核電廠電氣原理與設(shè)備單元21課時41-42變壓器保護(hù)

第21單元變壓器的保護(hù)授課人：日期：中電投高級培訓(xùn)中心本單元主要內(nèi)容一、變壓器的可能產(chǎn)生的故障和異常運(yùn)行方式二、變壓器的瓦斯保護(hù)三、變壓器的電流速斷保護(hù)四、變壓器縱差動保護(hù)五、過勵磁保護(hù)21.1變壓器的可能產(chǎn)生的故障和異常運(yùn)行方式變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對供電的可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，同時大容量的變壓器也是十分貴重的元件，因此需要根據(jù)變壓器容量和重要程度裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護(hù)裝置。1、變壓器的故障油箱內(nèi)故障：各相繞組之間的相間短路、單相繞組部分線匝之間的匝間短路、單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障。油箱外部故障：引出線的相間短路、絕緣套管閃爍或破壞引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路。油箱內(nèi)部故障非常危險，高溫電弧不僅會燒毀繞組和鐵芯，還會使變壓器油絕緣分解產(chǎn)生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸的嚴(yán)重后果.油箱內(nèi)部TA2TA2TA2線路、變壓器保護(hù)均應(yīng)當(dāng)跳閘2、變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)主要包括：（1）由于變壓器外部相間短路引起的過電流,是變壓器中最嚴(yán)重的故障（相間短路——過電流）（2）由于變壓器外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓（接地短路——過電流、中性點過電壓）（3）由于負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷（過負(fù)荷）（4）由于漏油等原因而引起的油面降低（油面降低）（5）在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下，發(fā)生變壓器的過勵磁（過勵磁）2、變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點不接地運(yùn)行的星形接線方式變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下會發(fā)生變壓器的過勵磁，引起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過熱。變壓器不正常運(yùn)行時，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號，使運(yùn)行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。

3、應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置（1）瓦斯保護(hù)——防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低。重瓦斯——跳閘輕瓦斯——信號（2）縱差動保護(hù)和電流速斷保護(hù)：防御變壓器繞組和引出線的多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路。（3）相間短路的后備保護(hù)。（4）過電流保護(hù)。障。3、應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置（5）復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)（6）負(fù)序過電流（7）零序電流保護(hù)：防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路（8）過負(fù)荷保護(hù)：防御變壓器對稱過負(fù)荷（9）過勵磁保護(hù)：防御變壓器過勵磁（10）變壓器的瓦斯保護(hù)3、應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置

其中，差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)。復(fù)合電壓啟動的過流保護(hù)或阻抗保護(hù)一般作為變壓器相間短路的后備保護(hù)。零序電流保護(hù)是中性點直接接地的變壓器接地短路的后備保護(hù)。中性點不直接接地的變壓器，通常在變壓器中性點裝設(shè)放電間隙作為過電壓保護(hù)，并裝設(shè)專門的零序電流電壓保護(hù)作為接地短路的后備保護(hù)。溫度保護(hù)、油位保護(hù)、通風(fēng)故障保護(hù)、冷卻系統(tǒng)故障保護(hù)等非電量保護(hù)，反應(yīng)相應(yīng)的溫度、油位、通風(fēng)故障等。21.2變壓器的瓦斯保護(hù)1.瓦斯保護(hù)的使用范圍

800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器。

2.瓦斯保護(hù)的原理

瓦斯保護(hù)是變壓器郵箱內(nèi)部故障（特別是鐵芯故障）的主保護(hù)，當(dāng)油箱內(nèi)發(fā)生輕微氣體或油面下降時，輕瓦斯保護(hù)動作于信號；當(dāng)油箱內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障而產(chǎn)生大量氣體時，重瓦斯保護(hù)瞬時動作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。瓦斯保護(hù)的原理接線圖3、特點動作迅速，靈敏性高，安裝接線簡單。反應(yīng)油箱內(nèi)的各種故障，不反應(yīng)油箱外部的故障。4、構(gòu)成：瓦斯繼電器，其作用是反映于氣體的繼電器。它的安裝是位于油箱與油枕之間連接管的中部。連接管坡度（2-4%）：油箱→油枕氣流順利通過。頂蓋與水平面坡度（1-1.5%）：防止氣泡聚集在頂蓋處。瓦斯繼電器的構(gòu)成及動作原理輕瓦斯

積聚氣體數(shù)量250mL—350mL發(fā)信號重瓦斯油流沖向油枕的速度1.0—1.2m/s跳閘有載調(diào)壓瓦斯只是保護(hù)的對象和安裝位置不同，原理與本體瓦斯一致。2.瓦斯保護(hù)的定值整定輕瓦斯定值一般為：250mL—350mL（積聚氣體數(shù)量），若輕瓦斯不滿足要求，可以調(diào)節(jié)開口杯背后的重錘改變開口杯的平衡來滿足需求。重瓦斯定值一般為：1.0—1.2m/s（油速整定），若重瓦斯不滿足要求，可以通過調(diào)節(jié)指針彈簧改變檔板的強(qiáng)度來滿足需求。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦斯產(chǎn)生，氣體繼電器KG的上觸點（KG1）閉合，作用于預(yù)告信號；當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重故障時，重瓦斯沖擊氣體繼電器擋板使其下觸點（KG2）閉合，經(jīng)信號繼電器KS作用于中間繼電器KCO。21.3變壓器的電流速斷保護(hù)（1)適用范圍：2000KVA以下變壓器

反映變壓器電源側(cè)引出線、套管及繞組的相間短路與重瓦斯保護(hù)配合作為主保護(hù)（2）安裝：在主電源一側(cè)。（3）缺點：

1、只可切除變壓器電源側(cè)及油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障。

2、負(fù)荷側(cè)套管及引出線相間短路保護(hù)不到，只能由后備保護(hù)動作。（4）整定原則：避開負(fù)荷側(cè)母線短路最大短路電流；避開勵磁涌流（5）靈敏系數(shù)：Klm≥2

否則，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)（6）原理接線：中性點不接地——兩相式不完全星形接線中性點接地——三相式完全星形接線21.4變壓器縱差動保護(hù)1、構(gòu)成變壓器縱差動保護(hù)的基本原則Ｉ-Ｉ高壓側(cè)低壓側(cè)、

分別為兩側(cè)電流互感器的變比。

則流入差動繼電器KD的電流為：雙繞組變壓器

為變壓器兩側(cè)的一次電流，參考方向均由母線指向變壓器。

為相為相應(yīng)的電流互感器二次電流。分別為兩側(cè)電流互感器的變比。則流入差動繼電器KD的電流為：因此縱差動保護(hù)的動作判據(jù)為：Ｉ-Ｉ高壓側(cè)低壓側(cè)設(shè)變壓器的變比為:忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時有:則差動電流可表示為：則有：正常運(yùn)行和變壓器外部故障時，差電流為零，保護(hù)不會動作；若選擇電流互感器的變比，使之滿足:

由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，為確保縱差動保護(hù)的正常工作，必須適當(dāng)選取電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部故障時，兩個二次電流相等，即應(yīng)使：：高壓側(cè)電流互感器變比

：變壓器的變比：低壓側(cè)電流互感器變比要實現(xiàn)變壓器的縱差保護(hù)，必須適當(dāng)?shù)倪x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比，即(三)差動、瓦斯保護(hù)特點分析（1）瓦斯保護(hù)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(hù)。（2）差動保護(hù)能反應(yīng)油箱外（變壓器套管和引出線的）故障，抗外部振動干擾能力強(qiáng)。(三)差動、瓦斯保護(hù)特點分析

（3）瓦斯保護(hù)能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的任何故障，包括鐵芯過熱燒傷，油面降低，但差動保護(hù)對此無反應(yīng)。又如變壓器繞組產(chǎn)生少數(shù)線匝的匝間短路，雖然短路匝內(nèi)短路電流很大會造成局部繞組嚴(yán)重過熱產(chǎn)生強(qiáng)烈的油流向油枕方向沖擊，但表現(xiàn)在相電流上卻并不大，因此差動保護(hù)沒有反應(yīng)，瓦斯保護(hù)對此卻能很靈敏地加以反應(yīng)。（4）差動保護(hù)與瓦斯保護(hù)在保護(hù)范圍上有一定互補(bǔ)性，不能相互代替，一起作為變壓器的主保護(hù)。21.5過勵磁保護(hù)21.5過勵磁保護(hù)

由于電壓升高或頻率降低，引起變壓器鐵芯飽和，勵磁電流急劇增加。這個現(xiàn)象稱為變壓器的過勵磁。變壓器過勵磁后，鐵損增加，使鐵芯的溫度上升；同時還會使靠近鐵芯的金屬構(gòu)件產(chǎn)生渦流損耗，使這些部位發(fā)熱，引起高溫。過勵磁時并非每次都造成變壓器的明顯破壞，往往容易被人忽視，但是多次反復(fù)過勵磁，將因過熱而使絕緣老化，降低變壓器的使用壽命。我國繼電保護(hù)規(guī)程規(guī)定，對于有可能發(fā)生過勵磁的500kV變壓器應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護(hù)。當(dāng)加在鐵芯繞組上的電壓是正弦波時，鐵芯磁密B(即磁通與鐵芯截面積之比)與電壓和頻率之間的關(guān)系為：其中K為常數(shù)。

變壓器正常運(yùn)行時，頻率和電壓均運(yùn)行在額定值附近，鐵芯不會飽和。當(dāng)由于電壓升高或頻率降低等原因?qū)е麓琶艹^飽和磁密時，鐵芯就發(fā)生飽和。例如，超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路由于突然失去負(fù)荷而造成變壓器的過電壓；發(fā)電機(jī)變壓器組在起動過程中，在低轉(zhuǎn)速時由于操作上的失誤將電壓調(diào)整到額定值，從而使比值上升等，都會發(fā)生變壓器的過勵磁。設(shè)式中，、為額定電壓和額定頻率；稱為過勵磁的倍數(shù)。

n越大，對變壓器的危害越大，變壓器允許運(yùn)行的時間t也越小。n與t的關(guān)系曲線稱為變壓器過勵磁倍數(shù)曲線。變壓器過勵磁保護(hù)通常采用反應(yīng)n大小的反時限保護(hù)，反時限特性與變壓器過勵磁倍數(shù)曲線相配合。本章習(xí)題本單元試題量：

選擇題5道，填空1道，簡答6道1.當(dāng)變壓器外部故障時，有較大的穿越性短路電流流過變壓器，這時變壓器的差動保護(hù)_____。A立即動作；B延時動作；C不應(yīng)動作；D視短路時間長短而定2.氣體（瓦斯）保護(hù)是變壓器的_____。A主后備保護(hù)；B內(nèi)部故障的主保護(hù)；C部故障的主保護(hù)；D外部故障的后備