電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第9章電力變壓器保護(hù)

1、第9章 電力變壓器保護(hù)9.1 變壓器故障及保護(hù)9.1 電力變壓器的故障類(lèi)型及其保護(hù) 變壓器的內(nèi)部故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障兩類(lèi)。內(nèi)部：繞組的相間短路、匝間短路、接地短路，以及鐵芯燒毀等。外部故障：套管和引出線(xiàn)上發(fā)生的相間短路和接地短路。 9.1 變壓器故障及保護(hù) 不正常的運(yùn)行狀態(tài)：外部相間短路、接地短路引起的相間過(guò)電流和零序過(guò)電流，負(fù)荷超過(guò)其額定容量引起的過(guò)負(fù)荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過(guò)電壓、過(guò)勵(lì)磁等。（1）瓦斯保護(hù) 800KVA及以上和400KVA以上車(chē)間內(nèi)油浸式變壓器，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)可反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部的短路及油面降低，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開(kāi)變壓器各電源側(cè)斷路器，輕瓦斯

2、保護(hù)動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)。9.1 變壓器故障及保護(hù)（2）縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù) 6300KVA及以上并列運(yùn)行的變壓器，10000KVA及以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中6300KVA及以上重要的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。 10000KVA及以下的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。對(duì)于2000KVA以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不能滿(mǎn)足要求時(shí)，也應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。9.1 變壓器故障及保護(hù) 縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)：反應(yīng)電力變壓器繞組、套管及引出線(xiàn)發(fā)生的短路故障。（3）相間短路的后備保護(hù)作用：反應(yīng)外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流，同時(shí)作為瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)的后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限按階梯形原

3、則來(lái)整定。 （4）接地短路的零序保護(hù)9.1 變壓器故障及保護(hù)作用：零序保護(hù)用于反應(yīng)變壓器高壓側(cè)（或中壓側(cè)），以及外部元件的接地短路。 變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)；變壓器中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行時(shí)，應(yīng)裝設(shè)零序電流、電壓保護(hù)。 （5）過(guò)負(fù)荷保護(hù) 400KVA以上的變壓器，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)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)通常只裝在一相，延時(shí)動(dòng)作于發(fā)信號(hào)。9.1 變壓器故障及保護(hù)（6）其他保護(hù)高壓側(cè)電壓為500KV及以上的變壓器，因頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵(lì)磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)變壓器過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。對(duì)變壓器溫度和油箱內(nèi)壓力升高，以及冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)

4、裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。9.2 電力變壓器的瓦斯保護(hù)1 、 瓦斯繼電器的構(gòu)成和動(dòng)作原理9.2 瓦斯保護(hù) 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，短路電流產(chǎn)生的電弧使變壓器油和其它絕緣材料分解，產(chǎn)生大量的可燃性氣體，將其統(tǒng)稱(chēng)為瓦斯氣體。氣體繼電器安裝：9.2 瓦斯保護(hù)氣體繼電器結(jié)構(gòu)：9.2 瓦斯保護(hù) 正常運(yùn)行時(shí)，繼電器及開(kāi)口杯內(nèi)都充滿(mǎn)了油，開(kāi)口杯因其自重抵消浮力后的力矩小于重錘自重抵消浮力后的力矩而處于上翹狀態(tài)，固定在開(kāi)口杯旁的磁鐵4位于干簧觸點(diǎn)15的上方，干簧觸點(diǎn)可靠斷開(kāi)，輕瓦斯保護(hù)不動(dòng)作； 9.2 瓦斯保護(hù)擋板10在彈簧9的作用下處于正常位置，磁鐵11遠(yuǎn)離干簧觸點(diǎn)13，干簧觸點(diǎn)可靠斷開(kāi)，重瓦斯保護(hù)也不動(dòng)作。

5、 當(dāng)發(fā)生輕微故障時(shí)，產(chǎn)生的少量氣體逐漸聚集在繼電器頂蓋下面，使繼電器內(nèi)油面緩慢下降，油面低于開(kāi)口杯時(shí)，開(kāi)口杯所受浮力減小，其自重加杯內(nèi)油重抵消浮力后的力矩將大于重錘自重抵消浮力后的力矩，開(kāi)口杯位置隨油面的降低而下降，磁鐵4逐漸靠近干簧觸點(diǎn)15，接近到一定程度時(shí)觸點(diǎn)閉合，發(fā)出輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)。9.2 瓦斯保護(hù) 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，產(chǎn)生的大量氣體形成從油箱內(nèi)沖向油枕的強(qiáng)烈氣流，帶油的氣體直接沖擊著擋板10，克服了彈簧9的拉力使擋板偏轉(zhuǎn)，磁鐵11迅速靠近干簧觸點(diǎn)13，觸點(diǎn)閉合(即重瓦斯保護(hù)動(dòng)作)起動(dòng)保護(hù)出口繼電器，使變壓器各側(cè)斷路器跳閘。9.2 瓦斯保護(hù)9.2 瓦斯保護(hù)2 、瓦斯保護(hù)的接線(xiàn)9.

6、2 瓦斯保護(hù)至 延 時(shí) 電 路信 號(hào)9.3 電流速斷保護(hù) 對(duì)于容量較小的變壓器，當(dāng)其過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于0.5s時(shí)，可在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。與瓦斯保護(hù)配合，反應(yīng)變壓器繞組及變壓器電源側(cè)的引出線(xiàn)套管上的各種故障。保護(hù)動(dòng)作電流：（）按大于變壓器負(fù)荷側(cè)母線(xiàn)短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大短路電流 max.krelopIKI9.3 電流速斷保護(hù)9.3 電流速斷保護(hù)（2）躲過(guò)變壓器空載投入時(shí)的勵(lì)磁涌流 2KNopII)53(保護(hù)靈敏系數(shù)：opksenIIK)2(min.要求：大于等于2。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)1、變壓器縱差保護(hù)的基本原理 縱差保護(hù)用來(lái)反映變壓器的繞組、引出線(xiàn)及出線(xiàn)套管上的各種短路故障，作為大

7、中型變壓器的主保護(hù)。 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)的變壓器兩側(cè)電流的大小和相位在故障前后的變化而實(shí)現(xiàn)的。 9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)G2IIIIIII2III22IIIrIII正常運(yùn)行時(shí)：結(jié)論：正常運(yùn)行時(shí)，由于型號(hào)、特性不同將產(chǎn)生不平衡電流。G9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)IIK2IIIII2III外部短路：結(jié)論：外部短路時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的電流為最大不平衡電流。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)GKII2IIkIrIII2內(nèi)部短路：雙側(cè)電源：III2IIIkIIIrIIII22結(jié)論：內(nèi)部短路時(shí)，無(wú)論是單電源，還是雙電源，保護(hù)都能正確測(cè)量到短路點(diǎn)短路電流。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)2、變壓器差動(dòng)保護(hù)中的不平衡電流（1）兩側(cè)

8、電流互感器型號(hào)不同產(chǎn)生的不平衡電流原因：變壓器兩側(cè)的額定電壓不同兩側(cè)電流互感器的型號(hào)不同飽和特性和勵(lì)磁電流也不同解決問(wèn)題的方法：整定計(jì)算時(shí)，引入同型系數(shù)。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)（2）計(jì)算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同產(chǎn)生的不平衡電流原因：電流互感器選用的是標(biāo)準(zhǔn)化變比，電流互感器的計(jì)算變比與實(shí)際變比不同 。措施：采用自耦變流器，引入平衡系數(shù)。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)電壓額定電流(A)(115YkV)(5 .10dkV1581730電流互感器接線(xiàn)方式電流互感器計(jì)算變比電流互感器標(biāo)準(zhǔn)變比差動(dòng)臂電流（A）不平衡電流（A）dY（ ）Y517305273515835/15853005/20055. 460158395.

9、 340/15833. 440017305200022. 033. 455. 4912. 033. 4/95. 3bKMVASN5.319.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)（3）變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生的不平衡電流 調(diào)整分接頭實(shí)際上就是改變變壓器的變比，其結(jié)果破壞了電流互感器二次電流的平衡關(guān)系，產(chǎn)生了新的不平衡電流。 措施：提高保護(hù)動(dòng)作電流，即在整定計(jì)算時(shí)，引入調(diào)壓系數(shù)。調(diào)壓系數(shù)：取調(diào)壓范圍的一半。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)（4）變壓器接線(xiàn)組別的影響 常用的 接線(xiàn)組別變壓器，兩側(cè)相位存在 相位差 。3011Yd相位補(bǔ)償方法：1）通過(guò)電流互感器二次接線(xiàn)進(jìn)行相位補(bǔ)償。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)9

10、.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)arI303030333jcYaYcYcrjbYcYbYbrjaYbYaYareIIIIeIIIIeIIII9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)AYIBYICYIAdIBdICdIarIbrIcrIadIbdIcdI9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)。3，倍數(shù)值增大了相位補(bǔ)償后解決辦法：通過(guò)選擇電流互感器變比解決。553.NddTANYYTAInIn9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)2）微機(jī)保護(hù)軟件算法303jaYbYaYareIIII303jbYcYbYbreIIII303jcYcYcYcreIIII9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)3）提高變壓器單相接地短路靈敏度措施星形側(cè)：ncYcrnbYbrnaYarIIIIIII

11、II313131三角形側(cè)：303030333jcdbdcdcdrjbdadbdbdrjadcdadardeIIIIeIIIIeIIII9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部短路零序電流相加，外部短路零序電流相減。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)303030333jcdbdcdcdrjbdadbdbdrjadcdadardeIIIIeIIIIeIIIIaYIbYIcYIadIbdIcdIardIbrdIbrdI9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)(5)變壓器勵(lì)磁涌流的影響及措施定義：勵(lì)磁涌流，就是變壓器空載合閘時(shí)的暫態(tài)勵(lì)磁電流。 9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)勵(lì)磁涌流波形的特點(diǎn)：）含有很大成分的非周期分量，使曲線(xiàn)偏向時(shí)間軸的一側(cè)；）含有大

12、量的高次諧波，其中二次諧波所占比重最大；3)涌流的波形削去負(fù)波之后將出現(xiàn)間斷，圖中稱(chēng)為間斷角。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)措施：1）采用差動(dòng)電流速斷保護(hù)：利用勵(lì)磁涌流隨時(shí)間衰減的特點(diǎn)，躲過(guò)最大勵(lì)磁涌流。 NopI ).(I3522）采用以二次諧波制動(dòng)原理構(gòu)成的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)2dIdIK2其中： 是差動(dòng)電流中的二次諧波電流； 2dI2K是二次諧波制動(dòng)系數(shù)； dI是差動(dòng)電流。 9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)2dIdIK2NnddniNI1)(1diN為差動(dòng)電流采樣值，為每周采樣點(diǎn)數(shù)。 滿(mǎn)足判別式時(shí)，判為勵(lì)磁涌流，閉鎖縱差動(dòng)保護(hù)；當(dāng)判別不滿(mǎn)足時(shí)，開(kāi)放縱差動(dòng)保護(hù)。 9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)需注意問(wèn)題：當(dāng)系統(tǒng)帶有長(zhǎng)線(xiàn)路或

13、用電纜連接變壓器時(shí)，變壓器內(nèi)部短路故障差動(dòng)電流中的二次諧波含量可能較大，將引起二次諧波制動(dòng)的縱差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作。方案一：采用差動(dòng)電流速斷保護(hù)；方案二：當(dāng)電壓低于70%額定電壓時(shí)解除二次諧波制動(dòng)；方案三：采用制動(dòng)電流與差動(dòng)電流間比值小于某一值時(shí)解除二次諧波制動(dòng)的措施。解除二次諧波制動(dòng)的動(dòng)作式為resIdKI30.K 9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)方式：1）諧波比最大相制動(dòng)方式，其判別式為121212,maxdcdcdbdbdadaIIIIII2K二次諧波制動(dòng)系數(shù)。 2K9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)2）按相制動(dòng)方式，其判別式為1112,maxdcdbdadIIII2K3）綜合相制動(dòng)方式 111

14、222,max,maxdcdbdadcdbdaIIIIII2K 最大相制動(dòng)方式的定值一般選取15%20%；綜合相制動(dòng)方式的定值一般選取15%17%。9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)4）分相制動(dòng)方式1222,maxddcdbdaIIII2K（3）判別電流間斷角識(shí)別勵(lì)磁涌流 9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)特點(diǎn)：短路電流波形連續(xù)，正半周、負(fù)半周的波寬為 ，波形間斷角 幾乎為 。 1800j9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù) 對(duì)稱(chēng)性涌流，波形不連續(xù)出現(xiàn)間斷，在最嚴(yán)重情況下有： 8 .50,120max.jw9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù) 非對(duì)稱(chēng)性涌流，波形偏向時(shí)間軸一側(cè)，波形同樣不連續(xù)出現(xiàn)間斷，最嚴(yán)重情況下有： 80,4 .154max.jw9.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)判別電流間斷角識(shí)別