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1、第7章 变压器保护 电力系统继电保护电力系统继电保护第7章 变压器保护7.0 介绍 7.1 差动保护原理 7.2 变压器差动保护7.3 变压器的电流速断保护7.4 变压器过流和低电压保护7.5 变压器零序保护复习题7.0 介绍变压器典型故障不正常工作状态 变压器保护 变压器典型故障 变压器油箱内故障绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损变压器典型故障 变压器连接线故障套管绝缘损坏、连接铜排发生相间故障、相对地故障变压器不正常运行状态过热由冷却系统的油损失故障引起油箱漏油造成油面降低 外部故障引起的变压器异常 中性点过压，变压器中性点接地 运行中的变压器油温过高包括有载调压以及压力过高
2、 过励磁：大容量变压器，外加电压过高或频率降低 变压器保护 瓦斯保护 变压器内部故障、油面降低和绕组开焊故障，即使是匝数很少的短路故障。反响于油箱内部所产生的气体或油流而动作，应注意出口继电器的抖动，动作后应有自保持措施。本体瓦斯保护、有载调压瓦斯 重瓦斯 跳闸 轻瓦斯 信号 装设瓦斯保护的变压器容量界限：800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器 变压器保护 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和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路 对于变压器内部的短路故障，如绕组尾部的相间短路故障、绕组很少的匝间短路故障，差动保护和电流
3、速断保护存在保护死区，也不能反映绕组的开焊故障 纵差保护适用于1并列运行的变压器，容量为6300kVA以上时2单独运行的变压器，容量为10000kVA以上时3发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300kVA以上时 电流速断保护用于10000kVA以下的变压器，过电流保护的时限大于0.5s时 对2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，宜装纵差保护 变压器保护 外部相间短路时应采取的保护过流保护：一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流复合电压起动的过电流保护：一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上负
4、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阻抗保护变压器保护 外部接地短路时，应采取的保护零序过流保护零序方向保护零序过压保护过负荷保护：对于400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护过励磁保护：用于大容量变压器，反响实际工作磁密和额定工作磁密之比过励磁倍数而动作其他保护：变压器本体和有载调压局部的油温保护；变压器的压力释放保护。变压器带负荷后起动风冷保护；过载闭锁带负荷调压的保护7.1 差动保护原理原理不平衡电流的影响减小不平衡电流的方法 动作特性制动特性差动保护原理正常运行或外部
5、故障 环连接环连接差动保护原理 内部故障 环流接线环流接线差动保护原理利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位原理构成内部故障正确动作不需与相邻保护配合受不平衡电流Iunb影响不平衡电流的影响稳态不平衡电流的影响稳态不平衡电流的影响暂态 在差动保护范围外部发生故障的暂态过程中，由于两侧电流互感器的铁芯特性及饱和程度不同，在差回路中将产生暂态不平衡电流。P122不平衡电流的影响暂态 外部短路暂态过程中变压器两侧电流互感器励磁电流大大增加，由于两侧互感器铁芯饱和程度不同，两侧总励磁电流的差即暂态过程中不平衡电流加大。从分析及实验记录的不平衡电流波形可知，外部短路暂态不平衡电流比稳态不平衡电流大，并含
6、有较大直流分量。不平衡电流的影响暂态减小不平衡电流的方法对于稳态不平衡电流采用型号和特性完全一样的D级电流互感器。带气隙，短路时不饱和。减小二次侧负载(10%误差电流)合理选择二次局部的电缆以减小负载保持差动继电器输入端子之间的阻抗平衡减小不平衡电流的方法对于暂态不平衡电流采用 TP系列 CT TPX(加大铁心截面减小磁通密度)TPY,TPZ(加大铁心间隙减小剩磁)采用速饱和变流器采用速饱和变流器铁芯截面较小，易于饱和的中间变流器。直流分量使速饱和变流器饱和。交流分量电流难于转换到速饱和变流器的刚边，差动继电器不会动作动作判据差动保护动作判据动作判据差动保护动作判据:动作判据结论制动判据 7.
7、2 变压器差动保护原理 不平衡电流差动保护整定原那么带有速饱和变流器的差动继电器比例制动的差动继电器二次谐波制动的差动继电器 连续角制动的差动继电器波形对称识别励磁涌流原理原理差动保护区：互感器之间的电气局部接线上应注意的问题：1由于变压器YN,d接线的关系，变压器两侧电流间存在相位移动，必须进展相位校正2满足了相位关系，需注意到两侧TA变比的不同，为保证外部故障时差动电流尽量小，应进展幅值校正3YN侧保护区外故障时，零序电流仅在变压器一侧流通，为保证差动保护不动作，应考虑其影响。不平衡电流励磁涌流 接线计算变比与实际变比不同变压器带负荷调整分接头结论励磁涌流 介绍励磁涌流的本质励磁涌流的特征
8、介绍励磁电流:一次电源提供并且引起不平衡电流正常运行时外部故障时，考虑电压降低，可以忽略励磁电流的影响变压器充电（合闸）或外部故障后电压恢复时，励磁电流励磁电流的本质P123励磁电流的特征励磁涌流与合闸时电源电压初相角、铁芯剩磁、饱和磁密、系统阻抗等有关，而且直承受三相绕组的接线方式和铁芯构造形式影响，也与电流互感器接线方式及其特性的影响。具有以下特点：包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧包含有大量的高次谐波，二次谐波为主，含量超过20%。波形之间出现连续%test1test2test3test41st100100100100DC668062732nd363150233rd7
9、6.99.4104th96.25.4-5th5-接线Y,D11 接线引起 Y侧电流滞后 D侧电流 30o.如果两侧二次电流 I2N=5A,差流 2.588A.接线计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流Side115kV(Y)10.5kV(d)额定电流(A)1581732CT接线dYCT 计算变比1.732(158/5)=273/51732/5CT 标准变比300/5=602000/5=400差流1.732(158/60)=4.551732/400=4.32不平衡电流4.55-4.32=0.23变压器带负荷调整分接头调整分接头会改变变比P121结论最大不平衡电流:式中 -非周期分量系数 -同型系
10、数 -变比引起的误差 -分接头调整引起的误差 -外部故障时的最大电流 差动保护整定原那么纵差动保护起动电流的整定原那么 (1)在正常运行情况下，为防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作，保护装置的起动电流应大于变压器的最大负荷电流If max。当负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流Ie.b,引入可靠系数k(一般采用1.3)，那么保护装置的起动电流为(2)躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流，此时继电器的起动电流应为差动保护整定原那么(3)无论按上述哪一个原那么考虑变压器纵差动保护的起动电流，都还必须能够躲开变压器励磁涌流的影响。当变压器纵差动保护采用波形鉴别或二次谐波制动的原理
11、构成时，它本身就具有躲开励磁涌流的性能，一般无需再另作考虑。而当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，虽然可以利用励磁涌流中的非周期分量使铁心饱和，来避越励磁涌流的影响，但根据运行经历，差动继电器的起动电流仍需整定为Idz1.3Ieb/n时，才能躲开励磁涌流的影响。对于各种原理的差动保护，其躲开励磁涌流影响的性能，最后还应经过现场的空载合闸试验加以检验。差动保护整定原那么纵差动保护灵敏系数的校验式中Idmin应采用保护范围内部故障时，流过继电器的最小短路电流。即采用在单侧电源供电时，系统在最小运行方式下，变压器发生短路时的最小短路电流，按照要求，灵敏系数一般不应低于2。当不能满足要求时，则需要采用
12、带有制动特性的差动继电器。必须指出，即使灵敏系数的校验能够满足要求，但变压器内部的匝间短路，轻微故障等情况，纵差动保护往往也不能迅速而灵敏地动作。运行经验表明，在此情况下。常常都是瓦斯保护首先动作，然后待故障进一步发展，差动保护才动作。显然可见，差动保护的整定值越大，则对变压器内部故障的反应能力也就越低。带有速饱和变流器的差动继电器比例制动比例制动比例制动不管是双绕组变压器还是三绕组变压器，差动保护的动作电流均是流入变压器电流之和，对制动电流那么有如下形式比例制动二次谐波制动的差动保护 1.二次谐波制动-对变压器充电或外部故障恢复时产生励磁涌流进展制动(20%)2.与比例制动和差动速断相结合比
13、例制动 抑制外部故障引起的不平衡电流 差动速断 (1)抑制内部严重故障使CT饱和产生大量谐波(2)当系统带有长线路或用电缆线连接变压器或变压器低压侧存在并联电容补偿时，变压器内部故障差动电流中二次谐波含量可能较高，将引起2次谐波制动的纵差动保护拒动或延时动作。二次谐波制动的差动保护 采用差动速断可局部解决这一问题；或者当电压低于70%额定电压时解除2次谐波制动，可使问题得到改善；采用制动电流IR，差动电流Id间比值小于某一值时解除2次谐波制动，同样可改善这一问题3.误动的可能性 对于某些大型变压器，变压器的工作磁通m（幅值）与铁芯饱和磁通sat之比有时取得较低，导致励磁涌流中二次谐波含量较低，
14、保护可能误动。二次谐波制动的差动保护 4.制动方式：1谐波比最大相制动这种制动方式不能克服这种制动方式不能克服2次谐波制动原理上的缺陷，但次谐波制动原理上的缺陷，但对励磁涌流的识别较可靠，因为三相的励磁涌流中总对励磁涌流的识别较可靠，因为三相的励磁涌流中总有一相大于有一相大于K2；不足之处是带有故障的变压器合闸时，非故障相的2次谐波对故障相也实现制动，导致差动保护延时，大型变压器因励磁涌流衰减慢尤为突出。二次谐波制动的差动保护 2按相制动 利用差动电流最大相基波中2次谐波与基波比构成制动考虑了三相差动电流基波大小对谐波比的影响，在很大考虑了三相差动电流基波大小对谐波比的影响，在很大程度上改善了
15、最大相制动在带有故障的变压器合闸时保程度上改善了最大相制动在带有故障的变压器合闸时保护动作延迟的不足；护动作延迟的不足；但在变压器三相励磁涌流中，可能出现两相励磁涌流中的2次谐波含量低，并且基波电流最大相并不能完全表示该相的谐波比最大，因此有时不能正确识别励磁涌流。二次谐波制动的差动保护 3综合相制动 采用三相差动电流中2次谐波的最大值与基波最大值之比构成制动不仅考虑了差动电流中基波大小对谐波比选择的影响，不仅考虑了差动电流中基波大小对谐波比选择的影响，而且考虑了三相谐波比的大小，可较好的识别励磁涌流而且考虑了三相谐波比的大小，可较好的识别励磁涌流；在此前提下提高了保护的速动性，当带有故障的变
16、压器在此前提下提高了保护的速动性，当带有故障的变压器合闸时，因故障相的存在使合闸时，因故障相的存在使Id1增大，可使谐波比迅速减增大，可使谐波比迅速减小，开放保护。小，开放保护。二次谐波制动的差动保护 4分相制动 本相涌流判据只对本相保护实现制动，取三相差动电流中2次谐波的最大值与该相基波之比构成制动取出了三相差动电流中取出了三相差动电流中2次谐波的最大值，识别励磁涌次谐波的最大值，识别励磁涌流性能较好，当带有故障的变压器合闸时，故障相的流性能较好，当带有故障的变压器合闸时，故障相的Id11增大，开放本相的保护将故障切除。增大，开放本相的保护将故障切除。当故障不十分严重、非故障相差动电流中当故
17、障不十分严重、非故障相差动电流中2 2次谐波含量次谐波含量较大时，故障相保护仍不能开放较大时，故障相保护仍不能开放连续角制动的差动保护判据只要j65就判为励磁涌流，闭锁差动保护；当j65且w140时，判为故障电流，开放差动保护电流互感器在饱和状态下会使传变后的二次电流间断角发生变化甚至消失基于对称波形的差动保护当id(t)为故障电流时，接近正弦形，C0，D0；当id(t)为励磁涌流时，波形有间断，至少有120区间，必有C0，D0。设置一系数KB,检测满足判据区间，识别励磁涌流角度区间大于90时，判为励磁涌流7.3 变压器的电流速断保护反响电流增大而瞬时反响电流增大而瞬时动作动作装于变压器的电源
18、侧，装于变压器的电源侧，对变压器及其引出线对变压器及其引出线上各种形式的短路进上各种形式的短路进展保护展保护选择性：只能保护变选择性：只能保护变压器的局部压器的局部适用于适用于10MVA以下以下较小容量的变压器，较小容量的变压器，当过电流保护时限大当过电流保护时限大于于0.5s时时整定整定灵敏度校验灵敏度校验整定1按躲开变压器负荷侧出口短路时的最大短路按躲开变压器负荷侧出口短路时的最大短路电流整定电流整定(2)躲过励磁涌流躲过励磁涌流选择（选择（1）（）（2）中）中较大值较大值作为电流速断保护的起动电流作为电流速断保护的起动电流灵敏度校验按变压器原边按变压器原边d2点短路时，流过保护的最小短路
19、点短路时，流过保护的最小短路电流校验电流校验变压器电流速断保护的变压器电流速断保护的优点优点是接线简单，动作迅速。是接线简单，动作迅速。缺点缺点是只保护变压器的一部分。是只保护变压器的一部分。7.4 变压器过流和低电压保护变压器相间短路的变压器相间短路的过流保护过流保护低电压起动过流保护低电压起动过流保护复合电压起动过流保护复合电压起动过流保护负序电流保护负序电流保护变压器的过负荷保护变压器的过负荷保护变压器相间短路的过流保护起动电流起动电流：按躲开变压器可能出现的最大负荷电流整定：按躲开变压器可能出现的最大负荷电流整定（1 1）对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器时所）对并列运行的变压器
20、，应考虑切除一台变压器时所出现的过负荷出现的过负荷（2 2）对降压变压器应考虑电动机的自起动电流）对降压变压器应考虑电动机的自起动电流变压器相间短路的过流保护灵敏度校验 过流保护作为变压器的近后备保护，灵敏系数要求大过流保护作为变压器的近后备保护，灵敏系数要求大于于1.5，远后备保护的灵敏系数大于，远后备保护的灵敏系数大于1.2。动作时间动作时间：比出线的第：比出线的第段保护动作时限长段保护动作时限长1个时限个时限阶段。阶段。过流保护应装于变压器的电源侧，采用完全星形接线，过流保护应装于变压器的电源侧，采用完全星形接线，保护动作后，跳开变压器两侧断路器保护动作后，跳开变压器两侧断路器低电压起动
21、过流保护 电压测量元件和电流测量元件同时动作才起动时电压测量元件和电流测量元件同时动作才起动时间继电器间继电器 低压测量元件的作用是保证外部故障切除后电动低压测量元件的作用是保证外部故障切除后电动机自起动时不动作机自起动时不动作。电流元件的起动电流电流元件的起动电流按躲开变压器的额定电流整按躲开变压器的额定电流整定，不考虑自起动系数定，不考虑自起动系数 低电压元件的起动值低电压元件的起动值应小于在正常运行情况下母线应小于在正常运行情况下母线可能出现的最低工作电压。同时，在外部故障切除后可能出现的最低工作电压。同时，在外部故障切除后电动机自起动过程中，保护必须返回。电动机自起动过程中，保护必须返
22、回。低电压起动过流保护电压元件的灵敏度电压元件的灵敏度式中式中 Ud.min在最大运行方式下，相邻元件末端三相在最大运行方式下，相邻元件末端三相金属性短路时，保护安装处的最大线电压金属性短路时，保护安装处的最大线电压。对于升压变压器，如果低电压继电器只接在一侧电对于升压变压器，如果低电压继电器只接在一侧电压互感器，当另一侧短路时，往往灵敏度不够，此时可压互感器，当另一侧短路时，往往灵敏度不够，此时可采用两套低电压元件分别接在变压器两侧的电压互感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。两组电压继电器的接点并联。为防止电压互感器二上。两组电压继电器的接点并联。为防止电压互感器二次断线
23、低电压继电器误动，应加装电压互感器断线监视次断线低电压继电器误动，应加装电压互感器断线监视继电器发出断线信号继电器发出断线信号。复合电压起动过流保护负序电压继电器的动作电压根据运行经验整定为负序电压继电器的动作电压根据运行经验整定为负序电流保护对于大型发电机变压器组，额定电流大，电流元件往往不对于大型发电机变压器组，额定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵敏度的要求，可采用负序电流保护。能满足远后备灵敏度的要求，可采用负序电流保护。由反响对称短路的低电压起动的过电流保护和反响不对称由反响对称短路的低电压起动的过电流保护和反响不对称短路的负序电流保护组成。短路的负序电流保护组成。负序电流继电器的
24、一次动作电流按以下条件选择：负序电流继电器的一次动作电流按以下条件选择：1躲开变压器正常运行时负序电流滤过器出口最大不躲开变压器正常运行时负序电流滤过器出口最大不平衡电流。平衡电流。（2 2）躲开线路一相断线时引起的负序电流）躲开线路一相断线时引起的负序电流（3 3）与相邻元件负序电流保护在灵敏度上相配合）与相邻元件负序电流保护在灵敏度上相配合负序电流保护灵敏度校验灵敏度校验式中式中 I在远后备校验点发生不对称短路时，流过在远后备校验点发生不对称短路时，流过保护的最小负序电流保护的最小负序电流 负序电流保护的灵敏度较高，且在负序电流保护的灵敏度较高，且在Y,dY,d接线的变压接线的变压器另一侧
25、发生不对称短路时，灵敏度不受影响。器另一侧发生不对称短路时，灵敏度不受影响。通常用在通常用在31.5MVA及以上的升压变压器。及以上的升压变压器。变压器的过负荷保护三绕组变压器，三侧都装有过负荷起动元件，对于双绕组三绕组变压器，三侧都装有过负荷起动元件，对于双绕组变压器，过负荷保护应装于电源侧。变压器，过负荷保护应装于电源侧。过负荷保护的整定计算：按躲开变压器的额定电流进展整过负荷保护的整定计算：按躲开变压器的额定电流进展整定定过负荷保护的延时应比变压器过电流时限长一个时过负荷保护的延时应比变压器过电流时限长一个时限阶段，一般取限阶段，一般取10s 7.5 变压器零序保护110kV以上中性点直
26、接接地系统中的电力以上中性点直接接地系统中的电力变压器，一般应装设零序电流接地保变压器，一般应装设零序电流接地保护，作为变压器主保护的后备保护和相邻护，作为变压器主保护的后备保护和相邻元件短路的后备保护。元件短路的后备保护。零序电流的分布和大小与系统中变压器中零序电流的分布和大小与系统中变压器中性点接地的台数和位置有关。性点接地的台数和位置有关。变电所单台变压器的零序电流保护变电所单台变压器的零序电流保护变电所多台变压器的零序电流保护变电所多台变压器的零序电流保护变电所单台变压器的零序电流保护零序电流保护装于变压器中性零序电流保护装于变压器中性点接地引出线的电流互感器上，点接地引出线的电流互感
27、器上，保护动作后切除变压器两侧的保护动作后切除变压器两侧的断路器。断路器。零序电流保护的整定计算零序电流保护的整定计算 动作电流按与被保护侧动作电流按与被保护侧母线引出线零序保护后备段在母线引出线零序保护后备段在灵敏度上相配合的条件进展整灵敏度上相配合的条件进展整定定式中式中 Kph配合系数，取配合系数，取1.11.2 Kfz零序电流分支系数，其值为远后备范围零序电流分支系数，其值为远后备范围故障内故障时，流过本保护与流过出线零序保护电流故障内故障时，流过本保护与流过出线零序保护电流之比之比变电所单台变压器的零序电流保护灵敏度校验灵敏度校验：为满足远方后备灵敏度的要求：为满足远方后备灵敏度的要
28、求式中式中 I出线末端接地故障时流过变压器零序保护出线末端接地故障时流过变压器零序保护的最小零序电流的最小零序电流动作时限动作时限变电所多台变压器的零序电流保护中性点接地的变压器可装设中性点接地的变压器可装设零序电流保护，而不接地运零序电流保护，而不接地运行的变压器不能投入零序电行的变压器不能投入零序电流保护。流保护。变压器的零序保护动作时，变压器的零序保护动作时，首先应切除非接地的变压器，首先应切除非接地的变压器，假设故障依然存在，经过一假设故障依然存在，经过一个时限阶段个时限阶段t后，再切除接后，再切除接地变压器。地变压器。每台变压器都装有同样的零每台变压器都装有同样的零序电流保护，由电流
29、元件和序电流保护，由电流元件和电压元件构成电压元件构成变电所多台变压器的零序电流保护动作电流整定动作电流整定1与被保护侧母线引出线零序电流第三段在灵敏度上与被保护侧母线引出线零序电流第三段在灵敏度上配合。配合。（2）与中性点不接地变压器零序电压元件在灵敏度上）与中性点不接地变压器零序电压元件在灵敏度上相配合，以保证零序电压元件的灵敏度高于零序电流相配合，以保证零序电压元件的灵敏度高于零序电流元件的灵敏度元件的灵敏度 Kph配合系数，取配合系数，取1.1选取（选取（1 1）（）（2 2）中较大值作为动作电流）中较大值作为动作电流变电所多台变压器的零序电流保护动作电压整定：按躲开正常运行时的最大不平衡零序电压动作电压整定：按躲开正常运行时的最大不平衡零序电压进展整定进展整定动作时限动作时限：比线路零序电流保护第：比线路零序电流保护第段动作时限长一段动作时限长一个时限阶段个时限阶段灵敏度校验灵敏度校验：按保证远后备灵敏度满足要求进行校验：按保证远后备灵敏度满足要求进行校验式中式中 I出线末端接地故障时，流过保护安装处的最出线末端接地故障时，流过保护安装处的最小零序电流小零序电流