《电力系统继电保护》课件-第7章变压器保护

第七章变压器保护重庆大学电气工程学院变压器的故障类型油箱内故障：1）绕组相间短路；2）绕组匝间短路；3）中性点直接接地侧绕组接地短路。损坏坏绕组、绝缘和铁芯，还可能产生大量气体引起爆炸。油箱外故障：绝缘套管及引出线相间短路或单相接地短路。变压器非正常运行状态1）过负荷；2）外部短路引起过电流和中性点过电压；3）油箱漏油引起油位下降；4）绕组过电压或频率降低引起过励磁；5）变压器油温过高、油箱漏油和冷却系统故障。7.1

变压器的故障和非正常状态反应绕组和引出线相间短路、中性点直接接地星形侧绕组和引出线单相接地短路、绕组匝间短路。7.2.1基本原理7.2

变压器纵联差动保护幅值校正（计算变比）、变比差系数和平衡系数7.2.1

基本原理微机式保护利用平衡系数对电流互感器变比进行调整，可以实现变比差系数为零。相位校正：星形侧和三角形侧二次电流相位调整1）将变压器星形侧的电流互感器二次侧接为三角形（同时增大该侧电流互感器变比至倍），将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接为星形。2）微机式变压器纵联差动保护采用软件计算，各侧电流互感器二次侧接为星形。7.2.1

基本原理各侧电流互感器的实际变比与计算变比可能不相同。变压器调节绕组分接头后实际变比与标准变比不同。各侧电流互感器传变特性不同。稳态不平衡电流和暂态不平衡电流。7.2.2

不平衡电流综合考虑三种因素导致的最大不平衡电流当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时可能出现很大的励磁电流。1.单相变压器的励磁涌流：7.2.3

励磁涌流及防止方法单相变压器励磁涌流具有以下特点：1）含有大量非周期分量，使波形偏于时间轴的一侧。2）含有大量高次谐波，并且以二次谐波为主。3）波形出现间断（瞬时值趋于零），间断角为θj，而θw称为波宽。间断角的大小与电压初相位、铁芯饱和度及剩磁有关。铁芯饱和度越高，励磁涌流越大，间断角越大。7.2.3

励磁涌流及防止方法2.三相变压器的励磁涌流的特点1）任何时刻空载投入变压器，至少有两相会出现程度不同的励磁涌流。2）可能会出现某相励磁涌流为对称性涌流，其数值比较小，无非周期分量。3）三相励磁涌流中有一相或两相的二次谐波含量较小，但至少有一相较大。4）励磁涌流的波形间断角显著减小，其中对称性涌流的间断角最小。7.2.3

励磁涌流及防止方法3.防止励磁涌流引起误动的方法：1）二次谐波制动三相或门制动（三相励磁涌流情况各异，某相中二次谐波含量可能低于15%，该相被误认为非励磁涌流，需要其他两相的闭锁才不会误跳闸。）2）间断角识别励磁涌流制动分相闭锁（三相变压器空载投入于故障时，非故障相出现励磁涌流，仅闭锁该相保护，而使故障相保护能够可靠快速动作。）3）其他制动方法7.2.3

励磁涌流及防止方法动作电流：1）躲过外部故障时的最大不平衡电流2）躲过变压器正常最大负荷情况下电流互感器二次回路断线引起的差动电流取较大者。7.2.4

纵联差动保护的整定原则灵敏系数不满足要求时更换为比率制动特性的纵联差动保护。灵敏性校验保护原理：不平衡电流的大小与穿越电流成比率，只要躲过不平衡电流就不会误动，利用穿越电流实现制动，即7.2.5

比率制动式纵联差动保护差动电流和制动电流定义：要求制动电流等于或正比于穿越电流折线式动作特性：最小动作电流最小制动电流折线斜率灵敏系数制动系数图7.6

折线比率制动式纵联差动保护动作特性IdIresIres.minIop.minIres.min

0.8～1

InKrelIunb.max

Iop.minIres.max

Ires.minK

的内部短路情况下计算制动电流I

，Iopsen在动作特性折线上查找与Ires对应的

resd.minK

Id

.min

，在对应于I，在斜线上取值计算。7.2.5比率制动式纵联差动保护在区内严重短路时可能使电流互感器饱和，则二次侧电流波形发生畸变，含有大量谐波分量，致使二次谐波制动的差动保护拒动或延迟动作，故需要设置无二次谐波制动的差动速断保护。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。灵敏性校验与纵联差动保护相同。7.2.6差动电流速断保护纵联差动保护采用的工作电流是相电流，在变压器内部单相接地故障时保护灵敏度较低。按躲过正常或外部故障情况下的最大不平衡电流整定灵敏性校验内部接地短路处最小零序电流时Iop

Krel

Iunb.max，Iunb.max

fd

Ker

Ik

.max。opsenIK

I0.min7.2.7零序电流差动保护零序电流差动保护广泛采用比率制动特性：最小动作电流最小制动电流折线斜率K一般取0.5。Ires.min

(0.8～1)In7.2.7零序电流差动保护7.3变压器气体保护变压器发生严重漏油或匝数很少的匝间短路及绕组断线时，差动保护及其他反应电气量的保护往往会因为灵敏度不足而不能动作，故需要设置瓦斯保护共同构成主保护。反应气体容积的“轻气体”和反应油流速度的“重气体”变压器油箱绕组气体继电器变压器油枕连接油管重气体触点轻气体触点开口杯挡板配重活动杠杆图7.8

变压器瓦斯保护原理示意图差动保护可以保护油箱内、外故障，快速性好，但接线复杂，影响其可靠性，对内部轻微故障灵敏性不足。瓦斯保护接线简单，灵敏度高，能够保护油箱内部故障，但快速性不够好，对油箱外部变压器套管和引出线上的故障无保护作用。瓦斯保护和差动保护共同构成大型变压器的主保护。7.3变压器气体保护7.4变压器相间短路的后备保护7.4.1过电流保护对于两绕组变压器，相间短路后备保护安装在升压变压器的低压侧、降压变压器的高压侧，保护动作时跳开两侧断路器。如果带方向元件，则指向变压器方向。动作电流按躲过变压器的最大负荷电流整定动作时间与相邻元件后备保护相配合在保护区末端两相金属性短路计算流过保护的最小短路电流opsenIKI

k(2)

min 灵敏系数7.4.2低电压过电流保护电流继电器动作电流按躲过变压器的额定电流整定低压继电器的整定1）按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定灵敏性校验rel

reopK KUminU

2）对于发电厂的升压变压器，考虑躲过发电机失磁运行时出现的低电压3）按躲过电动机自启动时的电压整定由变压器低压侧电压互感器供电时，由变压器高压侧电压互感器供电时，7.4.2低电压过电流保护7.4.3复合电压过电流保护负序过电压继电器按躲过正常运行时出现的负序最大不平衡电压整定灵敏系数7.4.3复合电压过电流保护7.4.4三绕组变压器的过电流保护三绕组变压器的相间短路后备保护在相邻元件故障时，应该有选择性地跳开近故障一侧的断路器，保证另外两侧继续运行，尽可能地缩小故障影响范围；当变压器内部故障时，应该跳开三侧断路器。（1）单侧电源的三绕组变压器各侧过电流的动作电流可参照两绕组变压器按躲过最大负荷电流或额定电流整定。方案1：1）装设两套过电流保护在电源侧和小负荷侧；QF1～ⅠⅡI>tT，tⅠI>tⅢQF2 QF3Ⅲ(a)2）Ⅲ侧保护作为Ⅲ侧相邻元件的后备，动作于跳QF3，3）Ⅰ侧保护作为Ⅱ侧相邻元件的后备，动作于跳QF2，tⅠ

max(tⅡ

，tⅢ

)

t

；4）Ⅰ侧保护作为变压器的后备，动作于跳QF1、QF2和QF3，tT

tⅠ

t；7.4.4三绕组变压器的过电流保护方案2（方案1中电源侧保护作为Ⅱ侧相邻元件的后备保护时灵敏性不满足要求）1）装设三套过电流保护在变压器三侧；2）Ⅲ侧保护作为Ⅲ侧相邻元件的后备，动作于跳QF3，tT

max(tⅡ，tⅢ

)

t

；QF1～ⅠI>tTI>tⅢI>tⅡQF2 QF3Ⅱ Ⅲ(b)3）Ⅱ侧保护作为Ⅱ侧相邻元件的后备，动作于跳QF2，

tⅡ

tⅡ

t；4）Ⅰ侧保护作为变压器的后备，动作于跳QF1、QF2和QF3，7.4.4三绕组变压器的过电流保护（2）多侧电源的三绕组变压器1）装设三套过电流保护在变压器三侧，电源侧保护增设方向指向该侧母线的方向元件；4）Ⅰ侧保护作为Ⅰ侧相邻元件的后备，动作于跳QF1， 注：假设Ⅰ侧为主电源侧2）Ⅲ侧保护作为Ⅲ侧相邻元件的后备，动作于跳QF3，3）Ⅱ侧保护作为Ⅱ侧相邻元件的后备，动作于跳QF2，

tⅡ

tⅡ

t

5）Ⅰ侧保护作为变压器的后备，动作于跳QF1、QF2和QF3,

tT

max(tⅠ，tⅡ，tⅢ

)

tI>tT，tⅠQF1ⅠQF2

QF3Ⅱ ⅢI>tⅢI>tⅡ7.4.4三绕组变压器的过电流保护7.5变压器接地短路的后备保护星形侧中性点的运行方式可以利用中性点接地刀闸进行转换，直接接地时采用零序电流保护，不接地时采用零序电压保护。在变压器星形侧设置零序保护，作为变压器及相邻元件接地短路的后备保护。普通变压器零序电流保护从星形侧中性点接地线上的零序电流互感器获取零序电流；有两个中性点直接接地的三绕组变压器的零序电流保护，为满足选择性要求或灵敏度不足时，需要加装零序功率方向元件。自耦变压器采用高压侧和中压侧套管电流互感器中性线上的零序电流。如果作为相邻元件的接地后备保护，为了满足选择性要求，两侧零序电流保护应该设置零序方向元件，动作方向由变压器指向该侧母线，即指向本侧电力系统保护动作后以较短时限断开母线联络断路器或分段断路器，使故障影响范围缩小，尽量避免将正常变压器切除，而以较长时限断开变压器各侧断路器。

动作电流和动作时间与相邻元件的零序保护相配合。

7.5.1零序电流保护7.5.2零序电压保护整定原则：1）躲过系统存在直接接地中性点的情况下，发生接地短路时保护安装处的最大零序电压（由零序和正序阻抗比确定）；2）考虑在系统失去全部直接接地中性点的情况下（300V），发生接地短路时保护能够灵敏动作。零序电压取自电压互感器二次侧的开口三角形绕组；零序电压保护整定值为（开口三角形绕组变比），动作时间可取0.3～0.5s。分级绝缘变压器中性点可经间隙接地运行，间隙零序电流保护的一次动作电流取为100A，并带0.3s的时限。7.5.2

零序电压保护7.6

变压器过励磁保护磁通密度电压升高或频率降低导致磁通密度增加，特别是在铁芯饱和后，励磁电流急剧增加，造成变压器过励磁。过励磁使变压器