變壓器保護(hù) 華東電網(wǎng)出的教材

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第十一章變壓器保護(hù)

第一節(jié)概述

變壓器是電力系統(tǒng)重要的主設(shè)備之一。在發(fā)電廠通過升壓變壓器將發(fā)電機(jī)電壓升高，而由輸電線路將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能送至電力系統(tǒng)中；在變電站通過降壓變壓器再將電能送至配電網(wǎng)絡(luò)，然后分派給各用戶。在發(fā)電廠或變電站，通過變壓器將兩個(gè)不同電壓等級(jí)的系統(tǒng)聯(lián)起來，該變壓器稱作聯(lián)絡(luò)變壓器。一變壓器的基本結(jié)構(gòu)及接線組別

電力變壓器主要由鐵芯及繞在鐵芯上的兩個(gè)或三個(gè)絕緣繞組構(gòu)成。為加強(qiáng)各繞組之間的絕緣及鐵芯、繞組散熱的需要，將鐵芯及繞組置于裝有變壓器油的油箱中。然后，通過絕緣套管將變壓器各繞組引到變壓器殼體之外。

另外，為提高變壓器的傳輸容量，在變壓器上加裝有專用的散熱裝置，作為變壓器的冷卻之用。

大型電力變壓器均為三相三鐵芯柱式變壓器或由三個(gè)單相變壓器組成的三相組式變壓器。

將變壓器同側(cè)的三個(gè)繞組按一定的方式連接起來，組成某一接線組別的三相變壓器。雙卷電力變壓器的接線組別主要有：YN，y、YN,d、D，d、及D，d－d。理論分析說明，接線組別為Y，y的變壓器，運(yùn)行時(shí)某側(cè)電壓波形要發(fā)生畸變，從而使變壓器的損耗增加，進(jìn)而使變壓器過熱。因此，為避免油箱壁局部過熱，三相鐵芯變壓器按Y，y聯(lián)接的方式，只適用于容量為1800KVA以下的小容量變壓器。而超高壓大容量的變壓器均采用YN,d的接線組別。

在超高壓電力系統(tǒng)中，YN,d接線的變壓器，呈YN形聯(lián)接的繞組為高壓側(cè)繞組，而呈d形聯(lián)接的繞組為低壓側(cè)繞組，前者接大電流系統(tǒng)（中性點(diǎn)接地系統(tǒng)），后者接小電流系統(tǒng)（中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)）。

在實(shí)際運(yùn)行的變壓器中，在YN,d接線的變壓器的接線組別中，以YN,d11為最多，YN,d1及YN,d5的也有。

YN,d11接線組別的含意是：（a）變壓器高壓繞組接成Y型，且中性點(diǎn)接地，而低壓側(cè)繞組接成d；（b）低壓側(cè)的線電壓（相間電壓）或線電流分別滯后高壓側(cè)對(duì)應(yīng)相線電壓或線電

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流330。330相當(dāng)于時(shí)鐘的11點(diǎn)鐘，故又稱11點(diǎn)接線方式。

同理，YN,d1及YN,d5的接線組別，則表示d側(cè)的線電流或線電壓分別滯后Y側(cè)對(duì)應(yīng)相線

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電流或線電壓30及150。相當(dāng)時(shí)鐘的1點(diǎn)及5點(diǎn)，分別稱之為1點(diǎn)接線及5點(diǎn)接線方式。在電機(jī)學(xué)中，對(duì)變壓器各繞組之間相對(duì)極性的表示法，尋常用減極性表示法。

YN,d11、YN,d1及YN,d5接線組別變壓器各繞組接線，相對(duì)極性及兩側(cè)電流的向量關(guān)系，分別如圖11-1、圖11-2及圖11-3所示。

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ABCABC******IAIBICIAIBICI'aI'bI'cI'aI'bI'c******IaIbIcabcIaIbIcabc（a）接線方式（b)接線方式IAIa-I'cIaIA-I'bI'aI'a30°30°Ic30°Ib30°30°30°I'c-I'cI'b-I'bI'cI'ICbIBICI-I'aBIc-I'a圖9-4Ib(b)向量圖(b)向量圖11-1YN,d11變壓器繞組接線方式圖11-2YN,d1變壓器組接線方式及及兩側(cè)電流向量圖兩側(cè)電流向量圖IA-I'IccI??aI'aI?A*AI?a30°*aIbI??30°I?*30°BbBI?-I'bbI'*bcI'bICI?IBC*I??cCI?c-I'a*c

Ia

（a）接線方式（b）向量圖

圖11-3YN,d5變壓器繞組接線方式及兩側(cè)電流向量圖在上述各圖中：I?A、I?B、I?C－變壓器高壓側(cè)三相電流；I?a、I?b、I?c－變壓器低壓側(cè)三相電流；

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圖

?－各繞組之間的相對(duì)極性。

由圖可以看出：YN,d11接線的變壓器，低壓側(cè)三相電流I?a、I?b、I?c分別滯后高壓側(cè)三相電流I?A、I?B、I?C3300；YN,d1接線的變壓器低壓側(cè)三相電流I?a、I?b、I?c分別滯后高壓側(cè)三相電流I?A、I?B、I?C300；YN,d5接線的變壓器，低壓側(cè)三相電流分別滯后高壓側(cè)三相電流I?A、

?、I?1500。IBC二變壓器的故障及不正常運(yùn)行方式1變壓器的故障

若以故障點(diǎn)的位置對(duì)故障分類，有油箱內(nèi)的故障和油箱外的故障。（1）油箱內(nèi)的故障

變壓器油箱內(nèi)的故障，主要有各側(cè)的相間短路，大電流系統(tǒng)側(cè)的單相接地短路及同相部分繞組之間的匝間短路。（2）油箱外的故障

變壓器油箱外的故障，系指變壓器繞組引出端絕緣套管及引出短線上的故障。主要有相間短路（兩相短路及三相短路）故障，大電流側(cè)的接地故障、低壓側(cè)的接地故障。2變壓器的異常運(yùn)行方式

大型超高壓變壓器的不正常運(yùn)行方式主要有：由于系統(tǒng)故障或其他原因引起的過負(fù)荷，由于系統(tǒng)電壓的升高或頻率的降低引起的過激磁，不接地運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)電位升高，變壓器油箱油位異常，變壓器溫度過高及冷卻器全停等。三變壓器保護(hù)的配置

變壓器短路故障時(shí)，將產(chǎn)生很大的短路電流，使變壓器嚴(yán)重過熱，甚至燒壞變壓器繞組或鐵芯。特別是變壓器油箱內(nèi)的短路故障，伴隨電弧的短路電流可能引起變壓器著火。另外短路電流產(chǎn)生電動(dòng)力，可能造成變壓器本體變形而損壞。

變壓器的異常運(yùn)行也會(huì)危及變壓器的安全，假使不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理，會(huì)造成變壓器故障及損壞變壓器。

為確保變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，當(dāng)變壓器發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)盡快切除變壓器；而當(dāng)變壓器出現(xiàn)不正常運(yùn)行方式時(shí)，應(yīng)盡快發(fā)出告警信號(hào)及進(jìn)行相應(yīng)的處理。為此，對(duì)變壓器配置整套完善的保護(hù)裝置是必要的。1短路故障的主保護(hù)

變壓器短路故障的主保護(hù)，主要有縱差保護(hù)、重瓦斯保護(hù)、壓力釋放保護(hù)。另外，根據(jù)變壓器的容量、電壓等級(jí)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可配置零差保護(hù)及分側(cè)差動(dòng)保護(hù)。2短路故障的后備保護(hù)

目前，電力變壓器上采用較多的短路故障后備保護(hù)種類主要有：復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)；零序過電流或零序方向過電流保護(hù)；負(fù)序過電流或負(fù)序方向過電流保護(hù)；復(fù)合電壓閉鎖功率方向保護(hù)；低阻抗保護(hù)等。3異常運(yùn)行保護(hù)

變壓器異常運(yùn)行保護(hù)主要有：過負(fù)荷保護(hù)，過激磁保護(hù)，變壓器中性點(diǎn)間隙保護(hù)，輕瓦斯保護(hù)，溫度、油位保護(hù)及冷卻器全停保護(hù)等。

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其次節(jié)故障量經(jīng)變壓器的傳遞

當(dāng)變壓器某側(cè)系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，變壓器非故障側(cè)各相電流的大小、相位及其他特點(diǎn)，除與故障側(cè)故障類型、嚴(yán)重程度有關(guān)之外，尚與變壓器的接線方式有關(guān)。

在變壓器保護(hù)配置設(shè)計(jì)及分析保護(hù)的動(dòng)作行為時(shí)，必需知道變壓器故障時(shí)其兩側(cè)故障電流的大小及相位關(guān)系。

以下介紹故障電流及故障電壓經(jīng)YN,d11、YN,d1及YN,d5接線組別的變壓器傳遞。一簡(jiǎn)化假設(shè)

為簡(jiǎn)化分析及突出故障分量經(jīng)變壓器的傳遞，作以下幾點(diǎn)假設(shè)：

1不考慮變壓器的變比，不考慮負(fù)荷電流及過渡電阻對(duì)短路電流及故障電壓的影響。2當(dāng)變壓器高壓側(cè)故障時(shí)，認(rèn)為故障電流全部由低壓側(cè)供給；而變壓器低壓側(cè)故障時(shí)，認(rèn)

為故障電流全部由變壓器高壓側(cè)提供。

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3故障點(diǎn)在變壓器輸出端部；忽略有功分量的影響，阻抗角為90。二YN,d11變壓器高壓側(cè)單相接地短路1邊界條件及對(duì)稱分量

設(shè)變壓器高壓側(cè)A相發(fā)生金屬性接地短路，故障電流為IK。則故障點(diǎn)的邊界條件為

??I??0；I??I?；U??0IBCAKA?、U?、U?，則根據(jù)邊設(shè)A相各序量電流及各序量電壓分別為I?A1、I?A2、I?AO及UA1A2AO界條件可求得各序量：

11I?A1?(I?A?aI?B?a2I?C)?I?K

3311I?A2?(I?A?a2I?B?aI?C)?I?K

33I?A0?(I?A?I?B?I?C)?I?K

??U??U??0UA1A2A01313在上述各式中：a——旋轉(zhuǎn)因子，a?ej120可得：

????????????????（11-1）?=I?=1I?=IIA1AOKA2

3?=-（U?+U?）???????????????（11-2）UA1A2AO01??U??A1?(X2??X0?)3IK??1???XI????UA22?A1??X2?IK???????????????（11-3）3???1???XI???UA00?A1??X0?IK3?4

在式（11-3）中：X0?——系統(tǒng)對(duì)故障點(diǎn)的等效零序電抗；X2?——系統(tǒng)對(duì)故障點(diǎn)的等效負(fù)序電抗。2變壓器高壓側(cè)電壓及電流向量圖和序量圖

?為參考向量（置于縱坐標(biāo)軸上）若以A相的正序電壓U，根據(jù)式（11-1）～（11-3），A1并考慮到零序電抗X0?尋常大于負(fù)序電抗X2?，可繪制出變壓器高壓側(cè)的電流、電壓的序量圖及向量圖。如圖11-4所示。UA1IC1=IB2UC2UB2IA1=IA0=IA2UA2UC1UA0=UB0=UC0UCUBUB1IA0=IB0=IC0I?B?I?C?0IA=IKIB1=IC2圖9-7a（a）電壓序量及向量圖（b）電流序量及向量圖（）圖11-4YN,d11變壓器高壓側(cè)A相接地故障點(diǎn)的電壓、電流序量圖及向量圖由圖11-4可以看出，當(dāng)變壓器高壓側(cè)單相接地短路時(shí)，其他兩非故障相的電壓不會(huì)降低，但兩相電壓之間的相位差要發(fā)生變化。其變化的大小和方向與負(fù)序電抗X2?及零序電抗??I??0。X0?的相對(duì)大小有關(guān)。不計(jì)負(fù)荷電流影響時(shí)IBC3變壓器低壓側(cè)電壓、電流的序量圖和向量圖

由于變壓器的接線組別為YN,d11，根據(jù)序量經(jīng)變壓器傳遞原理知：變壓器Y側(cè)的正序電

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壓和正序電流向d側(cè)傳遞時(shí)，將逆時(shí)針移動(dòng)30；而負(fù)序電壓和負(fù)序電流向d側(cè)傳遞時(shí)，將

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順時(shí)針移動(dòng)30；Y側(cè)的零序電壓和零序電流不會(huì)出現(xiàn)在變壓器d側(cè)的輸出端（即d的線電壓和線電流中不會(huì)出現(xiàn)零序電壓及零序電流）。

?為參考向量，繪制出的變壓根據(jù)圖11-4及序量經(jīng)變壓器傳遞原理，并以高壓側(cè)