第6章 電力變壓器保護

1、2022-5-312022-5-326.1 電力變壓器的故障不正常運行狀態(tài) 及其相應(yīng)的保護方式變壓器的故障類型油箱內(nèi)部故障：繞組匝間，繞組相間，中性點接地側(cè)的接地短路。油箱外部故障：套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。2022-5-33變壓器的不正常工作情況外部短路引起的過電流；外部短路引起的中性點過壓；過負荷；油面降低；油溫升高；過勵磁。2022-5-34變壓器應(yīng)裝設(shè)的繼電保護裝置一般裝設(shè)以下保護：1.瓦斯保護 2.縱差動保護或電流速斷保護3.相間后備保護4.接地后備保護5.過負荷保護6.過勵磁保護7.其他保護，如冷卻器故障、壓力釋放等2022-5-35瓦斯保護瓦斯保護是變壓器的主保護之

2、一。瓦斯保護的主要元件是瓦斯（氣體）繼電器，安裝位置在油箱與油枕的連接導(dǎo)管中。6.2 變壓器的瓦斯保護 瓦斯繼電器油枕2022-5-36下開口杯 上開口杯 干簧觸點 干簧觸點 平衡錘 放氣閥 探針 支架 擋板 進油擋板 永久磁鐵 永久磁鐵 FJ3-80型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖 2022-5-37QJ1-80型氣體繼電器結(jié)構(gòu)圖 罩 頂針 氣塞 磁鐵 開口杯 重錘 探針 開口銷 彈簧 擋板 磁鐵 螺桿 干簧觸點 調(diào)節(jié)桿 干簧觸點 套管 排氣口 2022-5-38輕瓦斯動作于信號輕瓦斯動作后應(yīng)檢查變壓器油樣，判別故障類型、程度重瓦斯動作于跳閘，同時發(fā)出信號通常氣體容積的整定范圍為250300CM3 一般

3、油流流速整定范圍為0.61.5m/s 2022-5-39 瓦斯保護的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，靈敏性高，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的各種故障。特別是能反應(yīng)輕微匝間短路。它也是油箱漏油或繞組、鐵芯燒損的唯一保護。 瓦斯保護不能反應(yīng)變壓器套管和引出線的故障，需與縱差動保護一起作為變壓器的主保護。2022-5-3106.3 變壓器的差動保護KD 變壓器縱差動保護與輸電線路縱聯(lián)差動保護的基本原理相同。TA2TA1一、變壓器縱差動保護的原理 核心問題仍是不平衡電流問題2022-5-311二、不平衡電流及相應(yīng)措施分析不平衡電流形成原因計算不平衡電流大小整定差動保護動作值躲過不平衡電流影響減小不平衡電流采取技術(shù)措施降低動

4、作值，提高靈敏度2022-5-312變壓器差動保護不平衡電流產(chǎn)生的原因有：TA勵磁特性不一致變壓器各側(cè)電流不同相TA變比標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整分接頭勵磁電流及勵磁涌流差動保護共同問題變壓器差動保護特殊問題2022-5-313TA勵磁特性不一致TA勵磁電流TA誤差TA勵磁電流差異差動保護不平衡電流不平衡電流經(jīng)驗公式unbster 1TA/IK K IK同型系數(shù)TA誤差10一次電流TA變比取1變壓器差動保護特點為：TA同型系數(shù)取12022-5-314變壓器各側(cè)電流不同相 對于Y，d11型變壓器，正常運行時d側(cè)電流超前Y側(cè)電流300，形成不平衡電流。方法1.“外轉(zhuǎn)角”變壓器Y側(cè)電流互感器的二次繞組接成三角形，d

5、側(cè)的三個電流互感器接成星形。對策：相位補償在保護外將相位補償過來將變壓器各側(cè)二次電流調(diào)整為同相2022-5-315cbaCBAKD1KD2KD3一次電流YYYA1B1C1III、YYYA2B2C2III、二次電流一次電流A1B1C1III、A2B2C2III、二次電流2022-5-316 一次電流縱差動保護電流相量圖二次電流YC1IYB1IYA1IYA2IYB2IYC2IYYA2B2IIYYB2C2IIYYC2A2IIA1IB1IC1IA2IB2IC2I同相Y側(cè)側(cè)不同相2022-5-317采用相位補償接線后，對于TA接成三角形的一側(cè)，流入差動臂的電流增加了，應(yīng)對該側(cè)的TA變比進行修正。( )(

6、 )35TN YTA YIK5)()(TNTAIK變壓器星形側(cè)電流互感器變比 變壓器三角形側(cè)電流互感器變比 2022-5-318方法2.“內(nèi)轉(zhuǎn)角”在保護內(nèi)部采用軟件算法進行相位補償變壓器各側(cè)電流互感器均接成星形。AA0BB0CC0()()()IIIIIIIII PST1200采用RCS978采用AACBBACCB()/3()/3()/3IIIIIIIII 主變Y側(cè)主變側(cè)AABBBCCCA()/3()/3()/3IIIIIIIII 主變Y側(cè)主變側(cè)不變換2022-5-319！無論哪種相位補償方式應(yīng)保證差動電流中不含零序成分外部發(fā)生接地故障時，零序電流僅流過變壓器高壓側(cè)，不去除零序電流則會產(chǎn)生差動電

7、流，導(dǎo)致保護誤動變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，盡管差動電流中不含零序電流，但由于有正序、負序故障電流，差動保護可以動作，靈敏度有所降低。為提高接地故障靈敏度，聯(lián)絡(luò)變可設(shè)專門的零序電流差動保護（簡稱零差）。2022-5-320TA變比標(biāo)準(zhǔn)化3 120/5207.8/5觀察算例：2022-5-321TA變比標(biāo)準(zhǔn)化問題解決方法：老式電磁型差動繼電器（如BCH、DCD系列）：使用平衡繞組Wbal,同時在整定時考慮fI1，f為平衡線圈選取誤差，取0.05微機型變壓器保護：軟件算法中引入補償系數(shù)平衡二次電流采樣值電流二次回路串入自耦變流器，微調(diào)二次電流2022-5-322調(diào)整分接頭變壓器調(diào)整分接頭時一側(cè)額定

8、電流改變，而另一側(cè)電流不變，產(chǎn)生不平衡電流解決方法：計算變壓器額定電流以中間的分接頭為準(zhǔn)，整定動作電流時考慮調(diào)壓范圍的一半。k.maxunb.maxTAUIIn調(diào)壓范圍的一半最大外部故障電流2022-5-323勵磁電流及勵磁涌流勵磁電流屬于不平衡電流。勵磁電流較小，210額定電流，整定時很容易躲過。變壓器空載合閘或外部故障切除時，電壓突變，變壓器產(chǎn)生勵磁涌流，對差動保護影響很大。如何躲避勵磁涌流影響，是研究變壓器差動保護面臨的主要難點之一。2022-5-324勵磁涌流產(chǎn)生的原因根據(jù)能量守恒定律，鐵芯中的磁通不能突變。+ m- m suruperaperT/2Tt t,u變壓器 .m =2 m+

9、 surper+aper+ surper周期分量穩(wěn)態(tài)磁通aper非周期分量暫態(tài)磁通sur剩磁當(dāng)電壓突變時2022-5-325tt .mimiim tt .m半周波后磁通達到最大由于鐵芯飽和電流激增im2022-5-326勵磁涌流錄波（空載合閘）2022-5-327必須研究勵磁涌流與短路電流的波形區(qū)別，利用電流波形識別勵磁涌流，當(dāng)發(fā)生勵磁涌流時閉鎖差動保護，防止誤動。勵磁涌流幅值可達5-10倍額定電流，與短路電流相當(dāng)。勵磁涌流隨著磁通中非周期分量一起衰減，最后消失，勵磁電流回到正常值，涌流衰減時間為秒級。差動保護以動作電流躲過，會導(dǎo)致內(nèi)部故障拒動差動保護以動作時間躲過，故障切除時間過長2022-

10、5-328勵磁涌流的波形特點3.波形存在間斷角。2.含有大量高次諧波，其中以二次諧波成分為主。1.含有較大的非周期分量；波形偏于時間軸一側(cè)，嚴重不對稱。2022-5-329防止勵磁涌流引起縱差保護誤動的措施2. 波形不對稱識別1.采用帶速飽和變流器的差動繼電器BCH、DCD系列老式電磁型繼電器，當(dāng)差動電流中直流分量含量較高時自動提高動作電流（即具有“直流助磁”特性），防止保護誤動。4.波形間斷角鑒別微機保護可以識別差動電流的正負半周是否對稱，當(dāng)電流波形嚴重不對稱時判為勵磁涌流情況，閉鎖差動保護。3. 二次諧波閉鎖（制動）差動電流中二次諧波含量較高時閉鎖差動保護；或自動提高動作電流，二次諧波越大

11、，動作電流提高越多。差動電流波形中間斷角達到一定值（如600）以上時，閉鎖差動保護。2022-5-330勵磁涌流產(chǎn)生原因勵磁涌流波形特點防止勵磁涌流影響方法電壓突變，磁通不能突變，產(chǎn)生暫態(tài)磁通，鐵芯嚴重飽和，勵磁電流激增含有很大非周期分量，波形嚴重不對稱含有較大二次諧波分量波形具有間斷角直流助磁，識別波形不對稱二次諧波閉鎖（制動）間斷角鑒別識別波形不對稱空載合閘或外部故障切除時，2022-5-331不平衡電流產(chǎn)生原因TA勵磁特性不一致變壓器各側(cè)電流不同相TA變比標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整分接頭勵磁電流及勵磁涌流技術(shù)措施整定計算考慮.maxk.maxunbfII 比率制動00.maxSTL.max(10)unb

12、IKUf I00Sk.maxT10IK00SL.maxT10IK相位補償.maxk.maxunbUII 系數(shù)補償（平衡線圈）0.051調(diào)壓范圍一半波形不對稱識別二次諧波間斷角綜上所述，整定用平衡線圈匝數(shù)必須為整數(shù)引起的誤差，微機保護可不考慮2022-5-332電磁型差動繼電器以前蘇聯(lián)BCH系列（國產(chǎn)對應(yīng)型號為DCD）為代表笨重、靈敏度低、內(nèi)部故障時延時較多、調(diào)試復(fù)雜共同特點：帶有速飽和鐵芯的變流器變流器：差動電流不直接流入繼電器線圈， 經(jīng)過變流器可以濾除差動電流中非周期分量2022-5-333速飽和鐵芯：變流器鐵芯容易飽和。差動電流中非周期分量不能變換至二次側(cè)，全部用于鐵芯勵磁，使鐵芯迅速飽和

13、。減小電流變送比，相當(dāng)于提高動作電流。直流助磁特性：差動電流中直流分量較大時自動提高動作電流K.dcK.actIKIK.actK.act.0II1o動作電流倍數(shù)直流分量含量2022-5-334直流助磁特性作用：躲避勵磁涌流發(fā)生勵磁涌流時，由于差動電流中直流分量較大，動作電流提高很多，躲過了勵磁涌流。直流助磁特性缺點：發(fā)生內(nèi)部故障時，由于短路初瞬直流分量可能較大，動作電流提高很多，差動保護無法動作，要等到非周期分量衰減后、動作電流回落，保護才動作。2022-5-335BCH-2型繼電器特點：帶有短路線圈Wk短路線圈Wk使直流助磁曲線更陡，加強了躲避勵磁涌流的能力。同時改變短路線圈Wk抽頭位置，可

14、以調(diào)節(jié)直流助磁特性。K.dcK.actIKIK.actK.act.0II1o無短路線圈Wk為A1-A2B1-B2C1-C2D1-D2WKWK2022-5-336BCH系列繼電器均帶有2個平衡線圈Wbal平衡線圈Wbal串入二次電流較小的一側(cè)，可以減小TA變比標(biāo)準(zhǔn)化形成的不平衡電流平衡線圈Wbal還可以與差動線圈串聯(lián)、構(gòu)成工作線圈，調(diào)整差動保護動作電流。BCH-1型繼電器均帶有1組制動線圈Wbrk，動作電流具有制動特性，躲避外部故障穿越電流形成的不平衡電流能力較強。制動特性作用同線路縱聯(lián)差動保護。BCH-4型繼電器均帶有4組制動線圈Wbrk，可用于三卷變壓器。2022-5-337部件作用BCH-

15、1BCH-2BCH-4速飽和鐵芯變流器直流助磁特性，躲避勵磁涌流差動線圈產(chǎn)生動作磁勢（安匝）二次線圈驅(qū)動執(zhí)行元件平衡線圈減小TA變比標(biāo)準(zhǔn)化形成的不平衡電流，改變動作電流2個2個2個短路線圈加強直流助磁特性，躲避勵磁涌流無無制動線圈躲避外部故障穿越電流形成的不平衡電流1個無4個BCH系列繼電器小結(jié)2022-5-338差動保護整定方法與差動繼電器（元件）類型有很大關(guān)系，各有特點。BCH-2型繼電器構(gòu)成差動保護整定步驟確定TA接線形式，變比，計算各側(cè)二次額定電流確定差動保護動作電流（一次）計算值確定差動保護動作電流（二次）計算值確定差動繼電器工作線圈匝數(shù)，二次動作電流確定差動繼電器平衡線圈匝數(shù)，校驗

16、誤差確定短路線圈匝數(shù)校驗靈敏度按變壓器容量選：容量大，直流助磁曲線應(yīng)平緩些，選A1-A2或B1-B2；反之選C1-C2或D1-D2躲過TA二次斷線、勵磁涌流、外部故障電流影響2022-5-339比率制動問題比率制動為差動保護通常采用的技術(shù)措施，目的是克服外部故障穿越性電流形成的不平衡電流。第7章縱聯(lián)保護中已經(jīng)介紹了線路差動保護采用的比率制動特性。線路差動、變壓器差動、發(fā)電機縱差（第10章）、母線差動（第11章）中采用的比率制動原理是一樣的。目前幾乎所有的線路、變壓器、發(fā)電機、母線差動保護均具有比率制動特性。2022-5-340dMNIII差動電流dMNunbk.maxIIIIKI正常運行及外部

17、故障時，dMNkIIII內(nèi)部故障時，動作條件：外部故障時不誤動dactunb.maxIII線路縱差0.5 10%0.05sterKK K變壓器縱差()(1 10%0.05)(0.15)sterKK KUfUU 共同的差動原理2022-5-341討論外部故障情況dunbk.maxIIKI無比率制動時整定過程有比率制動時整定過程動作區(qū)動作區(qū)2022-5-342制動特性：動作電流不是常數(shù)，與制動電流有關(guān)思路：取短路電流為制動量，當(dāng)短路電流增加時，不平衡電流增大，但因為制動電流增加、動作電流提高，可以使動作電流始終高于不平衡電流，防止差動保護誤動。各種比率制動方法區(qū)別在于制動電流的選取及制動特性曲線。

18、2022-5-343以一個實例進行討論，取某一側(cè)電流為制動電流，特性為IactKbrk且IactIact.0。注意外部故障與內(nèi)部故障情況下dbrk/II2022-5-344外部故障時，dunbkbrkIIKIKIdbrk/IIK內(nèi)部故障時，dkkbrk(1)(1)IIIIdbrk/1II折線段動作特性actbrkbrkIKIactbrkbrk/IIK靈敏度較低，很難滿足要求，實際應(yīng)用較少2022-5-3542022-5-355保護原理relactN.TreKIIKU.0.7actN TUU加設(shè)了電壓元件，電流保護部分動作值較過電流保護低，靈敏度有所提高2022-5-3562022-5-357保

19、護原理 電流保護部分與低電壓起動過電流保護相同。電壓部分由2部分組成：負序過電壓，反應(yīng)不對稱故障2.N.T0.06actUU單相式低電壓，反應(yīng)對稱故障.0.7actN TUU與低電壓起動過電流保護相比，電流部分動作值、靈敏度一樣；電壓部分靈敏度提高2022-5-3582022-5-359對于大容量變壓器，采用復(fù)合電壓起動過電流保護，保護的靈敏系數(shù)可能不滿足要求。可采用負序電流保護。該保護由兩部分組成：負序電流部分：反應(yīng)不對稱故障；低電壓起動過電流部分：反應(yīng)對稱故障。2022-5-3602022-5-361更大型的升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器還可采用低阻抗保護，類似Z過負荷時三相對稱，過負荷保護只

20、需反應(yīng)某一相電流。過負荷保護經(jīng)延時5-10s動作于信號。.relactN TreKIIK2022-5-362 外部接地故障對變壓器的危害： 中性點接地變壓器：過流中性點及高壓側(cè)繞組流過故障電流 中性點不接地變壓器：中性點過壓中性點對地電壓為高壓母線處零序電壓2022-5-363除500kV、自耦變，變壓器中性點可接地運行也可不接地運行。 變壓器中性點是否接地（運行方式）取決于：變壓器中性點的絕緣水平 絕緣水平較低的變壓器中性點必須接地運行 如500kV主變 變壓器結(jié)構(gòu) 如自耦變中性點必須接地運行電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 變壓器中性點接地設(shè)置應(yīng)保證接地故障時健全相電壓不過壓、零序電流水平適當(dāng)及相對穩(wěn)定 2022

21、-5-364變壓器接地后備保護判據(jù)中性點接地運行變壓器 零序過電流 3I0中性點不接地運行變壓器 零序過電壓 3U0 放電間隙過流為保護變壓器中性點，一般在中性點裝設(shè)放電間隙中性點必須接地運行的變壓器 配置零序過電流 3I0中性點可接地或不接地運行的變壓器 配置零序過電流，零序過電壓，放電間隙過流2022-5-365注意縮小故障范圍 變壓器后備保護動作首先切除母聯(lián)、分段。注意選跳順序全級絕緣變壓器、中性點帶放電間隙的分級絕緣變壓器中性點耐壓能力較好先切除中性點接地運行主變，再切除中性點不接地運行主變中性點不帶放電間隙的分級絕緣變壓器中性點耐壓能力較差先切除中性點不接地運行主變，再切除中性點接地

22、運行主變2022-5-3661.中性點直接接地運行變壓器的接地保護配置兩段零序電流保護，分別與線路零序、段配合每段設(shè)置兩個延時，短延時t1、t3切除母聯(lián)、分段，長延時t2、t4跳主變st15 . 01ttt12tttmax3ttt34 相鄰線路零序段最長動作時間2022-5-3673I0II3I0It10t30t40T1T3T4QF1母聯(lián)解列（跳QF）跳主變（跳QF1、2）QFQF1TAQET2t20QF2防止主變未并列時因高壓側(cè)接地誤跳母聯(lián)2022-5-368ILactbrametIactIKKI. 0. 0零序段起動電流按與相鄰元件零序電流段配合整定，即 配合系數(shù)，取1.11.2； 零序電流分支系數(shù)相鄰元件零序電流I段