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1、第六章第六章 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护第一节第一节 电力变压器的故障类型、不正常运行电力变压器的故障类型、不正常运行 状态及其相应的保护方式状态及其相应的保护方式第二节第二节 变压器的纵差动保护变压器的纵差动保护第三节第三节 变压器的电流和电压保护变压器的电流和电压保护第四节第四节 变压器的瓦斯保护变压器的瓦斯保护第六章第六章 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护第一节第一节 电力变压器的故障类型、不正常运行状态电力变压器的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式及其相应的保护方式一、变压器的故障一、变压器的故障1、油箱内部故障：、油箱内部故障：各相绕组之间的相间短路各相
2、绕组之间的相间短路单相绕组部分线匝之间的匝间短路单相绕组部分线匝之间的匝间短路单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障2、油箱外部故障：、油箱外部故障：引出线的相间短路引出线的相间短路绝缘套管闪烁或破坏引出线通过外壳发生的单相接地短路绝缘套管闪烁或破坏引出线通过外壳发生的单相接地短路二、不正常工作状态二、不正常工作状态负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；外部短路引起的过电流；外部短路引起的过电流；外部接地短路引起的中性点过电压；外部接地短路引起的中性点过电压；油箱漏油引起的油面降低或冷却系统油箱漏油引起的油面降低或
3、冷却系统故障引起的温度升高；故障引起的温度升高；大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况下导致变压器过大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况下导致变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。三、电力变压器的保护方式三、电力变压器的保护方式1瓦斯保护瓦斯保护变压器油箱内的各种故障及油面的降低，应装设瓦斯保护。变压器油箱内的各种故障及油面的降低，应装设瓦斯保护。适用：适用：800kVA 及以上油浸式变压器和及以上油浸式变压器和400kVA 及以上车间内及以上车间内油浸式变压器。油浸式变压器。轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于
4、信号；大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。2、纵差动保护和电流速断保护、纵差动保护和电流速断保护 防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路。和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路。3.外部相间短路时的保护外部相间短路时的保护(1)过电流保护过电流保护宜用于降压变压器，应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。宜用于降压变压器，应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。(2)复合电压启动的过电流保护复合电压启动的过电流保护宜用于升压变压器、系统联络变压器和
5、过电流保护宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不满足灵敏性要求的降压变压器。不满足灵敏性要求的降压变压器。(3)负序电流和单相式低电压启动的过电流保护负序电流和单相式低电压启动的过电流保护一般用于一般用于63MVA 及以上升压变压器。及以上升压变压器。(4)阻抗保护阻抗保护对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述(2)、(3)的保的保护不能满足灵敏性和护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。选择性要求时，可采用阻抗保护。4、零序电流保护：、零序电流保护：防御大接地电流系统中变压器外部接地短路防御大接地电流系统中变压器外部接地短路5、过
6、负荷保护：、过负荷保护：防御变压器对称过负荷防御变压器对称过负荷6、过励磁保护：、过励磁保护：防御变压器过励磁。防御变压器过励磁。7.其他保护其他保护对变压器温度及油箱内压力升高或冷却系统故障对变压器温度及油箱内压力升高或冷却系统故障6.2 变压器的纵差保护变压器的纵差保护变压器纵差保护主要反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短变压器纵差保护主要反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。变压器纵差保护按照循环电流原理路故障，是变压器的主保护。变压器纵差保护按照循环电流原理构成。构成。6.2.1 构成变压器纵差保护的基本原则构成变压器纵差保护的基本原则一、正常运行或外部故障
7、时一、正常运行或外部故障时其电流互感器变比的选择原则是两侧其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压变比的比值等于变压器的变比。器的变比。2、当变压器内部故障时、当变压器内部故障时流入差点继电器的电流为：流入差点继电器的电流为：为了保证动作的选择性，差动继电器的动作电流应按躲开外部为了保证动作的选择性，差动继电器的动作电流应按躲开外部短路时出现的最大不平衡电流来整定；短路时出现的最大不平衡电流来整定；不平衡电流愈大，继电器的动作电流也愈大；不平衡电流太大，不平衡电流愈大，继电器的动作电流也愈大；不平衡电流太大，就将降低内部短路时保护的灵敏性。就将降低内部短路时保护的灵敏性。6.2.
8、2 变压器纵差动保护的特点变压器纵差动保护的特点暂态情况下的不平衡电流暂态情况下的不平衡电流（1）暂态非周期分量的影响）暂态非周期分量的影响（2）励磁涌流的影响）励磁涌流的影响稳态情况下的不平衡电流稳态情况下的不平衡电流（1）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流；）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流；（2）由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流）由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流（3）两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流；）两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流；（4）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流。）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流。一、
9、由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流一、由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流在空载投入变压器或外部故障切除后恢复在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，就可能产生很大的励磁电流，其数值可达额定电供电等情况下，就可能产生很大的励磁电流，其数值可达额定电流的流的68 倍。这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称为励倍。这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称为励磁涌流。磁涌流。1、励磁涌流产生的原因、励磁涌流产生的原因u=0时合闸时合闸铁芯中产生铁芯中产生磁通（铁芯中的磁通不能磁通（铁芯中的磁通不能突变）突变）非周期分量的磁非周期分量的磁通通m（考虑剩磁（考虑剩磁s）经过半个周期后磁通经过半
10、个周期后磁通2m+r铁芯将严重饱铁芯将严重饱和和励磁电流励磁电流励磁涌流具有以下三个特点：励磁涌流具有以下三个特点：(1)励磁涌流很大，其中含有大量的直流分量。励磁涌流很大，其中含有大量的直流分量。(2)励磁涌流中含有大量的高次谐波，其中以励磁涌流中含有大量的高次谐波，其中以2 次谐波为主，次谐波为主，而短路电流中而短路电流中2 次谐波成分很小。次谐波成分很小。(3)励磁涌流的波形有间断角励磁涌流的波形有间断角产生励磁涌流的原因主要是变压器铁芯的严重饱和使励磁阻抗产生励磁涌流的原因主要是变压器铁芯的严重饱和使励磁阻抗大幅度降低。励磁涌流的大小和衰减速度与合闸瞬间电压的相大幅度降低。励磁涌流的大
11、小和衰减速度与合闸瞬间电压的相位、剩磁的大小、方向、电源和变压器的容量等有关。当电压位、剩磁的大小、方向、电源和变压器的容量等有关。当电压为最大值时合闸，就不会出现励磁涌流，只有正常励磁电流。为最大值时合闸，就不会出现励磁涌流，只有正常励磁电流。而对于三相变压器，无论在任何瞬间合闸，至少有两相会出现而对于三相变压器，无论在任何瞬间合闸，至少有两相会出现程度不等的励磁涌流。程度不等的励磁涌流。防止励磁涌流对纵差保护的影响，变压器纵差保护常采用防止励磁涌流对纵差保护的影响，变压器纵差保护常采用下述措施：下述措施：采用带有速饱和变流器的差动继电器构成纵差保护。采用带有速饱和变流器的差动继电器构成纵差
12、保护。利用二次谐波制动的差动继电器构成纵差保护。利用二次谐波制动的差动继电器构成纵差保护。采用鉴别波形间断角的差动继电器构成纵差保护。采用鉴别波形间断角的差动继电器构成纵差保护。二、二、变压器各侧电流相位不同引起的不平衡电流变压器各侧电流相位不同引起的不平衡电流电力系统中变压器常采用电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为侧电流的相位差为30，如果两侧电流互感器采用相同的接线，如果两侧电流互感器采用相同的接线方式，即使两侧电流数值相同，也会产生方式，即使两侧电流数值相同，也会产生2I1 sin 15的不平衡的不平衡电流。电流。因此，必须补
13、偿由于两侧电因此，必须补偿由于两侧电流相位不同而引起的不平衡流相位不同而引起的不平衡电流。具体方法是将电流。具体方法是将Y，d11接线的变压器星形接线侧的接线的变压器星形接线侧的电流互感器接成三角形接线，电流互感器接成三角形接线，三角形接线侧的电流互感器三角形接线侧的电流互感器接成星形接线。接成星形接线。为使正常运行或区外故障时，为使正常运行或区外故障时，则应使则应使三、电流互感器计算变比与实际变比不同引起的不平衡电流三、电流互感器计算变比与实际变比不同引起的不平衡电流变压器高、低压两侧电流的大小是不相等的。为要满足正常变压器高、低压两侧电流的大小是不相等的。为要满足正常运行或外部短路时，流入
14、继电器差回路的电流为零，则应使运行或外部短路时，流入继电器差回路的电流为零，则应使高、低压侧流入继电器的电流相等，则高、低压侧电流互感高、低压侧流入继电器的电流相等，则高、低压侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但实际上由于电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但实际上由于电流互感器在制造上的标准化，往往选出的是与计算变比相接近且较器在制造上的标准化，往往选出的是与计算变比相接近且较大的标准变比的电流互感器。这样，由于变比的标准化使得大的标准变比的电流互感器。这样，由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。四、四
15、、变压器各侧电流互感器型号不同引起的不平衡电流变压器各侧电流互感器型号不同引起的不平衡电流由于变压器各侧电压等级和额定电流不同，所以变压器各侧的由于变压器各侧电压等级和额定电流不同，所以变压器各侧的电流互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流电流互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流(归算至同一归算至同一侧侧)也就不同，从而在差动回路中产生较大的不平衡电流。也就不同，从而在差动回路中产生较大的不平衡电流。五、变压器带负荷调节分接头引起的不平衡电流五、变压器带负荷调节分接头引起的不平衡电流变压器带负荷调节分接头是电力系统中电压调整的一种方法，变压器带负荷调节分接头是电力系统中电压调整的一种方法
16、，改变分接头就是改变变压器的变比。整定计算中，纵差保护改变分接头就是改变变压器的变比。整定计算中，纵差保护只能按照某一变比整定，选择恰当的平衡线圈减小或消除不只能按照某一变比整定，选择恰当的平衡线圈减小或消除不平衡电流的影响。当纵差保护投入运行后，在调压抽头改变平衡电流的影响。当纵差保护投入运行后，在调压抽头改变时，一般不可能对纵差保护的电流回路重新操作，因此又会时，一般不可能对纵差保护的电流回路重新操作，因此又会出现新的不平衡电流。出现新的不平衡电流。六、在稳态情况下，变压器的差动保护的不平衡电流六、在稳态情况下，变压器的差动保护的不平衡电流10%-电流互感器允许的最大相对误差电流互感器允许
17、的最大相对误差Ktx-电流互感器的同型系数，取为电流互感器的同型系数，取为1；U-由变压器带负荷调压所引起的相对误差，取电压调整范由变压器带负荷调压所引起的相对误差，取电压调整范围的一半；围的一半；fza-由所采用的互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不由所采用的互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不同时所引起的相对误差，初算时取同时所引起的相对误差，初算时取0.056.2.3 变压器纵差保护的整定计算原则变压器纵差保护的整定计算原则一、一、纵差保护动作电流的整定原则纵差保护动作电流的整定原则1)保护装置的起动电流应大于变压器的最大负荷电流当负荷电保护装置的起动电流应大于变压器的最大负荷电流当负荷
18、电流不能确定时，可采用变压器的额定电流：流不能确定时，可采用变压器的额定电流：即即可靠系数一般取可靠系数一般取1.32)躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流3)躲过变压器的最大励磁涌流躲过变压器的最大励磁涌流，实际的纵差保护通常采用其他措施来减少它的影响，一，实际的纵差保护通常采用其他措施来减少它的影响，一种是通过鉴别励磁涌流和故障电流，出现励磁涌流时将纵差保种是通过鉴别励磁涌流和故障电流，出现励磁涌流时将纵差保护闭锁，这时在整定计算中就不必考虑励磁涌流的影响，即励护闭锁，这时在整定计算中就不必考虑励磁涌流的影响，即励磁涌流倍数为零；另一种是采用速饱和变
19、流器减少励磁涌流产磁涌流倍数为零；另一种是采用速饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流。采用加强型速饱和变流器的纵差保护生的不平衡电流。采用加强型速饱和变流器的纵差保护(BCH2 型型)时，励磁涌流倍数取时，励磁涌流倍数取1。二、纵差保护动灵敏系数的校验二、纵差保护动灵敏系数的校验I为各种运行方式下变压器内部故障时，流经差动继电器的最小差为各种运行方式下变压器内部故障时，流经差动继电器的最小差动电流，即采动电流，即采用在单侧电源供电时，系统在最小运行方式下，变压器发生短路用在单侧电源供电时，系统在最小运行方式下，变压器发生短路时的最小短路电流。时的最小短路电流。6.2.4 带有速饱和变流器的差
20、动继电器带有速饱和变流器的差动继电器一、工作原理一、工作原理1、一次侧只流过周期分量电流时、一次侧只流过周期分量电流时周期分量已通过速饱和变流器变换到二次侧。周期分量已通过速饱和变流器变换到二次侧。2、一次侧只流过非周期分量和周期分量电流时、一次侧只流过非周期分量和周期分量电流时非周期分量不能通过速饱和变流器变换到二次侧非周期分量不能通过速饱和变流器变换到二次侧二、带加强型速饱和变流器的差动继电器（二、带加强型速饱和变流器的差动继电器（BCH-2）1、构成（速饱和变流器和执行元件（电流继电器）两部分）、构成（速饱和变流器和执行元件（电流继电器）两部分）速饱和变流器有三个铁心柱速饱和变流器有三个铁心柱A、B、C；A、C柱截面积相等且柱截面积相等且为为B柱的一半。柱的一半。具有磁力制动的差动继电器具有磁力制动的差动继电器一、继电器主要组成部分（一、继电器主要组成部分（BCH-1型）型）三个铁心柱、六个线圈三个铁心柱、六个线圈Wg工作线圈，接在差动回路中工作线圈，接在差动回路中Wph平衡线圈，作用同前；平衡线圈，作用同前；两个两个Wzh制动制动线圈，接差动回线圈，接差动回路的一个臂上路的一个臂上两个两个W2二次线二次线圈，输出电流继圈，输出电流继电器电器二、继电器的工作原理1）假设不考虑制动线圈的作用：Izh=0磁路状态改变铁心饱和动作安匝，动作电流