第七章 电力变压器的继电保护

第七章电力变压器的继电保护第1页，课件共37页，创作于2023年2月本章基本要求了解变压器可能产生的故障类型和不正常运行状态，掌握变压器应有的保护方式。熟悉掌握变压器纵差保护的基本工作原理。掌握在差动保护中产生不平衡电流的原因及减小不平衡电流的措施。了解电流、电压保护在变压器中的应用。第2页，课件共37页，创作于2023年2月第七章变压器保护第一节电力变压器的故障类型，不正常运行状态和应加装的保护第二节变压器的差动保护第三节变压器的后备保护第3页，课件共37页，创作于2023年2月一电力变压器的故障类型，不正常运行状态变压器故障

油箱内部故障

油箱外部故障

相间短路

绕组的匝间短路单相接地短路引线及套管处会产生各种相间短路

接地故障

变压器的不正常状态由于外部短路故障引起的过电流油箱内部油面降低过励磁第4页，课件共37页，创作于2023年2月变压器应装设如下保护：

(1)为反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。(2)为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。(3)为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵差保护(或电流速断保护)的后备，应装设过电流保护、复合电压过流保护或负序过流保护。(4)为反应大接地电流系统外部接地短路，应装设零序电流保护。(5)为反应过负荷应装设过负荷保护。(6)为反应变压器过励磁应装设过励磁保护。

主保护后备保护第5页，课件共37页，创作于2023年2月主要优点：主要缺点：因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。瓦斯保护不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。轻瓦斯保护,动作于信号;重瓦斯保护,动作于跳闸.工作原理：第6页，课件共37页，创作于2023年2月一、变压器纵联差动保护的原理二、变压器纵联差动保护中引起不平衡电流的原因及减小不平衡电流的措施第二节变压器的差动保护三、变压器纵联差动保护的整定原则第7页，课件共37页，创作于2023年2月一、变压器纵联差动保护的原理

纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。对双绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如图所示。为了保证纵联差动保护的正确工作，应使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，差回路电流为零。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。由于受不平衡电流Iunb影响，正常运行及保护范围外部短路时差回路中的电流不为零。或第8页，课件共37页，创作于2023年2月二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流在正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳态不平衡电流Iunb。差动保护的动作电流应大于最大不平衡电流，以保证保护范围外部短路时差动保护不动作。不平衡电流增大，将使保护的灵敏度降低。第9页，课件共37页，创作于2023年2月1．由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流

变压器的励磁电流IL仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡。正常情况下，此电流很小，一般不超过额定电流的2%~10%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，它的影响就更小。但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流(又称为励磁涌流)。

（a)-φmφmuφu,φ0ωt（b)u2φm

+φsφωtu,φ0第10页，课件共37页，创作于2023年2月0U,uU,u00如果空载合闸时，正好在u=0时接通，则铁芯中该具有磁通-Φm。但由于铁芯中的磁通不能突变，将出现一个非周期分量其磁通为+Φm。半个周期后铁芯中的磁通就达到了2Φm。如果铁芯中有剩余磁通Φs。则总的磁通将为2Φm+Φs，则变压器铁芯严重饱和，励磁电流将急剧增大，称为变压器的励磁涌流IL。+Φm第11页，课件共37页，创作于2023年2月变压器的励磁涌流，其数值最大可达额定电流的6～8倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波分量。

励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位，铁芯中剩磁的大小和方向，电源容量的大小，回路阻抗以及变压器容量的大小等都有关。第12页，课件共37页，创作于2023年2月励磁涌流具有以下特点：(1)包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧；(2)包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；(3)波形之间出现间断，如图所示，在一个周期中间断角为α。

第13页，课件共37页，创作于2023年2月在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有：

(1)采用具有速饱和铁心的差动继电器；

(2)利用二次谐波制动而躲开励磁涌流；(3)用比较波形间断角来鉴别短路电流和励磁涌流；

第14页，课件共37页，创作于2023年2月2．由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流由于变压器常常采用Y,dll的接线方式,因此,其两侧电流的相位差30º。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，会有一个差电流流入继电器。通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形。如何消除这种不平衡电流的影响？第15页，课件共37页，创作于2023年2月

由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电流nl1nl2ABCabcI-II-I30℃第16页，课件共37页，创作于2023年2月30℃当电流互感器采用上述联接方式以后，在互感器接成三角形侧的差动一臂中，电流又增大了31/2倍。如何保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中应没有电流？

由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电流第17页，课件共37页，创作于2023年2月将该侧电流互感器的变比加大倍，以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等，故此时选择变比的条件是

由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电流第18页，课件共37页，创作于2023年2月3．由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流

变压器两侧电流互感器有电流误差△I，在正常运行及保护范围外部故障时流入差回路中的电流不为零，为什么？原因：电流互感器的电流误差和其励磁电流的大小、二次负载的大小及励磁阻抗有关，而励磁阻抗又与铁芯特性和饱和程度有关。

当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍数不同时都会使电流互感器励磁电流的差值增大。

为什么在正常运行时，不平衡电流很小？铁芯饱和、励磁电流很小，不平衡电流很小为什么当外部故障时，不平衡电流增大？短路电流很大，使两侧电流迅速饱和,励磁电流很大，不平衡电流很大原因：第19页，课件共37页，创作于2023年2月4．由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流

两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足

或的关系？很难满足上述关系。

因此，差动回路将有电流流过，此时可采用具有速饱和铁心的差动继电器，利用平衡电流Wpb来消除此差动电流的影响。第20页，课件共37页，创作于2023年2月例:以一台Y,dll的接线的容量为31.5MVA，电压为115/10.5kV的变压器为例。计算变压器高低侧的二次回路电流，计算结果如下：额定电压(kV)115kV侧(高压)10.5kV侧(低压)额定电流(A)变压器接线方式YΔTA接线方式ΔYTA计算变比nTA.jsTA实际变比nTA.sj流入差回路的电流(A)4．由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流

第21页，课件共37页，创作于2023年2月Wcd()=Wph利用平衡线圈Wph来消除此差电流的影响。假设在区外故障时，如下图所示，则差动线圈中将流过电流（），由它所产生的磁势为Wcd()。为了消除这个差动电流的影响，通常都是将平衡线圈Wph接入二次电流较小的一侧，应使减少这种不平衡电流影响的措施：第22页，课件共37页，创作于2023年2月5．带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流在电力系统中为什么采用带负荷调压的变压器会产生不平衡电流？

改变分接头的位置不仅改变了变压器的变比，也破坏了变压器两侧电流互感器变比的比等于变压器变比的条件，故会产生不平衡电流。原因：调整分接头产生的最大不平衡电流为第23页，课件共37页，创作于2023年2月在稳态情况下：10%—电流互感器容许的最大相对误差Ktx—电流互感器的调整系数取1Δu—由负荷调压引起的相对误差Δfza—由于所采用的互感器变比或平衡线圈线

圈的实际值与计算值不同时所引起的相

对误差。—保护范围外部最大短路电流归算到二次

侧的值。第24页，课件共37页，创作于2023年2月v

变压器纵联差动保护的整定计算的原则

整定原则

在正常运行情况下为防止电流互感器二次回路

断线时引起差动保护误动作，保护装置的起动

电流应大于变压器的最大负荷电流IL.max。当

负荷电流不能确定时，可采用额定电流IN，

并引入可靠系数Krel，Krel=1.3。Iset=Krel·IL.max

躲开保护范围外部短路时最大不平衡电流Iset·J

=Krel·Iunb.max第25页，课件共37页，创作于2023年2月v

变压器纵联差动保护的整定计算的原则

整定原则

无论上述哪一个原则考虑起动电流都必须能够

躲开变压器励磁涌流的影响。

当差动保护采用波形鉴别式二次谐波制动的原则构成时，它本身就具有躲开励磁涌流的性能，一般无需另外考虑。

另一种方式采用具有速饱和铁芯的差动继电器来躲避励磁涌流的影响。第26页，课件共37页，创作于2023年2月v

变压器纵联差动保护的整定计算的原则

纵联差动保护灵敏系数的校验Ik.min.J—保护范围内部故障时，流过继电器的

最小短路电流

单侧电源供电时，系统最小运行方式下，Ksen≥2。当不能满足要求时需采用具有制动特性的差动继电器。第27页，课件共37页，创作于2023年2月第三节变压器的后备保护为反应变压器外部故障引起变压器绕组过电流以及变压器内部故障时作为差动保护和瓦斯保护的后备保护应设过电流保护。为满足灵敏度要求，可装设过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护，负序过电流保护，甚至阻抗保护。

变压器的过电流保护起动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流IL.max来整定。第28页，课件共37页，创作于2023年2月

变压器的过电流保护并列运行的变压器应考虑突然切除一台时出现的过负荷。当各台变压器容量相同时可按下式计算：1DL2DLIt信号跳1DL跳2DL+++++--n—并列运行变压器的最小台数;IN—每台变压器的额定电流。启动电流：过电流保护装置应装于变压器的电源侧，保护动作后，跳开变压器两侧断路器。第29页，课件共37页，创作于2023年2月

变压器的过电流保护对降压变压器应考虑低压侧负荷电动机自起动时的最大电流，其起动电流按下式进行选取：Krel=1.2~1.3Kss=1.5~2.5Kre=0.85其中：其动作时限与定时限过电流保护相同。按上述条件选择的起动电流其值一般较大，往往不能满足作为相邻元件后备保护的要求，为此采取下述各种保护方式以提高灵敏度。第30页，课件共37页，创作于2023年2月

低压启动的过电流保护只有当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继电器，经延时后，通过出口继电器动作于跳闸。2DL1DLYHLH+++++---abc电压回路断线信号跳1DL跳2DLIII信号U<U<U<t当过电流保护不能满足灵敏度要求时，怎么办？第31页，课件共37页，创作于2023年2月时不动作，因而电流元件的启动电流可按躲开变压器的额定电流整定。不再考虑自起动系数。低压测量元件的作用是保证外部故障切除后，电动机自起2DL1DLYHLH+++++---abc电压回路断线信号跳1DL跳2DLIII信号U<U<U<t

低压启动的过电流保护第32页，课件共37页，创作于2023年2月低压测量元件的启动值应小于正常运行情况下母线上可能最低工作电压值。同时，外部故障切除后自启动过程中保护必须返回。

2DL1DLYHLH+++++---abc电压回路断线信号跳1DL跳2DLIII信号U<U<U<t

低压启动的过电流保护第33页，课件共37页，创作于2023年2月低压测量元件的启动值按照运行经验选取：Uk.max—最大运行方式下，相邻元件末端三相金属性短路时，保护安装处的最大电压。