變壓器保護(hù)基本原理概述

變壓器保護(hù)基本原理概述第1頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器在系統(tǒng)中的地位及特點(diǎn)電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備，其廣泛應(yīng)用于不同電壓等級(jí)的變電站中。電力變壓器屬于連續(xù)運(yùn)行的靜止設(shè)備，相對(duì)于輸電線路和發(fā)電機(jī)來說，雖然運(yùn)行比較可靠，發(fā)生故障機(jī)會(huì)較少，但是大部分變壓器安裝在戶外，受自然條件影響大，還受到連接負(fù)荷和電力系統(tǒng)故障影響，特別是現(xiàn)代電力系統(tǒng)，越來越多的采用大容量電力變壓器，電壓等級(jí)高，造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果因故障而遭到損壞，將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。另外，變壓器故障不僅影響供電可靠性，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行擾動(dòng)也很大，影響范圍大。第2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器保護(hù)概括變壓器保護(hù)對(duì)電力變壓器的安全運(yùn)行和電網(wǎng)可靠供電起著極其重要的作用。近年來我國數(shù)字式變壓器保護(hù)研制水平和制造技術(shù)不斷提高，數(shù)字式變壓器保護(hù)已經(jīng)得到推廣應(yīng)用，數(shù)字式保護(hù)裝置在硬件可靠性和保護(hù)性能方面有了較大提高，但與線路保護(hù)等相比較，實(shí)際運(yùn)行中變壓器保護(hù)的正確動(dòng)作率仍然偏低。變壓器故障分析理論和變壓器保護(hù)中勵(lì)磁涌流等問題仍然是需要研究的重要內(nèi)容。第3頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器故障變壓器故障分為本體內(nèi)部故障和外部故障。本體內(nèi)部故障是變壓器油箱內(nèi)發(fā)生的故障，它包括繞組間的相間短路、繞組或引線的單相接地短路及繞組的匝間短路，還有由于各種原因在變壓器油中產(chǎn)生的間歇性電弧或局部過熱，在發(fā)展過程中也可能引起各種故障。外部故障主要是油箱外部引出線的各種相間短路或單相接地短路。變壓器的故障，特別是內(nèi)部故障電弧，不僅會(huì)損壞繞組絕緣、燒壞鐵芯，還可能產(chǎn)生大量汽化氣體，引起油箱爆炸。因此變壓器發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)迅速將故障變壓器切除。第4頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器現(xiàn)場(chǎng)故障情況電壓等級(jí)220kV330kV500kV合計(jì)次數(shù)%次數(shù)%次數(shù)%次數(shù)%本體內(nèi)部故障匝間故障1130.5611002401433.33鐵芯故障12.7812.38相間接地故障822.22819.04套管故障1233.331201330.95分接開關(guān)故障411.11240614.28小計(jì)361001100510042100外部故障501354合計(jì)862896變壓器總臺(tái)數(shù)37211614414323本體故障變壓器臺(tái)數(shù)361542故障率（次/百臺(tái)·年）0.960.621.130.972004年全國220kV及以上大型變壓器故障統(tǒng)計(jì)

第5頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器主要故障類型現(xiàn)場(chǎng)變壓器所發(fā)生故障的統(tǒng)計(jì)情況反映，變壓器內(nèi)部匝間故障、相間接地故障、套管故障以及變壓器外部引線各種短路故障是變壓器的主要故障類型。第6頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)變壓器不正常工作狀態(tài)主要包括：由于變壓器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)過電壓，冷卻系統(tǒng)故障和過負(fù)荷，大容量變壓器在過電壓和低頻率等異常工況下的過勵(lì)磁。變壓器長時(shí)間不正常運(yùn)行會(huì)造成繞組和鐵芯過熱以及絕緣損壞，保護(hù)應(yīng)及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，并采取相應(yīng)措施。第7頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器保護(hù)配置原則瓦斯保護(hù)用于反映并消除變壓器油箱內(nèi)部各種短路及油面降低。對(duì)于0.4MVA及以上車間內(nèi)油浸式變壓器和0.8MVA及以上油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器充油調(diào)壓開關(guān)，亦應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。1、瓦斯保護(hù)對(duì)于變壓器運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種故障和異常運(yùn)行狀態(tài)，GB/T14285-2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱規(guī)程）對(duì)各種電力變壓器一般應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)作出了規(guī)定。第8頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器保護(hù)配置原則縱差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)作為變壓器內(nèi)部、套管及引出線短路故障的主保護(hù)。對(duì)于電壓在10kV及以下、容量在10MVA及以下變壓器采用電流速斷保護(hù)。電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上變壓器采用縱差動(dòng)保護(hù)。對(duì)于10kV重要變壓器，也可采用縱差動(dòng)保護(hù)。而電壓為220kV及以上變壓器采用數(shù)字式保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用雙重化保護(hù)配置（非電量保護(hù)除外）。2、縱差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)

第9頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器保護(hù)配置原則反映外部相間短路引起的變壓器過電流，并作為瓦斯保護(hù)和縱差動(dòng)保護(hù)的后備，35kV~66kV及以下中小容量降壓變壓器宜采用過電流保護(hù)，110kV~500kV降壓、升壓和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器宜采用復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)。3、相間短路后備保護(hù)

第10頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器保護(hù)配置原則對(duì)110kV及以上中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中各種變壓器，當(dāng)變壓器中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行或不接地運(yùn)行時(shí)，為反映外部單相接地短路引起的過電流，以及因失去接地中性點(diǎn)引起的變壓器中性點(diǎn)升高，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的零序過電流保護(hù)和零序過電壓保護(hù)。4、接地短路后備保護(hù)

第11頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器保護(hù)配置原則應(yīng)裝設(shè)反映變壓器各側(cè)繞組過負(fù)荷情況的過負(fù)荷保護(hù)。5、過負(fù)荷保護(hù)

對(duì)于高壓側(cè)為330kV及以上電壓等級(jí)的變壓器，應(yīng)裝設(shè)過勵(lì)磁保護(hù)。應(yīng)裝設(shè)能夠反映變壓器油溫、繞組溫度及油箱內(nèi)壓力升高，或冷卻系統(tǒng)故障的保護(hù)。6、過勵(lì)磁保護(hù)

7、其它保護(hù)

第12頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)變壓器差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)之一。通常其保護(hù)范圍包括了各側(cè)電流互感器以內(nèi)區(qū)域，可以保護(hù)變壓器繞組的相間短路、匝間短路、各側(cè)引出線短路和中性點(diǎn)接地側(cè)變壓器繞組和引出線上的單相接地短路。然而與線路、發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)不同，變壓器一般具有兩個(gè)或更多個(gè)電壓等級(jí)，變壓器原副邊電氣量反映的是變壓器各側(cè)磁耦合關(guān)系，因此變壓器差動(dòng)保護(hù)不平衡電流產(chǎn)生的因素更多，特別是變壓器勵(lì)磁涌流、過勵(lì)磁均對(duì)保護(hù)有影響，需要采取相應(yīng)措施防止保護(hù)誤動(dòng)。概述

第13頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)原理基于基爾霍夫電流定律，下圖為雙繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)原理接線圖。****基本原理

第14頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作量為差動(dòng)電流，差動(dòng)電流為變壓器各側(cè)電流相量和，變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差動(dòng)電流為流入故障點(diǎn)的電流，當(dāng)差動(dòng)電流大于保護(hù)的動(dòng)作電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。在變壓器正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，變壓器各側(cè)流入和流出的一次電流之和為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。但變壓器差動(dòng)保護(hù)在實(shí)際正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，由于變壓器各側(cè)電流幅值和相位不同，以及勵(lì)磁電流的存在，使得差動(dòng)回路中穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)不平衡電流顯著增加，從而造成影響差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為的特殊問題?；驹?/p>

第15頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)1）變壓器各側(cè)電流相位不同。變壓器各側(cè)繞組接線組別不同，使各側(cè)電流存在相位差，常規(guī)保護(hù)通過各側(cè)電流互感器的不同二次接線校正和補(bǔ)償這種電流相位差，數(shù)字式保護(hù)可由軟件校正相位差。2）計(jì)算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同。電流互感器選擇的標(biāo)準(zhǔn)變比與計(jì)算變比不匹配，也會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，需要進(jìn)行變比誤差的幅值補(bǔ)償，電磁型差動(dòng)繼電器采用平衡繞組實(shí)現(xiàn)一定的補(bǔ)償，靜態(tài)型差動(dòng)繼電器利用電抗變換器二次電壓調(diào)平衡，數(shù)字式保護(hù)可由軟件計(jì)算進(jìn)行各側(cè)幅值的補(bǔ)償。特殊問題

第16頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)5）變壓器勵(lì)磁涌流。變壓器勵(lì)磁電流僅流入變壓器一側(cè)，反映為差動(dòng)回路不平衡電流。變壓器穩(wěn)態(tài)勵(lì)磁電流較小，但當(dāng)變壓器空載投入或外部短路故障切除電壓恢復(fù)時(shí)，將出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流，稱為勵(lì)磁涌流，差動(dòng)保護(hù)需要采取措施防止勵(lì)磁涌流造成保護(hù)誤動(dòng)。由于變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的上述特點(diǎn)，變壓器差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成比較復(fù)雜，需要采取各種方法和措施減小這些不平衡電流的影響，還需要專門的勵(lì)磁涌流和過勵(lì)磁判據(jù)防止差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。特殊問題

第17頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)勵(lì)磁涌流是變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的一個(gè)主要問題。勵(lì)磁涌流的出現(xiàn)有三種情況，當(dāng)投入空載變壓器時(shí)產(chǎn)生空投勵(lì)磁涌流，當(dāng)外部故障切除電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生恢復(fù)勵(lì)磁涌流，當(dāng)兩臺(tái)并聯(lián)變壓器，一臺(tái)正常運(yùn)行，另一臺(tái)空載合閘時(shí)，不僅合閘變壓器有勵(lì)磁涌流，另一臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行變壓器中會(huì)出現(xiàn)和應(yīng)涌流。對(duì)于后二種涌流，由于變壓器是部分勵(lì)磁，因此均比空投勵(lì)磁涌流小。勵(lì)磁涌流及其特點(diǎn)

第18頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)勵(lì)磁涌流是由于變壓器鐵芯嚴(yán)重飽和產(chǎn)生的。下圖為三繞組變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流及其特點(diǎn)

第19頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)對(duì)于空投勵(lì)磁涌流，當(dāng)空載變壓器合閘時(shí)，某一側(cè)突然加上電源電壓，由于鐵芯中磁通不能突變，因此出現(xiàn)非周期分量磁通，從而增大的暫態(tài)鐵芯磁通使鐵芯嚴(yán)重飽和，變壓器勵(lì)磁電感降低，相應(yīng)出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流。勵(lì)磁涌流的大小與空載合閘電壓初相角，電源電壓和系統(tǒng)阻抗大小、鐵芯材質(zhì)和型式、剩磁大小和方向及飽和磁通大小、TA傳變特性有關(guān)，對(duì)于三相變壓器還與三相繞組的接線方式等有關(guān)。大量文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)分析表明，勵(lì)磁涌流具有如下特點(diǎn)：勵(lì)磁涌流及其特點(diǎn)

第20頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)1）勵(lì)磁涌流波形明顯偏于時(shí)間軸一側(cè)，含有很大的非周期分量電流，勵(lì)磁涌流數(shù)值大且隨時(shí)間衰減，衰減時(shí)間與變壓器和電網(wǎng)時(shí)間常數(shù)有關(guān)，中小變壓器涌流倍數(shù)大，衰減較快（可達(dá)10Ie，衰減時(shí)間0.5~1s），大型變壓器涌流倍數(shù)較小，衰減慢（4~6Ie，2~3s，甚至1min）2）勵(lì)磁涌流中含有大量的高次諧波分量，其中以二次諧波分量電流為主。對(duì)于三相變壓器，三相二次諧波大小不同，但總有至少一相的二次諧波較大。但也有一相可能出現(xiàn)近似對(duì)稱性涌流，諧波含量很低。勵(lì)磁涌流及其特點(diǎn)

第21頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)3）勵(lì)磁涌流呈現(xiàn)尖頂波，相鄰兩個(gè)波形之間出現(xiàn)間斷，波形間斷的寬度為間斷角，間斷角大小與鐵芯飽和磁通和剩磁大小有關(guān)。勵(lì)磁涌流將造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，因此，在考慮變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的各種方案時(shí)，需要根據(jù)勵(lì)磁涌流的上述特點(diǎn)，采取相應(yīng)的防止保護(hù)誤動(dòng)的措施。勵(lì)磁涌流及其特點(diǎn)

第22頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)勵(lì)磁涌流判別一直是變壓器保護(hù)研制和運(yùn)行的主要問題，多年來進(jìn)行了大量研究和探索，迄今具有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的勵(lì)磁涌流判別原理可歸納為以下幾類：1）常規(guī)BCH型具有速飽和變流器的差動(dòng)繼電器，利用非周期分量使速飽和變流器迅速飽和，抑制涌流傳變，防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。但在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，非周期分量的存在也使縱差動(dòng)保護(hù)延遲動(dòng)作。在三相勵(lì)磁涌流中，可能有一相沒有非周期分量，必須通過提高差動(dòng)繼電器動(dòng)作值來躲過涌流，使得保護(hù)靈敏度較低。勵(lì)磁涌流判別方法

第23頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)2）二次諧波電流是勵(lì)磁涌流的顯著特點(diǎn)，二次諧波制動(dòng)方法判別差動(dòng)電流中二次諧波分量與基波分量的比值，大于整定值時(shí)閉鎖差動(dòng)保護(hù)，一般二次諧波比的整定值為15～20%。二次諧波制動(dòng)是運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最多，應(yīng)用最為廣泛的避越勵(lì)磁涌流的方法。勵(lì)磁涌流判別方法

第24頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)現(xiàn)代大型變壓器采用冷軋硅鋼片，飽和磁密較高，剩磁較大，使勵(lì)磁涌流中二次諧波含量減少。三相差動(dòng)電流中某一相可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)稱性涌流，但三相涌流中至少有兩相或一相二次諧波比能達(dá)到定值，因此，二次諧波制動(dòng)采用三相“或”門閉鎖方式，只要有一相二次諧波含量達(dá)到定值，就閉鎖縱差動(dòng)保護(hù)。試驗(yàn)和分析表明，在內(nèi)部故障電流中有較大的二次諧波分量時(shí)，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度會(huì)受到影響，特別是當(dāng)空載合閘于故障變壓器上，非故障相呈現(xiàn)勵(lì)磁涌流，差動(dòng)保護(hù)可能被閉鎖，隨著涌流衰減，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間長達(dá)幾百毫秒。勵(lì)磁涌流判別方法

第25頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)3）采用波形間斷角原理判別勵(lì)磁涌流，當(dāng)差動(dòng)電流波形的間斷角大于整定值時(shí)，可判別為勵(lì)磁涌流，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。由于電流互感器傳變可能導(dǎo)致間斷角消失，因此需采取一定補(bǔ)償措施恢復(fù)間斷角。與二次諧波制動(dòng)不同的是，間斷角原理采用三相獨(dú)立的閉鎖方式，因而在內(nèi)部故障，特別是空投于變壓器內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)有較高的動(dòng)作速度。但對(duì)數(shù)字式保護(hù)而言，間斷角原理在采樣速率等方面對(duì)硬件要求高，加之受電流互感器等影響較大，處理上較復(fù)雜，目前未能得到推廣應(yīng)用。勵(lì)磁涌流判別方法

第26頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)4）基于波形判別原理判別勵(lì)磁涌流，是數(shù)字式保護(hù)中應(yīng)用較多的一類新方法。其中典型的一種判別方法是比較一周電流波形中前后半波波形的對(duì)稱性，對(duì)于故障電流，前后半波呈現(xiàn)正弦對(duì)稱波形，而勵(lì)磁涌流的前后半波則不對(duì)稱，這種原理本質(zhì)上是利用電流中的偶次諧波分量來制動(dòng)的。由于對(duì)硬件要求不高，實(shí)現(xiàn)方式較為簡(jiǎn)便，一般采用三相獨(dú)立出口的閉鎖方式，因此在數(shù)字式保護(hù)中得到應(yīng)用。勵(lì)磁涌流判別方法

第27頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)盡管隨著對(duì)勵(lì)磁涌流的深入研究，各種新的勵(lì)磁涌流判別原理不斷被提出，但國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用的數(shù)字式縱差動(dòng)保護(hù)，仍然以二次諧波制動(dòng)和波形判別原理為主要的勵(lì)磁涌流判別方法。勵(lì)磁涌流判別方法

第28頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)縱差動(dòng)保護(hù)的主要問題是克服區(qū)外短路故障時(shí)差動(dòng)回路的不平衡電流，以及變壓器空載投入時(shí)勵(lì)磁涌流的影響，同時(shí)還要保證內(nèi)部短路故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的靈敏性和快速性。比率制動(dòng)縱差保護(hù)原理第29頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)流入差動(dòng)繼電器的不平衡電流與變壓器外部故障時(shí)的穿越電流有關(guān)，穿越電流越大，不平衡電流越大。如果差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流按照躲過最大穿越電流下的不平衡電流整定，將會(huì)降低內(nèi)部故障的靈敏度。比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)，利用反應(yīng)變壓器穿越電流大小的制動(dòng)電流，使保護(hù)動(dòng)作電流隨制動(dòng)電流而變化，當(dāng)外部短路穿越電流增大，制動(dòng)電流隨之增加，增強(qiáng)了外部故障時(shí)的制動(dòng)作用，有效地防止了不平衡電流引起的誤動(dòng)，同時(shí)提高了內(nèi)部故障時(shí)的靈敏度，較好地解決了區(qū)外短路故障不平衡電流影響與內(nèi)部短路故障靈敏度間的矛盾。比率制動(dòng)縱差保護(hù)原理第30頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)目前廣泛應(yīng)用的數(shù)字式變壓器縱差動(dòng)保護(hù)，普遍使用兩折線或三折線比率制動(dòng)特性。比率制動(dòng)縱差保護(hù)原理IopIop.minIres.oIop.maxIres.maxIres第31頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)兩折線比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為：比率制動(dòng)縱差保護(hù)原理其中：為保護(hù)動(dòng)作電流，為差動(dòng)電流，為制動(dòng)電流，為最小動(dòng)作電流，為保護(hù)起始制動(dòng)電流，為動(dòng)作特性折線的斜率。

當(dāng)

當(dāng)?shù)?2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)對(duì)于雙繞組變壓器，差動(dòng)電流，制動(dòng)電流。對(duì)于多繞組變壓器，差動(dòng)電流仍為變壓器各側(cè)電流矢量之和，即 ，但制動(dòng)電流有不同的選擇和計(jì)算方法。數(shù)字式變壓器保護(hù)中常用的制動(dòng)電流選取方法有三種，它們是：比率制動(dòng)縱差保護(hù)原理（A）（B）（C）

第33頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)電流的選擇要考慮到對(duì)外部故障穿越性短路電流的制動(dòng)作用最大，同時(shí)在內(nèi)部故障情況下，其制動(dòng)作用最小，使保護(hù)靈敏動(dòng)作。在正常運(yùn)行和外部故障情況下，以上三種制動(dòng)電流的制動(dòng)作用是等效的，但在大部分內(nèi)部故障情況下，采用制動(dòng)電流（C）的保護(hù)較為靈敏。需指出的是，上式中用于差動(dòng)電流、制動(dòng)電流計(jì)算的各側(cè)電流，均已進(jìn)行了各側(cè)電流相位校正和幅值平衡補(bǔ)償。比率制動(dòng)縱差保護(hù)原理第34頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)兩折線比率制動(dòng)特性中三個(gè)參數(shù)需要整定，即無制動(dòng)作用下保護(hù)的最小動(dòng)作電流 ，保護(hù)起始制動(dòng)電流 ，以及折線的斜率S。比率制動(dòng)縱差保護(hù)整定計(jì)算第35頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)變壓器在某些情況下，如超高壓長距離輸電線路甩負(fù)荷時(shí)會(huì)造成變壓器短時(shí)過電壓?，F(xiàn)代大型變壓器飽和磁密較高，在過電壓作用下易造成鐵芯飽和，使勵(lì)磁電流大大增加，容易發(fā)生過勵(lì)磁，勵(lì)磁電流成為差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流，可能引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。當(dāng)過電壓為120%－140%額定電壓時(shí)，應(yīng)閉鎖差動(dòng)保護(hù)以防止誤動(dòng)。對(duì)于可能發(fā)生過勵(lì)磁的超高壓大型變壓器，根據(jù)過勵(lì)磁電流中含有顯著的五次諧波分量，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。通常選擇差動(dòng)電流中五次諧波分量與基波分量比值大于35%作為閉鎖判據(jù)，防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。過勵(lì)磁閉鎖第36頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)在變壓器嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)，短路電流水平較高，使得電流互感器飽和，其二次電流中高次諧波分量增大，可能影響到比率差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作，因此，變壓器縱差動(dòng)保護(hù)應(yīng)配置差動(dòng)電流速斷保護(hù)，作為輔助保護(hù)加快內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作速度，其實(shí)質(zhì)是反應(yīng)差動(dòng)電流的電流瞬時(shí)速斷保護(hù)。差動(dòng)電流速斷保護(hù)第37頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)對(duì)于220～500kV大型變壓器，單相接地短路是主要故障形式之一。為提高切除自耦變壓器內(nèi)部單相接地短路故障的可靠性，可增設(shè)零序差動(dòng)保護(hù)。變壓器零序電流差動(dòng)保護(hù)由變壓器中性點(diǎn)側(cè)零序電流互感器和變壓器星形側(cè)電流互感器的零序回路構(gòu)成，可以采用比率制動(dòng)特性或標(biāo)積制動(dòng)特性，比率制動(dòng)特性通常采用兩折線動(dòng)作特性，零序電流作為制動(dòng)量，保護(hù)最小動(dòng)作電流應(yīng)躲過外部三相短路最大不平衡電流。比率制動(dòng)零序差動(dòng)保護(hù)也可以采用高中壓側(cè)相電流作為制動(dòng)量，有利于防止外部三相短路時(shí)的誤動(dòng)作，保護(hù)最小動(dòng)作電流躲過正常時(shí)三相TA誤差不一致產(chǎn)生的三相不平衡電流，保護(hù)靈敏度較高。零序電流差動(dòng)保護(hù)第38頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)該保護(hù)具有不受勵(lì)磁涌流直接影響，不受電壓分接頭調(diào)整影響的特點(diǎn)，對(duì)于單相接地故障，比相間縱差動(dòng)保護(hù)有更高的靈敏度，因此在大型變壓器特別是500kV自耦變壓器中得到應(yīng)用。對(duì)于零序差動(dòng)保護(hù)，側(cè)三相電流互感器均二次并聯(lián)，發(fā)生單相故障時(shí)，健全相互感器將從故障相互感器汲出電流，對(duì)零序差動(dòng)保護(hù)靈敏度有降低作用，但內(nèi)部單相接地故障時(shí)，其靈敏度仍然比相間差動(dòng)保護(hù)高。另外，零序電流互感器極性校驗(yàn)比較困難，難以用變壓器負(fù)荷電流進(jìn)行檢驗(yàn)。零序電流差動(dòng)保護(hù)第39頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)零序電流差動(dòng)保護(hù)接線示意圖~Iod~~Iod~(a)普通變壓器(b)自耦變壓器第40頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器差動(dòng)保護(hù)分側(cè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是在變壓器星形側(cè)的每一相繞組裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，也稱為分相差動(dòng)保護(hù)。分側(cè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)可用于自耦變壓器，此時(shí)變壓器高壓側(cè)、中壓側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)應(yīng)采用同類型相同變比的電流互感器。分側(cè)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算原則與發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)相同。分側(cè)差動(dòng)保護(hù)不受勵(lì)磁涌流、過勵(lì)磁電流影響，也不受電壓分接頭調(diào)整及電流互感器變比不同的影響，對(duì)于變壓器繞組接地故障有較高的靈敏度，但不能反應(yīng)匝間短路。由于要求裝設(shè)保護(hù)的每一個(gè)繞組均有兩個(gè)引出端，通常的三相變壓器無法裝設(shè)分側(cè)差動(dòng)保護(hù)。分側(cè)差動(dòng)保護(hù)第41頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器瓦斯保護(hù)變壓器內(nèi)部故障，包括輕微的匝間短路等，可能故障電流比較小，反應(yīng)電氣量的保護(hù)靈敏度不滿足要求。電力變壓器通常利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，在故障電流和故障點(diǎn)電弧的作用下，絕緣油和其它絕緣材料會(huì)因受熱而分解，產(chǎn)生大量氣體，氣體的多少與流速，與故障嚴(yán)重程度有關(guān)，利用氣體動(dòng)作的保護(hù)裝置為瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)第42頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器瓦斯保護(hù)瓦斯繼電器安裝在變壓器本體油箱與油枕之間的連接管道中。瓦斯保護(hù)包括二種保護(hù)，一個(gè)是反應(yīng)變壓器內(nèi)部不正常情況或輕微故障時(shí)氣體容積大小的輕瓦斯保護(hù)，動(dòng)作于信號(hào)，另一個(gè)是反應(yīng)變壓器嚴(yán)重故障時(shí)油流速度的重瓦斯保護(hù)，動(dòng)作于跳開故障變壓器。瓦斯保護(hù)能反應(yīng)繞組輕微匝間短路、鐵芯局部燒損、繞組內(nèi)部斷線、絕緣逐漸劣化、油面下降等故障，但對(duì)變壓器外部套管及引線故障不能反應(yīng)，對(duì)絕緣突發(fā)性擊穿的反應(yīng)不如差動(dòng)保護(hù)快，因此瓦斯保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)之一，與縱差動(dòng)保護(hù)相互配合，相互補(bǔ)充，共同構(gòu)成快速靈敏的變壓器保護(hù)主保護(hù)。瓦斯保護(hù)第43頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)變壓器后備保護(hù)主要包括相間短路后備保護(hù)、接地短路后備保護(hù)，以及過勵(lì)磁保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。1、相間短路后備保護(hù)相間后備保護(hù)用以防止變壓器外部短路引起變壓器繞組的過電流及作為變壓器本身差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備，當(dāng)變壓器所連接母線未裝設(shè)專用母線保護(hù)時(shí)也作為母線的主要保護(hù)。相間后備保護(hù)可選用過電流保護(hù)、復(fù)合電壓（負(fù)序電壓和線間電壓）啟動(dòng)的過電流保護(hù)、或復(fù)合電流保護(hù)（負(fù)序電流和單相式電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)）。第44頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)1、相間短路后備保護(hù)對(duì)于兩側(cè)或三側(cè)有電源的雙繞組變壓器和三繞組變壓器，各側(cè)相間短路后備保護(hù)可帶兩段或三段時(shí)限，以短時(shí)限縮小故障范圍，長時(shí)限切除故障變壓器。為滿足選擇性的要求或?yàn)榻档秃髠浔Ｗo(hù)的動(dòng)作時(shí)間，相間短路后備保護(hù)可帶方向，方向宜指向各側(cè)母線，但斷開變壓器各側(cè)斷路器的后備保護(hù)不帶方向。相間后備保護(hù)宜分別裝設(shè)于各側(cè)，為了提高復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的靈敏度，可以同時(shí)利用變壓器的各側(cè)復(fù)合電壓去啟動(dòng)過電流保護(hù)。第45頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)1、相間短路后備保護(hù)作為電氣主設(shè)備的繼電保護(hù)，其基本功能是保證主設(shè)備的運(yùn)行安全。變壓器繞組的過電流是影響變壓器安全的一個(gè)重要因素，當(dāng)變壓器外部短路故障長期未被切除（例如低壓母線故障），變壓器將因較長時(shí)間通過短路大電流導(dǎo)致嚴(yán)重內(nèi)部故障，甚至造成變壓器的損壞。因此相間后備保護(hù)在每一側(cè)配置一段不帶方向元件的過電流保護(hù)，斷開變壓器各側(cè)斷路器，其定值獨(dú)立整定，可以作為設(shè)備自身對(duì)內(nèi)部及外部故障保護(hù)的最后一道防線，能夠最終切除故障，從而保證設(shè)備和系統(tǒng)的安全。第46頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)1、相間短路后備保護(hù)對(duì)于變壓器低壓側(cè)無專用母線保護(hù)，而且變壓器高壓側(cè)相間短路后備保護(hù)，對(duì)低壓側(cè)母線相間短路靈敏度不夠時(shí)，可在低壓側(cè)配置兩套相間短路后備保護(hù)，以提高切除低壓側(cè)母線故障的可靠性。第47頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)2、接地短路后備保護(hù)接地故障是電力系統(tǒng)的主要故障形式，對(duì)110kV及以上中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)連接的各種變壓器，對(duì)外部單相接地短路引起的過電流，應(yīng)裝設(shè)接地短路后備保護(hù)。變壓器接地故障的零序保護(hù)由零序過電流保護(hù)，零序過電壓保護(hù)、間隙零序過電流保護(hù)構(gòu)成。按照變壓器中性點(diǎn)接地方式的不同，接地后備保護(hù)分別考慮如下。第48頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)2、接地短路后備保護(hù)1）變壓器中性點(diǎn)直接接地的零序保護(hù)由兩段式零序過電流保護(hù)構(gòu)成，通常以較短時(shí)限動(dòng)作于縮小故障范圍，以較長時(shí)限動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。對(duì)自耦變壓器和高、中壓側(cè)均接地的三繞組變壓器，為滿足選擇性要求，可增設(shè)零序方向元件，方向指向各側(cè)母線。第49頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)2、接地短路后備保護(hù)2）對(duì)于中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行或不接地運(yùn)行的變壓器，應(yīng)配置兩種接地保護(hù)。一種接地保護(hù)用于變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行狀態(tài)，通常設(shè)置兩段式零序過流保護(hù)。另一種接地保護(hù)用于變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行狀態(tài)，需按照變壓器的不同情況分別考慮。a)全絕緣變壓器。除了裝設(shè)兩段式零序過電流保護(hù)，以滿足變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行要求，還應(yīng)增設(shè)零序過電壓保護(hù)，以適應(yīng)變壓器所連接電力網(wǎng)失去接地中性點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)中性點(diǎn)過電壓的保護(hù)。第50頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)2、接地短路后備保護(hù)b)分級(jí)絕緣變壓器。中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)放電間隙，可以對(duì)中性點(diǎn)絕緣薄弱部分起到過電壓保護(hù)作用。此時(shí)，除了用于中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行變壓器的兩段式零序過電流保護(hù)外，還要增設(shè)反應(yīng)間隙放電的零序電流保護(hù)和零序過電壓保護(hù)，當(dāng)變壓器所接電力網(wǎng)失去接地中性點(diǎn)，又發(fā)生單相接地故障時(shí)，反應(yīng)間隙放電的零序過電流保護(hù)和零序過電壓保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)短延時(shí)跳開變壓器各側(cè)斷路器。兩段式零序過流保護(hù)、零序過電壓保護(hù)的整定同上。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，間隙零序過電流保護(hù)其一次動(dòng)作電流可取為100。保護(hù)動(dòng)作延時(shí)取0.3s。第51頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三變壓器后備保護(hù)3、變壓器過勵(lì)磁保護(hù)按照變壓器的工作原理，變壓器