變壓器保護配置

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上變壓器保護配置及相關(guān)問題1. 概述1.1. 變壓器的故障和不正常狀態(tài)(1) 繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地處的單相接地短路；(2) 繞組的匝間短路；(3) 外部相間短路引起的過電流：(4) 中性點直接接地電力網(wǎng)中，外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；(5) 過負荷；(6) 過勵磁；(7) 油面降低；(8) 變壓器溫度及油箱壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障1.2 對變壓器保護的基本要求(1) 變壓器發(fā)生故障時應(yīng)將它與所有電源斷開。(2) 母線或其它與變壓器相連的其它元件發(fā)生故障，而故障元件由于某種原因（保護拒動或斷路器失靈等）其本身斷路器未能斷開情況下，應(yīng)使變壓器

2、與故障部分分開。(3) 當變壓器過負荷、油面降低、油溫過高時，應(yīng)發(fā)出報警信號2變壓器差動保護2.1 變壓器差動保護應(yīng)符合的要求規(guī)程規(guī)定：(1) 應(yīng)能躲過勵磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流(2) 應(yīng)在變壓器過勵磁時不誤動(3) 保護范圍應(yīng)包括變壓器及其引出線2.2 變壓器差動保護需要考慮的特殊問題2.2.1 變壓器勵磁涌流變壓器的高低壓側(cè)是通過電磁聯(lián)系的，僅在電源一側(cè)存在勵磁電流，它是差動保護中不平衡電流的一部分。在正常情況下，其值很小，小于變壓器額定電流的3%。當發(fā)生外部短路故障時，由于電源側(cè)母線電壓降低，勵磁電流更小，因此這些情況下的不平衡電流對差動保護的影響一般可不必考慮。在變壓器空載投入

3、電源或外部故障切除電壓恢復(fù)過程中，會出現(xiàn)勵磁涌流。勵磁涌流有如下特點：(1) 勵磁涌流的大小與合閘瞬間外加電壓的相位有關(guān)，電壓過零時合閘涌流最大，可達510倍的額定電流。這樣，對于三相變壓器，無論任何瞬間合閘，至少有兩相會出現(xiàn)不同程度的勵磁涌流。(2) 勵磁涌流中含有大量的非周期分量和高次諧波，在最初瞬間可能完全偏向時間軸一側(cè)，其中二次諧波分量所占比例最大，四次以上諧波分量很小。(3) 最初的幾個周期內(nèi)，勵磁涌流的波形是間斷的。(4) 勵磁涌流的大小和衰減速度，與合閘時電壓相位、鐵芯中剩磁的大小和方向、電源容量、變壓器容量及鐵芯材料有關(guān)。由于涌流只存在于變壓器的電源側(cè)，如不采取措施必將導(dǎo)致保護

4、的誤動作，根據(jù)涌流的性質(zhì)，可采取以下措施：(1) 利用勵磁涌流中的非周期分量使繼電器鐵芯保護，自動提高保護的動作電流。如使用速飽和鐵芯的的差動繼電器。(2) 利用延時動作或提高動作值躲過涌流。(3) 用短路電流和勵磁涌流波形的差別來躲涌流。如目前成熟使用的利用二次諧波制動和間斷角閉鎖的微機型差動保護。鑒于涌流受多種因素影響，二次諧波制動系數(shù)的定值整定只能是一個經(jīng)驗數(shù)值，一般取1520，定值過大可能導(dǎo)致在空投變壓器或區(qū)外故障切除時差動保護動作，過小則有可能使得變壓器內(nèi)部故障時差動保護動作時間延長。差動保護中二次諧波的閉鎖方式有兩種，按相閉鎖和三相“或”門閉鎖。這兩種方式也是各有利弊。按相閉鎖是指

5、三相涌流中某相二次諧波滿足制動條件，則只閉鎖該相的差動保護，由于變壓器空載合閘時三相涌流中某相波形的二次諧波成分有可能小于15，將導(dǎo)致空投時差動保護的誤動；三相“或”門閉鎖是指三相涌流中任一相二次諧波滿足制動條件，三相差動保護均被閉鎖，這種閉鎖方式可以提高差動保護的可靠性，但是在帶有閘間短路的變壓器空載合閘時，差動保護將因非故障相的勵磁涌流而閉鎖，造成變壓器閘間短路的延緩切除，使損壞更加嚴重，變壓器容量越大延緩時間就越長。投那種方式，應(yīng)視具體情況而定，當選擇按相閉鎖方式時，可采取兩相差動動作才出口的方式。新變壓器投運或大修后投運以及更換主變差動保護后，都要進行3-5次的空載投入沖擊試驗，除去一

6、次設(shè)備的要求外，檢驗差動保護在涌流情況下的動作特性也是其重要原因。所以空載投入變壓器時應(yīng)將差動保護投入，以檢驗該變壓器差動保護躲涌流的定值是否合適，如出現(xiàn)誤動應(yīng)及時調(diào)整定值。2.2.2 變壓器接線組別的影響和措施對于常用的Y,d11接線的變壓器，由于三角側(cè)的線電壓與星形側(cè)相應(yīng)的線電壓相差30°，故其相應(yīng)相的電流相位關(guān)系也相差30°，即三角側(cè)的電流比星形側(cè)的同一電流在相位上超前30°，因此即使變壓器兩側(cè)電流互感器的二次電流相等，在差動回路中也會出現(xiàn)不平衡電流。對這種由接線形式引起的不平衡電流，一般采用相位補償法補償，即將變壓器星形側(cè)的電流互感器接成三角形，而將變壓器

7、三角側(cè)的電流互感器接成星形，從而把電流互感器二次電流的相位校正過來。微機型差動保護多通過軟件計算完成相位補償，兩側(cè)的電流互感器都接成星形。2.2.3 帶負荷調(diào)壓在運行中改變分接頭有載調(diào)壓變壓器在運行中，常常需要改變分接頭以調(diào)整電壓，這樣實際上改變了變壓器的變比，從而增大了差動回路中的不平衡電流，這一問題的解決一般采用提高保護動作電流來消除影響。2.2.4 區(qū)外故障不平衡電流的增大變壓器在正常負荷狀態(tài)下，電流互感器的誤差很小，這時差動保護的差回路不平衡電流也很小。但隨著外部短路電流的增大，電流互感器就可能飽和，誤差也隨著增大，不平衡電流也隨之增大。當不平衡電流超過保護動作電流時，差動保護就誤動。

8、如果將差動保護做成這樣的特性：它的動作電流將隨著不平衡電流的增大而按比例增大，且比不平衡電流增大的還要快，則上述誤動就不會出現(xiàn)?，F(xiàn)在廣泛采用的比率制動式差動保護就具備這樣的特點。2.3 差動速斷保護變壓器的差動速斷保護實際上就是反應(yīng)差動電流的過電流繼電器，不經(jīng)任何閉鎖和制動，靠定值整定躲過涌流和不平衡電流，任一相差電流大于動作值就動作于出口繼電器，以保證在差動范圍內(nèi)發(fā)生嚴重故障時能快速動作出口。2.4 比率制動差動保護比率制動是目前差動保護的主流動作原理，各廠家各型號的差動保護都采用原理，所不同之處只是涌流判據(jù)和采取什么樣的比率制動特性。比率制動差動保護除了引入差動電流作為動作電流外，還引入外

9、部短路電流作為制動電流，當外部短路電流增大時，制動電流隨之增大，是差動繼電器的動作電流相應(yīng)增大。這樣就可以在不提高動作整定值的情況下，有效避免由于外部短路時不平衡電流引起的誤動，并保證差動保護范圍內(nèi)短路時的動作靈敏度。比率制動差動保護的通用特性如式1，特性曲線如圖1：IdIdmin （Ir <Ir min ） (1)IdIr + K(Ir-Irmin ) （IrIr min ）式中，Id 差動電流K 差動動作特性斜線段的斜率Idmin 差動電流動作門檻定值Ir 制動電流Irmin 制動電流拐點值。    按照制動系數(shù)定義KresIopIres &#

10、160;               （2）式中Iop為差動保護的動作電流；Ires為差動保護的制動電流。 當差動保護動作特性不過原點時，Kres顯然與差動保護動作特性中的斜率K是不同的。當制動電流小于Irmin時，差動保護的動作取決于差電流門檻值Idmin，與制動電流無關(guān)。此時制動系數(shù)無意義。當制動電流大于拐點制動電流時，拐點制動電流越小，則制動系數(shù)Kres越大。制動系數(shù)Kres隨著制動電流的增大，越來越逼近動作特性的斜率。即當發(fā)生嚴重故障時，保護動作的

11、靈敏度僅與動作特性的斜率有關(guān)，而與差動電流門檻值和拐點制動電流無關(guān)。由以上分析可知，為了使發(fā)生外部故障時保護不誤動作，拐點制動電流不能取得太大。通常取差電流門檻值略大于正常情況下的最大不平衡電流。與此對應(yīng)，取拐點制動電流為接近于正常情況下的制動電流。常規(guī)差動在正常工作時，制動電流大小為負荷電流，接近于額定電流?？紤]到此時電流互感器誤差較小，可以將拐點制動電流取在額定電流附近。通常通過比較制動系數(shù)的大小來評價差動保護的動作性能：對于相同的制動電流Ires，當制動系數(shù)越大時，區(qū)內(nèi)故障使保護能夠動作的差動電流越大，保護動作越不靈敏；另一方面，對于區(qū)外故障而言，制動系數(shù)越大，允許兩側(cè)CT的飽和及暫態(tài)誤

12、差越大，保護越不容易誤動。對于新安裝的差動保護在正式投運前應(yīng)作如下工作：a. 安裝時進行電流互感器二次極性測試，確保按裝置要求的接線方式接入電流互感器二次回路b. 在變壓器充電時，投入差動保護c. 變壓器充電合閘5次，以檢查差動保護躲勵磁涌流的性能和定值d. 帶負荷前將差動保護停運，打開跳閘壓板，測量各側(cè)各相電流的有效值和相位，并檢查是否與實際相符e. 測各相差電流，f. 檢查無誤后，投入差動保護2.5 變壓器本體保護變壓器本體保護主要包括本體重瓦斯、本體輕瓦斯、有載重瓦斯、壓力釋放、超溫等保護，超高壓大容量變壓器有的還需要設(shè)置“冷卻器全?！北Ｗo，經(jīng)長延時后跳閘。壓力釋放動作于變壓器本體油箱壓

13、力釋放閥的接點，超溫跳閘動作于感受變壓器油溫的電子溫度計接點，由于這兩種保護的可靠性較低，維護也不宜，一般現(xiàn)場都不投跳閘。瓦斯保護是最主要和最基本的本體保護，和變壓器差動保護一起構(gòu)成變壓器的主保護。瓦斯保護主要反映變壓器油箱內(nèi)部的各種故障，特別是鐵芯故障。無論差動保護或其它保護如何改進提高性能，也不能代替。當然，瓦斯保護也不能代替差動保護，因為它無法保護變壓器套管引出線和連接線短路故障，另外，內(nèi)部電氣故障是瓦斯保護的反應(yīng)較慢。由于瓦斯保護和差動保護的重要性，運行中的變壓器是不允許退出的，確有必要時，必須經(jīng)總工批準。瓦斯保護動作于瓦斯繼電器，目前常用的為開口杯和擋板復(fù)合式繼電器，安裝于變壓器油枕

14、和本體油箱的連接油管上，變壓器內(nèi)部的任何故障都會引起油箱內(nèi)油氣的變化，從而使瓦斯繼電器動作。瓦斯繼電器一般可提供輕瓦斯和重瓦斯兩種接點，輕瓦斯聯(lián)動于繼電器上部的開口杯，反應(yīng)繼電器內(nèi)油面的下降，動作于信號，定值以體積整定；重瓦斯接點聯(lián)動于繼電器內(nèi)部的擋板，反應(yīng)油管內(nèi)油流速的變化，動作于跳閘。運行實踐表明，瓦斯繼電器的誤動作率較高，且誤動原因較難明確。安裝使用中要特別注意?，F(xiàn)在常用的瓦斯繼電器，其重瓦斯接點一般是三柱兩接點，安裝時應(yīng)將兩副接點串聯(lián)使用，以保證可靠性。東北地區(qū)還有自己的特殊要求。相關(guān)反措要求還有：重瓦斯跳閘重動中間繼電器的動作電壓不能低于50%的額定電壓；重瓦斯出口中間不能與其它保護

15、共用等。2.6110KV及以下變壓器后備保護配置根據(jù)繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程、310KV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程中有關(guān)條文要求：電力變壓器應(yīng)裝設(shè)外部接地、相間短路引起的過電流保護及中性點過電壓保護裝置，以作為相鄰元件及變壓器內(nèi)部故障的后備保護。也就是說，變壓器后備保護不僅要作變壓器故障的后備保護，還常常要兼顧本側(cè)出線故障的后備保護，110KV及以下系統(tǒng)中電源側(cè)后備保護還常常兼作負荷側(cè)母線短路和出線的后備保護。變壓器后備保護的配置原則、跳閘方式、整定原則等都應(yīng)符合上述規(guī)程規(guī)定，以達到快速切除故障縮小故障范圍，保證系統(tǒng)穩(wěn)定和主設(shè)備安全。繼電保護系統(tǒng)配置的最基本要求。1) 任何電力設(shè)備和線

16、路，不得在任何時候處于無繼電保護的狀態(tài)下運行。2) 任何電力設(shè)備和線路在運行中，必須在任何時候由兩套完全獨立的繼電保護分別控制兩臺完全獨立斷路器實現(xiàn)保護。2.6.1 相間故障變壓器后備保護(1) 過電流保護變壓器各側(cè)的過電流保護過電流元件按相設(shè)置，均按躲開變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流整定，但不作為短路保護的一級參與選擇性配合，其動作時間應(yīng)大于出線保護的最長時間。最大負荷要考慮事故時，可能出現(xiàn)的過負荷，如并列運行的變壓器切除一臺后，另一臺可能出現(xiàn)的過負荷，對降壓變壓器還要考慮電動機自啟動時的最大電流。上述保護動作應(yīng)跳各側(cè)變壓器。(2) 復(fù)合電壓閉鎖過流作為變壓器短路故障的后備保護應(yīng)主要作為相鄰元

17、件及變壓器內(nèi)部故障的后備保護。常常因靈敏度不足而增加復(fù)合電壓閉鎖回路。也就是說，在不對稱性故障時，出現(xiàn)負序電壓以及在對稱性故障保護安裝處三相電壓低于某一值時，才可開放過電流保護，這樣使復(fù)合電壓閉鎖過流的電流定值大大下降，也就提高了靈敏度。使用復(fù)合電壓閉鎖過流應(yīng)注意以下問題：1) 在電壓側(cè)要求配置相間短路故障后備過流保護時，一般要求作對側(cè)母線相間故障的后備保護，此時不僅要求電流整定要有靈敏度，而且要校驗復(fù)合電壓閉鎖的開放電壓也要有靈敏度。否則會導(dǎo)致低壓側(cè)母線故障時應(yīng)電壓未降到開放值而使保護拒動。常用的做法是高壓側(cè)的復(fù)合電壓閉鎖元件取三側(cè)電壓構(gòu)成“或”門或?qū)⒏鱾?cè)復(fù)壓接點并聯(lián)構(gòu)成“或門。2) 各側(cè)、

18、各段電流元件是否經(jīng)復(fù)壓閉鎖應(yīng)能分別投退3) 復(fù)壓元件應(yīng)具備電壓互感器二次回路斷線或電壓元件檢修時保護誤開放的措施。(3) 帶方向的復(fù)合電壓閉鎖過流與電網(wǎng)配合的變壓器后備保護裝置，應(yīng)根據(jù)選擇性要求確定是否經(jīng)過方向元件控制，并且方向元件應(yīng)有記憶功能，保證出口三相短路時方向元件可靠動作。方向元件和電流元件應(yīng)采用按相配置的原則。(4) 相間短路后備保護的配置原則作為變壓器本身和相鄰元件相間短路的后備保護，原則上應(yīng)在變壓器各側(cè)裝設(shè)，并應(yīng)注意到能反映電流互感器與斷路器之間的故障。為適當簡化后備保護，可采用下列處理辦法：a.除主電源側(cè)外，其它各側(cè)保護只作為相鄰元件的后備保護，而不作為變壓器本身的后備保護，因

19、為一般變壓器均裝有瓦斯保護和至少一套主保護，在有一套主電源側(cè)的后備保護已足夠。b.小電源側(cè)或無電源側(cè)的過電流保護主要保護本側(cè)母線，同時兼作本側(cè)出線的后備保護，時間定值應(yīng)與出線保護最長動作時間配合，動作后先跳聯(lián)絡(luò)變，再跳本側(cè)，后跳三側(cè)。c.對于中低壓側(cè)母線短路容量較大的變電站，當母線故障或出線故障出線斷路器拒動時，若仍按上述原則整定，將有可能由于故障切除時間過長而導(dǎo)致變壓器的損壞。這時就需要在該側(cè)設(shè)置一套限時速斷保護，與相鄰線路的速斷保護配合，保證在母線或出口短路時能已最快速度切除故障。2.6.2 接地故障變壓器的后備保護作為變壓器接地故障的后備保護，有變壓器的零序電流和零序電壓保護，它們是整個

20、電網(wǎng)接地保護的組成部分之一，它的配置與整定必須和電網(wǎng)接地保護相配合。在中性點直接接地的電力網(wǎng)中，如變壓器的中性點直接接地運行，對外部單相接地引起的過電流，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。零序電流的段數(shù)、動作時限及如何動作于斷路器可以依據(jù)規(guī)程根據(jù)電網(wǎng)情況整定。當變壓器中性點可能接地運行或不接地運行時，則對外部接地引起的過電流，以及對因失去中性點引起的電壓升高，應(yīng)裝設(shè)零序保護。對全絕緣變壓器除裝設(shè)零序電流保護外，并裝設(shè)零序過電壓保護，當電力網(wǎng)單相接地失去接地中性點時，零序過電壓保護經(jīng)0.3-0.5s時限斷開變壓器各側(cè)斷路器。對分級絕緣變壓器、中性點應(yīng)裝設(shè)放電間隙，除按規(guī)定裝設(shè)零序保護外，并增設(shè)反應(yīng)零序電壓和放

21、電間隙電流的零序電流電壓保護，均以0.30.5s時限跳各側(cè)斷路器，用于實現(xiàn)大接地電流系統(tǒng)中不接地變壓器的過電壓保護。相關(guān)問題：(1) 根據(jù)快速切除故障，不影響高一級電壓電網(wǎng)穩(wěn)定、保證主設(shè)備安全和便于繼電保護整定配合的原則，來選擇保護的范圍及方向。a. 降壓變壓器（包括中壓側(cè)有電源的降壓變壓器），主電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)變的高壓側(cè)，接地、相間保護的方向宜指向變壓器，且應(yīng)對中壓母線有足夠的靈敏度（只有在變壓器主保護得到加強而作為高壓側(cè)母線后備時才指向母線）、中壓側(cè)相間接地保護的方向宜指向中壓側(cè)母線，并對中壓側(cè)母線有足夠靈敏度。b.發(fā)電廠的升壓變壓器，高中壓側(cè)、后備保護的方向指向本側(cè)母線（即保護方向指向負荷）。且有足夠靈敏度c.低壓側(cè)宜不帶方向，如下設(shè)置方向，方向指向低壓母線d.降壓變、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變、升壓變高壓側(cè)的相間、接地后備保護應(yīng)有一段不帶方向、作為總后備e.方向指向與跳閘方式關(guān)系密切，必須注意一致性(2) 根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗和有關(guān)規(guī)程要求，不推薦先跳中性點不接地，后跳中性點直接接地變壓器的聯(lián)調(diào)方式。110KV、220KV直接接地系統(tǒng)的中性點不接地變壓器采用放電間隙零序過流和零序電壓的保