電廠繼電保護課件-變壓器保護

第6章

變壓器保護技術(shù)與應用[任務]1.針對變壓器的故障和異常運行狀態(tài)配置變壓器保護。2.分析變壓器縱差保護的原理及后備保護的動作情況。[知識點]1.變壓器的故障和異常運行狀態(tài)，變壓器的保護配置。2.變壓器縱差保護的基本原理。3.變壓器相間短路及接地短路后備保護的構(gòu)成原理。[目標]1.熟練掌握變壓器縱差保護的原理、特點。2.掌握變壓器相間短路及接地短路后備保護的作用、原理。6.1變壓器的故障不正常運行狀態(tài)及保護

變壓器的故障類型油箱內(nèi)部故障：繞組的相間短路，繞組的匝間短路，中性點直接接地側(cè)繞組的接地短路，鐵芯的燒損。油箱外部故障：套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。

變壓器的不正常運行狀態(tài)外部短路引起的過電流；過負荷；外部接地短路引起的中性點過壓；油面降低；油溫升高；過勵磁。根據(jù)《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》GB/T14285-2006的規(guī)定，針對變壓器的故障和不正常運行狀態(tài)，應裝設(shè)相應的保護。

變壓器應裝設(shè)的繼電保護裝置

變壓器應裝設(shè)的繼電保護裝置一般裝設(shè)以下保護：1.瓦斯保護2.縱差動保護或電流速斷保護3.相間短路的后備保護4.接地短路的后備保護5.過負荷保護6.過勵磁保護7.其他保護，如冷卻器故障、壓力釋放等配置舉例RCS-978變壓器保護裝置（南瑞公司）PST1200系列數(shù)字式變壓器保護裝置（南自公司）瓦斯保護是變壓器的主保護之一。瓦斯保護的主要元件是瓦斯（氣體）繼電器，安裝位置在油箱與油枕的連接導管中。6.2變壓器的瓦斯保護

瓦斯繼電器油枕油箱QJ-15,50,80（直徑）型氣體繼電器氣體繼電器的外形：

QJ4-50C型氣體繼電器下開口杯

上開口杯干簧觸點干簧觸點平衡錘放氣閥探針支架擋板進油擋板永久磁鐵永久磁鐵FJ3-80型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖

QJ1-80型氣體繼電器結(jié)構(gòu)圖

罩

頂針

氣塞

磁鐵開口杯重錘探針開口銷彈簧擋板磁鐵螺桿干簧觸點調(diào)節(jié)桿

干簧觸點套管

排氣口

瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)上開口杯下?lián)醢宕盆F及干簧接點氣孔及接線柱探針瓦斯保護原理接線圖

輕瓦斯動作于信號輕瓦斯動作后應檢查變壓器油樣，判別故障類型、程度

重瓦斯動作于跳閘，同時發(fā)出信號通常氣體容積的整定范圍為250～300cm3

一般油流速度整定范圍為0.6～1.5m/s

瓦斯保護的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，靈敏性高，能反應變壓器油箱內(nèi)的各種故障。特別是能反應輕微匝間短路。它也是油箱漏油或繞組、鐵芯燒損的保護。瓦斯保護不能反應變壓器油箱外套管和引出線的故障，需與縱差動保護一起作為變壓器的主保護。6.3變壓器的縱差動保護

變壓器縱差動保護與輸電線路縱聯(lián)差動保護的基本原理相同。6.3.1變壓器縱差動保護的基本原理和接線方式KDTA2TA1

核心問題是不平衡電流問題兩側(cè)電流的參考方向為母線指向變壓器。差動電流:

縱差動保護的動作判據(jù)為：

為縱差動保護的動作電流。

差動電流大于差動繼電器的動作電流，保護動作。

變壓器正常運行或縱差動保護范圍外部故障時，變壓器縱差動保護范圍內(nèi)部故障時，差動電流為零，保護不動作；若使基本原理:

6.3.2變壓器縱差動保護的不平衡電流及減小不平衡電流的方法分析不平衡電流形成原因計算不平衡電流大小整定差動保護動作值躲過不平衡電流影響減小不平衡電流采取措施降低動作值，提高靈敏度變壓器差動保護不平衡電流產(chǎn)生的原因有：

變壓器勵磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流

變壓器兩側(cè)電流相位不同產(chǎn)生的不平衡電流

變壓器兩側(cè)電流互感器的計算變比與實際變比不同產(chǎn)生的不平衡電流

變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流

變壓器兩側(cè)電流互感器的型號不同產(chǎn)生的不平衡電流

1.變壓器兩側(cè)電流相位不同產(chǎn)生的不平衡電流

對于Y，d11接線的變壓器，正常運行時d側(cè)電流超前Y側(cè)電流300，形成不平衡電流。方法1.變壓器星形側(cè)的電流互感器接成三角形，三角形側(cè)的電流互感器接成星形。對策：相位補償將變壓器各側(cè)二次電流調(diào)整為同相cbaCBAKD1KD2KD3一次電流二次電流一次電流二次電流一次電流縱差動保護電流相量圖二次電流同相Y側(cè)△側(cè)不同相采用相位補償接線后，對于TA接成三角形的一側(cè)，流入差動臂的電流增加了，應對該側(cè)的TA變比進行修正。變壓器星形側(cè)電流互感器變比

變壓器三角形側(cè)電流互感器變比

方法2.在保護內(nèi)部采用軟件算法進行相位補償變壓器各側(cè)電流互感器均接成星形。PST1200采用RCS978采用主變Y側(cè)主變△側(cè)主變Y側(cè)主變△側(cè)不變換

2.變壓器兩側(cè)電流互感器的計算變比與實際變比不同產(chǎn)生的不平衡電流

觀察算例：TA變比標準化問題解決方法：電磁型差動繼電器（如BCH、DCD系列）：使用平衡繞組Wph,同時在整定時考慮Δf，Δf為平衡線圈選取誤差，取0.05微機型變壓器保護：軟件算法中引入補償系數(shù)平衡二次電流采樣值電流二次回路串入自耦變流器，微調(diào)二次電流

3.變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流變壓器調(diào)整分接頭時一側(cè)額定電流改變，而另一側(cè)電流不變，產(chǎn)生不平衡電流解決方法：計算變壓器額定電流以中間的分接頭為準，整定動作電流時考慮調(diào)壓范圍的一半。調(diào)壓范圍的一半最大外部故障電流

4.變壓器兩側(cè)電流互感器的型號不同產(chǎn)生的不平衡電流

TA勵磁電流TA誤差TA勵磁電流差異差動保護不平衡電流不平衡電流經(jīng)驗公式減小措施：在整定計算中考慮。引入同型系數(shù)。

5.變壓器勵磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流勵磁電流屬于不平衡電流。正常時，勵磁電流較小，2～5％額定電流，整定時很容易躲過。變壓器空載合閘或外部故障切除時，電壓突變，變壓器產(chǎn)生勵磁涌流，對差動保護影響很大。如何躲避勵磁涌流影響，是研究變壓器差動保護面臨的主要難點之一?！鶆畲庞苛鳟a(chǎn)生的原因根據(jù)能量守恒定律，鐵芯中的磁通不能突變。+

m-

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ru

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aperT/2Tωt,u變壓器

.m=2

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per+aper+

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per周期分量穩(wěn)態(tài)磁通

aper非周期分量暫態(tài)磁通

r剩磁當電壓突變時ωt

.mimiim

ωt

.m半周波后磁通達到最大由于鐵芯飽和電流激增im勵磁涌流錄波（空載合閘）必須研究勵磁涌流與短路電流的波形區(qū)別，利用電流波形識別勵磁涌流，當發(fā)生勵磁涌流時閉鎖差動保護，防止誤動。勵磁涌流幅值可達4-8倍額定電流。勵磁涌流隨著磁通中非周期分量一起衰減，最后消失，勵磁電流回到正常值，涌流衰減時間為秒級。差動保護以動作電流躲過，會導致內(nèi)部故障拒動。差動保護以動作時間躲過，故障切除時間過長。勵磁涌流的波形特點：3.波形存在間斷角。2.含有大量高次諧波，其中以二次諧波成分為主。1.含有較大的非周期分量；波形偏于時間軸一側(cè)，嚴重不對稱。防止勵磁涌流引起縱差保護誤動的措施：2.利用二次諧波制動躲過勵磁涌流。

1.采用帶速飽和鐵芯的差動繼電器3.采用鑒別短路電流和勵磁涌流波形間斷角原理的縱差動保護。

勵磁涌流產(chǎn)生原因勵磁涌流波形特點防止勵磁涌流影響方法電壓突變，磁通不能突變產(chǎn)生暫態(tài)磁通，鐵芯嚴重飽和勵磁電流激增含有很大非周期分量，波形嚴重不對稱含有較大二次諧波分量波形具有間斷角二次諧波制動間斷角鑒別采用速飽和鐵芯的差動繼電器空載合閘或外部故障切除時不平衡電流產(chǎn)生原因

TA變比標準化

變壓器各側(cè)電流不同相

TA型號不一致

變壓器調(diào)整分接頭

勵磁涌流技術(shù)措施

整定計算考慮

相位補償，數(shù)值補償

自耦變流器補償或平衡線圈補償

采用速飽和變流器

二次諧波制動

間斷角原理綜上所述，整定用

整定計算考慮6.3.3縱差動保護的構(gòu)成及工作原理二次諧波制動差動保護的構(gòu)成制動特性：動作電流不是常數(shù)，與制動電流有關(guān)思路：取短路電流為制動量，當短路電流增加時，不平衡電流增大，但因為制動電流增加、動作電流提高，可以使動作電流始終高于不平衡電流，防止差動保護誤動。各種比率制動方法區(qū)別在于制動電流的選取及制動特性曲線。制動特性：制動特性的數(shù)學表達式：微機保護采用軟件方法實現(xiàn)制動特性，折線特性顯然比曲線特性實現(xiàn)、整定均簡單，微機保護均采用折線特性。兩種特性均有使用各種制動特性及不同的制動量選擇有不同的整定方法，實際工作中必須對照具體保護設(shè)備技術(shù)說明書相關(guān)內(nèi)容進行整定計算。2．二次諧波制動特性二次諧波制動方法是根據(jù)勵磁涌流中含有大量二次諧波分量的特點，當檢測到差動電流中二次諧波含量大于整定值時就將差動繼電器閉鎖，以防止勵磁涌流引起的誤動。二次諧波制動元件的動作判據(jù)為：、分別為差動電流中的基波分量和二次諧波分量的幅值，稱為二次諧波制動比，按躲過各種勵磁涌流下最小的二次諧波含量整定，整定范圍通常為，，具體數(shù)值根據(jù)現(xiàn)場空載合閘試驗或運行經(jīng)驗來確定。3.差動電流速斷特性當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，差動電流很大，使電流互感器飽和，引起縱差動保護延遲動作，此時，在縱差動保護中增設(shè)了差動電流速斷部分，當差動電流大于差動電流速斷部分的動作電流時，保護直接作用于出口。

差動電流速斷的整定值按照躲過變壓器的最大勵磁涌流和區(qū)外短路時的最大不平衡電流計算：4.二次諧波制動差動保護的構(gòu)成6.4變壓器相間短路的后備保護

變壓器相間短路的后備保護既是變壓器主保護的后備又是相鄰母線或線路的后備保護。保護形式可采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護、負序電流保護和低阻抗保護等。6.4.1過電流保護保護原理與線路電流Ⅲ段保護相同I>過電流保護1.構(gòu)成：2.整定原則靈敏度較低，很難滿足要求，實際應用較少保護的動作電流按照躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流來整定

最大負荷電流按以下情況考慮，