變壓器保護(hù)的研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、變壓器保護(hù)的研究 摘要電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備，它在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)廣泛使用，因而其安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定的工作。因此必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度并考慮到可能發(fā)生的各種類型的故障和不正常工作的情況，而裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護(hù)裝置是變壓器安全運(yùn)行的關(guān)鍵。本文回顧了變壓器保護(hù)的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀，闡明了變壓器主、后備保護(hù)的研究方法及存在的主要問(wèn)題。文中詳細(xì)描述了大型油式變壓器保護(hù)的主后備保護(hù)原理、安裝措施、保護(hù)的功能。變壓器主保護(hù)包括瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)。瓦斯保護(hù)是變壓器的非電氣量保護(hù)之一，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，變壓器油和絕緣材料就會(huì)因高溫

2、產(chǎn)生大量的氣體，使瓦斯保護(hù)裝置動(dòng)作于信號(hào)或跳閘，從而保護(hù)變壓器。差動(dòng)保護(hù)是靠比較變壓器進(jìn)出兩側(cè)的電氣量的變化差異，判斷變壓器是否有故障的一種保護(hù)方式。差動(dòng)保護(hù)能正確的區(qū)分變壓器內(nèi)外故障，靈敏度高，是目前應(yīng)用最廣泛的保護(hù)，但其中常見(jiàn)的勵(lì)磁涌流的問(wèn)題一直是保護(hù)工作中的難題。本文闡述了目前較成熟的二次諧波閉鎖來(lái)彌補(bǔ)差動(dòng)保護(hù)中的缺陷，使其更加可靠。本文最后列出了一些變壓器保護(hù)的參考文獻(xiàn)，以便讀者參考運(yùn)用。 關(guān)鍵詞: 變壓器差動(dòng)保護(hù) 瓦斯保護(hù) 后備保護(hù)目錄摘要 11.緒論 4 1.1 引言 41.2 變壓器保護(hù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 41.3 變壓器的發(fā)展趨勢(shì) 61.3.1 模糊理論的應(yīng)用 6 1.3.2 專家系

3、統(tǒng)的應(yīng)用 6 1.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用6 1.3.4 自適應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用 72.對(duì)繼電保護(hù)的基本要求 82.1選擇性 82.2速動(dòng)性 82.3靈敏性 82.4可靠性 82.5本文的內(nèi)容與任務(wù)93.變壓器保護(hù)總體設(shè)計(jì)方案與配置 103.1 變壓器故障特征分析 103.2 變壓器保護(hù)的配置 103.3 本文保護(hù)裝置主后備配置 114.變壓器保護(hù)基本原理和算法 134.1 變壓器主保護(hù) 134.11 差動(dòng)保護(hù)原理分析134.1.2 二次諧波閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù) 164.1.2.1 比率差動(dòng)保護(hù)的基本工作原 164.1.2.2 二次諧波閉鎖原理 184.1.2.3 ct/pt斷線閉鎖 184.1.3

4、 瓦斯保護(hù) 194.2 變壓器后備保護(hù) 214.2.1 過(guò)電流保護(hù) 214.2.2 低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 224.2.3 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)234.2.4 負(fù)序過(guò)電流保護(hù) 254.25 變壓器零序電流保護(hù)264.2.6 變壓器的過(guò)負(fù)荷 274.2.7 變壓器的勵(lì)磁保護(hù) 274.3 小結(jié) 285.總結(jié)與展望 30致詞 32參考文獻(xiàn) 331.緒論1.1引言 電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的電氣主設(shè)備之一，作為電能傳送的樞紐，其重要性不言而喻。大型變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、一旦發(fā)生嚴(yán)重故障而損壞，將給維修工作帶來(lái)很大困難，造成經(jīng)濟(jì)上的重的損失。近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大、電壓等級(jí)的升高，大

5、容量變壓器的應(yīng)用日趨增多。大容量變壓器采用糾結(jié)式繞組，易于產(chǎn)生匝間短路，因此，故障率相對(duì)較高。為了保護(hù)變壓器安全、可靠的運(yùn)行，電力工作者不斷深入分析其運(yùn)行特性，研究新原理，新方法提高變壓器保護(hù)的性能，對(duì)其理論探討與裝置研制一直在不斷進(jìn)行。針對(duì)差動(dòng)保護(hù)中的勵(lì)磁涌流問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外積極研究各種原理予以解決，如：二次諧波制動(dòng)、間斷角、電壓制動(dòng)、磁通特性原理和等值電路法等。另外，將新興學(xué)科和方法（如模糊集合論、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）運(yùn)用到變壓器的保護(hù)中也是研究的熱點(diǎn)之一。而隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，高性能的微處理芯片層出不窮，微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的性能不斷得到改善，整個(gè)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)正向傻瓜化，人工

6、智能化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化，標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。相對(duì)于變壓器主保護(hù)，變壓器后備保護(hù)原理更成熟，但其保護(hù)原理眾多，配置復(fù)雜。近年來(lái)，由于主變后備保護(hù)在配置上不夠完善，當(dāng)中、低壓側(cè)特別是低壓側(cè)母線故障，而保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，因高壓側(cè)靈敏度不夠，無(wú)法切除故障，造成燒毀主變甚至引發(fā)大面積停電的事故時(shí)有發(fā)生，教訓(xùn)深刻。從實(shí)際配置情況看，后備保護(hù)配置的地方習(xí)慣性較強(qiáng)，有時(shí)地區(qū)其后備保護(hù)配置很復(fù)雜環(huán)保護(hù)不到位，最近數(shù)年來(lái)因后備保護(hù)不完善釀成了多次事故。因此，必須重視與主網(wǎng)相聯(lián)的大型變壓器的后備保護(hù)，認(rèn)真研究它的合理配置、原理接線，選擇合理的運(yùn)行方式，提高直流電源的可搞性等，確保大型變壓器自

7、身的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。1.2 變壓器保護(hù)的發(fā)展及現(xiàn)狀追溯變壓器保護(hù)的發(fā)展歷史追溯變壓器保護(hù)的發(fā)展歷史從1885年匈牙利三位工程師發(fā)明了變壓器以來(lái)，一個(gè)多世紀(jì)里，變壓器有了長(zhǎng)足的發(fā)展，電壓已達(dá)到百萬(wàn)伏級(jí)，使輸電距離超過(guò)1000km。 電力變壓器一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，電力變壓器原理未曾改變，隨著年代的推進(jìn)，先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備日臻完善，因而各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)愈來(lái)愈先進(jìn)。以1931年r.e. cordray提出比率差動(dòng)的變壓器保護(hù)標(biāo)志著差動(dòng)保護(hù)作為變壓器主保護(hù)時(shí)代的到來(lái)。電流差動(dòng)保護(hù)也以其原理簡(jiǎn)單、選擇性好、可靠性高的特點(diǎn)在變壓器保護(hù)中獲得了極其成功的應(yīng)用。但由此帶來(lái)的技術(shù)難題是如何將變壓器的勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障區(qū)分開(kāi)

8、來(lái)。變壓器保護(hù)的發(fā)展史也自此成為一部變壓器勵(lì)磁涌流鑒別技術(shù)發(fā)展史。1941年，c.d.hayward首次提出了利用諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，將諧波分析引入到變壓器差動(dòng)保護(hù)中，并逐漸成為國(guó)外研究勵(lì)磁涌流制動(dòng)方法的主要方向。1948年，r.l.sharp和w e. g1assburn提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵(lì)磁涌流的方法，并在模擬式保護(hù)中加以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，還提出了差動(dòng)加速的方案，以差動(dòng)加速、比率差動(dòng)、二次諧波制動(dòng)來(lái)構(gòu)成整個(gè)諧波制動(dòng)式保護(hù)的主體，并一直延續(xù)至今。 微機(jī)變壓器保護(hù)的研究開(kāi)始于60年代末70年代初。1969年，rockerfeller首次提出數(shù)字式變壓器保護(hù)的概念，揭開(kāi)了數(shù)字式變壓器保護(hù)研究

9、的序幕之后，o.p.malik和 degens對(duì)變壓器保護(hù)的數(shù)字處理和數(shù)字濾波做出了研究;1972年，skyes發(fā)表了計(jì)算機(jī)變壓器諧波制動(dòng)保護(hù)方案，使得微機(jī)式變壓器保護(hù)的發(fā)展向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)。 變壓器保護(hù)在進(jìn)入數(shù)字微機(jī)時(shí)代后，利用微機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和處理能力，新的勵(lì)磁涌流鑒別方法不斷被提出，在國(guó)內(nèi)外形成研究熱潮。間斷角原理從分析勵(lì)磁涌流波形本質(zhì)出發(fā)，為勵(lì)磁涌流的鑒別提供了新思路，沿著這個(gè)思路，波形比較法、波形對(duì)稱法和積分型波形對(duì)稱法相繼被提出?，F(xiàn)在實(shí)用的微機(jī)變壓器保護(hù)中識(shí)別勵(lì)磁涌流的方法也主要是:二次諧波閉鎖、間斷角閉鎖、波形對(duì)稱原理等。實(shí)踐表明，在過(guò)去幾十年間，上述原理基本上能達(dá)到繼電保護(hù)要求。

10、然而，隨著電力系統(tǒng)以及變壓器制造技術(shù)的日益發(fā)展，利用涌流特征的各種判據(jù)在實(shí)用中均遇到了一些無(wú)法協(xié)調(diào)的矛后。在高壓電力系統(tǒng)中，由十ta飽和、補(bǔ)償電容或長(zhǎng)線分布電容等因素的影響，內(nèi)部故障時(shí)差流中的二次諧波分量顯著增大，造成保護(hù)誤閉鎖和延時(shí)動(dòng)作。另一方面，現(xiàn)代大型變壓器多采用冷軋硅鋼片，飽和磁密度較低而剩磁可能較小，使得變壓器勵(lì)磁涌流中的二次諧波和間斷角均明顯變小。不斷出現(xiàn)的問(wèn)題推動(dòng)了研究的不斷深入，“虛擬二次諧波制動(dòng)法”從理論上可在半周的時(shí)間使保護(hù)動(dòng)作，而且采用奇次諧波鑒別使其對(duì)對(duì)稱性勵(lì)磁涌流的鑒別能力大大強(qiáng)十二次諧波制動(dòng)。采樣值差動(dòng)原理與勵(lì)磁涌流波形無(wú)關(guān)，減少了計(jì)算量，提高了保護(hù)速度。 近年來(lái)，

11、新器件、新技術(shù)的應(yīng)用為變壓器保護(hù)的研究與發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的天地。數(shù)字信號(hào)處理器dsp(digital signal processor)的出現(xiàn)，不但可以提高微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采樣與計(jì)算的速度和精度，甚至可能改變往常微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想，使得復(fù)雜的算法得以在保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)工具如:模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)，小波分析等開(kāi)始越來(lái)越多的融入到變壓器保護(hù)的研究領(lǐng)域，一方面為傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多個(gè)信息量，可提高變壓器保護(hù)的“智能化”程度，改善可靠性和適應(yīng)性。隨著新的傳感元件和測(cè)量元件的出現(xiàn)，故障診斷及預(yù)測(cè)充分利用各種現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析手段對(duì)變壓器的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)量進(jìn)行

12、監(jiān)測(cè)與分析，越來(lái)越融入到變壓器保護(hù)中。它實(shí)質(zhì)上是傳統(tǒng)變壓器保護(hù)中電量與非電量保護(hù)的一個(gè)擴(kuò)展，它的研究與發(fā)展，為變壓器保護(hù)的研究與發(fā)展提供了一個(gè)新的思路。隨著變壓器主保護(hù)的研究不斷取得進(jìn)展，變壓器后備保護(hù)的研究和應(yīng)用也日益引起人們的重視。對(duì)十變壓器后備保護(hù)來(lái)說(shuō)，由十變壓器結(jié)構(gòu)型式多樣，運(yùn)行環(huán)境不盡相同，對(duì)后備保護(hù)的配置，如保護(hù)原理、動(dòng)作方向、分段跳閘方式、壓板投/退控制以及模擬量和開(kāi)關(guān)量的引接方式等存在不同的應(yīng)用要求。為了適應(yīng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的不同需要，目前的常用做法是，按典型方式構(gòu)成不同型號(hào)的后備保護(hù)供用戶選擇，或根據(jù)用戶的實(shí)際需要進(jìn)行軟、硬件的調(diào)整。而由于保護(hù)配置的復(fù)雜性往往容易產(chǎn)生保護(hù)軟件的不定型

13、性問(wèn)題，這不僅提高了研制和生產(chǎn)成本，還有時(shí)因生產(chǎn)周期太短造成驗(yàn)證工作的不完整性，如果考慮到主設(shè)備保護(hù)受考驗(yàn)機(jī)會(huì)少，如現(xiàn)場(chǎng)萬(wàn)一把關(guān)不嚴(yán)，其隱藏錯(cuò)誤一旦暴露就可能是誤、拒動(dòng)，造成巨大損失。為此，研制開(kāi)發(fā)具有良好適應(yīng)性的通用型變壓器后備保護(hù)裝置，對(duì)降低開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本，提高保護(hù)裝置的穩(wěn)定性和可靠性具有十分重要的作用。1.3 變壓器保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)電力系統(tǒng)飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新活力。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、微型計(jì)算機(jī)和微處理器的出現(xiàn)，為繼電保護(hù)數(shù)字化開(kāi)辟了廣闊前景。20世紀(jì)90年代中后期人工智能以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了

14、以微機(jī)和光傳輸技術(shù)為特征的全數(shù)字控制智能保護(hù)系統(tǒng)，以此為標(biāo)志，微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化，智能化，以及保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化的發(fā)展趨勢(shì)。從上世紀(jì)80年代至今，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼把模糊理論、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)理論等智能理論應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，并取得了輝煌的成就。1.31模糊理論應(yīng)用模糊理論的核心思想是利用數(shù)學(xué)手段仿效人腦思維，對(duì)復(fù)雜事物進(jìn)行模糊度量，模糊識(shí)別，模糊推理，模糊控制和模糊決策。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)不是要是使得輸出的跳閘命令變得含含糊糊，而是利用模糊數(shù)學(xué)的理論和方法，對(duì)輸入的各個(gè)電氣量、開(kāi)關(guān)量等信息更加有效的進(jìn)行綜合決策，從而得出更加精確和符合實(shí)際情況的

15、輸出。將模糊理論引入變壓器主保護(hù)，其基本思想是將多個(gè)輸入量及相關(guān)保護(hù)判據(jù)給以不同置信度，然后通過(guò)模糊推理決策得到最終跳閘命令。應(yīng)用模糊理論對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流進(jìn)行了識(shí)別。1.32專家系統(tǒng)應(yīng)用專家系統(tǒng)是人工智能領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，它在各個(gè)學(xué)科中都得到廣泛的應(yīng)用，講述其在電力系統(tǒng)保護(hù)中的應(yīng)用。由于繼電保護(hù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求高，這限制了專家系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。目前的專家系統(tǒng)主要應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合，如繼電保護(hù)整定、協(xié)調(diào)，高阻接地故障檢測(cè)，故障定位，故障診斷。1.33人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)的應(yīng)用是目前繼電保護(hù)領(lǐng)域文獻(xiàn)發(fā)表最多的方向之一。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由很多神經(jīng)元廣泛互連而成的網(wǎng)絡(luò)，信息存儲(chǔ)

16、體現(xiàn)在神經(jīng)元之間的連接權(quán)上，存儲(chǔ)區(qū)與操作區(qū)的合二為一，ann有高度并行計(jì)算能力以及相當(dāng)強(qiáng)的自適應(yīng)性、魯棒性和容錯(cuò)性。利用ann的并行計(jì)算能力，可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)常規(guī)保護(hù)難以做到的最優(yōu)算法;利用ann的并行處理和近似推理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障類型的準(zhǔn)確診斷和識(shí)別;利用ann的高度容錯(cuò)能力可以使得繼電保護(hù)具有更高的可靠性。在對(duì)變壓器保護(hù)特征提取采用了變壓器兩側(cè)電流負(fù)序分量相對(duì)方向，二、三、五次諧波含量以及一次側(cè)電流間斷角的大小來(lái)綜合識(shí)別勵(lì)磁涌流狀態(tài)的存在，由于考慮了五次諧波的含量因此變壓器是否處于過(guò)激磁狀態(tài)也可以加以判別。1.34自適應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用自適應(yīng)繼電保護(hù)是一種根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障

17、狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能、特性或整定值的保護(hù)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，其狀態(tài)、參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)常隨著運(yùn)行方式的變化而變化。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)為了達(dá)到這個(gè)要求，往往采用抬高整定值、增加閉鎖判據(jù)等措施。另外實(shí)際上也有限地使用了一些自適應(yīng)原理，例如反時(shí)限原理的過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)激磁保護(hù)措施。隨著微機(jī)繼電保護(hù)的應(yīng)用和發(fā)展，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高，邏輯判斷能力增強(qiáng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量不斷增大，這些條件為自適應(yīng)原理在繼電保護(hù)中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，發(fā)展迅猛。自適應(yīng)繼電保護(hù)能夠克服同類型傳統(tǒng)保護(hù)長(zhǎng)期以來(lái)存在的困難和問(wèn)題，改善保護(hù)的動(dòng)作性能。目前，自適應(yīng)保護(hù)還處在研究開(kāi)發(fā)的初期，但其研究成果己說(shuō)明了它的優(yōu)越性。對(duì)自適應(yīng)繼電保護(hù)

18、的基本要求是:系統(tǒng)運(yùn)行方式及故障類型的自動(dòng)診斷和識(shí)別，以及保護(hù)動(dòng)作定值和特性的自適應(yīng)調(diào)整。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)運(yùn)行方式及故障類型越來(lái)越復(fù)雜，自適應(yīng)保護(hù)必須利用各種人工智能技術(shù)和信號(hào)處理方法，有效地提取故障特征，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行方式及故障類型的自動(dòng)識(shí)別。在此基礎(chǔ)上，充分利用人工智能技術(shù)的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，根據(jù)系統(tǒng)不同的運(yùn)行工況，自適應(yīng)地調(diào)整各種保護(hù)定值和保護(hù)的動(dòng)作特性。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，關(guān)鍵是選擇和使用適當(dāng)?shù)墓收闲畔?shí)現(xiàn)自適應(yīng)保護(hù)，以及選擇和使用適當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄芗夹g(shù)和信號(hào)處理方法以實(shí)現(xiàn)保護(hù)性能的優(yōu)化。要更有效地使用人工智能技術(shù)和信號(hào)處理方法，就需更深入地對(duì)其理論和方法進(jìn)行研究，將其有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，

19、加以綜合利用，以便獲得更好的應(yīng)用效果。2 對(duì)繼電保護(hù)的基本要求2.1 選擇性選擇性是指繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)中非故障元件仍然繼續(xù)運(yùn)行，盡量縮短停電范圍。對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作選擇性的要求，同時(shí)還必須考慮繼電保護(hù)裝置或斷路器由于故障等原因而拒動(dòng)的可能性因而需要考慮后備保護(hù)的問(wèn)題。如：變壓器的瓦斯保護(hù)當(dāng)發(fā)生輕瓦斯是變壓器發(fā)出信號(hào)報(bào)警如果故障沒(méi)有排除發(fā)出重啟動(dòng)保護(hù)信號(hào)需要運(yùn)行人員馬上進(jìn)行檢修。 一般的，把反應(yīng)被保護(hù)元件嚴(yán)重故障，快速動(dòng)作于跳閘的保護(hù)裝置稱為主保護(hù)，而把在主保護(hù)系統(tǒng)時(shí)效時(shí)備用的保護(hù)稱為后備保護(hù)。當(dāng)變壓器的主保護(hù)不能完全保護(hù)是必須安裝后備保護(hù)一提高安全性。2.

20、2 速動(dòng)性快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓低時(shí)工作時(shí)間，以及縮短故障元件的損壞程度。因此，在發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作，切除故障。故障切除的總時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和。一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為0.060.12s，最快的可達(dá)0.020.04s；一般斷路器動(dòng)作時(shí)間為0.060.15s，最快的有0.020.04s.。2.3靈敏性繼電保護(hù)的靈敏性是指對(duì)于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或非正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)該是先規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置，短路點(diǎn)的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過(guò)度電阻，都能敏銳感覺(jué)，正確反應(yīng)。保護(hù)裝置

21、的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來(lái)衡量，它決定于被保護(hù)元件和電力系統(tǒng)的參數(shù)和運(yùn)行方式。2.4 可靠性保護(hù)裝置的可靠性是指在其規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了他應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，它不應(yīng)該拒絕動(dòng)作，而在任何其他該保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作情況下，則不應(yīng)該錯(cuò)動(dòng)作。繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作和拒動(dòng)作都會(huì)給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害。但提高其不誤動(dòng)的可靠性和不拒動(dòng)的可靠性措施常常是互相矛盾的。由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和負(fù)荷性質(zhì)的不同，誤動(dòng)和拒動(dòng)的危害程度不同?？煽啃允轻槍?duì)保護(hù)裝置本身的質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)水平而言，一般來(lái)說(shuō)，保護(hù)裝置的組成元件的質(zhì)量越高，接線越簡(jiǎn)單，回路中繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量越少，保護(hù)裝置的可靠性越高。2.5 本文的內(nèi)容與任務(wù)本文系統(tǒng)闡述了變壓

22、器的主保護(hù)即差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)原理、安裝措施、保護(hù)的功能尤其是差動(dòng)保護(hù)中常見(jiàn)的勵(lì)磁涌流的問(wèn)題。勵(lì)磁涌流一直是保護(hù)工作中的一個(gè)難題。通過(guò)介紹二次諧波閉鎖保護(hù)的辦法控制不必要的麻煩。還介紹了瓦斯保護(hù)作為主保護(hù)之一它彌補(bǔ)了差動(dòng)保護(hù)的缺陷，使保護(hù)更加安全、穩(wěn)定。瓦斯保護(hù)的安裝調(diào)試、保護(hù)范圍注意事項(xiàng)等都是值得注意的。本文是基于現(xiàn)在的變壓器保護(hù)種類繁多的問(wèn)題而提出的。變壓器的保護(hù)種類很多保護(hù)原理各不相同。在對(duì)不同變壓器的保護(hù)時(shí)由于種類比較多所以保護(hù)相對(duì)復(fù)雜。論文主要介紹傳統(tǒng)的變壓器后備保護(hù)原理計(jì)算原則，優(yōu)缺點(diǎn)，配置原則等。為此本文介紹了大型油式變壓器后備保護(hù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)變壓器的綜合保護(hù)。通過(guò)本文的介紹有助

23、于對(duì)變壓器的綜合保護(hù)有了全面的了解。對(duì)不同保護(hù)相互結(jié)合配合使用有個(gè)綜合把握，對(duì)裝置的可靠性將發(fā)揮積極的作用。保護(hù)裝置的可靠性保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。 3.變壓器保護(hù)總體設(shè)計(jì)方案與配置3.1變壓器故障特征分析 變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。內(nèi)部故障是指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要有各相繞組之間的相間短路、單相匝間短路、單相接地短路等，其中匝間短路問(wèn)題占了很大比率。內(nèi)部故障的危害很大，因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生的高溫電弧不僅會(huì)損壞繞組的絕緣，燒毀鐵芯，而且會(huì)使絕緣材料和變壓器油受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱爆炸。變壓器最常見(jiàn)的外部故障，是套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。

24、 變壓器除了出現(xiàn)故障外，有時(shí)還會(huì)有一些不正常運(yùn)行工況。主要指過(guò)負(fù)荷、油箱漏油造成油面降低、外部短路故障引起的過(guò)電流。對(duì)于大容量變壓器，因鐵芯額定工作磁密與飽和磁密比較接近，所以當(dāng)電壓過(guò)高或頻率降低時(shí)，容易發(fā)生過(guò)勵(lì)磁。此外，對(duì)于中性點(diǎn)不直接接地運(yùn)行的變壓器，可能出現(xiàn)中性點(diǎn)電壓過(guò)高的現(xiàn)象、運(yùn)行中的變壓器油溫過(guò)高以及壓力過(guò)高的現(xiàn)象。3.2變壓器保護(hù)的配置不同等級(jí)的變壓器及運(yùn)行環(huán)境不同，需給變壓器配置多種不同的保護(hù)功能，常見(jiàn)的保護(hù)功能如下: .瓦斯保護(hù) 用來(lái)反映變壓器的內(nèi)部故障和漏油引起的油面降低，同時(shí)也能反映繞組的開(kāi)焊故障。即使是匝數(shù)很少的短路故障，瓦斯保護(hù)同樣能可靠反應(yīng)。瓦斯保護(hù)有輕重之分，一般重

25、瓦斯動(dòng)作于跳閘，輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)。由于重瓦斯是按短路電流和短路點(diǎn)電弧的作用下產(chǎn)生的氣體流速(流向油枕)的大小而動(dòng)作的，而氣體的流速在故障中往往很不穩(wěn)定。所以，重瓦斯動(dòng)作后必須有自保持回路，以保證有足夠的時(shí)間使斷路器跳閘。 .差動(dòng)保護(hù)和過(guò)流速斷保護(hù) 針對(duì)內(nèi)部故障的危害性大的特點(diǎn)，一旦發(fā)生內(nèi)部故障，必須迅速切除變壓器，以使變壓器不被損壞。因此反映變壓器內(nèi)部故障的保護(hù)是其主保護(hù)。主保護(hù)一般采用反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路、中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路的差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。但是對(duì)于繞組尾部的相間短路故障、繞組很少的匝間短路故障，差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)是反應(yīng)不了的，即存

26、在保護(hù)死區(qū):此外，也不能反映繞組的開(kāi)焊故障。而上面所說(shuō)的瓦斯保護(hù)不能反映油箱外部的短路故障，故差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)均是變壓器的主保護(hù)，兩者起到互補(bǔ)作用。 .反映相間短路故障的后備保護(hù) 用作變壓器外部短路故障和作為變壓器的瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)(或電流速斷保護(hù))的后備保護(hù)。根據(jù)變壓器的容量和在系統(tǒng)中的作用，可分別采用過(guò)流保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、阻抗保護(hù)。規(guī)程規(guī)定：過(guò)電流保護(hù)宜用于降壓變壓器；當(dāng)過(guò)電流保護(hù)的靈敏度不夠時(shí)，可采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，主要用于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器；復(fù)合電壓（包括負(fù)序電壓及線電壓）啟動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過(guò)電流保護(hù)

27、不符合靈敏性要求的降壓變壓器；負(fù)序電流和單相式低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，可用于63mva及以上升壓變壓器；按以上兩條裝設(shè)保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。 .接地保護(hù) 對(duì)中性點(diǎn)直接接地的變壓器，用零序電流保護(hù)構(gòu)成其接地保護(hù)，用作變壓器外部接地故障和中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組、引出線接地故障的后備保護(hù)。 對(duì)中性點(diǎn)不直接接地的，可用零序電壓保護(hù)構(gòu)成的接地保護(hù)。此外，還有中性點(diǎn)間隙零序電流保護(hù)。 .過(guò)負(fù)荷保護(hù)用來(lái)反映變壓器的對(duì)稱過(guò)負(fù)荷。對(duì)于6.3mva及以上電力變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行，并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過(guò)負(fù)荷的情況，裝設(shè)負(fù)荷保護(hù)。對(duì)自耦變壓器和多繞組變壓器，保護(hù)

28、應(yīng)能反映公共繞組及各側(cè)過(guò)負(fù)荷的情況。過(guò)負(fù)荷保護(hù)只需用一相電流，延時(shí)作用于信號(hào)。在無(wú)人值班的變電所，必要時(shí)過(guò)負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于跳閘或斷開(kāi)部分負(fù)荷。中小容量的變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)采用定時(shí)限動(dòng)作特性，動(dòng)作電流也是按最大允許負(fù)荷電流下能可靠返回的條件整定。動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與變壓器允許的過(guò)負(fù)荷時(shí)間相配合，同時(shí)應(yīng)大于相間故障后備保護(hù)的最大延時(shí)，一般可增大（12）。對(duì)于升壓變壓器，過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝設(shè)在主電源（低壓側(cè)）；三繞組升壓變壓器，過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝設(shè)在發(fā)電機(jī)電壓側(cè)和無(wú)電源測(cè)；如三側(cè)均有電源，三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。對(duì)于降壓變壓器，雙繞組變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝在高壓側(cè)。單側(cè)電源的三繞組降壓變壓器，過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝在電源側(cè)和繞組容量

29、較小的一側(cè)；若三側(cè)容量相同，過(guò)負(fù)荷保護(hù)僅在電源側(cè)裝設(shè)。. .過(guò)勵(lì)磁保護(hù) 一般用在超高壓變壓器上，其具有反時(shí)限特性以充分發(fā)揮變壓器的過(guò)勵(lì)磁能力。過(guò)勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作后可發(fā)信號(hào)或動(dòng)作于跳閘。 .非電量保護(hù) 如變壓器本體和有載調(diào)壓部分的油溫保護(hù)，變壓器的壓力釋放保護(hù)等，瓦斯保護(hù)也屬于非電量保護(hù)。3.3本文保護(hù)裝置主后備配置本文以大型油式變壓器為列，配備了主保護(hù)和后備保護(hù)。主保護(hù)配置有： 主保護(hù)由差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)組成，可以反映變壓器的內(nèi)部故障。后備保護(hù)配備有:變壓器相間短路的后備保護(hù)可采用過(guò)電流保護(hù)、帶低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)等。 反映接地故障的零序后備保護(hù)。為防止變

30、壓器長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行帶來(lái)絕緣加速老化的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。為了反應(yīng)變壓器過(guò)勵(lì)磁裝設(shè)的過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。 4變壓器主要保護(hù)原理和算法4.1變壓器主保護(hù)4.1.1差動(dòng)保護(hù)原理分析差動(dòng)保護(hù)是變壓器保護(hù)的主保護(hù)，是變壓器保護(hù)的關(guān)鍵。變壓器電流差動(dòng)保護(hù)就是把變壓器兩端的電流互感器按差動(dòng)接法接線，使流過(guò)變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電流經(jīng)電流互感器適當(dāng)?shù)淖儽群蠓聪蛄魅氩顒?dòng)繼電器，原理如圖4.1.11變壓器差動(dòng)保護(hù)接線圖4.1.11這樣流入繼電器的電流為兩端的電流之差。在變壓器正常運(yùn)行或只發(fā)生外部故障時(shí)流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流平衡，保護(hù)裝置不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流只流過(guò)電源側(cè)的電流互感器，此時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的.電

31、流不平衡，當(dāng)不平衡電流值達(dá)到保護(hù)裝置的動(dòng)作值時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作將故障變壓器從系統(tǒng)中切除。差動(dòng)保護(hù)在原理上只反應(yīng)被保護(hù)設(shè)備的內(nèi)部短路電流，而不管外部發(fā)生多嚴(yán)重的故障，因?yàn)樗腔诠?jié)點(diǎn)電流定律的。長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明差動(dòng)保護(hù)是能靈敏地區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障的。由于變壓器空載合閘會(huì)產(chǎn)生幅值可達(dá)額定電流數(shù)倍至十?dāng)?shù)倍的勵(lì)磁電流，這樣就很難與變壓器內(nèi)部短路電流相區(qū)別，從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。因此變壓器差動(dòng)保護(hù)的主要矛盾集中在鑒別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障上。能否正確區(qū)分勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障。而由于勵(lì)磁涌流問(wèn)題的復(fù)雜性，對(duì)這一問(wèn)題不斷深入研究，目前已經(jīng)有了多種識(shí)別勵(lì)磁涌流的方法，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用中比較成熟的主要是利用變壓器的電流量識(shí)

32、別勵(lì)磁涌流于內(nèi)故障電流的方案，包括二次諧波制動(dòng)原理、間斷角原理、小波變換方法等等。每種原理，方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和不同的應(yīng)用范圍。在變壓器差動(dòng)保護(hù)中具體采用什么樣的原理方法才能更好的實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的目標(biāo)，關(guān)系到很多問(wèn)題。變壓器差動(dòng)保護(hù)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外主要還是集中于研究以下個(gè)方面的問(wèn)題：1）正確識(shí)別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障時(shí)的短路電流。變壓器空載合閘或外部短路故障切除電壓突然恢復(fù)時(shí)，變壓器有很大的勵(lì)磁電流即勵(lì)磁涌流通過(guò)，因該勵(lì)磁涌流僅在變壓器的一側(cè)流通，故流入差動(dòng)回路。變壓器內(nèi)部短路故障時(shí)，差動(dòng)回路流入的是很大的短路電流。顯然，作為縱差動(dòng)保護(hù)，勵(lì)磁涌流作用下不應(yīng)動(dòng)作，短路電流作用下保護(hù)應(yīng)可

33、靠動(dòng)作。2）外部短路故障切除電壓突然恢復(fù)的暫態(tài)過(guò)程中，應(yīng)保證縱差動(dòng)保護(hù)不發(fā)生誤動(dòng)作。應(yīng)當(dāng)注意在這個(gè)暫態(tài)過(guò)程中，一方面變壓器存在勵(lì)磁涌流，勵(lì)磁涌流的非周期分量將使一側(cè)電流互感器(勵(lì)磁涌流僅在變壓器一側(cè)流通)的誤差特別是角誤差增大;另一方面變壓器負(fù)荷電流的存在。這兩方面的因素導(dǎo)致差動(dòng)回路不平衡電流的增大，變壓器微機(jī)差動(dòng)保護(hù)這種情況下不應(yīng)誤動(dòng)。3）應(yīng)解決好區(qū)外短路故障時(shí)差動(dòng)回路中的不平衡電流和保護(hù)靈敏度之間的矛盾。區(qū)外短路故障時(shí)，由于縱差動(dòng)保護(hù)各側(cè)電流互感器變比不匹配、有載調(diào)壓變壓器抽頭的改變、電流互感器誤差特別是暫態(tài)誤差的影響，差動(dòng)回路中流過(guò)數(shù)值不小的不平衡電流，為保證縱差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，動(dòng)作電流應(yīng)

34、高于區(qū)外短路故障時(shí)的最大不平衡電流，這勢(shì)必要影響到內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)的靈敏度。作為縱差動(dòng)保護(hù)，既要保證區(qū)外短路故障差動(dòng)回路流過(guò)最大不平衡電流時(shí)不發(fā)生誤動(dòng)作，又要在內(nèi)部短路故障時(shí)保證一定的靈敏度。 由于勵(lì)磁涌流在數(shù)值上可與內(nèi)部故障時(shí)的短路電流相比擬，因此容易造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作；所以要變壓器保護(hù)能夠躲過(guò)勵(lì)磁涌流，同時(shí)對(duì)短路電流又能夠正確反映，使差動(dòng)保護(hù)可靠動(dòng)作。這是變壓器差動(dòng)保護(hù)所要解決的首要問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題提出了各種區(qū)分勵(lì)磁涌流與內(nèi)故障的判別原理。用于區(qū)分勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障的原理主要有二次諧波判別原理，間斷角判別原理，磁通量判別原理和波形對(duì)稱原理。目前，在系統(tǒng)中配置的變壓器保護(hù)主要是采用勵(lì)磁涌流中的

35、二次諧波制動(dòng)原理和勵(lì)磁涌流間斷角制動(dòng)原理來(lái)防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。間斷角制動(dòng)原理在ct嚴(yán)重飽和時(shí)，由于出現(xiàn)反向電流，會(huì)出現(xiàn)間斷角消失。在小電流情況下，由于電流中諧波含量和系統(tǒng)頻率的變化對(duì)間斷角測(cè)量的影響較大，造成間斷角測(cè)量不準(zhǔn)確，容易引起系統(tǒng)震蕩時(shí)的誤動(dòng)。利用二次諧波電流鑒別勵(lì)磁涌流的方法在常規(guī)保護(hù)中有非常成功的應(yīng)用和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且目前國(guó)內(nèi)外實(shí)際投入運(yùn)行的變壓器保護(hù)大都采用該原理，因而在實(shí)用化方面相對(duì)成熟一些，所以本課題研究選用了最常用的二次諧判別原理。二次諧波的原理是：在變壓器的勵(lì)磁涌流中含有較大的二次諧波分量（大約30%70%），但在變壓器內(nèi)部或外部故障的短路電流中，二次諧波所占比

36、例較少。利用上述特點(diǎn)，構(gòu)成帶有二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，可以有效躲過(guò)勵(lì)磁涌流的影響。當(dāng)然這種原理也存在缺陷，在變壓器內(nèi)部不對(duì)稱故障情況下，尤其在變壓器附近裝有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，也會(huì)在故障電流中產(chǎn)生較大的2次諧波分量，使差動(dòng)保護(hù)被制動(dòng)，直到2次諧波分量衰減后才能動(dòng)作，從而延長(zhǎng)了切除故障時(shí)間。這對(duì)于大型變壓器而言，是不允許的，應(yīng)采用加速措施來(lái)改善變壓器差動(dòng)保護(hù)的速動(dòng)性。典型的加速措施有以下幾種：（1）差動(dòng)速斷：當(dāng)差動(dòng)電流大于變壓器最大可能的勵(lì)磁電流時(shí)立即跳閘出口；（2）低壓加速：這一原理的依據(jù)是內(nèi)部故障時(shí)，變壓器端部殘余電壓較低；而出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)，變壓器端電壓較高。這樣當(dāng)變壓器端電壓小于變壓器出現(xiàn)勵(lì)磁

37、涌流的最小端電壓時(shí)取消勵(lì)磁涌流判據(jù)，僅有比率特性決定是否跳閘；（3）記憶相電流加速：這一原理利用故障前一周期的相電流同時(shí)與空載勵(lì)磁電流和最大負(fù)荷電流比較，根據(jù)結(jié)果來(lái)區(qū)分勵(lì)磁涌流和故障電流，決定是否應(yīng)該取消勵(lì)磁涌流判據(jù)。其中差動(dòng)速斷判據(jù)原理簡(jiǎn)單，可靠性較高，在電力系統(tǒng)的主變差動(dòng)保護(hù)中廣泛采用。圖4.1.2給出了變壓器差動(dòng)保護(hù)單相原理接線，其中變壓器t兩側(cè)電流、流入變壓器為其電流正方向。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，必有，若電流互感器ctl, ct2變比合理選擇，則在理想狀態(tài)下有（實(shí)際是不平衡電流)，差動(dòng)繼電器kd不動(dòng)作，此時(shí)與反相。當(dāng)變壓器發(fā)生短路故障時(shí)，比有 (短路電流)，于是為流過(guò)的相應(yīng)短路

38、電流，kd動(dòng)作，此時(shí)與同相位(假設(shè)變壓器兩側(cè)均有電源)，將變壓器從電網(wǎng)中切除。為使差動(dòng)保護(hù)發(fā)揮應(yīng)有性能，在接線上注意如下幾點(diǎn)：圖4.1.2變壓器差動(dòng)保護(hù)單相原理接線(1) 由于變壓器yn, d接線的關(guān)系，變壓器兩側(cè)電流間存在相位移動(dòng)，為保證正常運(yùn)行或外部短路故障時(shí)與有反相關(guān)系，所以必須進(jìn)行相位校正。(2) 變壓器兩側(cè)ct變比不同，為保證外部短路故障時(shí)差動(dòng)繼電器電流盡量小，與應(yīng)相等，為此應(yīng)進(jìn)行幅值校正(在軟件中對(duì)計(jì)算出的各側(cè)電流乘以相應(yīng)的電流平衡系數(shù)，達(dá)到電流的平衡)。(3)yn側(cè)保護(hù)區(qū)外接地故障時(shí)，圖4.1.2中k點(diǎn)接地，零序電流3i0僅在變壓器一側(cè)流通，流過(guò)電流互感器ctl，為保證差動(dòng)保護(hù)不

39、動(dòng)作，電流中應(yīng)扣除相應(yīng)零序電流分量。根據(jù)上述分析，裝置對(duì)a. b, c相分別進(jìn)行差電流()的計(jì)算: （4.1.1）其中:變壓器高壓側(cè)端電流變壓器低壓側(cè)電流，,均是經(jīng)過(guò)幅值和相位校正后電流互感器二次側(cè)電流的有效值。 裝置差動(dòng)保護(hù)的判據(jù)為: (4. 1. 2)式中為差動(dòng)速斷最小動(dòng)作電流(差動(dòng)速斷保護(hù)定值)，的設(shè)定必須躲過(guò)變壓器空載投入或差動(dòng)區(qū)外部故障時(shí)穿越電流造成的不平衡電流以及變壓器差動(dòng)保護(hù)二次回路斷線線時(shí)在差動(dòng)回路中引起的差動(dòng)電流的影響。4.12二次諧波閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù)4.12.1比率差動(dòng)保護(hù)的基本工作原理 所謂比率差動(dòng)保護(hù)簡(jiǎn)單說(shuō)就是使差動(dòng)電流定值隨制動(dòng)電流的增大而成一定比率的提高，使制動(dòng)電

40、流在不平衡電流較大的外部故障時(shí)有制動(dòng)作用，而在內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)作用最小。比率差動(dòng)保護(hù)較差動(dòng)速斷保護(hù)有較高的靈敏度。圖4.1.2.1給出了差動(dòng)保護(hù)中各電流的特性曲線。 圖4.1.2.1比率差動(dòng)中各電流特性曲線 曲線1為差動(dòng)回路的不平衡電流，它隨著短路電流的增大而增大。根據(jù)差動(dòng)回路接線方法的不同，在整定時(shí)，通過(guò)調(diào)整不平衡比例系數(shù)使得計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)的最小。 曲線2是無(wú)制動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)的整定電流，為一定值。它是按躲過(guò)最大不平衡電流來(lái)整定的。曲線3為差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí)的差電流，它隨短路電流的增大而線性增大。曲線4為具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器的差動(dòng)保護(hù)特性。在無(wú)制動(dòng)時(shí)，曲線3與曲線2相交于b點(diǎn)，這時(shí)保護(hù)的

41、不動(dòng)作區(qū)為ob，即保護(hù)區(qū)內(nèi)短路故障時(shí)的短路電流必須大于ob所代表的電流值時(shí)，保護(hù)才動(dòng)作。在有制動(dòng)時(shí)，曲線3于曲線4相交于a點(diǎn)，短路斷流只要大于oa所代表的電流值，保護(hù)即能動(dòng)作。以在實(shí)際的變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置中，其比率制動(dòng)特性如圖4.1.2.2所示: 圖4.1.2.2比率制動(dòng)特性圖4.1. 2. 2中平行于橫坐標(biāo)的ab段稱為無(wú)制動(dòng)段，它是由啟動(dòng)電流，和最小制動(dòng)電流 (又稱拐點(diǎn)電流)構(gòu)成的，動(dòng)作值不隨制動(dòng)電流變化而變化。當(dāng)制動(dòng)電流小于變壓器額定電流時(shí)，因無(wú)制動(dòng)作用，通常選取制動(dòng)電流等于被保護(hù)變壓器高壓側(cè)的額定電流的二次值。 圖4.1. 2. 2中斜線的斜率為基波制動(dòng)斜率，當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，短路電流中含有

42、大量非周期分量，制動(dòng)電流增大，動(dòng)作電流(即差動(dòng)電流定值)隨。按bc段的基波制動(dòng)斜率相應(yīng)增大，當(dāng)大于啟動(dòng)電流時(shí)，制動(dòng)電流和動(dòng)作電流的交點(diǎn)d必落在制動(dòng)區(qū)。當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差動(dòng)電流為全部短路電流，制動(dòng)電流則為流過(guò)非電源側(cè)的短路電流，數(shù)值較小，平行于縱軸、橫軸的兩直線交點(diǎn)必落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，差動(dòng)保護(hù)可靠動(dòng)作。 根據(jù)上述分析，可得比率差動(dòng)動(dòng)作判據(jù):當(dāng)制動(dòng)電流小于拐點(diǎn)電流時(shí): （4.1.2.1）當(dāng)制動(dòng)電流i大于或等于拐點(diǎn)電流時(shí): ； （4.1.2.2）其中制動(dòng)電流可取: 對(duì)于雙繞組變壓器:; (4.1.2.3) 對(duì)于三繞組變壓器:; (4.1.2.4)而啟動(dòng)電流、拐點(diǎn)電流以及制動(dòng)系數(shù)的定值整定時(shí)根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

43、及性能要求計(jì)算設(shè)定的。4.1.2.2二次諧波閉鎖原理在變壓器空載合閘或外部短路故障切除，電壓突然恢復(fù)時(shí)，變壓器有很大的勵(lì)磁電流即勵(lì)磁涌流通過(guò)，因該勵(lì)磁涌流僅在變壓器的一側(cè)流通，故流入差動(dòng)回路。變壓器內(nèi)部短路故障時(shí)，差動(dòng)回路通過(guò)的很大的短路電流。顯然，作為差動(dòng)保護(hù)，勵(lì)磁涌流作用下保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，短路電流作用下保護(hù)應(yīng)可靠動(dòng)作。為此必須正確識(shí)別勵(lì)磁涌流和短路電流。二次諧波制動(dòng)是常用的區(qū)分勵(lì)磁涌流和短路電流的方法。 分析和實(shí)踐表明，勵(lì)磁涌流中含有明顯的二次諧波和偶次諧波，二次諧波的含量在一般情況下不低于基波分量的15%，而短路電流中幾乎不含有二次諧波分量。所以可通過(guò)計(jì)算差動(dòng)電流中二次諧波含量來(lái)區(qū)分勵(lì)磁涌

44、流和短路電流。分相計(jì)算差動(dòng)電流中的基波，和二次諧波分量，二次諧波制動(dòng)判據(jù)如下: (4.1.2.2.1)其中kz為二次諧波制動(dòng)比率系數(shù)，一般取0. 150. 20三相中任一相滿足閉鎖制動(dòng)條件，則閉鎖三相比率差動(dòng)保護(hù)。4.1.2.3 ct/pt斷線閉鎖 前文提到的差動(dòng)保護(hù)定值整定，應(yīng)躲過(guò)電流互感器二次回路斷線時(shí)在差動(dòng)回路中引起的差動(dòng)電流的影響。所以在ct斷線時(shí)做出相應(yīng)處理，這里采用ct斷線閉鎖差動(dòng)保護(hù)及零序電流保護(hù)的措施。同樣pt斷線是也會(huì)引起零序電壓計(jì)算的錯(cuò)誤，所以在pt斷線是采用閉鎖零序電壓保護(hù)。ct斷線最明顯的特征是電流下降，在微機(jī)保護(hù)中，只要有合理的判斷，不難解決電流互感器二次回路斷線時(shí)變

45、壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題。正常情況下判斷ct斷線是通過(guò)檢查高、(中、)低各側(cè)電流，如果其中某側(cè)有一相無(wú)電流，即認(rèn)為該相斷線。為防止變壓器故障時(shí)ct斷線誤閉鎖，裝置設(shè)置一門檻電流，只有所有相的電流小于時(shí)才開(kāi)放ct斷線檢查。按最大負(fù)荷電路整定，則判據(jù)如下: （4.1.2.3.1）其中， ，分別為a, b, c相電流的最大值和最小值;、分別為差動(dòng)保護(hù)a, b, c相高壓側(cè)和低壓側(cè)經(jīng)過(guò)相位和幅值校正過(guò)的電流值。根據(jù)小于的電流為a相、b相或是c相，可確定時(shí)a相、b相或是c相ct斷線。 pt斷線分三相失壓(對(duì)稱斷線)和不對(duì)稱斷線。針對(duì)不同的情況有兩個(gè)判據(jù): 存在一線電壓小于70 v，且某一相電流大于0. 04

46、 (人為變壓器的額定電流)，用于檢測(cè)三相失壓和不對(duì)稱斷線; 負(fù)序電壓大于8v，用于檢測(cè)不對(duì)稱斷線。ct/pt斷線后發(fā)出告警信號(hào)，并選擇閉鎖相應(yīng)保護(hù)。4.13瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)范圍為變壓器本體及有載調(diào)壓分接頭油箱內(nèi)部，主要元件是氣體繼電器(即瓦斯繼電器)，它安裝在變壓器及有載調(diào)壓分接頭油箱與油枕之間的連接管道上。圖4.1.3-1瓦斯繼電器安裝示意圖如圖 4.1.3.1為了便于氣流順利通過(guò)瓦斯繼電器，變壓器的頂蓋與水平面應(yīng)有1%一1. 5%的坡度，連接管應(yīng)有2%一4%的坡度，這在訂變壓器及安裝就位時(shí)一定要注意，因?yàn)楝F(xiàn)在有的變壓器廠家在制造變壓器時(shí)已經(jīng)滿足了上述坡度要求，變壓器基礎(chǔ)就不需要考慮這個(gè)問(wèn)題

47、，只要做水平即可;如果變壓器廠家在制造變壓器時(shí)沒(méi)有考慮坡度要求，那么在做變壓器基礎(chǔ)時(shí)，就必須考慮。瓦斯保護(hù)的接線如圖4.1.3.2為氣體保護(hù)的接線，當(dāng)氣體繼電器kg輕氣體觸點(diǎn)合閘，通過(guò)信號(hào)繼電器1ks，延時(shí)發(fā)信號(hào)；重氣體觸點(diǎn)閉合后，經(jīng)信號(hào)繼電器2ks連接片xb接通中間繼電器km作用于短路器跳閘，切除變壓器。為避免氣體繼電器下觸點(diǎn)受油流沖擊出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象造成失靈，出口中間繼電器km具有自保持功能，利用km第三對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行自鎖，見(jiàn)圖以保證繼電器可靠跳閘，其中按鈕sb用于解除自鎖如不用按鈕，也可用短路器1qf輔助動(dòng)合觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解除自鎖。但這種辦法只有出口中間繼電器距高壓配電室的斷路器距離較近時(shí)才可采用

48、，否則連線太長(zhǎng)不經(jīng)濟(jì)。連接片xb用以將氣體繼電器下觸點(diǎn)切換到信號(hào)燈，使重瓦斯保護(hù)退出工作。 圖4.1.3-2變壓器氣體保護(hù)原理接線圖 瓦斯繼電器要采用抗震性能好、密封性強(qiáng)的開(kāi)口杯擋板式瓦斯繼電器，要用兩對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)，一對(duì)用做輕瓦斯發(fā)信號(hào)，另一對(duì)用做重瓦斯，直接跳變壓器三側(cè)斷路器。 重瓦斯保護(hù)在整定油流速度時(shí)，要以導(dǎo)油管中的流速為準(zhǔn)，而不能依據(jù)氣體繼電器處的流速。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，管中油流速度整定為0. 6-lm/s時(shí)，保護(hù)反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障是相當(dāng)靈敏的。但是在變壓器外部故障時(shí)，由于穿越性故障電流的影響，在導(dǎo)油管中油流速度約為0. 4-0. 5m/s，接近于靈敏的整定速度。為防止在穿越性故障時(shí)瓦斯保護(hù)

49、誤動(dòng)作，應(yīng)將油流速度整定在lm/s左右，比較理想。輕瓦斯保護(hù)整定值為250cm3即可。瓦斯保護(hù)的定值必須由獲得整定資格證書的技術(shù)部門用實(shí)際的試驗(yàn)裝置試驗(yàn)整定，而不能靠經(jīng)驗(yàn)整定，以防運(yùn)行中發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。 重瓦斯跳閘接點(diǎn)引出線在變壓器本體端子箱轉(zhuǎn)接時(shí)，正、負(fù)電源線之間必須隔3個(gè)端子，而且所用端子排必須橫著排，不能豎著排，以防端子箱密封不嚴(yán)，流進(jìn)雨水造成正、負(fù)電源短路，使瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作跳閘。圖4.1.33瓦斯保護(hù)跳閘原理 輕瓦斯不經(jīng)壓板直接作用于發(fā)信號(hào)，重瓦斯保護(hù)不需要與其他保護(hù)配合，無(wú)時(shí)限跳閘且應(yīng)經(jīng)一過(guò)可切換壓板跳閘或只發(fā)信號(hào)。如圖4.1.33所示:由于重瓦斯保護(hù)是按油流速度的大小動(dòng)作，而油的流

50、速在故障過(guò)程中往往是很不穩(wěn)定，所以重瓦斯保護(hù)動(dòng)作后，其出口繼電器必須有自保持功能，以保證有足夠的時(shí)間使斷路器跳閘，跳閘的同時(shí)發(fā)信號(hào)，信號(hào)要帶保持，靠人工復(fù)位，這樣便于運(yùn)行人員分析判斷保護(hù)動(dòng)作情況。 當(dāng)變壓器換油、注油、潛油泵檢修、瓦斯繼電器試驗(yàn)、有載調(diào)壓分接頭異常、變壓器新安裝或大修后投入運(yùn)行之初，要通過(guò)qp將瓦斯保護(hù)暫時(shí)切換到電阻r信號(hào)回路，以防重瓦斯誤動(dòng)作跳閘，按照運(yùn)行規(guī)程要求，運(yùn)行一段時(shí)間沒(méi)有異?，F(xiàn)象后投入跳閘位置。 運(yùn)行中瓦斯保護(hù)動(dòng)作后，要及時(shí)收集氣體進(jìn)行分析，并根據(jù)氣體的數(shù)量、顏色、化學(xué)成份、可燃性等判別保護(hù)動(dòng)作原因及故障性質(zhì)。 運(yùn)行中的瓦斯繼電器必須加裝緊固的防雨帽，以防雨水振進(jìn)瓦斯繼電器內(nèi)部，使接點(diǎn)短路誤動(dòng)作或防雨帽松動(dòng)被風(fēng)吹起，造成其他故障。瓦斯保護(hù)每年應(yīng)進(jìn)行一次傳動(dòng)，以檢查其接點(diǎn)及回路的可靠性。 因?yàn)橥咚贡Ｗo(hù)不能反應(yīng)變壓器油箱外套管及連接線上故障，所以不能完全取代差動(dòng)保護(hù)的作用。4.2變壓器后備保護(hù)4.21過(guò)電流保護(hù) 1、變壓器過(guò)電流保護(hù)的單相原理接線如下圖所示。 圖4.2. 111、保護(hù)的起動(dòng)電流按躲過(guò)變壓器的最大負(fù)荷電流整定，即 （4.2.1-1）可靠系數(shù)，取1.21.3；返回系數(shù)，取0.85.2、變壓器的最大負(fù)荷電流的確定（1）對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺(tái)變壓器