第六章電力變壓器的保護

1、第六章 電力變壓器的保護6 6 電力變壓器保護 6-1 6-1 變壓器的故障類型、不正常運行狀態(tài)及保護方式 一、變壓器故障類型 1、油箱內(nèi)(繞組相間短路,接地短路,匝間短路及鐵心燒損等) 2、油箱外(套管及引出相間短路,接地短路) 二、變壓器不正常運行狀態(tài) 1、外部相間短路過電流 2、外部接地短路零序過流、零序過壓 3、過負(fù)荷 4、油面降低等 三、保護方式 1、瓦斯保護(反應(yīng)油箱內(nèi)各種故障及油面降低。但不能反映油箱外故障，如套管及引出線故障) 2、縱差動保護或電流速斷保護(反應(yīng)繞組、套管及引出線各種故障) 3、各種過電流保護(反應(yīng)外部相間短路) 4、接地保護(反應(yīng)外部接地短路) 5、過負(fù)荷保護

2、 6、過勵磁保護 7、溫度保護等 6-2 6-2 變壓器的縱差動保護一、變壓器縱差保護概述 差動電流取為： 雙卷T：Icd =| |； 三卷T：Icd =| | 基本原則同線路縱差保護，但由于變壓器高、低壓側(cè)的額定電流不同（磁路聯(lián)系，不是直接電路聯(lián)系），故需適當(dāng)選擇高、低壓側(cè)TA的變比使： （nTA.L：低壓側(cè)TA變比；nTA.H：高壓側(cè)TA變比；nT：T變比）nmIIpnmIIITHTALTAnnn.二、變壓器縱差保護的特點（不平衡電流Ibp比較大）1、勵磁涌流Ily 不平衡電流Ibp 變壓器T的勵磁電流Il 原、副邊電流折算到同側(cè)后不相等Ibp 當(dāng)T空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時，由于

3、T鐵心中磁通不能突變，將產(chǎn)生自感的衰減直流磁通，經(jīng)一定時間的某時刻將出現(xiàn)衰減直流磁通與交流磁通幅值疊加磁通Il Ily Ibp Ily的特點： *包含很大成分的非周期分量 *包含大量的高次諧波（以二次諧波為主） *波形之間出線間斷（間斷角為） 防止Ily影響的措施： *采用具有速飽和鐵心的差動繼電器CJ *利用二次諧波制動 *利用波形間斷制動 2、變壓器兩側(cè)電流相位差 Ibp Y/-11接線的變壓器： 正序：側(cè)超前側(cè)：30 負(fù)序：側(cè)落后側(cè)：30 (1)常規(guī)相位校正措施： T的側(cè)三個TA接成形；T的側(cè)三個TA接成形。 以正序分量為例，分析其相位校正作用：可見： 與 同相。要使它們大小相等，則應(yīng)滿

4、足變比配合關(guān)系： 即：30.3033jHTAYAjYaYbYaenIeIII30.jLTAYATLTAAaenInnII)/(30jTYAAenIILTATHTAnnn.3YbYaIIaITHTALTAnnn.3 負(fù)序分析與正序類似，上述接線同樣起到相位校正作用。 一次側(cè)零序電流只存在于變壓器Y側(cè)，而Y側(cè)TA接成形，故二次無零序電流。 (2)微機保護或集成電路保護可采用內(nèi)部校正： T兩側(cè)TA皆采用Y形接法， 且兩側(cè)TA變比按正常配合關(guān)系： 兩側(cè)電流進入保護后，保護內(nèi)部用于比較的兩側(cè)電流分別取為（內(nèi)部校正為）:高壓側(cè)(T的Y側(cè))： 低壓側(cè)(T的側(cè))：或：高壓側(cè)(T的Y側(cè))： 低壓側(cè)(T的側(cè))：

5、THTALTAnnn.)(31),(31),(31321YaYcYYcYbYYbYaYIIIIIIIIIcbaIIIIII321,YYcYYYbYYYaYIIIIIIIII030201,)(31),(31),(31321bcabcaIIIIIIIII3、TA計算變比與實際變比不同 Ibp TA計算變比實際變比變比配合關(guān)系 不滿足Ibp 措施：(1)常規(guī)CJ采用平衡線圈Wph來抵消Ibp產(chǎn)生的多余磁勢 正常運行時，若由于變比不配合I2I”2 則差動線圈Wcd中產(chǎn)生多余磁勢：(I2I”2)Wcd Wph中的磁勢：I”2Wph(與Wcd中磁勢相反，起去磁作用) 適當(dāng)選擇Wph使：I”2Wph=(I2

6、I”2)Wcd 即：Wph=Wcd(I2I”2)/I”2 Wph接在二次電流較小側(cè)： 正?；蛲獠抗收蠒r，Wph起去磁作用，防止誤動 而內(nèi)部故障時，能起助磁作用，提高了Klm THTALTAnnn.3 若Wph接在二次電流較大側(cè)： 正?；蛲獠抗收蠒r，Wph起去磁作用，防止誤動 而內(nèi)部故障時，仍起去磁作用，降低了Klm 故：Wph應(yīng)接在二次電流較小側(cè)。 (Wph計算匝數(shù)實際選擇匝數(shù)Ibp , 其值很小,在整定時考慮躲過) (2)采用自耦變流器TAA來調(diào)平衡(一般在二次電流較小側(cè)接 TAA，調(diào)整TAA使該側(cè)與另一側(cè)的二次電流平衡。由于TA二次嚴(yán)禁開路，TAA不宜采用滑動抽頭，而應(yīng)采用固定抽頭)(3)

7、微機保護采用內(nèi)部平衡系數(shù)調(diào)平衡 （集成電路保護也可在內(nèi)部用比例器調(diào)整）。 4、兩側(cè)TA型號不同 Ibp 整定時考慮，引入同型系數(shù)Ktx： 兩側(cè)TA同型時： Ktx=0.5 兩側(cè)TA不同型時：Ktx=1.0 5、變壓器帶負(fù)載調(diào)壓 Ibp 調(diào)壓(調(diào)T的分接頭) nT變化 變比配合條件 不滿足 Ibp 。整定時考慮躲過。6、變壓器縱差保護的最大不平衡電流（采取各種措施后） Ibp.max=(Ktx10%Um)Id.w.max/nTA U：帶負(fù)載調(diào)壓引起的相對誤差，取調(diào)壓范圍的一半。 例如：調(diào)壓范圍為5%，則U取為5% m：Wph計算匝數(shù)與實際匝數(shù)不符或TAA抽頭位置不準(zhǔn)引起的相對誤差，初步計算取0.

8、05(對微機保護無調(diào)整誤差，m取0) Id.w.max/nTA：外部故障的最大短路電流折算到二次側(cè)的值。 THTALTAnnn.3三、帶加強型速飽和變流器的差動元件CJ（BCH-2型） 速飽和變流器BLH：鐵心易飽和（二次感應(yīng)電勢EdB/dt） 對純周期分量電流，鐵心不飽和，E大，CJ可動作。 由于Ily中包含大量非周期分量，鐵心嚴(yán)重飽和，難于傳變，CJ不誤動。 （但內(nèi)部短路時，初瞬間也有大量非周期分量，CJ不動；當(dāng)非周期分量衰減后CJ才能動作，造成保護動作出現(xiàn)短延時） 1、帶加強型速保護變流器的CJ工作原理 Wd，Wd：短路線圈 I IcdWcdcdcd.BA , cd.BC Wd中產(chǎn)生I

9、Id I IdWddd.BA , d.BC I IdWddd.AB , d.AC C柱磁通：C=cd.BC(主磁通)d.AC(助磁)d.BC(去磁) 選：Wd/ Wd2 SA=SCSB/2 使：|d.AC|=|d.BC| 對交流分量：助磁d.AC與去磁d.BC相抵消，Wd無作用， C柱磁通C=cd.BC 對非周期分量：非周期分量鐵心飽和磁阻Rm (1)Rmcd.BC（相當(dāng)于一般BLH） (2)助磁d.AC（路徑長，漏磁大）； 去磁d.BC（路徑短，漏磁?。?故：C(去磁為主)W2中二次感應(yīng)量CJ不誤動。 2、Wd的調(diào)整： (=常數(shù)，CJ的Idz.J不變) 抑制非周期分量作用 即抑制勵磁涌流的作

10、用 /ddWW四、具有磁力制動的CJ（BCH-1型） 磁力制動CJ的動作電流Idz.J常數(shù) （制動電流Izh，則所需的動作電流Idz.J） 作用： 外部短路時， Idz.J大 Ibp.max，保護不誤動 內(nèi)部輕微短路時，Id較小，則IzhIdz.J動作Klm1、磁力制動CJ的基本原理 Wg：工作線圈（即差動線圈Wcd） Wzh：兩個相同的制動線圈 當(dāng)Ig=0時，兩個Wzh產(chǎn)生的磁通zh在兩個W2中造成的電勢互相抵消，IJ = 0 * Izh=0時，Wzh無作用（相當(dāng)于普通BLH）， 此時Wg中加入初始啟動電流Idz.J.0，CJ剛好動作。* Izh，Wzh起作用：IzhWzhzh鐵心飽和度 磁

11、阻Rm(導(dǎo)磁率) 要使CJ啟動，則所需的Idz.J 當(dāng)Izh，Wzh所需的Idz.J2、磁力制動CJ的應(yīng)用及整定 (1)外部短路時： Ig=Ibp=(Ktx10%Um)Id.w/nTA=kIzh 曲線1 對應(yīng)于Id.w.max/nTA，有Ibp.max， 此時應(yīng)使：Idz.J=KkIbp.max 選擇CJ的制動特性曲線3，使其 過a點 (Id.w.max/nTA，KkIbp.max)， 并位于曲線1的上方，保證 外部短路時，無論Id為何值， CJ皆不誤動。 此時Idz.J.a= KkIbp.max (2)內(nèi)部短路時： 若N側(cè)無電源，Izh=I2”=0，此時CJ的啟動電流為Idz.J.0 若M、

12、N兩側(cè)電源容量相同，I2= I2” Ig=I2+I2”=2I2”=2Izh 曲線4 此時CJ的啟動電流為Idz.J.b （曲線4與曲線3的交點b） 若M側(cè)無電源，I2=0， Ig=I2”=Izh 曲線5 此時CJ的啟動電流為Idz.J.c （曲線5與曲線3的交點c） 可見，內(nèi)部短路時，最大啟動電流為Idz.J.c（即曲線5為最不利情況） 而Idz.J.cIdz.J.a(=KkIbp.max)Klm 為盡量提高內(nèi)部短路時的Klm，Wzh應(yīng)接在T的無電源側(cè)或電源較小側(cè)。五、具有比率制動和二次諧波制動的CJ 規(guī)定正方向：每端以流向本元件中間為正 (即：母線T為正) 差動電流取為：Icd=| |；制動

13、電流取為：Izh= 特點：CJ的動作電流不是常數(shù)：Izh Idz.J1、工作情況(1)正常運行及外部短路時： 制動電流Izh (2Im) =Id.w/nTA(很大) CJ的Idz.J 很大， 差動電流Icd=Ibp(很小) Idz.J 保護靈敏動作。 (3)勵磁涌流造成較大Icd時： Icd中的二次諧波較大（達到基波一定比例），抑制保護動作（閉鎖保護）。 nmII、|21nmIInmII2、比率制動特性的整定 (1)三個定值： 最小動作電流(差動啟動電流)Idz.J.0 躲過最大負(fù)荷時的不平衡電流。 一般取(0.30.4)Ie 拐點電流（起始制動電流）Izh.0 正常運行時不需引入制動作用，僅

14、在外部短路時才引入制動作用。而正常運行時所測制動電流為額定電流Ie，故Izh.0應(yīng)取為Ie。考慮到外部遠處輕微短路時的短路電流在有測量誤差的情況下可能稍小于Ie，故Izh.0一般取(0.81.0)Ie 制動特性斜率m 對應(yīng)于最大外部短路：Id.w.max/nTA，有： Icd=Ibp.max=(Ktx10%Um)Id.w.max/nTA；Izh.max=Id.w.max/nTA 為確保不誤動，此時應(yīng)使：Idz.J=KkIbp.max 即動作特性應(yīng)過點： (Id.w.max/nTA，KkIbp.max) 斜率 m = 當(dāng)Izh.max=Id.w.max/nTAIzh.0時（一般皆滿足），可近似取

15、： = Kk(Ktx10%Um) （不需進行短路電流計算） TAwdTAwdtxkTAwdbpknInImUKKnIIKm/)%10(/max.max.max.max.0 .max.0 .max./zhTAwdJdzbpkInIIIK(2) 內(nèi)部短路的Klm校驗 用最小運行方式下，T內(nèi)部兩側(cè)出口短路的最小短路電流Id.n.min/nTA進行校驗： 先計算在該Id.n.min情況下的制動電流Izh，再由制動特性斜率m計算該Izh下的動作電流Idz.J =Idz.J.0 + m(Izh- Izh.0)，則： Klm=(Id.n.min/nTA)/Idz.J，要求Klm2(由于比例制動特性CJ的Kl

16、m一般很高，通?？刹贿M行校驗) 6-3 6-3 變壓器的過電流保護（后備保護） 過流保護作用： 作為T外部短路時的遠后備 作為T內(nèi)部短路時的近后備 一、變壓器過流保護概述 Idz= Ifh.max 。 Ifh.max的考慮： (1)對多臺并聯(lián)運行T，考慮突然切除一臺時出現(xiàn)的過負(fù)荷： 設(shè)有n臺同容量T并運，則：Ifh.max= Ie.T (2)對降壓T，考慮低壓側(cè)電動機自啟動影響： Ifh.max= KzqIe.T （Kzq：電動機自啟動系數(shù)） 由于T的過載電流Ifh.max較大Idz較大 Klm 需采取措施提高Klm：降低Idz（整定時只考慮躲過T的額定 電流），同時設(shè)置電壓閉鎖元件（在T出現(xiàn)

17、過載電流Ifh.max時 將保護閉鎖）。 hkKK1nn二、低電壓啟動（閉鎖）的過流保護 同時啟動（“與”邏輯出口） 整套保護啟動1、元件的整定 過電流元件整定：Idz= Ie.T 電流元件Klm。 低電壓元件的整定：在母線正常的最低工作電壓(80%Ue.T) 下不啟動，取Udz=0.7Ue.T 2、工作情況分析 * T外部或內(nèi)部短路出現(xiàn)過流時：I，U 整套保護延時動作 UI電壓元件電流元件hkKK低電壓元件啟動過電流元件啟動 * T出現(xiàn)過載Ifh.max時：I，U仍較大 整套保護不誤動3、低電壓元件Klm校驗：Klm=Udz/Ud.max （Ud.max：在最大運行方式下，相鄰元件末端三相短

18、路時，保護所測的最大殘壓）4、特殊問題的考慮* 低電壓元件若接于T某側(cè)，而另一側(cè)相鄰元件末端短路時，所測殘壓大Klm。 若低電壓元件Klm不滿足要求，可采用兩套低電壓元件（“或”邏輯）分別接T兩側(cè)。 低電壓元件不啟動過電流元件誤啟動* 若TV二次斷線： 低電壓元件啟動延時發(fā)出斷線信號 電流元件不啟動，整套保護不會誤動 * TA應(yīng)裝在T的電源側(cè)，不應(yīng)裝在負(fù)荷側(cè)。 （保證能起到近后備作用） * 在需要的情況下可加入方向判別（也可退出） 三、復(fù)合電壓啟動（閉鎖）的過流保護 電壓元件 1、工作情況分析：(1)發(fā)生不對稱短路時： 出現(xiàn)較大U2U2啟動； 同時IdIa,Ib,Ic中至少有一個啟動； 則：整

19、套保護延時動作。 2abUU一個低電壓元件一個負(fù)序過電壓元件(2)發(fā)生三相對稱短路時： 三相電壓下降為殘壓Uab啟動； 同時同時Id三相電流元件皆啟動； 則：整套保護延時動作。(3)變壓器過載Ifh.max時： I電流元件誤啟動； 但無U2且Uab較大電壓元件不啟動； 則：整套保護不誤動。2、整定 三個過電流元件的整定同低電壓啟動的過流保護。 一個低電壓元件的整定同低電壓啟動的過流保護。 負(fù)序過電壓元件的整定： 躲過正常時負(fù)序過濾器輸出的不平衡電壓U2.bp.max 一般取(經(jīng)驗公式)：U2.dz=(0.060.12)Ue.T 3、復(fù)合電壓啟動過流保護特點 (1)對于不對稱短路，由于U2.dz

20、 電壓元件的Klm。 (2)當(dāng)T另一側(cè)不對稱短路時，電壓元件 的工作情況（Klm）與T接線方式無關(guān)。 (3)接線簡單（電壓元件只要接于T的一側(cè)） *該保護作為遠后備時，若不對稱短路時電流元件的Klm仍 不夠，可采用負(fù)序過電流保護。 6-4 6-4 變壓器接地保護（接地故障后備保護） （高壓側(cè)為小電流接地系統(tǒng)T，利用系統(tǒng)公用的絕緣監(jiān)視裝置來反映接地故障）高壓側(cè)為大電流接地系統(tǒng)的T的接地保護：作用：作為外部接地短路的遠后備； 作為內(nèi)部接地短路的近后備。1、多臺T并運時接地保護時限配合特點 多臺T并運時，為減小接地短路時短路點的短路電流，采用部分T中性點接地，另一部分T中性點不接地，并定期倒換。 對

21、任一臺T（裝設(shè)一套零序電流和一套零序電壓保護） 中性點可能接地運行，由零流保護反映 中性點可能不接地運行，由零壓保護反映 若多臺分級絕緣T并運：（分級絕緣：中性點套管絕緣等級 零流保護時限tL，則： 系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，將先由中性點接地T的零流保護動作，先切除中性點接地T。 若接地點不在被切除的T中，則單相接地故障仍存在，形成中性點不接地系統(tǒng)帶接地點運行（對側(cè)變電所已被線路接地保護切除） 中性點零序過壓 損壞T的中性點絕緣。 故必需使：零壓保護tY 零流保護tL 保證接地故障時： 零序電壓保護先動， 先切除中性點不接地T。 * 零序電壓保護出口必須滿足以下三個條件： 本臺T的零壓保護啟動。 本臺T的零流保護不啟動（中性點接地T零流保護動作 則閉鎖本T的