《变压器保护》PPT课件.ppt

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1、 第6章 变压器继电保护#内容提要：n n变压器保护的配置n n变压器纵差保护n n电流电压保护n n变压器零序保护 变压器属电网关键大型设备，03年220KV及以上变压器正确动作率仅为76.21%,其中运行实用部责任53.06%，制造部门34.69%,基建部门（调试、接线）4.08%。6.1 电力变压器保护配置 1 1）电气量保护配置）电气量保护配置（1 1）纵差动保护或电流速断保护（主保护）纵差动保护或电流速断保护（主保护）电流速断保护仅用于电流速断保护仅用于10000kVA10000kVA以下而灵敏度满足要求以下而灵敏度满足要求的变压器，且其过电流保护的时限大于时。的变压器，且其过电流保

2、护的时限大于时。此外都应此外都应装设纵差动保护。装设纵差动保护。（2 2）后被保护（外部相间短路时的保护）后被保护（外部相间短路时的保护)n n 过电流保护。整定值应考虑事故状态下可能出现的过过电流保护。整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流；负荷电流；n n复合电压起动的过电流保护。升压变及过电流保护灵敏复合电压起动的过电流保护。升压变及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上；性不满足要求的降压变压器上；n n负序电流及单相式低电压起动的过电流保护。一般用负序电流及单相式低电压起动的过电流保护。一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器；于大容量升压变压器和系统联络变压器；n n阻抗保护

3、。以上保护不能满足灵敏性和选择性要求时阻抗保护。以上保护不能满足灵敏性和选择性要求时（3 3）中性点直接接地电力网的零序保护。）中性点直接接地电力网的零序保护。n n电力网中部分变压器中性点接地运行，装设专用的保护电力网中部分变压器中性点接地运行，装设专用的保护装置，如零序过压保护，中性点装放电间隙，加零序电流装置，如零序过压保护，中性点装放电间隙，加零序电流保护等。保护等。n n对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，应增设零序方向元件。变压器，应增设零序方向元件。（4 4）过负荷保护）过负荷保护n n过负荷保护接于一相电流上，

4、并延时作用于信号。对于过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。动减负荷或跳闸。（5 5）过励磁保护）过励磁保护n n高压侧电压为高压侧电压为500kV500kV及以上的变压器，频率降低和电压及以上的变压器，频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高。升高而引起的变压器励磁电流的升高。过励磁保护反应于过励磁保护反应于实际工作磁密和额定工作磁密之比实际工作磁密和额定工作磁密之比(称为过励磁倍数称为过励磁倍数)而动而动作。作。2 2）非电气量保护配置）非电气量保护配置 （1

5、 1）瓦斯保护）瓦斯保护 （2 2）反映）反映 的保护。的保护。非电气量保护由变压器生产厂家一并提供。非电气量保护由变压器生产厂家一并提供。6.2 变压器的纵联差动保护变压器纵差动保护基本原理变压器纵差动保护基本原理变压器纵差动保护基本原理变压器纵差动保护基本原理n n参考方向：由母线指向变压器为正。正常运行及外部短路时正常运行及外部短路时 功率方向一侧为正，另一侧为负（与参考方向相反）。功率方向一侧为正，另一侧为负（与参考方向相反）。理想情况此时差流为零，差动保护不动作理想情况此时差流为零，差动保护不动作 。变压器内部发生短路时变压器内部发生短路时 两侧电源向故障点提供短路电流，电流实际方向

6、与参考两侧电源向故障点提供短路电流，电流实际方向与参考方向一致，差动继电器流过两侧电流和而动作。方向一致，差动继电器流过两侧电流和而动作。影响变压器纵差动保护性能的因素影响变压器纵差动保护性能的因素影响变压器纵差动保护性能的因素影响变压器纵差动保护性能的因素6.2.2.1 6.2.2.1 变压器励磁涌流变压器励磁涌流I I产生不平衡电流产生不平衡电流 变压器的励磁电流变压器的励磁电流I I 仅流经变压器的某一侧，通过电流仅流经变压器的某一侧，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡，在正常运行，一般互感器反应到差动回路中不能被平衡，在正常运行，一般不超过额定电流的不超过额定电流的2%10%2%

7、10%。在外部故障时，由于电压降。在外部故障时，由于电压降低，影响就更小。低，影响就更小。但是当变压器空载投入和外部故障切除但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，总磁通将为后电压恢复时，总磁通将为 。铁心严重饱和，励磁电流I剧烈增大，此电流就称为变压器的励磁涌流 ，最大可达额定电流的612倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波分量。正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流。对三相变压器而言，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。（2）励磁涌流的特点n n包含有很大成分的非周期分量，使涌流偏于时间轴的一侧；n n包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；n n

8、波形之间出现间断，在一个周期中间断角为 。6.2.2.2 变压器两侧电流相位不同产生不平衡电流 1)各侧电流互感器二次均用星型接线，由装置软件自动补偿。2）改变电流互感器二次接线使各侧相位一致。Y/Y/1111接线变压器的纵差动保护接线和向量图接线变压器的纵差动保护接线和向量图(b b)电流互感器原边电流向量图；电流互感器原边电流向量图；(c c)纵差动回路两侧的电流向量图纵差动回路两侧的电流向量图n n在互感器接成三角形侧的差动一臂中，电流又增大了在互感器接成三角形侧的差动一臂中，电流又增大了 倍倍,就必须将该侧电流互感器的变比减小就必须将该侧电流互感器的变比减小 倍。倍。式中式中 和和 为

9、适应为适应Y/Y/接线的需要而采用互感器接线的需要而采用互感器的新变比，的新变比，为变压器变比。为变压器变比。两侧两侧TATA型号不同产生不平衡电流型号不同产生不平衡电流 1 1）型号不同，饱和特性、励磁电流）型号不同，饱和特性、励磁电流(归算至同一侧归算至同一侧)也就不同，产生的不平衡电流较大。应采用同型系数也就不同，产生的不平衡电流较大。应采用同型系数 2 2）计算变比与实际变比不同也会有不平衡电流。）计算变比与实际变比不同也会有不平衡电流。带负荷调整分接头产生的不平衡电流带负荷调整分接头产生的不平衡电流 分接头改换时，会产生一个新的不平衡电流流入差动分接头改换时，会产生一个新的不平衡电流

10、流入差动回路。回路。在稳态情况下，变压器纵差动保护所采用的最大不在稳态情况下，变压器纵差动保护所采用的最大不平衡电流：平衡电流：6.6.变压器传统纵差保护的整定计算原则变压器传统纵差保护的整定计算原则变压器传统纵差保护的整定计算原则变压器传统纵差保护的整定计算原则6.2.3.1 6.2.3.1 纵差动保护起动电流的整定纵差动保护起动电流的整定 躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流 还必须能够躲开变压器励磁涌流的影响。还必须能够躲开变压器励磁涌流的影响。经验表明，至少需整定为经验表明，至少需整定为 时，才有可时，才有可能躲开磁涌流的影响。能躲开磁涌流的影响

11、。6.2.3.2 6.2.3.2 纵差动保护灵敏系数的校验纵差动保护灵敏系数的校验 灵敏系数一般不应低于灵敏系数一般不应低于2 2。它表征。它表征内部故障的反应能力低。内部故障的反应能力低。6.2.46.2.4微机比率值动差动继电器微机比率值动差动继电器6.2.4.1 6.2.4.1 比率制动差动原理比率制动差动原理 ，或或 。三绕组变压器，设第三绕组侧为三绕组变压器，设第三绕组侧为P P，差动电流。，差动电流。6.2.4.2 6.2.4.2 励磁涌流鉴别原理励磁涌流鉴别原理 二次谐波制动二次谐波制动 K K为二次谐波制动系数，任一相涌流满足条件，同时闭为二次谐波制动系数，任一相涌流满足条件，

12、同时闭锁三相保护锁三相保护 。波形比较制动波形比较制动波形比较间断角闭锁波形比较间断角闭锁 w w和和 分别为励磁涌流波形波宽和间断角，分别为励磁涌流波形波宽和间断角，w w=360=360 ，wsetwset=140=140左右，左右，setset=65=65左右。两式同时满足才认为左右。两式同时满足才认为有励磁涌流出现。有励磁涌流出现。6.2.4.3 差流速断保护元件 AND ki为大于2的加速系数，为加速系数，一般取0.650.7。6.2.4.4 差动保护逻辑：6.2.4.5 6.2.4.5 定值范围定值范围n n差动用电流互感器二次采用全星形接线时，由保护软件差动用电流互感器二次采用全

13、星形接线时，由保护软件补偿相位和幅值，可按常规计算方法计算差动保护的定值；补偿相位和幅值，可按常规计算方法计算差动保护的定值；n n 对全星形绕组变压器，各侧电流互感器须角接，以防对全星形绕组变压器，各侧电流互感器须角接，以防止区外接地故障时差动误动，必要时要加配零序差动保护止区外接地故障时差动误动，必要时要加配零序差动保护n n差动平衡系数的计算差动平衡系数的计算 A.A.各侧一次电流各侧一次电流SnSn变压器额定容量变压器额定容量kVA kVA，U Un n计算侧线电压（计算侧线电压（kVkV）B.B.各侧流入装置的二次电流各侧流入装置的二次电流三角形接线三角形接线 ，星形接线，星形接线

14、；C.C.差动保护平衡系数可以以任一电流，任一侧为基准差动保护平衡系数可以以任一电流，任一侧为基准，若以主变高压侧二次电流为基准，则，若以主变高压侧二次电流为基准，则 高压侧平衡系数为：高压侧平衡系数为：中压侧平衡系数为：中压侧平衡系数为：低压侧平衡系数为：低压侧平衡系数为：变压器高压侧二次电流。变压器高压侧二次电流。n n差差动动最最小小动动作作电电流流一一般般取取变变压压器器额额定定电电流流的的倍倍；比比例例制制动动特特性性斜斜率率一一般般可可取取；二二次次谐谐波波制制动动系系数数一一般般取取；五五次次谐谐波波制制动动系系数数一一般般取取；差差流流速速断断按按躲躲过过变变压压器器的的励励磁

15、磁涌涌流整定，在（流整定，在（212212）I IN N范围内调整。范围内调整。6.3 变压器的电流和电压保护变压器的电流和电压保护n n反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备保在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备保护护 。n n方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护以及负序过电流保护等。电压起动的过电流保护以及负序过电流保护等。6.3.1 6.3.1 变压器的过电流保护变压器的过电流保护n n工作原

16、理与线路定时限过电流保护相同。跳变压器两侧。工作原理与线路定时限过电流保护相同。跳变压器两侧。按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定：按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定：(1)(1)对并列运行的变压器对并列运行的变压器 (2)(2)对降压变压器对降压变压器6.3.2 6.3.2 低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护灵敏系数：灵敏系数：为为在在最最大大运运行行方方式式下下，相相邻邻元元件件末末端端三三相相金金属性短路时，保护安装处的最大线电压。属性短路时，保护安装处的最大线电压。n n升压变压器，采用两套低电压元件分别接在变压器两侧的电压互感器上，其触点采用并联的联接方式。复

17、合电压启动的方向过流保护 复合电压启动的方向过流（简称复压方向过流）保护作为变压器或相邻元件的后备保护。(1)保护原理 复压方向过流由复合电压元件(负序过电压和正序低电压)、相间方向元件及三相过流元件构成。(2)(2)判据判据n n 复合电压元件复合电压元件 ，n n 过流元件有三段定值过流元件有三段定值n n 相间功率方向元件相间功率方向元件 或或n n方向元件的说明方向元件的说明 a a三侧有电源的三绕组升压变压器，在高压侧和中压三侧有电源的三绕组升压变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向可指向该侧母线；侧加功率方向元件，其方向可指向该侧母线；b b高压及中压侧有电源或三侧均有电源

18、的三绕组降压高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器和联络变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件变压器和联络变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向宜指向变压器；，其方向宜指向变压器；n n 动作时限，按大于相邻主变压器后备保护的动作时限动作时限，按大于相邻主变压器后备保护的动作时限整定。整定。n n相间方向元件的电压可取本侧或对侧，取对侧时，两侧相间方向元件的电压可取本侧或对侧，取对侧时，两侧绕组接线方式应一样。绕组接线方式应一样。n n复复合合电电压压元元件件可可取取本本侧侧的的，也也可可取取变变压压器器各各侧侧“或或”的的方方式。式。.6.4 变压器的接地故障（零序）保护

19、变压器的接地故障（零序）保护n n作用：中性点直接接地电网变压器，装设接地保护反应接地故障，并作为变压器主保护的后备保护和相邻元件接地故障后备保护。n n接地原则：变压器高压绕组中性点是否直接接地运行与变压器的绝缘水平有关。中性点接地的位置与数目应以利于零序保护为原则。n n变压器绝缘水平、中性点运行方式不同，接地保护的配置方式也不同。6.4.6.4.仅一台变压器直接接地运行时的零序电流保护仅一台变压器直接接地运行时的零序电流保护(1)(1)第第段整定段整定 第段的动作时间 。（2）第段整定原侧 动作电流与引出线零序电流保护后备段在灵敏系数上配合。动作时限比相邻元件零序电流保护的后备段大。（3

20、）动作行为：跳变压器各侧断路器。6.4.2.1 6.4.2.1 中性点未装放电间隙中性点未装放电间隙 （1 1）原理）原理 由于避雷器一旦被击穿，在工频过电压下不能有效灭由于避雷器一旦被击穿，在工频过电压下不能有效灭弧而损坏，即便有避雷器也不能保证不接地运行变压器的弧而损坏，即便有避雷器也不能保证不接地运行变压器的安全。安全。为此当中性点接地运行变压器的为此当中性点接地运行变压器的KAKA0 0动作时，将操作动作时，将操作电源送到中性点不接地运行变压器的零序电压保护，先经电源送到中性点不接地运行变压器的零序电压保护，先经过过KT2KT2的延时跳不接地变压器，后经过的延时跳不接地变压器，后经过K

21、T1KT1的延时跳接地的的延时跳接地的变压器。变压器。n n缺点：缺点：延时切除接地运行变压器可能损坏变压器延时切除接地运行变压器可能损坏变压器 。（2 2）整定原则：）整定原则：电流与相同电流与相同 。电压按躲过最大不平衡电压整。电压按躲过最大不平衡电压整定定.。6.4.2.2 6.4.2.2 中性点装设放电间隙中性点装设放电间隙 (1)(1)元件配置元件配置 除装设两段式零序电流保护外除装设两段式零序电流保护外(同同6.4.1)6.4.1)，再，再增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电流保增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电流保护护 。（2 2）动作过程）动作过程 当母线或接地运行变压器

22、发生接地故障时，接当母线或接地运行变压器发生接地故障时，接地运行变压器的零序电流保护动作快速跳开母联或地运行变压器的零序电流保护动作快速跳开母联或接地运行变压器，此时不接地运行变压器可能出现接地运行变压器，此时不接地运行变压器可能出现工频过电压，将放电间隙击穿，放电间隙电流使间工频过电压，将放电间隙击穿，放电间隙电流使间隙零序电流元件隙零序电流元件KAKA0 0起动，瞬时跳开变压器，将故起动，瞬时跳开变压器，将故障切除；如果万一放电间隙拒动障切除；如果万一放电间隙拒动 ，KVKV0 0起动将变压起动将变压器切除。器切除。（3 3）零序电压整定原则）零序电压整定原则 按系统不失去接地中性点情况下，发生单相接按系统不失去接地中性点情况下，发生单相接地故障时本保护不动作和按低于变压器中性点工频地故障时本保护不动作和按低于变压器中性点工频耐压整定。耐压整定。零序电压动作判据：零序电压动作判据：其中：为暂态电压系数；其中：为暂态电压系数；U U为中性点工频耐压。为中性点工频耐压。间隙零序电流一般按间隙零序电流一般按100A100A(一次）整定。（4）自耦变压器接地保护的特点 零序电流保护应装于本侧的零序滤过器上，不能接在中性点回路的电流互感器上，否则，不能反应单相外部短路，且一般高中压侧上的零序保护应加装方向元件以满足选择性的要求。