變壓器保護(hù)整理

變壓器保護(hù)（主、后備保護(hù)）一、主保護(hù)1.1瓦斯保護(hù)保護(hù)的工作原理瓦斯保護(hù)是反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部氣體的數(shù)量和流動的速度而動作的保護(hù)，保護(hù)變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障，特別是對繞組的相間和匝間短路。由于短路點(diǎn)電弧的作用，將使變壓器和其他絕緣材料分解，產(chǎn)生氣體。氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，利用氣體數(shù)量及流速構(gòu)成瓦斯保護(hù)。如圖2-1所示：圖2-1瓦斯保護(hù)的原理接線圖圖2-1上面的觸點(diǎn)表示“輕瓦斯保護(hù)”，動作后經(jīng)延時發(fā)出報(bào)警信號。下面的觸點(diǎn)表示“瓦斯保護(hù)”，動作后啟動變壓器保護(hù)的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重事故時，由于油流不穩(wěn)定，可能造成彈簧觸點(diǎn)的抖動，此時為使斷路器能可靠跳閘，應(yīng)選用具有電流自保持線圈的出口中間繼電器KM，動作后由斷路器的輔助觸點(diǎn)來解除出口回路的自保持。此外，為防止變壓器換油或進(jìn)行試驗(yàn)時引起重瓦斯保護(hù)誤動作跳閘，可利用切換片XB將跳閘回路切換到信號回路。為防止變壓器內(nèi)部單相繞組的匝間短路，通常在容量大于800KVA的變壓器上裝設(shè)有氣體保護(hù)。不論是哪一種型式的氣體繼電器都有兩對觸點(diǎn)：輕瓦斯保護(hù)：當(dāng)變壓器內(nèi)發(fā)生輕微故障時，產(chǎn)生的氣體較少且速度緩慢，氣體上升后逐漸積聚在繼電器的上部，使氣體繼電器內(nèi)的油面下降，使得其中一個觸點(diǎn)閉合而作用于信號。輕瓦斯保護(hù)動作值采用氣體容積大小表示：250-300cm3重瓦斯保護(hù)：當(dāng)變壓器內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障時，強(qiáng)烈的電弧將產(chǎn)生大量的氣體，油箱壓力迅速升高，迫使變壓器油沿著油箱沖向油枕，在油流的激烈沖擊下，使另一觸點(diǎn)接閉而動作于跳閘。重瓦斯保護(hù)動作值采用油流速度大小表示：0.6-1.5m/s瓦斯保護(hù)的缺點(diǎn)不能反應(yīng)變壓器油箱外套管及聯(lián)接戰(zhàn)線上的故障，因此，不能作為防御變壓器內(nèi)部事故的唯一保護(hù)。由于構(gòu)造問題，在運(yùn)行中正確動作率還不高。擋板式瓦斯繼電器也存在當(dāng)變壓器油面嚴(yán)重下降，需要跳閘時，動作不快的缺點(diǎn)。瓦斯保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單，并能反應(yīng)變壓器油面內(nèi)部各種類型的故障。特別是當(dāng)繞組短路匝數(shù)很少時，故障點(diǎn)的循環(huán)電流雖然很大，可能造成嚴(yán)重的過熱，但反應(yīng)在外部電流的變化卻很小，各種反應(yīng)電流量的保護(hù)都難以動作，因此瓦斯保護(hù)對保護(hù)這種故障有特殊的優(yōu)越性。1.2縱聯(lián)差動保護(hù)1.2.1變壓器差動保護(hù)基本原理電力變壓器可能發(fā)生的內(nèi)部故障包括：各側(cè)繞組的相間短路故障，中性點(diǎn)直接接地的變壓器的單相接地短路，繞組的匝間短路等。變壓器內(nèi)部的各種短路都將產(chǎn)生電弧，引起主絕緣燒毀，絕緣油分解，內(nèi)部油壓增大，有可能引起油箱爆炸起火。因此，對變壓器內(nèi)部故障應(yīng)盡快切除?？v差動保護(hù)是變壓器的電氣主保護(hù)，由于變壓器在電力系統(tǒng)中占有重要地位，縱差動保護(hù)必須滿足如下要求：1.能反應(yīng)保護(hù)區(qū)內(nèi)各種相間和接地短路故障。2.動作速度快，一般動作時間不能大于30ms。3.在變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)期間產(chǎn)生勵磁涌流時不應(yīng)誤動作。4.在變壓器過勵磁時，縱差動保護(hù)不應(yīng)該動作。5.發(fā)生外部故障時電流互感器飽和應(yīng)可靠不動作。6.保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時，電流互感器飽和，縱差動保護(hù)不應(yīng)拒動或延時動作。7.保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障，在短路電流中含有諧波分量時，縱差動保護(hù)不應(yīng)拒動或延時動作。按照反應(yīng)電流和電壓量變化構(gòu)成的保護(hù)裝置，測量元件限于裝設(shè)在被保護(hù)元件的一側(cè)，無法區(qū)別保護(hù)范圍末端和相鄰范圍始端的故障。為了保證動作的選擇性，在整定動作參數(shù)是必須與相鄰元件的保護(hù)相配合，一般采用縮短保護(hù)區(qū)或延長動作時限的方法獲得選擇性。差動保護(hù)的原理接線圖如圖2-3所示。差動臂中的同相位了，但。為使正常運(yùn)行或區(qū)外故障時，，則應(yīng)使故此時選擇LH變比的條件如式（2-7）：（2-7）在采用微機(jī)保護(hù)的變壓器中，變壓器各側(cè)LH均可接成Y形，因相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流可以通過軟件進(jìn)行相位校正。3.由電流互感器型號不同和由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流的克服方法該不平衡電流均可在變壓器縱差保護(hù)定值整定計(jì)算中予以考慮。在穩(wěn)態(tài)情況下，為整定變壓器縱差保護(hù)所采用的最大不平衡電流可如式（2-8）確定：（2-8）為LH的同型系數(shù)，當(dāng)LH型號相同時取0.5，不同時取1.0；為變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓引起的相對誤差，一般采用變壓器調(diào)壓范圍的一半；為平衡線圈整定匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差。1.2.4實(shí)施縱差動保護(hù)遇到的問題實(shí)施變壓器縱差動保護(hù)，除應(yīng)滿足繼電保護(hù)的要求外，應(yīng)解決幾個問題。1.正確識別勵磁涌流和內(nèi)部短路故障時的短路電流。變壓器空載合閘或外部短路故障切除電壓突然恢復(fù)時，變壓器有很大的勵磁電流即勵磁涌流流過，因該勵磁涌流僅在變壓器的一側(cè)流通，故流入差動回路。變壓器內(nèi)部短路故障時，差動回路通過的是很大的短路電流，應(yīng)正確識別勵磁涌流和短路電流。2.應(yīng)解決好區(qū)外短路故障時差動回路中的不平衡電流和保護(hù)靈敏度間的矛盾。區(qū)外短路故障時，由于縱差動保護(hù)各側(cè)電流互感器變比不匹配、調(diào)壓變壓器分接頭的改變、電流互感器誤差特別是暫態(tài)誤差的影響，差動回路中流過數(shù)值不小的不平衡電流，為保證縱差動保護(hù)不動作，動作電流應(yīng)高于區(qū)外短路故障的最大不平衡電流，這勢必要影響內(nèi)部短路故障時保護(hù)的靈敏度。作為縱差動保護(hù)，既要保證區(qū)外短路故障差動回路流過最大不平衡電流時不誤動，又要在內(nèi)部短路故障時保證一定的靈敏度。3.電流互感器飽和不應(yīng)影響縱差動保護(hù)的正確動作。特別是在保護(hù)區(qū)外短路故障時，一側(cè)電流互感器的飽和導(dǎo)致差動回路電流增大，若不采取措施，很容易使差動保護(hù)誤動作。此外，變壓器內(nèi)部短路故障時一側(cè)電流流出以及內(nèi)部短路故障時二次諧波[7]。二、后備保護(hù)2.1過電流保護(hù)變壓器相間短路的保護(hù)既是變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，又是相鄰母線或線路的后備保護(hù)。根據(jù)變壓器容量大小和系統(tǒng)短路電流的大小，變壓器相間短路的后備保護(hù)可采用過電流保護(hù)、低電壓起動的過電流保護(hù)和復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)等。2.1.1不帶低電壓起動的過電流保護(hù)過電流宜用于降壓變壓器，過電流保護(hù)采用三相式接線，且保護(hù)應(yīng)該裝設(shè)在電源側(cè)。不帶低電壓起動的過電流保護(hù)的原理接線圖如圖2-5：圖2-5變壓器過電流保護(hù)單相原理接線圖保護(hù)的動作電流應(yīng)按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來整定，如式（2-9）：（2-9）—可靠系數(shù)，一般為1.2~1.3； —為返回系數(shù)。2.1.2低電壓起動的過電流保護(hù)對于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器，當(dāng)過電流保護(hù)另名都不夠時，可以考慮并列變壓器跳閘或電動機(jī)自起動等因素引起的最大可能的負(fù)荷電流，而可以按躲過變壓器的額定電流來整定。這樣可以降低過電流保護(hù)的整定值，從而提高保護(hù)的靈敏度。對升壓變壓器，如果低電壓繼電器只接在一側(cè)電壓上則當(dāng)另一側(cè)發(fā)生短路時，往往不能滿足靈敏度的要求。為此，可采用兩套低電壓繼電器，分別接在變壓器的高、低壓側(cè)。當(dāng)采用低電壓起動的過流保護(hù)時，其動作電流按躲開變壓器的額定電流整定。低電壓及電器的動作電壓應(yīng)小于正常運(yùn)行情況下的最小工作電壓。雙側(cè)電源的變壓器或多臺并列運(yùn)行的變壓器，一般均采用低電壓起動的過流保護(hù)或復(fù)合電壓起動的過流保護(hù)。2.2零序電流保護(hù)在大電流接地的系統(tǒng)中，一般在變壓器上裝設(shè)接地保護(hù)。作為便宜變壓器本身主保護(hù)的后備保護(hù)和相鄰元件接地短路的后備保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)接地短路時，零序電流的大小和分布是與系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)接地的數(shù)目和位置有關(guān)。對于有一臺變壓器的升壓變電站，變壓器都采用中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式。對于若干臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行的變電站，則采用一部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，而另一部分變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。2.2.1中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)圖2-6為中性點(diǎn)直接接地雙繞組變壓器的零序電流保護(hù)原理接線圖。保護(hù)用電流互感器接于中性點(diǎn)引出線上。其額定電壓可選擇低一級，其變比根據(jù)接地短路電流的熱穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定條件來選擇。圖2-6中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)原理接線圖保護(hù)靈敏系數(shù)按后備保護(hù)范圍末端接地短路校驗(yàn)，靈敏系數(shù)不小于1.2。保護(hù)動作時限應(yīng)比引出線零序電流后備段的最大動作時限大一個階梯時限。為了縮小接地故障的影響范圍及提高后備保護(hù)動作的快速性，通常配置為兩段式零序電流保護(hù)，每段各帶兩級時限。零序段作為變壓器及母線的接地故障后備保護(hù)，其動作電流以與引出線零序電流保護(hù)段在靈敏系數(shù)上配合整定，以較短延時（通常為0.5S）作用于斷開母聯(lián)斷路器或分段斷路器；以較長延時（0.5+）作用與斷開變壓器的斷路器。零序段作為引出線接地故障的后備保護(hù)，其動作電流按上式選擇，第一級延時與引出線零序后備段動作延時配合，第二級延時比第一級延時長一個階梯時限。（2-13）式（2-13）中—變壓器零序過電流保護(hù)的動作電流；—配合系數(shù)，取1.1~1.2；—零序電流分支系數(shù)；—引出線零序電流保護(hù)后備段的動作電流。2.2.2中性點(diǎn)可能接地或不接地變壓器的保護(hù)當(dāng)變電站部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行時，如圖（2-6）所示，當(dāng)兩臺變壓器并列運(yùn)行時，其中T1中性點(diǎn)接地運(yùn)行，T2中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。當(dāng)線路上發(fā)生單相接地時，有零序電流流過QF1、QF3、QF4和QF5的四套零序過電流保護(hù)。按選擇性要求應(yīng)滿足t1>t3，即應(yīng)由QF3和QF4的兩套保護(hù)動作于QF3和QF4跳閘。若因某種原因造成QF3拒絕跳閘，則應(yīng)由QF1的保護(hù)動作跳閘。當(dāng)QF1和QF4跳閘后，系統(tǒng)成為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，而且T2仍帶著接地故障繼續(xù)運(yùn)行。T2的中性點(diǎn)對地電壓將升高為相電壓，兩非接地相的對地電壓將升高倍，如果在接地故障點(diǎn)出現(xiàn)間歇性電弧過電壓，則對變壓器T2的絕緣危害更大。如果T2為全絕緣變壓器，可利用在其中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時出現(xiàn)的零序電壓，實(shí)現(xiàn)零序過電壓保護(hù)，作用于斷開QF2。如果T2是分級絕緣變壓器，則不允許上述出現(xiàn)情況，必須在切除T1之前，先將T2切除。圖2-7中性點(diǎn)接地運(yùn)行圖因此，中性點(diǎn)有兩種運(yùn)行方式的變壓器，需要裝設(shè)兩套相互配合的接地保護(hù)裝置：零序過電流保護(hù)－用于中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式；零序過電壓保護(hù)－用于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。并且還要按下面的原則進(jìn)行保護(hù)：對于分級絕緣變壓器應(yīng)先切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器，后切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器；對于全絕緣變壓器應(yīng)先切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器，后切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行變壓器。1.分級絕緣變壓器圖2-8為分級絕緣變壓器的零序過電流和零序過電壓保護(hù)原理接線圖。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，中性點(diǎn)不接地運(yùn)行變壓器的TAN無零序電流，裝置中的KA不動作，零序過電流保護(hù)動作，KV因有零序電壓3U0而動作。這時，與之并列運(yùn)行的中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器的零序過電流保護(hù)則因TAN有零序電流，KA動作并經(jīng)其時間繼電器1KT的瞬時閉合常開接地將正電源加到小母線WB上。此正電源經(jīng)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行變壓器的KV接點(diǎn)和KA的常閉接點(diǎn)使KT2起動零序過電壓保護(hù)。在主保護(hù)拒絕動作的情況下，經(jīng)過較短時限使KCO動作，先動作于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行變壓器的兩側(cè)斷路器跳閘。與之并列運(yùn)行的中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器的KV雖然也已動作，但由于KA已處于動作狀態(tài)，其常閉接點(diǎn)已斷開，故小母線上的正電源不能使KT2動作，其零序過電壓保護(hù)不能起動，要等到整定時限較長的KT1延時接點(diǎn)閉合時，才動作于中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器的兩側(cè)斷路器跳閘。圖2-8分級絕緣變壓器的接地保護(hù)原理圖2.全絕緣變壓器圖2-9為全絕緣變壓器的零序過電流和零序過電壓保護(hù)原理圖。當(dāng)發(fā)生接地故障時，中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器的零序過電流保護(hù)和零序過電壓保護(hù)都會起動。因KT1的整定時限較短，故在主保護(hù)拒絕動作的情況下先動作于中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器的