第八章電力變壓器保護(hù)

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理 第八章電力變壓器的繼電保護(hù) 8.1 8.1 電力變壓器的故障類型和電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)不正常工作狀態(tài)一、變壓器的故障 1.油箱內(nèi)部故障（1）各相繞組之間的相間短路 （2）單相繞組的匝間短路 （3）單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障 2.油箱外部故障（1）引出線的相間短路（2）絕緣套管閃絡(luò)或破壞、引出線通過外殼 發(fā)生的單相接地短路二、變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài) 外部相間短路引起的過電流外部相間短路引起的過電流外部接地短路引起的過電流和中性點(diǎn)外部接地短路引起的過電流和中性點(diǎn)過電壓過電壓負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷漏油等原因引起的

2、油面降低漏油等原因引起的油面降低大容量變壓器的過勵(lì)磁故障大容量變壓器的過勵(lì)磁故障三、變壓器應(yīng)裝設(shè)的保護(hù) 主保護(hù)主保護(hù)瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低低 ；瓦斯保護(hù)有重、輕之分，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作瓦斯保護(hù)有重、輕之分，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器，輕瓦斯保護(hù)動(dòng)于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器，輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)；作于信號(hào)；縱差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)縱差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)防御變壓器繞組、套管及引出線上的故障防御變壓器繞組、套管及引出線上的故障 三、變壓器應(yīng)裝設(shè)的保護(hù) 外部相間短路的后備保護(hù)外部相間短路的后備保護(hù) 過電流保護(hù)過電流保護(hù)

3、低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)負(fù)序電流及單相式低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)負(fù)序電流及單相式低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)阻抗保護(hù)阻抗保護(hù) 三、變壓器應(yīng)裝設(shè)的保護(hù) 外部接地短路的后備保護(hù)外部接地短路的后備保護(hù) 變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)自耦變壓器和高、中壓側(cè)中性點(diǎn)都直接接自耦變壓器和高、中壓側(cè)中性點(diǎn)都直接接地的三繞組變壓器地的三繞組變壓器應(yīng)增設(shè)零序方向元件應(yīng)增設(shè)零序方向元件中性點(diǎn)不接地的變壓器中性點(diǎn)不接地的變壓器零序過電壓保護(hù)零序過電壓保護(hù)中性點(diǎn)經(jīng)過放電間隙接地的變壓器中性點(diǎn)經(jīng)過放電間隙接地的變壓器間隙電流保護(hù)

4、和零序電壓保護(hù)間隙電流保護(hù)和零序電壓保護(hù) 三、變壓器應(yīng)裝設(shè)的保護(hù) 過負(fù)荷保護(hù)過負(fù)荷保護(hù) 過勵(lì)磁保護(hù)過勵(lì)磁保護(hù)變壓器的其他非電量保護(hù)變壓器的其他非電量保護(hù) 油溫高保護(hù)、冷卻器故障保護(hù)、壓力釋放油溫高保護(hù)、冷卻器故障保護(hù)、壓力釋放保護(hù)等保護(hù)等 8.2 8.2 變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)TALTTAHnnnHLIIHLTAHTALIInndHLIIIdI正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，應(yīng)使0dITA變比選取原則ILIHIHILIdnTnTAHnTAL一、變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理 判據(jù)：dHLsetIIII內(nèi)部故障時(shí)：kdIImaxunbrelsetIKIdIILIHIHILIdnTnTAHnT

5、ALn 變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流 正常情況下，變壓器勵(lì)磁電流很小，通常為額定電流的（25）%。它使差動(dòng)回路中的不平衡電流增加很少。 在電壓突然增加時(shí)，例如在空載投入變壓器或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，則可能產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的勵(lì)磁電流通常稱為勵(lì)磁涌流。其數(shù)值最大可達(dá)額定電流的 48 倍。二、變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流LI 、utu m sy LeILYIsym2 Lit勵(lì)磁涌流的勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)：特點(diǎn)： 有很大成分的非周期分量； 有大量的高次諧波，尤以二次諧波為主；1.波形經(jīng)削去負(fù)波后出現(xiàn)間斷。 影響勵(lì)磁涌流特征的因素有 合閘時(shí)電壓的初相角 對(duì)于

6、單相變壓器而言，當(dāng)= 0時(shí)合閘，涌流最嚴(yán)重。當(dāng)= 90時(shí)合閘，將不產(chǎn)生涌流。 對(duì)于三相變壓器而言，三相電壓的相角互差120，所以無論電壓初相角是多少總會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。 鐵芯中剩磁的大小和方向 變壓器鐵芯的飽和磁通 防止勵(lì)磁涌流影響的方法 采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器 采用間斷角原理的差動(dòng)保護(hù) 利用二次諧波制動(dòng) 利用波形對(duì)稱原理的差動(dòng)保護(hù)Y/-11接線方式正常運(yùn)行時(shí)示意圖2AI302AI2BI2CI2BI2CICrI 由于存在相位差，無論由于存在相位差，無論如何選擇如何選擇TATA變比，差電流不變比，差電流不可能為零?？赡転榱?。n 三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流Y/-11接線方式正常運(yùn)行時(shí)示意

7、圖2AI302AI2BI2CI2BI2CICrIn 三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流解決辦法：解決辦法：選擇兩側(cè)同相位選擇兩側(cè)同相位的電流量構(gòu)成差的電流量構(gòu)成差動(dòng)回路。動(dòng)回路。 Y/-11接線方式正常運(yùn)行時(shí)示意圖2B2AII2C2BII2A2CII2AI302AI2BI2CI2BI2CI22BAII2AI22CBII2BI22ACII2CIYn 三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流Y/-11接線方式TATAY3Tnnn111YYABATAYTAIIInn113YAATAYTAIInnn 三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流n 計(jì)算變比與實(shí)際變比不同產(chǎn)生的不平衡電流TTATAnnn 12 要實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差動(dòng)

8、保護(hù)，低、高壓兩側(cè)電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比，即 但實(shí)際上由于電流互感器變比在制造上的標(biāo)準(zhǔn)化，不容易滿足這個(gè)條件，因而就會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。TnTAnnTA 321或例某Y/d-11變壓器容量為31.5MVA，變比為115/10.5，選擇電流互感器的變比，并計(jì)算額定運(yùn)行條件下的不平衡電流。73.545/315855. 460/3158158A1730AY1730/5=346300/5=602000/5=4001730/400=4.32Iunb = 4.55 4.32 = 0.23(A)n 計(jì)算變比與實(shí)際變比不同產(chǎn)生的不平衡電流方法：利用差動(dòng)繼電器的平衡線圈進(jìn)行磁補(bǔ)償 1I2I1I 2

9、I .21II 2I dWbW2Wdb212()bdI WIIW需滿足Wb 平衡線圈Wd 差動(dòng)線圈中間變流器但是由于平衡線圈匝數(shù)的選擇必須取整數(shù)，即采用平衡線圈后仍要考慮剩余的不平衡電流；其中：|.setdcalbsetbcalbzaWWWWfTAk.maxzaconunb./nIfKI 在整定計(jì)算中不平衡電流按下式計(jì)算：zafmax. kIsetbW. conKcalbW.setdW.平衡線圈的計(jì)算匝數(shù)差動(dòng)線圈的整定匝數(shù)平衡線圈的整定匝數(shù)區(qū)外短路的最大短路電流平衡線圈的計(jì)算匝數(shù)與整定匝數(shù)不等的相對(duì)誤差三相電流互感器接線系數(shù)n 電流互感器變換誤差產(chǎn)生的不平衡電流II 理想特性1TA2TAunb

10、I考慮非周期分量的影響時(shí)：TAK.maxTAstnpconunb.TA/nIfKKKI TAk.maxTAstconunb.TA/nIfKKI 其中： stKTAf npK非周期分量影響系數(shù)電流互感器同型系數(shù)電流互感器的幅值誤差，取10%5.變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生的不平衡電流TAK.maxconunb.n/nIUKI TTA1TA2nnn T3nTA2nnTA1 或 當(dāng)分接頭位置變化時(shí)，變壓器的變比改變U取變壓器調(diào)壓范圍的一半U(xiǎn)unbTAunbunbunbIIII.max.變壓器差動(dòng)保護(hù)的最大不平衡電流：TAkzaTAstnpconnIUffKKK/)(max. 躲開保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最

11、大不平衡電流整定；三、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定原則三、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定原則 .maxoprelunbIK I 靈敏系數(shù)校驗(yàn).min2ksenopIKI四、具有制動(dòng)特性的四、具有制動(dòng)特性的BCH-1型差動(dòng)繼電器型差動(dòng)繼電器 cdW1phW2Wcd zh2W2phWzhWzhWzhWIBBWIBB tgKres (一般取0.30.4) )resIopI)(kI)(unbIunb.maxIk.maxI無制動(dòng)op.orIbaop2.rIcop1.rId（一）（一）比率制動(dòng)特性比率制動(dòng)特性 resIropI.min.opIABCgresI.動(dòng)作判據(jù) min.opropII gresII. res

12、當(dāng)當(dāng))(.min.gresresopropIIKII gresII. res當(dāng)當(dāng)min.opI-最小動(dòng)作電流gresI.-拐點(diǎn)電流K-比率制動(dòng)特性的斜率 五、五、比率制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)保護(hù) 1.1.最小動(dòng)作電流最小動(dòng)作電流 按躲過變壓器在正常運(yùn)行條件下產(chǎn)生的不平衡電流整定 TANTzaTAstrelopnIfUfKKI/)(.min. 式中 relK -可靠系數(shù)，取1.52.0-變壓器高壓側(cè)的額定電流.T NITAn-高壓側(cè)電流互感器的變比 （二）比率制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)保護(hù)的定（二）比率制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)保護(hù)的定值整定值整定一般整定在（0.61.0）倍變壓器的

13、額定電流；oprIresIABCgresI.TAknI/)3(max.max.oprI2. 拐點(diǎn)電流3. 制動(dòng)特性的斜率 Nres.g1.1)I(0.6I min.opIgresTAkopoprInIIIK.)(max.min.max./ 38.3 8.3 變壓器相間短路的后備保護(hù)變壓器相間短路的后備保護(hù)（一）過電流保護(hù)（二）低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)（三）復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)（四）負(fù)序過電流保護(hù)n（一）過電流保護(hù)（一）過電流保護(hù)1.單相原理接線 主要應(yīng)用于降壓變壓器，裝設(shè)在主電源側(cè)，可以設(shè)定兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限切除分段開關(guān)，長(zhǎng)時(shí)限切除變壓器兩側(cè)開關(guān)。 起動(dòng)電流：躲過變壓器的最大負(fù)荷電流整定（1）

14、對(duì)并列運(yùn)行的變壓器（2）對(duì)降壓變壓器.max.1LT NnIIn.1relopT NreKnIIKn.relMsopT NreK KIIK定值一般較大，可能不滿足后備保護(hù)的要求；n（二）低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)（二）低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù) 主要應(yīng)用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器以及大容量的降壓變壓器。（1）起動(dòng)電流。按大于變壓器的額定電流整定（2）動(dòng)作電壓。按小于正常運(yùn)行時(shí)母線上可能出現(xiàn)的最低工作電壓，且外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)的過程中應(yīng)能返回。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)2. 2. 整定計(jì)算整定計(jì)算.relopT NreKIIK.0.7opT NUU當(dāng)電壓互感器發(fā)生斷線時(shí)，低電壓繼電器將會(huì)誤動(dòng)；（三）復(fù)合電

15、壓起動(dòng)的過電流保護(hù)（三）復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)1.負(fù)序過電繼電器和過電流繼電器配合作為各種不對(duì)稱短路的保護(hù)；2.低壓繼電器和過電流繼電器配合作為三相對(duì)稱短路的保護(hù)； 負(fù)序電壓繼電器的動(dòng)作電壓，可按躲開正常運(yùn)行時(shí)的最大不平衡電壓整定。通常取 2.(0.06 0.12)opT NUU由于負(fù)序電壓繼電器的整定值小，在不對(duì)稱短路時(shí)靈敏系數(shù)高；對(duì)于大容量變壓器，在相鄰元件末端兩相短路短路電流小可能不滿足要求；( (四四) )負(fù)序過電流保護(hù)負(fù)序過電流保護(hù)一般用于63MVA及以上的升壓變壓器。 動(dòng)作電流的整定原則：（1）躲變壓器正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流濾過器的最大不平衡電流，一般為 ；（2）躲線路一相斷線時(shí)引

16、起的負(fù)序電流；（3）與相鄰元件上的負(fù)序電流保護(hù)在靈敏度上配合；.(0.1 0.2)T NI 1.對(duì)于單側(cè)電源的變壓器，后備保護(hù)裝設(shè)在電源側(cè)，作為縱差保護(hù)、瓦斯保護(hù)的后備或相鄰元件的后備；2. 對(duì)于多側(cè)電源的變壓器，主電源側(cè)后備保護(hù)應(yīng)作為縱差保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備，且能對(duì)變壓器各側(cè)的故障滿足靈敏度要求；其它各側(cè)后備保護(hù)只作為各側(cè)母線和線路的后備保護(hù)，動(dòng)作后跳開本側(cè)斷路器；一、中性點(diǎn)接地方式一、中性點(diǎn)接地方式110kV及以上系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地，接地點(diǎn)的數(shù)量和位置的選擇：從系統(tǒng)角度看： 1)防止過電壓；2)限制短路電流；3)保證運(yùn)行方式變化時(shí)，零序電流大小分布變化較小。從變壓器角度看：1)自耦變壓器中

17、性點(diǎn)直接接地；2)全絕緣中性點(diǎn)可直接接地、可不接地； 3)分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)絕緣水平很低的直接接地；水平較高的可直接接地，也可在不失去接地點(diǎn)時(shí)不接地。（一）中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)（二）部分變壓器中性點(diǎn)接地的零序電流電壓保護(hù)（三）中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地的零序電流電壓保護(hù)（一）中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)III2t01t03t04t0II11QFQF2QF1TA0 全部采用零序電流保護(hù)，有選擇性要求時(shí)可增加零序方向元件。 通常采用兩段式，段和相鄰零序段配合，和相鄰零序后備段配合； 每段設(shè)兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限動(dòng)作縮小故障范圍，長(zhǎng)時(shí)限動(dòng)作斷開變壓器各側(cè)斷路器。 零序電流取自主變中性點(diǎn)側(cè)，

18、主變未并網(wǎng)時(shí)發(fā)生單相接地也有零序電流。bIoprelIopKIKI1. 0. 01t0.5121tt0.5IopI1. 033tt0.543tt0.5bIIIoprelIIopKIKI1. 0. 0IIIopI1. 0（二）部分變壓器中性點(diǎn)接地的零序電流電壓保護(hù)2QF2T1QFQF1T0.30.5s1QF2TQFII0303U0_3t0_4t0_1tIII030_2t0_5t111T2QF2T1QFQF03I03U0_3t0_2t0_1t&3t2t123ttt1tII03III03103U0_5t1QF2TQFjxI. 03同前同前一、三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)第四節(jié)第四節(jié) 三繞組變壓器保護(hù)的特點(diǎn)三繞組變壓器保護(hù)的特點(diǎn)1I2I1I 2