變壓器保護(hù)原理

變壓器保護(hù)原理主講：劉娟liujuan1606,變壓器的故障和保護(hù)配置,變壓器是一種靜止電器，它把一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的交流電能。,繞組的相間短路繞線的匝間短路繞組引線與外殼發(fā)生單相接地短路鐵芯燒損,引出線間的各相間短路故障引出線單相接地故障,過(guò)電流；過(guò)負(fù)荷；油面降低；過(guò)勵(lì)磁其它,異常狀態(tài),繞組的相間短路繞線的匝間短路繞組引線與外殼發(fā)生單相接地短路鐵芯燒損,差動(dòng)保護(hù),引出線間的各相間短路故障引出線單相接地故障,過(guò)電流；過(guò)負(fù)荷；油面降低；過(guò)勵(lì)磁其它,異常狀態(tài),（二）變壓器保護(hù)的配置,回憶一下，想一想,變壓器一般應(yīng)裝設(shè)哪些保護(hù)？,變壓器保護(hù)原理,接地保護(hù),相間后備保護(hù),變壓器保護(hù)原理,縱差動(dòng)保護(hù),非電量保護(hù),變壓器縱差動(dòng)保護(hù),一、變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的工作原理及保護(hù)范圍,二、變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的特殊問(wèn)題,三、數(shù)字縱差動(dòng)保護(hù)的基本元件,變壓器縱差動(dòng)保護(hù),一、變壓器縱差保護(hù)的原理及保護(hù)范圍,1.縱差保護(hù)的接線變壓器兩側(cè)都裝設(shè)電流互感器，其二次繞組按環(huán)流法接線。2.工作原理：比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位。,正常運(yùn)行和外部短路時(shí),內(nèi)部短路時(shí),3.保護(hù)范圍,主保護(hù)保護(hù)區(qū)是構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)電流互感器之間包圍的部分。包括變壓器本身、電流互感器與變壓器之間的引出線。,正常運(yùn)行時(shí),不平衡電流,變壓器不平衡電流產(chǎn)生的原因,1.變壓器勵(lì)磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流；2.變壓器兩側(cè)接線不同產(chǎn)生的不平衡電流；3.由電流互感器變比誤差產(chǎn)生的不平衡電流；4.由計(jì)算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同產(chǎn)生的不平衡電流；5.帶負(fù)荷調(diào)整變壓器分接頭位置改變產(chǎn)生的不平衡電流。,二、變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問(wèn)題,勵(lì)磁涌流當(dāng)變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)中由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和。此時(shí)的勵(lì)磁電流可達(dá)510倍額定電流。,1.勵(lì)磁涌流變壓器的勵(lì)磁電流正常情況下：(0.020.05)IN電壓突然增加（空載投入變壓器或外部故障切除后電壓恢復(fù)）時(shí)：510IN勵(lì)磁涌流,在穩(wěn)態(tài)的情況下鐵心中的磁通應(yīng)滯后于外加電壓90，在電壓瞬時(shí)值u=0瞬間合閘，鐵芯中的磁通應(yīng)為-m。但由于鐵心中的磁通不能突變，因此將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通+m，這樣經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后鐵心中的磁通將達(dá)到2m。,(1)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因,出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)，變壓器保護(hù)應(yīng)不應(yīng)該動(dòng)？勵(lì)磁涌流，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)有什么影響？有什么方法消除其影響？,有很大成分的非周期分量；有大量的高次諧波，尤以二次諧波為主；,(2)勵(lì)磁涌流的特點(diǎn),偏于時(shí)間軸的一側(cè)，在一個(gè)周期內(nèi)正半波與負(fù)半波不對(duì)稱波形經(jīng)削去負(fù)波后出現(xiàn)間斷。勵(lì)磁涌流是衰減的,(3)數(shù)字式變壓器保護(hù)躲過(guò)勵(lì)磁涌流的實(shí)現(xiàn),1）二次諧波制動(dòng)原理。二次諧波制動(dòng)原理是利用流過(guò)差動(dòng)元件差電流中的二次諧波電流作為制動(dòng)量，區(qū)分出差流是內(nèi)部短路還是勵(lì)磁涌流，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁涌流閉鎖的。,2）間斷角原理：按間斷角原理構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，是根據(jù)差動(dòng)電流波形是否有間斷角及間斷角的大小來(lái)區(qū)分故障電流與勵(lì)磁涌流的。,3）波形原理：采用波形對(duì)稱算法，將勵(lì)磁涌流同變壓器故障電流區(qū)分開來(lái)。,和應(yīng)涌流:當(dāng)電網(wǎng)中空投一臺(tái)變壓器時(shí)，在相鄰的并聯(lián)或級(jí)聯(lián)運(yùn)行變壓器中產(chǎn)生的。過(guò)勵(lì)磁：勵(lì)磁電流超過(guò)額定勵(lì)磁電流時(shí)叫過(guò)勵(lì)磁。,變壓器過(guò)勵(lì)磁,在運(yùn)行中，由于電源電壓的升高或頻率的降低，可能使變壓器過(guò)勵(lì)磁。變壓器過(guò)勵(lì)磁后，其勵(lì)磁電流大大增加，使變壓器縱差保護(hù)中的不平衡電流大大增加，可能導(dǎo)致縱差保護(hù)誤動(dòng)。,對(duì)于超高壓大型變壓器，為防止過(guò)勵(lì)磁動(dòng)行時(shí)縱差保護(hù)誤動(dòng)，設(shè)置過(guò)勵(lì)磁閉鎖元件。變壓器過(guò)勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流中的五次諧波分量大大增加，所以可以采用五次諧波制動(dòng)元件作為變壓器縱差保護(hù)的過(guò)勵(lì)磁閉鎖元，當(dāng)差流中的五次諧波分量大于某一值時(shí)，將差動(dòng)保護(hù)閉鎖。,什么情況下會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流？如何消除？,回憶一下，想一想,2由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流,由于變壓器常常采用Y,dll的接線方式,因此,其兩側(cè)電流的相位差30。此時(shí)，如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，會(huì)有一個(gè)差電流流入繼電器。,Y/-11聯(lián)接,變壓器兩側(cè)接線不同產(chǎn)生的不平衡電流,2由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流,通常都是將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形。,如何消除這種不平衡電流的影響？,相位補(bǔ)償法,微機(jī)變壓器保護(hù)中可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)相位校正，因此變壓器兩側(cè)TA可以均接成星形。（內(nèi)轉(zhuǎn)角）,相位校正方法一:以d側(cè)電流相位為基準(zhǔn)，用Y側(cè)電流進(jìn)行移相,方法二:以Y側(cè)電流相位為基準(zhǔn)，用d側(cè)電流進(jìn)行移相,問(wèn)題:YN,d11的變壓器，當(dāng)高壓側(cè)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)有沒有可能誤動(dòng)？分析原因。,消除零序電流進(jìn)入差動(dòng)元件的措施,對(duì)于YN，d接線而且高壓側(cè)Y側(cè)中性點(diǎn)接地的變壓器，當(dāng)高壓側(cè)線路上發(fā)生接地故障時(shí)，（對(duì)縱差保護(hù)而言是區(qū)外故障），高壓側(cè)Y側(cè)有零序電流流過(guò)，而且由于變壓器低壓側(cè)繞組為d聯(lián)結(jié)，在變壓器的低壓側(cè)d接線外無(wú)零序電流輸出，兩側(cè)零序電流不能平衡，這樣若不采取相應(yīng)措施，縱差保護(hù)將誤動(dòng)。對(duì)于Y側(cè)移相的變壓器縱差保護(hù)無(wú)論是用軟件還是用差動(dòng)TA的三角形接線實(shí)現(xiàn)，由于從Y側(cè)通入各相差動(dòng)元件的電流已經(jīng)是相應(yīng)的兩相電流之差了，故已將零序電流濾去了，所以沒必要再采取其他措施了。,消除零序電流進(jìn)入差動(dòng)元件的措施,對(duì)于軟件在變壓器d側(cè)進(jìn)行移相的變壓器縱差保護(hù)，應(yīng)對(duì)Y側(cè)的零序電流進(jìn)行補(bǔ)償，Y側(cè)流入各相差動(dòng)元件的電流:,將兩個(gè)大小不等的電流折算成作用完全相同電流的折算系數(shù)，將該系數(shù)稱作為平衡系數(shù)。根據(jù)變壓器的容量，接線組別、各側(cè)電壓及各側(cè)差動(dòng)TA的變比，可以計(jì)算出差動(dòng)兩側(cè)之間的平衡系數(shù)。,幅值校正,設(shè)有三繞組變壓器，其接線為Y，y，d11，其各側(cè)的額定電壓及差動(dòng)TA的變比，分別為Uh，nh，Um，nm，Ul，nl，若以變壓高壓側(cè)為基準(zhǔn)側(cè)，則各側(cè)流入差動(dòng)保護(hù)某相的電流分別為,式中SN變壓器額定容量（kVA），取最大容量側(cè)的容量Km,kl接線系數(shù)，星形時(shí)為1，三角形時(shí)為。,設(shè)以高壓側(cè)電流為基準(zhǔn)，計(jì)算其它兩側(cè)平衡調(diào)整系數(shù)Kb,引入平衡系數(shù)后差動(dòng)電流的計(jì)算方法為,例：平衡系數(shù)的計(jì)算,3.變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本元件,（1）裝置啟動(dòng)元件（2）比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)元件（3）差動(dòng)速斷保護(hù)元件（4）勵(lì)磁涌流判別元件（5）TA斷線閉鎖元件（6）其它,(2)比率制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù),比率制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作值隨著外部短路電流的增大而自動(dòng)增大。靈敏可靠，優(yōu)點(diǎn)顯著，應(yīng)用廣泛。,差動(dòng)電流或動(dòng)作電流,制動(dòng)電流,拐點(diǎn)電流,起動(dòng)電流,動(dòng)作區(qū),制動(dòng)區(qū),制動(dòng)線斜率,K,制動(dòng)區(qū),動(dòng)作電流的選取:,制動(dòng)電流的選取:,動(dòng)作方程：,例：第一次試驗(yàn)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)測(cè)得高壓側(cè)電流為0.27A，中壓側(cè)電流為0.3A；第二次試驗(yàn)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)測(cè)得高壓側(cè)電流為0.455A，中壓側(cè)電流為0.6A，求制動(dòng)斜率K,差動(dòng)元件的比率制動(dòng)曲線,三段折線式差動(dòng),（3）差動(dòng)電流速斷元件,為什么設(shè)置差動(dòng)速斷元件？,（3）差動(dòng)電流速斷元件,在空投變壓器和變壓器區(qū)外短路切除時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流，為了防止縱聯(lián)差動(dòng)誤動(dòng)作設(shè)置了涌流閉鎖元件，但是判斷“波形畸變”或諧波分量“需要時(shí)間，這樣造成變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)不能迅速切除的不良后果，此外變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)如果TA飽和，TA二次電流保護(hù)的波形將發(fā)生嚴(yán)重畸變，并含有大量的諧波分量，從而使涌流判別元件誤判斷成勵(lì)磁涌流，致使差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，造成變壓器嚴(yán)重?fù)p壞。為克服縱差保護(hù)上述缺點(diǎn)，設(shè)置了差動(dòng)速斷元件。它的動(dòng)作電流整定值很大，比最大勵(lì)磁涌流值還大，依靠定值來(lái)躲勵(lì)磁涌流。這樣差動(dòng)速斷元件可以不經(jīng)勵(lì)磁涌流判據(jù)閉鎖，也不經(jīng)過(guò)過(guò)勵(lì)磁判據(jù)、TA飽和判據(jù)的閉鎖。所以對(duì)于變壓器內(nèi)部的嚴(yán)重故障只要差動(dòng)電流大于電流定值就可以快速跳閘。,（5）差動(dòng)保護(hù)的TA斷線閉鎖,TA二次回路斷線閉鎖判據(jù),12-門檻值，可根據(jù)不平衡電流的大小確定。,30-另一個(gè)TA的三倍零序電流值，TA二次值,目前，在微機(jī)型保護(hù)裝置中，還有采用根據(jù)電流變化情況、變化趨勢(shì)及電流量值大小來(lái)判斷TA斷線。,（6）其它a.分側(cè)差動(dòng)b.零序比率差動(dòng)c.工頻變化量差動(dòng),相間后備保護(hù),一、過(guò)電流保護(hù)二、低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)三、復(fù)合電壓閉鎖的（方向）過(guò)電流保護(hù)四、阻抗保護(hù),反應(yīng)外部故障引起的變壓器繞組過(guò)電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護(hù)的后備和變壓器內(nèi)部故障時(shí)主保護(hù)的后備。,一、過(guò)電流保護(hù),過(guò)流元件的動(dòng)作判據(jù),其工作原理與線路定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)相同。保護(hù)動(dòng)作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定，起動(dòng)電流比較大，對(duì)于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器，靈敏度往往不能滿足要求。低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù),過(guò)電流保護(hù),二、低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù),二、低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù),原理：電壓回路斷線發(fā)信號(hào)短路跳各側(cè)斷路器并發(fā)信號(hào)適用：雙側(cè)電源變壓器或多臺(tái)并列運(yùn)行變壓器特點(diǎn)：為提高保護(hù)裝置靈敏度，可采用兩套低電壓繼電器（高、低壓側(cè)線電壓）接線復(fù)雜,復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù),三、復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù),過(guò)流元件的動(dòng)作判據(jù),復(fù)合電壓閉鎖元件的動(dòng)作,過(guò)流元件的動(dòng)作,&,復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流,復(fù)合電壓閉鎖元件的動(dòng)作判據(jù),復(fù)合電壓閉鎖的方向過(guò)電流保護(hù)1.功率方向元件的基本原理,g動(dòng)作區(qū),a,90a,g落在方向上最靈敏,靈敏角一般為-30或-45,2、以正序電壓為極化量方向元件的基本原理,現(xiàn)在微機(jī)型的復(fù)合電壓閉鎖的方向元件過(guò)流保護(hù)中，方向元件一般采用以正序電壓為極化量的方向元件，該方向元件用0接線方式，用同名相的正序電壓與相電流作相位比較，用于保護(hù)正方向短路的正方向元件，其最大靈敏角取為45。它的動(dòng)作方程為：,方向指向變壓器,方向指向系統(tǒng),變壓器接地保護(hù),反應(yīng)接地故障，作為變壓器主保護(hù)的接地近后備保護(hù)和相鄰元件的接地故障遠(yuǎn)后備保護(hù)。反應(yīng)的電氣量：零序電流零序電壓,1.變壓器中性點(diǎn)直接接地時(shí)的零序電流保護(hù),中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行變壓器零序電流保護(hù)原理框圖,二、變壓器中性點(diǎn)間隙保護(hù)和零序電壓保護(hù),為了避免系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)不接地的變壓器由于某種原因中性點(diǎn)電壓升高成中性點(diǎn)絕緣的損壞，在變壓器中性點(diǎn)安裝一個(gè)放電間隙，放電間隙的另一端接地。當(dāng)中性點(diǎn)電壓升高至一定值時(shí)，放電間隙處將流過(guò)一個(gè)電流。該電流由于是在相當(dāng)于中性點(diǎn)接地的線上流過(guò)，所以30電流，利用電流可以構(gòu)成間隙電流保護(hù)。,1、接線原理,間隙保護(hù),間隙,間隙電流0,3U0,2、動(dòng)作方程,1,t,0,信號(hào),出口,0為流過(guò)擊穿間隙的電流（二次值）；3U0為TV開口三角形電壓，I0P為間隙保護(hù)動(dòng)作電流，通常整定100A，UOP為間隙保護(hù)動(dòng)作電壓，通常整定為180V,全絕緣變壓器的接地保護(hù),非電量保護(hù),瓦斯保護(hù)、壓力保護(hù)、溫度保護(hù)、油位保護(hù)及冷卻器全停保護(hù),一、變壓器氣體保護(hù)（瓦斯保護(hù)）,變壓器氣體保護(hù)開口杯式氣體繼電器的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作示意圖,一、變壓器氣體保護(hù)（瓦斯保護(hù)）,主變壓器新裝或大修后投入運(yùn)行為什么有時(shí)氣體繼電器會(huì)頻繁動(dòng)作？遇到此類問(wèn)題應(yīng)怎樣判斷和處