變壓器保護原理

1、1.1 變壓器比率制動式差動保護比率制動式差動保護是變壓器的主保護，能反映變壓器內(nèi)部相間短路故障、高壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障。變壓器保護裝置最多可實現(xiàn)四側(cè)差動，動作特性圖如圖6-1-1所示：圖6-1-1 比率差動保護動作特性圖1.1.1 比率差動原理1.1.1.1 差動動作方程如下當(dāng) ; 當(dāng) (6-1-1)為差動電流，為差動最小動作電流整定值，為制動電流，為最小制動電流整定值，S為比率制動系數(shù)整定值，各側(cè)電流的方向都以指向變壓器為正方向。1.1.1.1.1 對于兩側(cè)差動： = | (6-1-2) = | / 2 (6-1-3)1.1.1.1.2 對于三側(cè)及以上數(shù)側(cè)的差動：= | +

2、+ | (6-1-4)= max |，|，| (6-1-5)式中：，分別為變壓器各側(cè)電流互感器二次側(cè)的電流。1.1.1.1.3 對于無電源低壓側(cè)帶分支的兩圈變差動： = | (6-1-6) = | / 2 (6-1-7)式中：、分別為變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)A分支和低壓側(cè)B分支電流互感器二次側(cè)的電流。1.1.2 勵磁涌流判別保護利用三相差動電流中的二次諧波分量作為勵磁涌流閉鎖判據(jù)。判別方程如下： (6-1-8)式中：為A，B，C三相差動電流中最大二次諧波電流，為二次諧波制動系數(shù)，為三相差動電流中最大基波電流。該判據(jù)閉鎖方式為“或”閉鎖，即涌流滿足(6-1-8)式，同時閉鎖三相保護。1.1.3 比率

3、制動式差動保護邏輯圖如圖6-1-2所示：圖6-1-2 差動保護邏輯圖1.1.4 差流速斷、差流越限保護邏輯圖 差流速斷保護邏輯圖如圖6-1-3所示：圖6-1-3 差流速斷保護邏輯圖當(dāng)任一相差動電流大于差流速斷整定值時瞬時動作于跳各側(cè)斷路器。差流越限保護邏輯圖如圖6-1-4所示：圖6-1-4 差流越限保護邏輯圖1.1.5 TA斷線判別當(dāng)三相電流都大于0.2倍的額定電流時，啟動TA斷線判別程序，滿足下列條件認為TA斷線：a本側(cè)三相電流中至少一相電流不變；b最大相電流小于1.2倍的額定電流；c任意一相電流為零。1.2 過流保護變壓器的中、低壓側(cè)發(fā)生區(qū)外故障時，由于后備保護裝置直流電源故障而造成保護拒

4、動時有發(fā)生，嚴重地威脅變壓器的安全運行和電網(wǎng)的穩(wěn)定，為了避免這種情況的發(fā)生，變壓器的中、低壓側(cè)各設(shè)一段過流保護，作為變壓器的后備保護，該保護動作后作用于變壓器各側(cè)斷路器。1.2.1 過流保護的邏輯圖如圖6-2-1所示：圖6-2-1 過流保護的邏輯圖1.3 相間后備保護復(fù)合電壓過流保護，、段可帶方向閉鎖，由控制字選擇，方向電壓取本側(cè)電壓，方向元件帶有記憶功能以消除近處三相短路時方向元件的死區(qū)。復(fù)合電壓閉鎖過流保護可取三側(cè)復(fù)合電壓，任一側(cè)復(fù)合電壓動作均可啟動過流保護。該保護由復(fù)合電壓元件、相間方向元件及三相過流元件“與”構(gòu)成。其中復(fù)合電壓元件、相間方向元件可由軟件控制字選擇“投入”或“退出”，相間

5、方向的指向也可由軟件控制字選擇為指向變壓器（方向指向控制字整定為1，最大靈敏角為-45°）或為指向母線（方向指向控制字整定為0，最大靈敏角為135°）。1.3.1 復(fù)合電壓1.3.1.1 復(fù)合電壓元件復(fù)合電壓動作后提供兩對觸點，用于啟動其它側(cè)復(fù)合電壓過流保護；同時也可以用其它側(cè)的復(fù)合電壓啟動本側(cè)的復(fù)合電壓過流保護通過開入量)。 1.3.1.2 保護原理復(fù)合電壓元件由負序電壓和低電壓兩部分組成。負序電壓反映系統(tǒng)的不對稱故障，低電壓反映系統(tǒng)對稱故障。1.3.1.3 判據(jù)說明下列兩個條件中任一條件滿足時，復(fù)合電壓元件動作。 為負序電壓整定值； 為低電壓整定值，U為三個線電壓中最小

6、的一個。1.3.1.4 復(fù)合電壓的邏輯圖如圖6-3-1所示：圖6-3-1 復(fù)合電壓邏輯圖1.3.2 復(fù)合電壓 (方向)過流保護1.3.2.1 判據(jù)說明1.3.2.1.1 過流元件過流元件接于電流互感器二次三相回路中，當(dāng)任一相電流滿足下列條件時，過流元件動作。 為動作電流整定值。1.3.2.1.2 相間功率方向元件方向元件的軟件算法采用90°接線方式，動作判據(jù)為(以，為例)： （靈敏角）Re表示取向量的實部。1.4 接地后備保護對于110 kV及以上電壓等級的變壓器需要設(shè)置接地保護。對中性點直接接地運行的變壓器，配置三段式零序（方向）過流保護。第一段和第二段均帶方向，并各段方向元件可獨

7、立通過控制字投退，第三段不帶方向(專用去零序聯(lián)跳)。第一段和第二段均有兩個時限，第三段僅一個時限。本裝置針對變壓器中性點可能接地動行或不接地運行，對外部單相接地引起的過電流，及因失去接地中性點引起的電壓升高，除配置上述零序（方向）過流保護外，還按情況設(shè)如下保護。a.對分級絕緣變壓器，一般要求中性點裝設(shè)放電間隙，則配反應(yīng)零序電壓和間隙放電電流的間隙零序保護。b對一些中性點尚未裝設(shè)放電間隙的分級絕緣變壓器，有的地方仍用零序聯(lián)跳，保護先切除同一變電站中的不接地變壓器，然后再跳開同一變電站中的中性點接地變壓器。c.對全絕緣變壓器，中性點不接地時設(shè)有一段零序電壓保護，該保護動作后均跳主變各側(cè)開關(guān)。對中、

8、低壓側(cè)配置一段零序電壓保護，用于單相接地故障時發(fā)告警信號。1.4.1 零序（方向）過流保護零序（方向）過流保護作為變壓器或相鄰元件接地故障的后備保護，該保護由零序過流元件及零序功率方向元件“與”構(gòu)成。其中，零序功率方向元件可由軟件控制字整定“投入”或“退出”，零序功率方向的指向可由軟件整定為指向變壓器或母線。1.4.1.1 保護原理由零序過流元件及零序功率方向元件“與”構(gòu)成。其中，零序功率方向元件可由軟件控制字整定“投入”或“退出”，零序功率方向的指向可由軟件整定為指向變壓器或母線。1.4.1.2 判據(jù)說明1.4.1.2.1 零序過流元件零序方向過流保護的過流元件可用三相TA組成的自產(chǎn)零序電流

9、，也可以用變壓器中性點專用零序TA的電流。裝置提供“動作電流選擇”控制字以供用戶選擇，該控制字整定為“1”時，過流用自產(chǎn)零序電流；該控制字整定為“0”時，過流用專用零序電流。不帶方向的零序過流保護第三段的過流元件用變壓器中性點專用零序TA的電流。1.4.1.2.2 零序功率方向元件零序過流保護的方向電流元件用自產(chǎn)零序電流。方向指向變壓器，方向指向控制字為“1”時，靈敏角為-110°；方向指向母線，方向指向控制字為“0”時，靈敏角為70°。動作判據(jù)： （靈敏角）Re表示取向量的實部。零序方向元件的電流取自三相TA組成的零序回路中的自產(chǎn)零序電流，TA的正極性端在母線側(cè)；電壓可以

10、取三相TV組成的零序回路中的自產(chǎn)零序電壓，也可以取TV開口三角電壓。1.4.1.2.3 零序電壓閉鎖元件可由軟件控制字整定“投入”或“退出”。零序電壓閉鎖元件的零序電壓取自TV開口三角電壓。1.4.1.3 零序方向元件TA與TV的極性連接圖如圖6-4-1所示：圖6-4-1 零序方向元件TA與TV間的極性連接圖1.4.1.4 零序方向過流保護邏輯框圖如圖6-4-2所示：圖6-4-2 零序方向過流保護邏輯圖1.4.1.5 零序方向元件的動作特性裝置設(shè)有“方向指向”控制字，當(dāng)TA極性接線符合上述接線示意圖時，控制字指向設(shè)為“1”，方向指向變壓器，方向靈敏角為-110°；方向指向設(shè)為“0”，

11、方向指向母線，方向靈敏角為70°。方向元件的動作特性如圖6-4-3所示：圖6-4-3a 方向指向變壓器時的動作區(qū)(陰影側(cè)) 圖6-4-3b 方向指向母線時的動作區(qū)(陰影側(cè))1.4.2 零序電壓保護對全絕緣變壓器因系統(tǒng)失去接地中性點引起的電壓升高，設(shè)高壓側(cè)零序過電壓保護做接地后備；對中、低壓側(cè)配置一段零序過電壓保護，用于接地故障時發(fā)告警信號。零序電壓取自母線TV二次開口三角。1.4.3 零序聯(lián)跳保護適用于變壓器中性點接地運行系統(tǒng)中，變電站有兩臺或兩臺以上并聯(lián)運行的中性點未裝放電間隙的分級絕緣變壓器。變壓器中性點不接地運行變壓器的零序聯(lián)跳保護由零序電流閉鎖元件、零序電壓元件和開入量組成，

12、該開入量為變壓器中性點接地運行變壓器的零序過流保護的動作觸點。零序電壓取自母線TV二次開口三角側(cè)，零序電流取變壓器中性點專用零序電流互感器。1.4.4 間隙零序保護該保護適用于中性點裝設(shè)放電間隙的分級絕緣變壓器，保護由零序電壓元件和零序電流元件構(gòu)成，零序電壓取自母線TV二次開口三角側(cè)，零序電流取自放電間隙處電流互感器。由于間隙在擊穿的過程中，零序電壓和零序電流可能交替出現(xiàn)。當(dāng)間隙電壓元件或間隙電流元件動作后，保持一定時間，經(jīng)過延時保護動作。間隙零序過流保護則僅由零序電流元件構(gòu)成，零序電流取自放電間隙處電流互感器。與零序過電壓保護共同實現(xiàn)間隙零序保護的功能。 1.5 過負荷（有載調(diào)壓閉鎖、通風(fēng)啟

13、動）保護裝置設(shè)有三個保護分別對應(yīng)這三項功能，取最大相電流作為判別。裝置給出一副通風(fēng)啟動觸點，一副有載調(diào)壓閉鎖觸點。1.6 限時速斷保護變壓器的低壓側(cè)配置限時速斷保護，在線路近端故障斷路器拒動或母線故障時，以較短時限跳開本側(cè)斷路器，避免了因復(fù)壓閉鎖過流保護時限過長而燒壞變壓器。1.7 母線充電保護母線充電保護是一種限時電流速斷保護，僅在對母線充電時短時投入。在檢測到母線充電開入（斷路器HWJ）從斷開變至閉合時，短時投入母充保護，15 s后自動退出母充保護。1.8 TV斷線判別1.8.1 判據(jù)原理a負序電壓大于8 V，三相電流均小于1.2倍額定電流。b正序電壓小于30 V，且任一相電流大于0.06倍額定電流，且三相電流均小于1.2倍額定電流。滿足上述任一條件后延時10 s報母線TV斷線，發(fā)TV斷線信號。1.8.2 與電壓有關(guān)的判別的注意事項當(dāng)某側(cè)TV檢修或旁路代路時，為保證該側(cè)后備保護的正確動作，需退出該側(cè)“電壓投退”硬壓板，此時該側(cè)后備保護的功能有如下變化：a. 復(fù)合電壓僅取本側(cè)時，復(fù)合電壓（方向）過流保護自動解除本側(cè)復(fù)合電壓元件，變?yōu)閱渭兊倪^流保護；b. 復(fù)合電