三、變壓器保護

2023/2/52023/2/52023/2/5第一節(jié)變壓器常見故障、不正常運行狀態(tài)及保護配置

一、變壓器常見故障、不正常運行狀態(tài)

內(nèi)部故障：繞組相間短路、單相接地短路、匝間短路。外部故障：絕緣套管及引出線各種相間短路、單相接地短路。

變壓器不正常運行狀態(tài)：過負荷、油箱漏油造成的油面降低、表面油溫過高、外部短路引起的過電流、電壓升高或頻率降低引起的變壓器過勵磁。2023/2/5變壓器保護配置（WBH-820A系列

RCS-9600系列）電量保護1、比率差動保護比率制動式差動保護是變壓器的主保護。能反映變壓器內(nèi)部相間短路故障、高壓側單相接地短路及匝間層間短路故障。2、差動速斷保護當任一相差動電流大于差動速斷整定值時瞬時動作于出口。3、差流越限告警正常情況下監(jiān)視各相差流，如果任一相差流大于差流越限定值(一般設為最小動作電流的1/2)，經(jīng)延時起動告警繼電器。4、TA斷線判別：判斷TA斷線5、過電流保護:外部相間短路引起的變壓器過電流

6、接地保護:反映變壓器及相鄰元件的接地故障7、過負荷保護:反映變壓器對稱過負荷8、過勵磁保護:反映變壓器過勵磁2023/2/5非電量保護設有：重瓦斯、調壓重瓦斯、輕瓦斯告警調壓輕瓦斯溫度保護、油位高、油位低、壓力釋放、風冷消失；非電量插件獨立完成非電量跳閘，在CPU停用或保護電源消失時仍能正確動作。2023/2/5關于變壓器瓦斯保護基本原理：它是反應油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動作。作用：反應變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面降低測量元件：瓦斯繼電器出口方式：重瓦斯:跳開變壓器各側斷路器(定值：流速一般整定為0.6-1m/s,對于強迫油循環(huán)的變壓器整定為1.1-1.4m/s)輕瓦斯：發(fā)信號（定值：氣體容積250±10%cm3)2023/2/5瓦斯繼電器安裝示意圖2023/2/5

二、原理接線

2023/2/5優(yōu)點：可以反映變壓器油箱內(nèi)所有的故障,特別是匝間短路,當差動不能動作時,也一樣可以動作.瓦斯保護還具有動作迅速、靈敏度高、接線簡單等優(yōu)點。瓦斯保護的主要缺點:不能反應變壓器套管及引出線的故障，所以不能作為變壓器內(nèi)部故障的唯一保護。主要是：

存在誤動情況。2023/2/5輕瓦斯保護動作，通常有下列原因：

(1)因進行濾油、加油和啟動強油循環(huán)裝置而使空氣進入變壓器。

(2)因溫度下降或漏油致使油面緩慢下降。

(3)因變壓器輕微故障而產(chǎn)生少量氣體。

(4)由于區(qū)外穿越性短路電流的影響。

(5)因直流回路絕緣破壞或觸點劣化引起的誤動作。

(6)油枕至氣體繼電器間油道閥門不慎關閉，變壓器油箱內(nèi)油不能通過油枕調節(jié)而導致信號誤動作。

2023/2/5重瓦斯保護動作，通常有下列原因：

(1)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障；

(2)油面劇烈下降；(3)二次回路故障或接點損壞；

(4)大量空氣吸入本體內(nèi)，造成重瓦斯保護誤動。（5）外部發(fā)生穿越性故障（6）強烈的震動2023/2/5瓦斯保護的投切原則：1、變壓器運行時，裝置應接信號和跳閘。2、有載調壓分接開關的瓦斯保護應接跳閘。3、變壓器在運行中濾油、補油、或更換凈油器的吸附劑時，應將其重瓦斯改接信號。4、當油位計的油面異常升高或呼吸系統(tǒng)有異?，F(xiàn)象，需要打開放氣或放油閥門時，應先將重瓦斯改接信號。2023/2/5關于變壓器縱差動保護（1）比率制動式差動保護：比率制動+CT斷線閉鎖+二次諧波制動跳各側斷路器，發(fā)動作信號（2）差流速斷保護：跳各側斷路器，發(fā)動作信號2023/2/5一、基本原理2023/2/5差動保護的投切原則：1、新變壓器在新投入充電時，差動保護應投入跳閘位置。在充電無異常后，應將差動保護撤出，做六角圖檢測，相位，極性無異常后，方可投入跳閘。2、差動保護二次回路上有工作時，應將差動保護撤出運行。3、如確屬差動保護誤動作，將主變壓器跳閘，可將差動保護退出，先行試送主變壓器，并對差動保護回路進行檢查、處理。2023/2/5二、變壓器縱差保護特殊問題——引起不平衡電流增大的因素變壓器高、低壓側接線組別不同變壓器空載投入時的勵磁涌流帶負荷調壓的變壓器運行中改變分接頭電流互感器計算變比與實際變比不同兩側電流互感器型號不同2023/2/5

關于接線組別：三相變壓器的接線組別不同，其兩側的電流相位關系也不同，即使互感器二次電流大小相等，也會在差動回路產(chǎn)生不平衡電流。常規(guī)解決措施：相位補償微機保護中：一般將變壓器各側互感器的二次繞組全接成星形，其相位差，用軟件進行Y／△自動校正。采用全星形接線方式對減小電流互感器的二次負荷和改善電流互感器的工作性能有很大好處。

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1、數(shù)值補償和相位補償

變壓器星形側電流互感器按三角形接線?；ジ衅髯儽葹椋鹤儔浩魅切蝹入娏骰ジ衅靼葱切谓泳€?；ジ衅髯儽葹椋?/p>

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2、關于勵磁涌流：變壓器的勵磁電流只流經(jīng)它的電源側，正常時一般不超過額定電流的3-5%。外部故障時由于電壓降低，其影響更小；但在變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，可能出現(xiàn)很大的勵磁涌流，可能導致保護誤動。勵磁涌流的特點：

1、含有很大的非周期分量

2、含有大量的高次諧波，其中二次諧波比重大

3、波形削去負波之后將出現(xiàn)間斷措施：1、比率制動

2、二次諧波制動

3、鑒別波形間斷角制動

4、波形對稱識別2023/2/5（1）和差式比率制動的差動保護原理（雙繞組變壓器）差動電流ìd=∣ìH+ìL∣（ìH、ìL分別為變壓器高低兩側電流）

制動電流ìr=∣ìH-ìL∣∕2區(qū)外故障ìH=-ìL，此時ìr達到最大，而ìd為最小值，保護不動區(qū)內(nèi)故障ìH和ìL相位一致，ìr為最小，而ìd達到最大值，保護將靈敏動作。3、關于比率制動式的差動保護原理2023/2/5（2）關于復式比率制動的差動保護原理（三圈變壓器）

差動電流ìd=∣ìH+ìM+ìL∣（ìH，ìM，ìL分別為變壓器高中低三側電流）制動電流ìr=∣ìd-（∣ìH∣+∣ìM∣+∣ìL∣）內(nèi)部故障時：ìr近似為0無制動量，保護靈敏動作外部故障時：ìr很大，具有制動作用，保護不動。

K為復式比率制動系數(shù)。K=ìd/ìr（定值一般取0.4-0.7），當大于定值時動作。A、內(nèi)部故障時，K很大，滿足K大于定值，保護動作。

B、外部故障時，K很小，小于定值，這樣裝置不動。

2023/2/53、二次諧波制動：當變壓器空載投入（差動區(qū)內(nèi)無故障）或差動區(qū)外故障切除后的恢復時間，均會產(chǎn)生勵磁涌流，最大值可達（6-8）Ie。它含有大量的二次諧波.判據(jù)：引入：K21=I2/I1（K21一般取15%左右，判斷是否大于整定值，大于則制動差動保護）。取三相差動電流中二次諧波最大值，作為按相制動的判據(jù)。2023/2/5傳統(tǒng)二次諧波判據(jù)的問題三相閉鎖：A相二次諧波越限B相二次諧波越限C相二次諧波越限或門

閉鎖三相

C相空投如有故障，要被制動！

如果空投時某相存在故障，而此時如果其他相滿足制動條件，故障相被制動而延長了故障切除時間2023/2/5WBH-800裝置采用綜合判別，滿足即閉鎖三相為三相中最大的二次諧波為三相中最大的基波空投正常變壓器：等效于傳統(tǒng)二次諧波判據(jù)，可靠閉鎖保護帶故障空投變壓器：三相最大二次諧波電流遠小于故障相電流基波含量，它們的比值不可能大于K2，可靠開放保護2023/2/54、差流速斷：當變壓器嚴重內(nèi)部故障時，短路電流可能會使CT飽和，使二次電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生一定的二次諧波，當二次諧波大于一定值時，有可能被二次諧波制動，造成該動時拒動的嚴重后果，因此引入差流速斷，其實質是反應差動電流的過電流保護，其定值較大，一般為（3-8）Ie。用以保護在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，快速動作于跳閘。動作時間一般小于15ms.2023/2/5其中：Id為動作電流，Ir為制動電流，Icdqd為差動電流起動值，Kbl為比率差動制動系數(shù)，Ie為變壓器的額定電流，圖中陰影部分為保護動作區(qū)。2023/2/5

1、比率制動部分是用于防止外部短路時，由于不平衡電流影響而造成誤動作。2、二次諧波制動部分的作用，是防止變壓器空載投入時出現(xiàn)勵磁涌流而造成保護誤動作。3、差動電流速斷部分作用，防止變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，差動元件拒動，從而加快切除故障。2023/2/52023/2/52023/2/5（二）后備保護1、復合電壓閉鎖（方向）過流保護（1）、復合電壓正序低電壓（對稱）負序過電壓（不對稱）（0.06-0.12）Ue目的：提高保護的靈敏度。

復合電壓元件:U2>U2OP

U<UOP過流元件：I>IOP2023/2/5（2）、方向問題采用相間方向元件,算法按900

接線方式（線電壓、相電流）方向元件正方向：從變壓器流向母線的方向為正。保護裝置的工作原理當發(fā)生對稱短路時，由于電壓下降，使低電壓元件動作；當發(fā)生不對稱短路（如兩相短路）時，由于負序電壓的產(chǎn)生，使負序電壓元件動作，且短路相相應的電流元件及方向元件動作，于是整組保護動作，將變壓器的斷路器跳閘。2023/2/5邏輯圖2023/2/5PT斷線判據(jù)如下：a)正序電壓U1小于30伏，而任一相電流大于0.06In；b)負序電壓大于8伏；滿足上述任一條件后延時10秒報母線PT斷線，發(fā)出裝置異常報警BJJ，待電壓恢復保護也自動恢復正常。在斷線期間，根據(jù)整定控制字選擇是退出經(jīng)方向或復合電壓閉鎖的各段過流保護還是暫時取消方向和復合電壓閉鎖。當各段復壓過流保護都不經(jīng)復壓閉鎖和方向閉鎖時，不判PT斷線。2023/2/5變壓器的過負荷保護過負荷報警裝置采用單相式，取三相最大電流作為判別，過負荷動作后給出一付過負荷報警接點，并報運行異常信號(BJJ動作)。過負荷保護的動作時限，應比過電流保護的最大時限增加一個時限階差△t.對數(shù)臺并列運行或單臺運行并作為其他負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況裝設過負荷保護；對三圈變壓器，保護裝置應能反映各側過負荷的情況。2023/2/5變壓器的接地保護

零序電流保護：變壓器中性點接地時的接地保護。間隙零序過流保護：變壓器中性點經(jīng)放電間隙接地時的接地保護。零序過電壓保護：變壓器中性點不接地時的接地保護。2023/2/5零序保護的配置原則：1、在中性點直接接地的110KV及以上電力網(wǎng)中，當?shù)蛪簜扔须娫吹淖儔浩髦行渣c直接接地運行時，對外部單相接地引起的過電流，應裝設零序電流保護。2、零序電流保護可由兩段組成，每段應各帶兩個時限，并均以較短的時限動作于縮小故障影響范圍，以較長的時限有選擇性地斷開變壓器各側斷路器。3、雙線圈及三線圈變壓器的零序電流保護應接到中性點引出線上的電流互感器上。4、對高壓側為單電源，低壓側無電源的降壓變壓器，不宜裝設專門的零序保護。2023/2/5零序保護程序邏輯：1、中性點直接接地保護方式：采用兩段式零序電流保護（帶方向或不帶方向，正方向指向母線）零序功率方向元件

3U0=UA+UB+UC

3I0=IA+IB+IC

由兩段式的零序電流構成，每段設兩個時限，每段動作后都以較短時限跳母聯(lián)或分段斷路器；以較長時限跳高壓側或全跳斷路器。2023/2/52023/2/52、中性點可能接地也可能不接地運行變壓器的接地保護對于中性點可能接地也可能不接地運行的每臺變壓器，其接地保護需配置兩套，一套作為中性點接地運行方式時的接地保護，另一套用于中性點不接地運行方式時的接地保護。中性點接地運行方式時的接地保護通常采用兩段式零序過電流保護，而中性點不接地運行方式時的接地保護，通常采用零序過電壓保護。這種接地保護的整定計算、動作時限等與變壓器中性點絕緣水平、過電壓保護方式及并聯(lián)運行的變壓器臺數(shù)有關。2023/2/5

(1)全絕緣變壓器的接地保護：對于中性點可能接地也可能不接地運行的全絕緣變壓器，當有數(shù)臺并列運行時，要求其接地保護的動作行為是，保護動作后應先切除中性點接地運行的變壓器，后切除中性點不接地運行的變壓器。2023/2/52023/2/5當變壓器所連接的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，對中性點接地運行變壓器，利用兩段式零序過電流保護中的較短時限t1，跳開母線聯(lián)絡(或分段)斷路器，以較長時限t2。跳開高壓側(或各側)斷路器；對中性點不接地運行變壓器，利用零序過電壓保護經(jīng)預定延時t3后跳開中性點不接地變壓器各側的斷路器。零序過電壓保護的動作電壓整定值,按躲過系統(tǒng)失去中性點且發(fā)生單相接地故障時所接TV二次開口繞組可能出現(xiàn)的最低電壓整定時，一般二次值取180V。其動作時限只需躲過暫態(tài)過電壓的時限考慮，無需與其他保護配合，通常小于O．3s。2023/2/5(2)分級絕緣且中性點不裝設放電間隙的變壓器由于分級絕緣變壓器中性點處繞組的絕緣水平最低，所以，對于此類變壓器接地保護動作行為的要求是，保護動作后應先切除中性點不接地運行的變壓器，后切除中性點接地運行的變壓器。為此，對于分級絕緣且中性點不裝設放電間隙的變壓器，其接地保護的配置為兩段式零序過電流保護和零序電流閉鎖的零序電壓保護。兩段式零序過電流保護用于中性點直接接地運行方式，零序電流閉鎖的零序過電壓保護用于中性點不接地運行方式。

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