电压，且外部故障切除后，电动机自起动的过程中应能返回。根据运行经验2.整定计算当电压互感器发生断线时，低电压继电器将会误动；（三）复合电压起动的过电流保护1.原理接线1.负序过电继电器和过电流继电器配合作为各种不对称短路的保护；2.低压继电器和过电流继电器配合作为三相对称短路的保护；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

2.整定计算3.优缺点由于负序电压继电器的整定值小，在不对称短路时灵敏系数高；对于大容量变压器，额定电流很大，当在相邻元件末端两相短路时短路电流小可能灵敏度不满足要求；(四)负序过电流保护1.原理接线提高不对称短路时的灵敏度，一般用于63MVA及以上的升压变压器。动作电流的整定原则：（1）躲变压器正常运行时，负序电流滤过器的最大不平衡电流，一般为；（2）躲线路一相断线时引起的负序电流；（3）与相邻元件上的负序电流保护在灵敏度上配合；变压器相间短路后备保护的配置原则1.对于单侧电源的变压器，后备保护装设在电源侧，作为纵差保护、瓦斯保护的后备或相邻元件的后备；2.对于多侧电源的变压器，主电源侧后备保护应作为纵差保护和瓦斯保护的后备，且能对变压器各侧的故障满足灵敏度要求；其它各侧后备保护只作为各侧母线和线路的后备保护，动作后跳开本侧断路器；2.整定计算8.4变压器接地短路的后备保护（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护（三）中性点经放电间隙接地的零序电流电压保护一、中性点接地方式110kV及以上系统中性点直接接地，接地点的数量和位置的选择：从系统角度看：1)防止过电压；2)限制短路电流；3)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：1)自耦变压器中性点直接接地；2)全绝缘中性点可直接接地、可不接地；3)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。（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护跳QF跳QF1、QF2全部采用零序电流保护，有选择性要求时可增加零序方向元件。（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护跳QF跳QF1、QF2零序电流取自主变中性点侧，主变未并网时发生单相接地也有零序电流。（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护跳QF跳QF1、QF2通常采用两段式，Ⅰ段和相邻零序Ⅰ段配合，Ⅱ和相邻零序后备段配合；（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护跳QF跳QF1、QF2每段设两个时限，短时限动作缩小故障范围，长时限动作断开变压器各侧断路器。按与相邻元件的零序电流保护Ⅰ段配合相邻元件的零序电流保护Ⅰ段动作电流1.零序一段整定原则按与相邻元件的零序电流保护后备段配合相邻元件的零序电流保护后备段动作电流2.零序二段整定原则对于高、中压侧中性点均直接接地的自耦变压器和三绕组变压器，应在高、中压侧均装设两段式零序电流保护的基础上分别增设零序功率方向元件，方向指向本侧母线，分别作为变压器高、中压侧绕组和相邻元件接地故障的后备保护；（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护当变电站有两台及以上的变压器并列运行时，为了尽量保持零序网络的阻抗和零序电流的分布不变，从而保证零序电流保护的灵敏度不变、且限制电流水平，通常将一部分变压器中性点接地运行，而另一部分不接地运行。（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护

配置两种接地保护：一种用于中性点接地运行的变压器，采用两段式零序电流保护，另一种用于中性点不接地运行的变压器，保护的配置与变压器的中性点绝缘水平等有关；当变压器接地时可采用“（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护”的方法当变压器不接地时采用零序电压保护。零序电压继电器的动作电压按躲过部分变压器接地电网发生接地故障时，保护安装处可能出现的最大零序电压整定。一般取180V。动作时间取－0.5s1.中性点全绝缘变压器跳QF1跳QF2.分级绝缘变压器为保证变压器的安全，应先切除不接地变压器，后切除接地变压器2.分级绝缘变压器零序电流保护设有两个时限，时限跳开分段断路器，时限跳开本变压器2.分级绝缘变压器