变压器继电保护.pptx

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1、第一节 变压器的故障类型 不正常运行状态及其保护方式 q变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的元件，因此需要根据变压器容量和重要程度装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。第1页/共109页1.1.变压器内部故障变压器内部故障 油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁心烧损等.油箱外部故障：套管和引出线上发生相间短路和接地短路油箱内部故障非常危险，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，还会使变压器油绝缘分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果油箱内故障油箱外部故障第2页/共109页2.2.变压器不正常

2、运行状态主要包括：变压器不正常运行状态主要包括：1)由于变压器外部相间短路引起的过电流（相间短路过电流）2)由于变压器外部接地短路引起的过电流和中性点过电压（接地短路过电流、中性点过电压）3)由于负荷超过额定容量引起的过负荷（过负荷）4)由于漏油等原因而引起的油面降低（油面降低）5)在过电压或低频率等异常运行方式下，发生变压器的过励磁（过励磁）第3页/共109页 变压器的不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金

3、属构件的过热。变压器不正常运行时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。第4页/共109页3.3.保护方式保护方式 1)瓦斯保护 q特点：动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。反应油箱内的各种故障，不反应油箱外部的故障。q对变压器油箱内的各种故障、应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。q装设范围：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。第5页/共109页2)纵差动保护或电流速断保护q特点：反应变压器油箱内外故障 对变压

4、器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差动保护或电流速断保护。纵差动保护范围：6300kVA以上并列运行的变压器；10000kVA以上单独运行的变压器；容量为6300kVA以上的发电厂厂用变压器和工业企业中的重要变压器。电流速断的保护适用：10000kVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5s时。纵差动保护和电流速断动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。第6页/共109页3)外部相间短路时，应采用的保护q对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护：a、过电流保护：用于降压变压器，保护的整定值考虑在事故状态下可能出现的过负荷电流 b、复合电压（负序电压和线电压）起动的过电流保护：

5、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 c、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：用于大容量升压变压器和系统联络变压器 d、阻抗保护：对升压变压器和系统联络变压器当采用b、c的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，采用阻抗保护。第7页/共109页4)外部接地短路时，应采用的保护a、中性点直接接地电力网内，应装设零序电流保护 b、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，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。5)过负荷保护 对400kVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。第8页/共109页6)过励

6、磁保护高压侧电压为500kV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。（在变压器过励磁允许的范围内，保护作 用于信号，超过允许值，可动作于跳闸）7)其它保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应装设可作用于信号或动作于跳闸的保护装置。第9页/共109页第二节变压器纵差动保护第二节变压器纵差动保护第二节变压器纵差动保护第二节变压器纵差动保护 q主要是变压器内部绕组故障、外部套管及引出线故障 第10页/共109页1.1.构成变压器纵差动保护的基本原构成变压器纵差动保护的基本原则则 双绕组变压器双绕组变压器-高压侧低压侧 为变压器两侧的一次电流参考方

7、向均由母线指向变压器 、分别为两侧电流互感器的变比。则流入差动继电器KD的电流为：因此纵差动保护的动作判据为：为相应的电流互感器二次电流第11页/共109页设变压器的变比为:忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时有:-高压侧低压侧则差动电流可表示为：若选择电流互感器的变比，使之满足:则有：正常运行和变压器外部故障时，差电流为零，保护不会动作；第12页/共109页q由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为确保纵差动保护的正常工作，必须适当选取电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，即应使：其中 ：高压侧电流互感器变比：变压器的变比：低压侧电流互感器变比第13页/共109

8、页要实现变压器的纵差保护，必须适当的选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比，即第14页/共109页q由于变压器常采用Y，d11的接线方式，因此，其两侧电流的相位差为 ，若两侧电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，也会有一个差电流流入继电器，为消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后，即可把二次电流的相位校正过来。第15页/共109页-变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形第16页/共109页星形侧一次电流三角形侧一次电流星形侧二

9、次电流三角形侧二次电流星形侧差动臂二次电流第17页/共109页要使A相的继电器在正常运行及外部故障时不动作，需满足：由于：而流入三个差动继电器的差动电流为：又由于：即有：所以按相差动第18页/共109页式中 、是流入三个差动继电器的差电流。这样就可以消除两侧电流相位不一致的影响。由于 侧采用了两相电流差，相当于变压器的变比增加了 倍，因此电流互感器变比的选择应该满足：模拟式的差动保护都是采用这种接线方式，对于数字式差动保护，也可以将星形侧的三相电流直接接入保护装置内，由计算机的软件实现相位调整功能，以简化接线。第19页/共109页三绕组变压器电力系统中常常采用三绕组变压器。三绕组变压器的纵差动

10、保护原理与双绕组变压器是一样的。接入纵差动继电器的差电流为：高压侧中压侧低压侧正常运行时由高压侧、中压侧同时向低压侧提供功率第20页/共109页设变压器的13侧和23侧的变比为 和 ，考虑到正常运行和区外故障时变压器各侧电流满足:电流互感器变比的选择应该满足:变压器高中压侧采用星形接线,低压侧采用三角形接线三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择也要参照Y,d11双绕组变压器的方式进行调整，即侧互感器用Y接线方式；两个Y侧互感器则采用接线方式。高压侧电流折算到低压侧中压侧电流折算到低压侧第21页/共109页2.差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方

11、法方法 q变压器的纵差保护同样需要躲开流过差动回路中的不平衡电流，产生不平衡电流的原因和消除方法如下：I.由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流II.由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流IV.由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流 III.由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流第22页/共109页1 1）由计算变比与实际变比不同）由计算变比与实际变比不同 而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 q由于两侧电流互感器都是根据产品目录选取标准变比，而变压器的变比也是一定的，因此，三者之间很难满足:（或）的要求，此时差动回路中将有不平衡电流流过。第23页/共109页令变比差系数为：理论上应有

12、：则由：在正常运行和外部故障时有：可得:上式即为由计算变比与实际变比不同而在差动回路产生的不平衡电流。高压侧电流折算到低压侧第24页/共109页如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，并忽略fza的影响，则区外故障时变压器两侧电流相等，即I=I2=nTI1,但方向相反，I称为区外故障时变压器的穿越电流。设Ik.max为区外故障时最大的穿越电流，则由电流互感器和变压器变比不一致产生的最大不平衡电流为：如无特殊说明，变压器各侧电流都是折算到二次侧 从二次侧来看是同一个电流从一侧流入从另一侧流出第25页/共109页2 2）由变压器带负荷调整分接头）由变压器带负荷调整分接头 而产生的不平衡电

13、流而产生的不平衡电流 q调整变压器分接头是电力系统中常用的调压方法，改变分接头也就是改变了变压器的变比nT，分接头的改变，就会产生一个新的不平衡电流。应在纵差保护的整定值中予以考虑。由此产生的最大不平衡电流为:式中U为由变压器分接头改变引起的相对误差，考虑到电压可以正负两个方向进行调整，一般取可调整范围的一半。（U=22.5%)第26页/共109页3 3）由电流互感器传变误差）由电流互感器传变误差 而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性，励磁电流也不同，故在差动回路中产生的不平衡电流就很大。（根据第四章，电流互感器误差不会超过10%，最大可能值）采用

14、电流互感器同型系数Kat（同型号取0.5，不同型号取1，对于变压器一般取1）。对于变压器的纵差动保护，两侧电流互感器的变比不一样，互感器的型号肯定不同，故Kat=1。第27页/共109页TA等效电路一次电流中的一部分消耗在绕组励磁上其二次电流为：电流互感器的传变误差就是励磁电流 根据等效电路可得：ZL包括了电流互感器的漏抗和二次负载阻抗，一般电阻分量占优，在定性分析时可以当作纯电阻处理。ZL第28页/共109页区外故障时变压器两侧的一次电流为 (折算到二次侧)，故由电流互感器传变误差引起的不平衡电流为:不平衡电流实际上就是两个电流互感器励磁电流之差。并且励磁电流总是落后于一次电流，故 与 之间

15、的相位差不会超过90o，它们是相互抵消的。假设 比较大，不平衡电流将小于 。若两个电流互感器的型号相同，它们的参数差异性小，不平衡电流也比较小；反之，不平衡电流比较大。通常采用同型系数来表示互感器型号对不平衡电流的影响，即 第29页/共109页4 4）由变压器励磁涌流）由变压器励磁涌流I ILYLY所产生的所产生的 不平衡电流不平衡电流 v变压器的励磁电流I仅流经变压器的某一侧，故通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡掉，正常情况下此电流很小，一般不超过额定电流的2%10%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，影响就更小。第33页/共109页v励磁电流的大小取决于励磁电感L的数值，也就

16、是取决于变压器铁芯是否饱和。正常运行和外部故障时变压器不会饱和，励磁电流一般不会超过额定电流的25，对纵差动保护的影响常常略去不计。当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压。v励磁涌流的最大值可达额定电流的68倍。v在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励磁电流称为励磁涌流。第34页/共109页q励磁涌流的特点：1)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 2)包含有大量的直流及高次谐波，而以二次谐波为主；3)波形之间出现间断，一个周期中间断角为。iL第35页/共109页q防止励磁涌流影响

17、的方法：1)采用具有速饱和铁芯的差动继电器 2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别 3)利用二次谐波制动等（利用带比率制动的差动继电器）第36页/共109页q当励磁涌流进入差动回路时，其中有很大的非周期分量使速饱和变流器SBL的铁芯严重饱和，励磁阻抗锐减，使得励磁涌流中几乎全部非周期分量及部分周期分量电流从SBL的一次绕组通过，传变到二次回路的电流很小。I第37页/共109页5 5）减小不平衡电流的主要措施减小不平衡电流的主要措施 可以通过以下措施来减小区外故障时纵差动保护的不平衡电流：(1)计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿 令:由计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流为 。电流

18、互感器变比选定后，n就是一个常数，所以可以用 将这个不平衡电流补偿掉。此时引入差动继电器的电流为:n就是需要补偿的系数 第38页/共109页2WbWdW*TS对于电磁式纵差动保护装置，可以采用中间变流器进行补偿。在中间变流器TS的铁芯上绕有主线圈Wd，接入差电流 。另外还绕一个平衡线圈Wb和二次线圈W2。采用这种补偿方法时，由于的匝数不能平滑调节，选用的匝数与计算的匝数不可能完全一致，故仍有一部分不平衡电流流入继电器，但不平衡电流已大为减少。变比差系数可按下式计算：假设n0，则可以将 先经Wb后再和 差接起来。这样，在正常运行和外部故障时，只要满足 ，即 ，则中间变流器内总磁通等于零，在二次线

19、圈W2上就没有感应电势，从而没有电流流入继电器。第39页/共109页(2)减少因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流 应尽可能使用型号、性能完全相同的D级电流互感器，使得两侧电流互感器的磁化曲线相同，以减小不平衡电流。另外，减小电流互感器的二次负载，能够减少铁芯的饱和程度，相应地也减少了不平衡电流。减小二次负载的方法，除了减小二次电缆的电阻外，可以增大电流互感器的变比nTA。二次阻抗Z2折算到一次侧的等效阻抗为Z2/n2TA。若采用二次侧额定电流为1A的电流互感器，等效阻抗只有额定电流为5A时的1/25。第40页/共109页(3)减少电流互感器的暂态不平衡电流 根据电流互感器暂态不平衡电流中

20、有大量的非周期分量、电流特性完全偏离时间轴一侧的特点，通常采用在差动回路中接入具有速饱和特性的中间变流器的方法。I速饱和铁芯由于非周期分量使速饱和铁芯迅速饱和，从而使非周期分量传递到二次侧大为减少。第41页/共109页当差电流中只流过周期分量时，磁通沿着磁滞回线3变化，变化量很大，很容易传变到二次侧。因此速饱和中间变流器能够大大减小电流互感器的暂态不平衡电流。对于实际保护装置，通常在中间变流器中还要采取其它增加铁芯饱和的辅助措施，如带加强型速饱和中间变流器差动保护(BCH-2)，以进一步减少暂态不平衡电流。12S312速饱和中间变流器的铁芯很容易饱和,当差动电流中含有较大的非周期分量时，铁芯迅

21、速饱和，磁通沿着局部磁滞回线3变化，一个周波内变化量为很小。由于电流互感器的感应电势(即等效回路中励磁电感上的电压)与磁通的变化率成正比，所以非周期分量不易传变到变流器的二次侧。第42页/共109页.躲开保护范围外部短路时流过继电器的 最大不平衡电流，此时继电器的起动电流应为:Iset=KrelIunb.max（二次侧）其中I unb.max 保护外部短路时流过继电器的最大不平衡电流3.变压器纵差动保护的整定计算原则外部短路故障时最大短路电流；由于电流互感器计算变比和实际变比 不一致引起的相对误差。1)起动电流的整定原则第43页/共109页单相变压器:接线三相变压器:当采用中间变流器进行补偿时

22、，取补偿后剩余的相对误差。由变压器分接头改变引起的相对误差，一般可取调整范围的一半；0.1电流互感器容许的最大稳态相对误差；Kat电流互感器同型系数，取为1；Knp非周期分量系数，取1.5-2。当采用速饱和变流器时，由于有躲非周期分量的性能，取为1。第44页/共109页q当变压器纵差保护采用波形鉴别或二次谐波制动的原理构成时，本身就具有躲开励磁涌流的特性，无需再作考虑。而当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，虽可利用励磁涌流的非周期分量使铁芯饱和，来避开励磁涌流的影响，但起动电流仍需整定为:.躲开变压器励磁涌流的影躲开变压器励磁涌流的影响响才能躲开励磁涌流的影响。第45页/共109页Krel可靠

23、系数，取1.31.5；IN变压器的额定电流；K励磁涌流的倍数(即励磁涌流与变压器额定电流的比值)，取4-8，可以根据变压器的额定容量按励磁涌流的上限来选择。由于励磁涌流很大，实际的纵差动保护通常采用其它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的波形差别，在励磁涌流时将差动保护闭锁，这时在整定值中不必考虑励磁涌流的影响，即取K=0；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差动保护(BCH2型)时，取K=1。第46页/共109页.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，起动电流应大于变压器的最大负荷电流IL.max，当负

24、荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流IN.T,并引入可靠系数rel(一般取1.3)，则保护装置的动作电流整定值为：按上面三个条件计算纵差动保护的动作电流，并选取最大者 所有电流都是折算到电流互感器二次侧的数值。对于Y/-11 接线三相变压器，在计算故障电流和负荷电流时，要注意Y侧电流互感器接线方式，通常在侧计算比较方便。第47页/共109页2）纵差保护灵敏系数的校）纵差保护灵敏系数的校验验q灵敏系数可按下式校验：其中I 采用保护范围内部故障时，流过继电器的最小差动电流。q按照要求，灵敏系数一般应大于，当不满足时，则需采用具有制动特性的差动继电器。v注意：差动保护的整定值越大，则对变压器 内

25、部故障的反应能力就越低。第48页/共109页4、具有制动特性的差动继电器 1差动继电器的制动特性 如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，则区外故障时变压器两侧电流相等，即：I称为区外故障时变压器的穿越电流。如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，则可以认为在正常运行和区外故障时，同一电流流过变压器两侧，故称为穿越电流第49页/共109页由互感器变比不一致和互感器传变误差产生的不平衡电流的讨论知：流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故障时的穿越电流有关。穿越电流越大，不平穿越电流越大，不平衡电流也越大。衡电流也越大。具有制动特性的差动继电器正是利用这个特点，在差动继电器中

26、引入一个能够反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器的动作电流不再是按躲过最大穿越电流整定，而是根据制动电流自动调整。对于双绕组变压器，外部故障时由于 (折算到二次侧)，制动电流Ires可取:Ires=I1或Ires=I2最大穿越电流为分析方便，均去掉下标！第50页/共109页故变压器外部故障时的不平衡电流与Ires有关，可表示为：则具有制动特性差动继电器的动作方程为：Krel是可靠系数 由影响变压器差动保护的因素可知：而：Ik变压器外部故障时的短路电流流过变压器的穿越电流不同,差动继电器的动作电流也不同差动电流大于不平衡电流时，差动保护动作第51页/共109页0将差电流与制动电流的关系在一个

27、平面坐标上表示，显然只有差电流处于曲线的上方时差动继电器才能并且肯定动作。称为差动继电器的制动特性，而处于制动特性上方的区域称为差动继电器的动作区，另一个区域相应地称为制动区。动作区动作区第52页/共109页0ag 是一个关于Ires的单调上升函数。在Ires比较小时，电流互感器不饱和，是线性上升的（IresIres.g)；Ires比较大导致电流互感器饱和后，的变化率增加，并不再是线性的(Ires.g-Ires.max)。第53页/共109页KTA为电流互感器未饱和时存在的线性误差，由互感器型号决定，一般小于2。0ag 的线性部分可以表示为:第54页/共109页设变压器穿越电流等于最大外部故障

28、电流Ik.max时，差动继电器动作电流和制动电流分别为Iset.max和Ires.max，如图的a点所示。显然，此时差动继电器的不平衡电流就是最大不平衡电流，故:理论上Ires.max=Ik.max，但制动电流也要经过电流互感器测量，互感器饱和会使测量到的制动电流减小，故:令Kres.max称为制动特性的最大制动比。0ag第55页/共109页0ag由于电流互感器的饱和与许多因素有关，制动特性中非线性部分的具体数值是不易确定的。实用的制动特性要进行简化，在数字式纵差动保护中，常常采用一段与坐标横轴平行的直线和一段斜线构成的所谓两折线特性(以Iset.r表示)，Iset.r的斜线穿过a点，并与水平

29、直线及 Krelf(Ires)曲线相交于g点。第56页/共109页g点所对应的动作电流称为最小动作电流Iset.min，而对应的制动电流称为拐点电流。由于在Ires Ires.max时，Iset.r始终在 Krelf(Ires)的上方，所以外部故障时差动继电器不会误动，但内部故障时灵敏度有所下降。0ag第57页/共109页Iset.r不再经过坐标原点。因为存在一些与制动电流无关的不平衡电流如变压器的励磁电流、测量回路的杂散噪声等，动作电流过低容易造成继电器的误动。制动特性的数学表达式为:式中K为制动特性的斜率:拐点电流Ires.g选取的范围为:式中IN为变压器的额定电流 Iset.min可按下

30、式选取:第58页/共109页2差动继电器在内部故障时的动作行为 0bcc122内部故障时，继电器的动作电流分析 直线1:双侧电源供电时，若两侧电源的电势和等效阻抗都相同，则有:其与制动特性相交于b点，差动电流Ir只要大于最小动作电流Iset.min就能够动作。从图中可以看出：制动电流Ires大于Ires.b时,只要差动电流大于Iset.min，保护就能够可靠动作。这时斜率为2第59页/共109页0bcc122单侧电源供电时，若I1是负荷侧，则内部故障时有：Ires=I1=0这时继电器的动作电流只要大于Iset.min，保护就能够动作。第60页/共109页0bcc122直线2:单侧电源供电时，若

31、I1是电源侧，内部故障时有：Ires=I1其关系如图直线2所示，与制动特性相交于c点。这是纵差动保护最不利的情况。从图中可以看出：当内部故障时，当制动电流Ires小于Ires.c时,其差动电流总是位于制动特性曲线以下，保护不能可靠动作。只有制动电流Ires大于Ires.c,差动电流才位于制动特性曲线上方，保护能够可靠动作，除了内部轻微故障外，这时一般来说制动电流等于短路电流，其值总是很大的。这时斜率为1第61页/共109页0bcc122直线2:考虑了负荷电流影响后，差动电流与制动电流之间的关系变成了曲线2 这时与制动特性相交于c点。继电器的动作电流将大于Iset.min 电磁式的制动特性差动继

32、电器整定调试比较复杂，但由于优点显著，在变压器纵差动保护中获得了广泛的应用。而在数字式纵差动保护中几乎都是采用制动特性差动继电器的。尽管如此，仍比不带制动特性时灵敏得多。第62页/共109页由此可见：在各种运行方式下的变压器内部故障时，带有制动特性差动继电器的动作电流均为最小工作电流Iset.min。不带制动的差动继电器也可以看作是制动特性差动保护的一个特殊情况。其制动特性是平行于坐标横轴的直线，动作电流为固定的Iset.max。继电器采用制动特性后，变压器内部故障时将动作电流从原来的Iset.max下降到Iset.min，故差动继电器的灵敏系数大为提高。第63页/共109页制动电流的选取方式

33、对保护的灵敏度是有影响的。制动电流的选取不是唯一的，例如也可以选择Ires=I2作为制动电流。在外部故障时，和Ires=I1的制动作用是一样的；内部故障时两者的灵敏度不一样，显然选取故障电流小的一侧作为制动电流时灵敏度较高。电磁式保护通常按照这一原则来选取制动电流。对于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整定计算和调试，例如(双绕组变压器)（1）平均电流制动：（2）复式制动：当 时，；否则 。其中 为 和 的夹角。（3）标积制动：第64页/共109页外部故障时由于 ，三种制动电流都等于变压器的穿越电流；内部故障时，制动电流的大小是不一样的，在不考虑负荷电流影响时，后两种方法的制动

34、电流比较小。但应该指出，在故障电流很大，负荷电流影响可以忽略的情况下，各种方法都有很高的灵敏度；只有在故障电流与负荷电流差不多甚至更小时，分析各种制动电流的相对大小才是有意义的。第65页/共109页第三节第三节第三节第三节 变压器的电流和电压保护变压器的电流和电压保护变压器的电流和电压保护变压器的电流和电压保护q为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（变压器主保护的近后备保护，相邻母线或线路的远后备保护），变压器应装设过电流保护，根据变压器容量和系统短路电流水平不同，实现保护的方式有：过电流保护，低电压启动的过电流保护，复合电压起动的过

35、电流保护及负序过电流保护。第66页/共109页1.变压器的过电流保变压器的过电流保护护It跳QF1跳QF2变压器过电流保护的单相原理接线图q变压器过电流保护与线路保护中定时限过电流保护原理相同，保护动作后应跳开变压器两侧的断路器。q保护装置的起动电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流I L.max来整定：QF2QF1第67页/共109页1)对并列运行的变压器应考虑因故障突然切除一台所出现的过负荷，当各台变压器容量相同时，可按：其中：n并列运行变压器的最小台数I n每台变压器的额定电流此时保护装置的起动电流应整定为：Krel=1.2-1.3 Kre=0.85-0.95IL.max可按以下情况

36、考虑，并取最大值：第68页/共109页2)对降压变压器，考虑低压侧负荷电动机自起动时的最大电流KssIL.max,起动电流应整定为：Kss自起动系数。其值与负荷性质及用户与电源间的电气距离有关110kV降压变电站的6-110kV侧:取Kss=1.5-2.5;110kV降压变电站的35kV侧:取Kss=1.5-2.0第69页/共109页3)保护的动作时限应比相邻元件保护的最大动作时限大tq按上述条件选择的起动电流，其值一般较大，往往不能满足作为相邻元件后备保护的要求，需采用以下几种提高灵敏性的措施。第70页/共109页2.低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护低电压起动过电流保护的原理接线

37、图abc跳闸回路电压回路断线指示第71页/共109页q只当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继电器，经过预定的延时，起动出口继电器动作于跳闸。分析：第72页/共109页正常时，低压继电器的触点全部断开，中间继电器线圈中无电流，故中间继电器触点断开abc跳闸回路电压回路断线指示第73页/共109页abc跳闸回路电压回路断线指示当a、b相相间短路，低压继电器（1）触头闭合，中间继电器线圈有电流；电流继电器I1、I2动作，跳闸回路有信号输出第74页/共109页abc ：大于整定值动作触点断开，小于整定值不动作触点闭合。低电压继电器 UUU2过滤器I456电压回路跳闸回路3.复合电压起动的过电

38、流保护第78页/共109页3.复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护v将原来的三个低电压继电器改由一个负序电压继电器和一个接于线电压的低电压继电器组成。分析正常时，无负序电压，触点闭合，触点断开，线圈中无电流，触头断开，无跳闸信号当发生各种不对称短路时，由于出现负序电压，因此继电器动作，其常闭触点打开，于是加于低电压继电器上的电压被迫变成零，则动作，触点闭合。这时电流继电器中至少应有两个动作，于是就可以起动时间继电器，经过预定的时限动作于跳闸。第79页/共109页当发生三相短路时，由于在短路开始瞬间一般会短时出现一个负序电压，使继电器4动作，因此，低电压继电器5不动作，5触点闭合，待

39、负序电压消失后，继电器4返回，触点闭合，则继电器5又接于线电压Uca上，由于三相短路时，三相电压均降低，故继电器5仍将处于动作状态，这时保护装置的工作情况就相当于一个低电压起动的过电流保护。负序电压元件的起动电压按躲开正常运行方式下负序过滤器出现的最大不平衡电压来整定。根据运行经验，起动电压U2.set可取为：U2.set=(0.060.12)Un第80页/共109页v复合电压起动的过电流保护具有以下优点：1)由于负序电压继电器的整定值小，故在不对称短路时，电压元件的灵敏系数高。2)由于保护反应负序电压，因此对于变压器的不对称短路，与变压器的接线方式无关。3)在三相短路时，如果由于瞬间出现负序

40、电压，使继电器4和5动作，则在负序电压消失后，5又接于线电压上，只要5不返回，就可保证保护装置继续处于动作状态。q由于具有上述优点且接线比较简单，复合电压起动的电流保护得到广泛应用。第81页/共109页4.三绕组变压器相间短路后备保护的特点 I3QF1QF2QFIIIIIItIItIIIt三绕组变压器一侧断路器跳开后，另外两侧还能够继续运行。所以三绕组变压器的相间后备保护在作为相邻元件的后备时，应该有选择性地只跳开近故障点一侧的断路器，保证另外两侧继续运行，尽可能的缩小故障影响范围；而作为变压器内部故障的后备时，应该跳开三侧断路器，使变压器退出运行。第82页/共109页4.三绕组变压器相间短路

41、后备保护的特点 I3QF1QF2QFIIIII1k2kItIItIIIt为此，通常要在变压器的两侧或三侧都装设过电流保护装置(或复合电压起动过电流等)，各侧保护之间要相互配合。保护的配置与变压器主接线方式及其各侧电源情况等因素有关，不同的运行单位配置方法也有所不同。k1点故障时，应只跳开断路器QF3；k2点故障时则将QF1、QF2、QF3全部跳开。第83页/共109页第四节 变压器接地短路的后备保护 电力系统中，接地故障是最常见的故障形式。接于中性点直接接地系统的变压器，一般要求在变压器上装设接地保护，作为变压器主保护和相邻元件接地保护的后备保护。发生接地故障时，变压器中性点将出现零序电流和零

42、序电压。变压器的接地后备通常都是反应这些电气量构成的。第84页/共109页一、变电所单台变压器的零序电流保护 中心点直接接地运行的变压器都采用零序电流保护作用变压器接地后备保护。零序电流保护通常采用两段式。零序电流I段与相邻元件零序电流保护I段(瞬时段)相配合；零序电流II段与相邻元件零序电流保护后备段(注意，不是II段)相配合。与三绕组变压器相间后备保护类似，零序电流保护在配置上要考虑缩小故障影响范围的问题。根据需要，每段零序电流可设两个时限，并以较短的时限动作于缩小故障影响范围，以较长的时限断开变压器各侧断路器。第85页/共109页QF1TAQFQF2系统接线 H1H2跳QF跳QF1、QF

43、2保护逻辑 母联断路器零序电流取自变压器中性点电流互感器的二次侧。由于是双母线运行，在另一条母线故障时，零序电流保护应该跳开母联断路器QF，使变压器能够继续运行。所以零序电流I段和II段均采用两个时限，短时限t1、t3跳开母联断路器QF，长时限t2、t4跳开变压器两侧断路器。若是母线故障，则母联断开后，零序电流保护将自动返回，若不是母线故障，则经长时限后跳开变压器两侧的断路器。第86页/共109页零序电流I段的动作电流按下式整定:Krel-可靠系数，取1.2 Kb-零序电流分支系数-相邻元件零序电流I段的动作电流 零序电流I段的短时限取t1=0.5-1s；长延时在t2=t1+t上再增加一级时限

44、。第87页/共109页零序电流I段的灵敏系数按变压器母线处故障校验；II段按相邻元件末端故障校验。校验方法与线路零序电流保护相同。对于三绕组变压器，往往有两侧中性点直接接地运行。应该在两侧的中性点上分别装设两段式的零序电流保护。各侧的零序电流保护作为本侧相邻元件保护的后备和变压器主保护的后备。在动作电流整定时要考虑对侧接地故障的影响，灵敏度不够时可考虑装设零序电流方向元件。若不是双母线运行，各段也设两个时限，短时限动作于跳开变压器的本侧断路器；长时限动作于跳开变压器的各侧断路器。若是双母线运行，也需要按照尽量减少影响范围的原则，有选择性的跳开母联断路器、变压器本侧断路器和各侧断路器 第88页/

45、共109页第五节 变压器的瓦斯保护电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其它绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。第89页/共109页瓦斯保护能够保护变压器油箱内的各种轻微故障(例如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等)。对于反应电气量的保护，这些故障往往灵敏度不够。但像变压器绝缘子闪络等油箱外面的故障，瓦斯保护不能反应，而这些故障属于变压器保护的范围内。所以瓦斯保护和纵差动保护一起构成变压器的主保护。应该说，瓦斯保护的动作速度

46、是比较慢的，如何提高纵差动保护在绕组匝间短路时的灵敏度仍是一个重要的课题。第90页/共109页瓦斯继电器有两个输出接点，一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障，称为轻瓦斯；另一个反应变压器的严重故障，称为重瓦斯。轻瓦斯动作于信号，使运行人员能够迅速发现故障并及时处理；重瓦斯动作于跳开变压器各侧断路器。瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器(又称气体继电器)，它安装在油箱和油枕之间的连接管道上。瓦斯继电器安装图11-瓦斯继电器；22-油枕；33-钢垫块；44-阀门；55-导油管第91页/共109页 变压器发生轻微故障时，油箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在油箱的上方，气体沿管道上升到油面并集聚，

47、使瓦斯继电器周围的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲击，继电器感受到的油速达到动作门槛时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大 第92页/共109页2过负荷保护变压器长期过负荷运行时，绕组会应发热而受到损伤。我国继电保护规程规定，容量为400kVA及其以上的变压器，应根据过负荷的可能性及其大小装设过负荷保护。过负荷保护在检测到绕组电流大于动作电流后，经延时发出信号，运行人员据此通过减少负荷等措施使变压器保持正常运行状态。由于变压器三相负荷

48、是基本对称的，通常只检测一相电流。第93页/共109页过负荷保护的动作电流和延时根据变压器绕组的过负荷倍数(相对于额定电流的倍数)和允许运行时间来整定。对于三绕组变压器，各侧负荷不同，额定容量也不一定相同，过负荷保护装设于哪一侧或哪几侧，需以能够反映变压器各绕组可能的过负荷情况确定。对于双绕组变压器，两侧绕组的负荷是相同的，而绕组的额定容量也相同，所以过负荷保护只需安装在其中的一侧。过负荷倍数比较大时，允许运行时间较短；反之允许运行时间较长。对于大型变压器，可以采用反时限的过负荷保护，反时限特性与变压器过负荷曲线相配合。对于一般的变压器，则用定时限过负荷保护，时限设一段或两段。第94页/共10

49、9页3过励磁保护 由于电压升高或频率降低，引起变压器铁芯饱和，励磁电流急剧增加。这个现象称为变压器的过励磁。变压器过励磁后，铁损增加，使铁芯的温度上升；同时还会使靠近铁芯的金属构件产生涡流损耗，使这些部位发热，引起高温。过励磁时并非每次都造成变压器的明显破坏，往往容易被人忽视，但是多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化，降低变压器的使用寿命。我国继电保护规程规定，对于有可能发生过励磁的500kV变压器应装设过励磁保护。第95页/共109页当加在铁芯绕组上的电压是正弦波时，铁芯磁密B(即磁通与铁芯截面积之比)与电压和频率之间的关系为：其中K为常数。变压器正常运行时，频率和电压均运行在额定值附近，铁

50、芯不会饱和。当由于电压升高或频率降低等原因导致磁密超过饱和磁密时，铁芯就发生饱和。例如，超高压远距离输电线路由于突然失去负荷而造成变压器的过电压；发电机变压器组在起动过程中，在低转速时由于操作上的失误将电压调整到额定值，从而使比值 上升等，都会发生变压器的过励磁。设式中，、为额定电压和额定频率；称为过励磁的倍数。第96页/共109页n越大，对变压器的危害越大，变压器允许运行的时间t也越小。n与t的关系曲线称为变压器过励磁倍数曲线。变压器过励磁保护通常采用反应n大小的反时限保护，反时限特性与变压器过励磁倍数曲线相配合。第97页/共109页第六章习题1变压器可能发生哪些故障和不正常运行状态？它们与