第八章电力变压器的继电保护,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 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,8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态,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,8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态,三、变压器应装设的保护 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 纵差动保护或电流速断保护 防御变压器绕组、套管及引出线上的故障,8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态,三、变压器应装设的保护 外部相间短路的后备保护 过电流保护 低电压起动的过电流保护 复合电压起动的过电流保护 负序电流及单相式低电压起动的过电流保护 阻抗保护,8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态,三、变压器应装设的保护 外部接地短路的后备保护 变压器中性点接地运行 零序电流保护 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 应增设零序方向元件 中性点不接地的变压器 零序过电压保护 中性点经过放电间隙接地的变压器 间隙电流保护和零序电压保护,8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态,三、变压器应装设的保护 过负荷保护 过励磁保护 变压器的其他非电量保护 油温高保护、冷却器故障保护、压力释放保护等,8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态,一、变压器纵差动保护的基本原理,正常运行或外部故障时，应使,8.2 变压器纵差动保护,按相实现的变压器纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是：两侧电流互感器变比的比值等于变压器的变比。,8.2 变压器纵差动保护,一、变压器纵差动保护的基本原理,内部故障时,动作判据,外部故障或正常时，差电流为不平衡电流，不动作,内部故障时，差电流为故障电流，动作,1、三相变压器接线产生的不平衡电流,将对应相TA连接构成差动回路时：,由于存在相位差，无论如何选择TA变比，差电流不可能为零。,二、变压器差动保护不平衡电流分析,解决办法：,选择两侧同相位的电流量构成差动回路。,微机式保护：,两侧测量相电流，通过软件计算 消除相位差。,2、TA计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流,很难完全满足,会产生不平衡电流：,减小方法 电磁式：采用中间变流器进行补偿 数字式保护：计算补偿,Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）,采用中间变流器进行补偿,TS 中间变流器 Wb 平衡线圈 Wd 差动线圈,正常运行和外部故障时，使,平衡线圈只能取整数匝，所以仍有不平衡电流，但其值大为降低,3、由变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流,分接头位置改变之后，变压器变比改变，由于TA变比不能随之调整，就会产生不平衡电流。,电压调节范围的一半,Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）,4、由电流互感器变换误差产生的不平衡电流,同型系数，两侧TA同型时取0.5，不同型时取1。,非周期分量系数，考虑暂态过程中不平衡电流更大， 一般取1.52。,措施：,减小TA二次负载，,增加速饱和中间变流器。,计算公式：,Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）,5、励磁涌流,不考虑其它不平衡电流：,差动电流完全是励磁电流。,变压器正常运行时：,外部故障时：,更小,电压突然增加时（如空载合闸、故障消失电压恢复）：,称之为励磁涌流。,归算到同一电压等级,（1）励磁涌流的概念,（2）励磁涌流产生的原因：,电压突然上升后，磁通不能突变，产生暂态磁通，可能导致变压器严重饱和，产生很大的励磁电流。,稳态磁通分量,：,暂态磁通分量,：,设 及,磁通在合闸半周之后达到最大值。,如果 ，合闸时磁通就进入稳态，则不会出现励磁涌流；反之暂态磁通越大，励磁涌流就会越大。,（3）影响涌流大小的因素：,合闸时电压初相角，剩磁大小与方向,时合闸，,电压为零，励磁涌流现象最严重。,时合闸，,电压最高，不会产生励磁涌流现象。,对于三相变压器：,不能保证三相都在电压最高时合闸，所以至少有两相会产生不同程度的励磁涌流。,变压器的饱和磁通,变压器越易饱和，励磁涌流越大。,（4）单相变压器励磁涌流的特点：,含有很大的非周期分量；,波形偏向时间轴一侧，并出现间断；,含有大量的高次谐波分量，以二次谐波为主。,励磁涌流对差动保护的影响：,励磁涌流数值很大，差动保护难以从数值上躲过，需要励磁涌流鉴别方法，在发生涌流时闭锁保护。,（5）防止差动保护在出现励磁涌流时误动的措施：,采用具有速饱和铁芯的差动继电器,采用涌流鉴别措施闭锁差动保护,逻辑简图：,二次谐波制动比，躲过各种励磁涌流情况下最小二次谐波含量。（0.150.20）,(a)利用二次谐波鉴别,判据：,、 ：,差动电流中基波、二次谐波分量幅值,：,不足：故障暂态电流二次谐波比较大时，保护延时较长；带故障变压器空载合闸时，可能会闭锁保护,(b)利用间断角,判据：,关键：间断角的测量。,并增加反应波宽的辅助判据,6、变压器纵差动保护的整定计算原则,躲过外部故障时候流过继电器的最大不平衡电流：,可靠系数，取1.3,对Yd11接线的变压器,Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）,为归算到Y侧的变压器最大外部短路电流,为归算到侧的变压器最大外部短路电流,躲过TA二次断线时引起的最大差电流：,：变压器的最大负荷电流（折算到二次）,为归算到Y侧的变压器最大负荷电流,为归算到侧的变压器最大负荷电流,对Yd11接线的变压器,：可靠系数，取1.3,灵敏度校验：,区内端部故障时，流过继电器的最小差动电流,要求大于2,不满足要求时，采用具有制动特性的差动继电器。,三、具有制动特性的差动继电器,1、制动特性的提出,外部故障时穿越电流越大，不平衡电流越大。,问题：为防止误动，定值 会比较大，内部故障时， 灵敏度比较低。,分析：,定值固定不变，防止误动 必然牺牲灵敏度。,解决办法：,对差动继电器引入一个制动电流，动作电流随制动电流增大而增大。,外部故障时，不平衡电流大，但是定值也大，不会误动,内部故障时，穿越电流小，定值也小，能灵敏动作。,特性上方为动作区；,特性下方为制动区。,动作区,制动区,BCH-1型差动继电器的制动特性即如上图所示,动作方程,（2）动作判据,2、 微机纵差动保护的比率制动特性,（1）两折线制动特性如图：,（3）整定计算基本步骤,拐点电流,最小动作电流,制动特性斜率,通常,（4） 动作电流与制动电流的选取,电流取流入变压器为正方向,动作电流：,制动电流：,平均电流制动,复式制动,采用制动特性时,如直线1,没有制动特性时,采用制动特性后，灵敏度有了很大提高。,（5）内部故障时的动作行为,假设两侧电源供给的短路电流相等；采用平均电流制动,（一）过电流保护,1.单相原理接线,8.3 变压器相间短路的后备保护,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,8.3 变压器相间短路的后备保护,（二）低电压起动的过电流保护,1. 单相原理接线,8.3 变压器相间短路的后备保护,（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,8.3 变压器相间短路的后备保护,（三）复合电压起动的过电流保护,1. 原理接线,8.3 变压器相间短路的后备保护,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,8.3 变压器相间短路的后备保护,(四)负序过电流保护,1. 原理接线,8.3 变压器相间短路的后备保护,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,2. 整定计算,8.3 变压器相间短路的后备保护,（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护,跳QF,跳QF1、QF2,8.4 变压器的接地保护,按与相邻元件的零序电流保护段配合,相邻元件的零序电流保护段动作电流,1.零序一段整定原则,8.4 变压器的接地保护,（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护,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,8.4 变压器的接地保护,（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,8.4 变压器的接地保护,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 0.30.5s,1.全绝缘变压器,8.4 变压器的接地保护,（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护,跳QF1,跳QF,2.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,跳QF2,（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护,零序电流保护设有两个时限，t1时限跳开分段断路器，t3时限跳开本变压器,零序电压保护设有一个时限t2。其动作电压按躲过零序电压过滤器最大不平衡电压整定，一般取二次值为5V,为保证先跳开不接地变压器，时限配合关系为：t3t2t1,（三）中性点经放电间隙接地变压器的零序电流电压保护,（）中性点经隔离刀闸直接接地时，配置两段式零序电流保护,（）中性点经放电间隙接地时，配置间隙电流保护和零序电压保护。当放电间隙击穿时有零序电流，当放电间隙恢复后有零序电压，所以间隙电流与零序电压保护按或门构成，保护经短延时跳闸,跳变压器各 侧断路器,一、三绕组变压器差动保护的特点,8.5 三绕组变压器保护的特点,.,.,.,.,.,.,电流互感器的选择 在正常或外部故障时：,二、三绕组变压器过电流保护的特点,1.对单侧电源的三绕组变压器， 可以只装两套过电流保护。,用于切除3DL,用于切除所有三侧的断路器,跳2DL,8.5 三绕组变压器保护的特点,二、三绕组变压器过电流保护的特点,2.对多侧电源的三绕组变压器，应该在 三侧都装设独立的过电流保护。且必 须在时限最小的电源侧加装方向元件。,8.5 三绕组变压器保护的特点,本章学习重点,了解变压器可能产生的故障类型和异常运行状态，以及变压器应有的保护方式。 熟练掌握纵差动保护的基本工作原理及其特点。 掌握变压器差动保护中产生不平衡电流的原因、减小不平衡电流及其对差动保护影响的措施。 了解变压器差动保护的比率制动特性。 了解电流、电压保护在变压器中的应用。,