第六章电力变压器保护

电力系统继电保护

PowerSystemRelayProtection张今朝嘉兴学院机电工程学院瓦斯保护（气体继电器保护）：是油浸式变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置，按照规定800KV·A及以上的油浸式变压器和400KV·A及以上的车间内油浸式变压器，都应装设瓦斯保护。1.瓦斯继电器的工作原理

a)正常状态

b)轻瓦斯动作c)重瓦斯动作d)严重漏油时

KG3-4抖动KM1-2自保持R限流规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：①绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；②绕组的匝间短路；③外部短路引起的过电流；④中性点直接接地系统中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压⑤过负荷；⑥油面降低；⑦变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。不同容量、不同使用地点的变压器装设的保护装置不同，见规程规定总结主保护图6.1双绕组单相变压器纵差动保护的原理接线图两侧电流互感器变比满足正常运行和区外故障时变压器各侧电流满足6.2.2变压器差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流影响的方法变压器的纵差动保护需要躲过流过差动回路的不平衡电流1.计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流4种情况不平衡电流最大不平衡电流变比差系数2.由变压器带负载调节分接头产生的不平衡电流由变压器分接头改变引起的相对误差,考虑到电压可以正负两个方向进行调整,一般可取调整范围的一半3.电流互感器传变误差产生的不平衡电流电流互感器二次侧电流当两个电流互感器型号相同时

,否则取电流互感器变化不一样时,则型号不同,取当两个电流互感器型号相同时,否则取当两侧电流互感器变化不一样时,则型号不同,取电流互感器可能的最大误差为10%最大稳态不平衡电流最大不平衡电流(考虑非周期分量)非周期分量系数4.变压器励磁电流产生的不平衡电流励磁电流全部流入差动继电器中,形成不平衡电流励磁电流不同运行状态的大小1)正常运行时和外部故障2)外部故障切除后----励磁涌流当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器从零或很小的数值突然上升到运行电压。在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能严重饱和，产生很大的暂态励磁电流，即励磁涌流。其最大值可达到额定电流的4~8倍5.减小不平衡电流的措施计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿正常或外部故障时中间变流器总磁通等于0，无电流流入继电器即中间变流器此时(2)减少因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流

尽可能使用型号、性能完全相同的D级电流互感器，使得两侧电流互感器的磁化曲线相同，以减小不平衡电流。(3)减少电流互感器的暂态不平衡电流

速饱和中间变流器能够大大减小电流互感器的暂态不平衡电流。6.2.3纵差动保护的整定计算原则1.纵差动保护动作电流的整定原则（3种情况）(1)躲过外部短路故障时的最大不平衡电流外部短路故障时最大不平衡电流可靠系数,取1.3外部故障时最大短路电流电流互感器同型系数非周期分量系数,分不同情况取1.5~2或1由变压器分接头改变引起的相对误差,一般可取调整范围的一半由电流互感器计算变比和际变比不一致引起的相对误差单相变压器Yd11三相变压器(2)躲过变压器最大励磁涌流变压器额定电流励磁涌流的最大倍数,取4~8,也可根据图6.8（P172）的上限来选择可靠系数,取1.3~1.5励磁涌流时可以将差动闭锁则如采用饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流,可取(3)躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流变压侧某侧电流互感器二次回路断线时：另一侧电流互感器的二次侧电流全部流入差动继电器中,要引起保护的误动。有的差动保护采用断线识别的辅助措施，在互感器二次回路断线时将差动保护闭锁。若没有断线识别的措施，则差动保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流。变压器最大负荷电流，可取额定电流可靠系数，取1.3以上三种条件下计算纵差动保护的动作电流,并选取最大者2.纵差动保护灵敏系数的校验各种动行方式下变压器区内端部故障时,流经差动继电器的最小差动电流一般不低于26.2.4具有制动特性的差动继电器1.差动继电器的制动特性在差动继电器中引入一个能够反应变压器穿越电流大小的制动电流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,不平衡电流也越大外部故障时,制动电流变压器外部故障时,不平衡电流与短路电流有关,也可表示为具有制动特性的差动继电器动作方程为在制动电流比较小时,电流互感器不饱和,

曲线是线性上升的;制动电流比较大时,电流互感器饱和后,曲线变化率增加不再是线性的.变压器穿越电流等于最大外部故障电流曲线部分电流互感器未饱时存在的线性误差,由互感器型号决定,一般小于2%拐点电流互感器饱和会使测量到制动电流减小,则特性的最大制动比数字式纵差动保护中,常采用”双折线”特性制动特性的数学表达式为:制动特性斜率为:2.差动继电器在内部故障时的动作行为双侧电源供电时，若两侧电源的电动势和等效阻抗相同，直线1单侧电源供电时，电源侧直线2内部故障时，带有制动特性差动继电器的动作电流均为最小工作电流；不带制动的差动继电器制动特性是平行于坐标横轴直线的，动作电流为固定的计算继电器的灵敏度时，需要考虑负荷电流的影响，即制动电流除了故障电流外还要加上负荷电流，制动电流增加，其与差动电流与间为2’但仍比不带制动时灵敏制动电流的选取不是唯一的，数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，经简化整定计算和调试，常见的方法有（以双绕绕组变压器为例）（1）平均电流制动（2）复式制动（3）标积制动6.3变压器的励磁涌流及鉴别方法6.3.1单相变压器的励磁涌流稳态励磁分量自由分量剩磁磁饱和正常情况下，铁芯是不会饱和的，但在变压器空载合闸时产生的暂态过程中，由于自由分量的作用，使磁链可能会大于磁饱和当铁芯和剩磁，合闸半个周期后，，电压过零时刻合闸最严重。时，发生饱和，而时饱和最严重磁化曲线斜率波形间断的宽度称为励磁涌流的间断角其数值与变压器电压幅值、合闸角以及铁芯剩磁有关取值P179非周期分量和谐波分量单相变压器励磁涌流有以下特点：（1）在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大小与合闸角有关，合闸角和时励磁涌流最大。（2）波形完全偏离时间轴的一侧，并且出现间断。涌流越大，间断角越小。（3）含有很大的非周期分量，间断角越小，非周期分量越大。（4）含有大量高次谐波分量，而以二次谐波为主。间断角越小，二次谐波也越小。6.3.2三相变压器励磁涌流有以下特点：（1）由于三相电压之间有120度的相位差，因而三相励磁涌流不会相同，任何情况下空载投入变压器，至少在两相中要出现不同程度的励磁涌流；（2）某相励磁涌流可能不再偏离时间轴一侧，变成了对称性涌流。其它两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。对称性涌流的数值比较小。非对称性涌流仍含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无非周期分量。（3）三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小，但至少有一相比较大。（4）励磁涌流的波形仍然是间断的，但间断角显著减小，其中又以对称性涌流的间断角最小。但对称性涌流有另外一个特点：励磁涌流的正向最大值与反向最大值之间的相位差120度，这个相位差称为波宽，显然稳态故障电流的波宽为180度。6.4变压器相间短路的后备保护6.4.1过电流保护保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定相关系数见P184（1）对并列运行的变压器，应考虑切除一台最大容量的变压器时，在其他变压器中出现的过负荷。当各台变压器容量相同时，计算式为并列运行变压器可能最少台数（1）对降压变压器，应考虑电动机自启动时的最大电流，计算式为正常运行时的最大负荷电流（一般为变压器的额定电流）6.4.2低电压启动的过电流保护过电流保护按躲过可能出现的最大负荷电流整定，启动电流比较大，对于升压变压器或容易量较大的降压变压器，灵敏度往往不能满足要求。为此可以采用低电压启动的过电流保护。（1）按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定（取值见P185）电流继电器的整定值可以不再考虑并联运行变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定低压继电器动作电压整定（2）按躲过电动机自启动时的电压整定当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时，计算式为当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时，计算式为灵敏度校验

三相金属性短路时，保护安装处的最大残压6.4.3复合电压启动的过电流保护6.5变压器接地短路的后备保护变压器接地保护变压器接主保护相邻元件接地保护的后备保护中性点出现零序电流接地故障时母线出线零序电压6.5.1变电所单台变压器的零序电流保护两段式中性点接地运行变压器,零序电流保护作为接地后备保护两个时限零序电流保护I段和II段的动作电流整定计算:可靠系数,取1.2分支系数相邻元件零序电流I段的动作电流相邻元件零序电流保护后备段的动作电流（II段）零序电流保护I段短时限长延时保护II段短时限长延时灵敏系数校验

I段按变压器母线处故障校验

II段按相邻元件末端故障校验,校验方法与线路零序电流保护相同三绕组变压器6.5.2自耦变压器零序电流保护的特点K点故障6.5.3多台变压器并联运行时的接地后备保护运行特点K2单相接地故障T3，T2零序电流保护动作切除T1带故障继续运行，零序电压增大到额定相电压中性点不接地运行方式下接地保护不同方案，根据变压器绝缘等级1.全绝缘变压器的接地保护零序电压保护2.