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1、基本要求基本要求学习内容学习内容思考题思考题第七章第七章 变压器保护变压器保护Power Transformer Protection本本 章章 基基 本本 要要 求求了解变压器可能产生的故障类型和不正常运行状态，了解变压器可能产生的故障类型和不正常运行状态，掌握变压器应有的保护方式。掌握变压器应有的保护方式。熟悉掌握变压器纵差保护的基本工作原理。熟悉掌握变压器纵差保护的基本工作原理。掌握在差动保护中产生不平衡电流的原因及减小不掌握在差动保护中产生不平衡电流的原因及减小不平衡电流的措施。平衡电流的措施。了解电流、电压保护在变压器中的应用。了解电流、电压保护在变压器中的应用。第七章 变压器保护第
2、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，不正常运行状态和应加装的保护和应加装的保护第二节第二节 变压器的差动保护变压器的差动保护第三节第三节 变压器的后备保护变压器的后备保护一一 电力变压器的故障类型，不正常运电力变压器的故障类型，不正常运行状态行状态变压器故障变压器故障 油箱内部故障油箱内部故障 油箱外部故障油箱外部故障 相间短路相间短路 绕组绕组的匝间短路的匝间短路 单相接地短路单相接地短路 引线及套管处会产生引线及套管处会产生各种相间短路各种相间短路 接地故障接地故障 变压器的不正常状态变压器的不正常状态由于外部短路故障引起的过电流由于外部短路故障引起的过电
3、流油箱内部油面降低油箱内部油面降低过励磁过励磁变压器应装设如下保护：变压器应装设如下保护：(1)为为反反应应变变压压器器油油箱箱内内部部各各种种短短路路故故障障和和油油面面降降低低，对对于于0.8MVA及及以以上上的的油油浸浸式式变变压压器器和和户户内内0.4MVA以以上变压器应装设上变压器应装设瓦斯保护瓦斯保护。(2)为为反反应应变变压压器器绕绕组组和和引引出出线线的的相相间间短短路路，以以及及中中性性点点直直接接接接地地电电网网侧侧绕绕组组和和引引线线接接地地短短路路及及绕绕组组匝匝间间短路，应装设短路，应装设纵差保护或电流速断保护纵差保护或电流速断保护。(3)为为反反应应外外部部相相间间
4、短短路路引引起起的的过过电电流流和和作作为为瓦瓦斯斯、纵纵差差保保护护(或或电电流流速速断断保保护护)的的后后备备，应应装装设设过过电电流流保保护、复合电压过流保护或负序过流保护护、复合电压过流保护或负序过流保护。(4)为为反反应应大大接接地地电电流流系系统统外外部部接接地地短短路路，应应装装设设零零序电流保护序电流保护。(5)为反应过负荷应装设为反应过负荷应装设过负荷保护过负荷保护。(6)为反应变压器过励磁应装设为反应变压器过励磁应装设过励磁保护过励磁保护。主主保保护护后后备备保保护护一、变压器纵联差动保护的原理一、变压器纵联差动保护的原理二、变压器纵联差动保护中引起不平衡电流二、变压器纵联
5、差动保护中引起不平衡电流的原因及减小不平衡电流的措施的原因及减小不平衡电流的措施第二节第二节 变压器的差动保护变压器的差动保护三、变压器纵联差动保护的整定原则三、变压器纵联差动保护的整定原则一、变压器纵联差动保护的原理一、变压器纵联差动保护的原理 纵纵联联差差动动保保护护是是反反应应被被保保护护变变压压器器各各端端流流入入和和流流出出电电流流的的相相量量差差。对对双双绕绕组组变变压压器器实实现现纵纵差差动动保保护护的的原原理理接接线线如如图图所示。所示。为为了了保保证证纵纵联联差差动动保保护护的的正正确确工工作作，应应使使得得在在正正常常运运行行和和外外部部故故障障时时，两两个个二二次次电电流
6、流相相等等，差差回回路路电电流流为为零零。在在保保护护范范围围内内故故障障时时，流流入入差差回回路路的的电电流流为为短短路路点点的的短短路路电流的二次值，保护动作。电流的二次值，保护动作。由于受不平衡电流Iunb影响，正常运行及保护范围外部短路时差回路中的电流不为零。或或二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流电流在在正正常常运运行行及及保保护护范范围围外外部部短短路路稳稳态态情情况况下下流流入入纵纵联联差差动动保保护护差差回回路路中中的的电电流流叫叫稳稳态态不不平衡电流平衡电流Iunb。差差动动保保护护的的动动作作电电流流应应大大于于最最大大不
7、不平平衡衡电电流流，以以保保证证保保护护范范围围外外部部短短路路时时差差动动保保护护不不动动作。不平衡电流增大，将使保护的灵敏度降低。作。不平衡电流增大，将使保护的灵敏度降低。1由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流 变变压压器器的的励励磁磁电电流流IL仅仅流流经经变变压压器器的的某某一一侧侧，因因此此，通通过过电电流流互互感感器器反反应应到到差差动动回回路路中中不不能能被被平平衡衡。正正常常情情况况下下，此此电电流流很很小小，一一般般不不超超过过额额定定电电流流的的2%10%。在在外外部部故故障障时时，由由于于电电压压降降低低，励励磁电流减小，它的影响就更小。磁
8、电流减小，它的影响就更小。但但是是当当变变压压器器空空载载投投入入和和外外部部故故障障切切除除后后电电压压恢恢复复时时，则则可可能能出出现现数数值值很很大大的的励励磁磁电电流流(又又称称为励磁涌流为励磁涌流)。（a)-mmuu,0t（b)u2m+stu,00U,uU,u00如果空载合闸时，正好在如果空载合闸时，正好在u=0时接通，则铁芯中该具时接通，则铁芯中该具有磁通有磁通-m。但由于铁芯中。但由于铁芯中的磁通不能突变，将出现一的磁通不能突变，将出现一个非周期分量其磁通为个非周期分量其磁通为+m。半个周期后铁芯中。半个周期后铁芯中的磁通就达到了的磁通就达到了2m。如果铁芯中有剩余磁通如果铁芯中
9、有剩余磁通s。则总的磁通将为。则总的磁通将为2m+s，则变压器铁芯严重饱和，则变压器铁芯严重饱和，励磁电流将急剧增大，称为励磁电流将急剧增大，称为变压器的励磁涌流变压器的励磁涌流IL。+m变变压压器器的的励励磁磁涌涌流流，其其数数值值最最大大可可达达额额定定电电流流的的68倍倍，同同时时包包含含有有大大量量的的非非周周期期分分量量和高次谐波分量。和高次谐波分量。励磁涌流的大励磁涌流的大小和衰减时间与外小和衰减时间与外加电压的相位，铁加电压的相位，铁芯中剩磁的大小和芯中剩磁的大小和方向，电源容量的方向，电源容量的大小，回路阻抗以大小，回路阻抗以及变压器容量的大及变压器容量的大小等都有关。小等都有
10、关。励磁涌流具有以下特点：励磁涌流具有以下特点：(1)包包含含有有很很大大成成分分的的非非周周期期分分量量，往往往往使涌流偏于时间轴的一侧；使涌流偏于时间轴的一侧；(2)包包含含有有大大量量的的高高次次谐谐波波，而而以以二二次次谐谐波波为为主；主；(3)波形之间出现间断，如图所示，在一个周期波形之间出现间断，如图所示，在一个周期中间断角为中间断角为。在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有：响的方法有：(1)采用具有速饱和铁心的差动继电器；采用具有速饱和铁心的差动继电器；(2)利用二次谐波制动而躲开励磁涌流；利用二次谐波制动而躲开励磁涌流；(3)用比较波形
11、间断角来鉴别短路电流和励用比较波形间断角来鉴别短路电流和励磁涌流；磁涌流；2 2由变压器两侧电流相位不同而产生的不平由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流衡电流由由于于变变压压器器常常常常采采用用Y,dll的的接接线线方方式式,因因此此,其其两两侧侧电电流流的的相相位位差差30。此此时时，如如果果两两侧侧的的电电流流互互感感器器仍仍采采用用通通常常的的接接线线方方式式，则则二二次次电电流流由由于于相相位位不不同同，会有一个差电会有一个差电流流入继电器。流流入继电器。通通常常都都是是将将变变压压器器星星形形侧侧的的三三个个电电流流互互感感器器接接成成三三角角形形，而而将将变变压压器器三三角角
12、形形侧的三个电流互感器接成星形。侧的三个电流互感器接成星形。如何消除这种不平衡电流的影响？如何消除这种不平衡电流的影响？由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电流由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电流nl1nl2ABCabcI-II-I3030当当电电流流互互感感器器采采用用上上述述联联接接方方式式以以后后，在在互互感感器器接接成成三三角角形形侧侧的的差差动动一一臂臂中中，电电流流又又增增大大了了 31/2 倍倍。如如何何保保证证在在正正常常运运行行及及外外部部故故障障情情况况下下差差动动回回路路中中应应没没有有电电流？流？由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电流由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电
13、流 将该侧电流互感器的变比加大 倍，以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等，故此时选择变比的条件是 由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电流由变压器两侧相位不同而产生的不平衡电流3 3由两侧电流互感器的误差引起的不平衡由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流电流 变变压压器器两两侧侧电电流流互互感感器器有有电电流流误误差差I，在在正正常常运运行行及及保保护护范范围围外外部部故故障障时时流流入入差差回回路路中中的电流不为零，为什么？的电流不为零，为什么？原因：原因：电电流流互互感感器器的的电电流流误误差差和和其其励励磁磁电电流流的的大大小小、二二次次负负载载的的大大小小及及励励磁磁阻阻抗抗有有关关，
14、而而励励磁磁阻阻抗抗又又与与铁铁芯芯特特性性和和饱饱和和程程度有关。度有关。当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍二次负载阻抗及短路电流倍数不同时都会使电流互感器励磁数不同时都会使电流互感器励磁电流的差值增大。电流的差值增大。为什么在正常运行时，不平衡电流很小为什么在正常运行时，不平衡电流很小？铁芯饱和、励磁电流很小，不平衡电流很小为什么当外部故障时，为什么当外部故障时，不平不平衡电流增大？衡电流增大？短路电流很大，使两侧电流迅速饱和,励磁电流励磁电流很大，不平衡电流很大很大，不平衡电流很大原因：原因：4 4由计
15、算变比与实际变比不同而产生的不平衡由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流电流 两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足 或或的的关系？关系？很难满足上述关系。很难满足上述关系。因此，差动回路将有电流流过，此时可采因此，差动回路将有电流流过，此时可采用具有速饱和铁心的差动继电器，利用平衡电用具有速饱和铁心的差动继电器，利用平衡电流流Wpb来消除此差动电流的影响。来消除此差动电流的影响。例例:以以一台一台Y,dll的接线的容量为31.5MVA，电压为115/10.5kV的变压器为例。计算变压器高低侧的二次回路电流，计算结果如下：额定电压额定电压(kV)115
16、kV侧侧(高压高压)10.5kV侧侧(低压低压)额定电流额定电流(A)变压器接线方式变压器接线方式YTA接线方式接线方式YTA计算变比计算变比nTA.jsTA实际变比实际变比nTA.sj流入差回路的电流流入差回路的电流 (A)4 4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 Wcd()=Wph利用平衡线圈利用平衡线圈Wph来消除此差电流的影响。来消除此差电流的影响。假假设设在在区区外外故故障障时时 ，如如下下图图所所示示，则则差差动动线线圈圈中中将将流流过过电电流流（），由由它它所所产产生生的的磁磁势势为为Wcd()。为为了了消消除除这这个个差差动动电
17、电流流的的影影响响，通通常常都都是是将将平平衡衡线线圈圈Wph接接入入二次电流较小的一侧，二次电流较小的一侧，应使应使减少这种不平衡电流影响的措施：减少这种不平衡电流影响的措施：5 5带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流在电力系统中在电力系统中为什么为什么采用带负荷调压的变采用带负荷调压的变压器压器会产生不平衡电流？会产生不平衡电流？改变分接头的位置不仅改变了变压器的变比，也改变分接头的位置不仅改变了变压器的变比，也破坏了变压器两侧电流互感器破坏了变压器两侧电流互感器变比的比等于变压变比的比等于变压器变比的条件，故会产生不平衡电流。器变比的条件，故会产生
18、不平衡电流。原因：原因：调整分接头产生的最大不平衡电流为调整分接头产生的最大不平衡电流为在稳态情况下：在稳态情况下：10%电流互感器容许的最大相对误差电流互感器容许的最大相对误差Ktx 电流互感器的调整系数取电流互感器的调整系数取1u 由负荷调压引起的相对误差由负荷调压引起的相对误差fza 由于所采用的互感器变比或平衡线圈线由于所采用的互感器变比或平衡线圈线 圈的实际值与计算值不同时所引起的相圈的实际值与计算值不同时所引起的相 对误差。对误差。保护范围外部最大短路电流归算到二次保护范围外部最大短路电流归算到二次 侧的值。侧的值。变压器纵联差动保护的整定计算的原则变压器纵联差动保护的整定计算的原
19、则 整定原则整定原则 在正常运行情况下为防止电流互感器二次回路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电流应大于变压器的最大负荷电流IL.max。当。当 负荷电流不能确定时，可采用额定电流负荷电流不能确定时，可采用额定电流IN，并引入可靠系数并引入可靠系数Krel，Krel=1.3。Iset=KrelIL.max 躲开保护范围外部短路时最大不平衡电流躲开保护范围外部短路时最大不平衡电流IsetJ J=KrelIunb.max 变压器纵联差动保护的整定计算的原则变压器纵联差动保护的整
20、定计算的原则 整定原则整定原则 无论上述哪一个原则考虑起动电流都必须能够无论上述哪一个原则考虑起动电流都必须能够 躲开变压器励磁涌流的影响。躲开变压器励磁涌流的影响。当差动保护采用波形鉴别式二次谐波制动当差动保护采用波形鉴别式二次谐波制动的原则构成时，它本身就具有躲开励磁涌流的的原则构成时，它本身就具有躲开励磁涌流的性能，一般无需另外考虑。性能，一般无需另外考虑。另一种方式采用具有速饱和铁芯的差动继另一种方式采用具有速饱和铁芯的差动继电器来躲避励磁涌流的影响。电器来躲避励磁涌流的影响。变压器纵联差动保护的整定计算的原则变压器纵联差动保护的整定计算的原则 纵联差动保护灵敏系数的校验纵联差动保护灵
21、敏系数的校验Ik.min.J 保护范围内部故障时，流过继电器的保护范围内部故障时，流过继电器的 最小短路电流最小短路电流 单侧电源供电时，系统单侧电源供电时，系统最小运行方式最小运行方式下，下，Ksen2。当不能满足要求时需采用。当不能满足要求时需采用具有制动特性具有制动特性的差动继电器。的差动继电器。第三节第三节 变压器的后备保护变压器的后备保护为为反反应应变变压压器器外外部部故故障障引引起起变变压压器器绕绕组组过过电电流流以以及及变变压压器器内内部部故故障障时时作作为为差差动动保保护护和和瓦瓦斯斯保护的后备保护保护的后备保护应设应设过电流保护过电流保护。为为满满足足灵灵敏敏度度要要求求，可
22、可装装设设过过电电流流保保护护、低低电电压压启启动动的的过过电电流流保保护护、复复合合电电压压启启动动的的过过电电流保护，负序过电流保护，甚至阻抗保护。流保护，负序过电流保护，甚至阻抗保护。变压器的过电流保护变压器的过电流保护 起动电流按躲开变压器可能出现的最大负起动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流荷电流IL.max来整定。来整定。变压器的过电流保护变压器的过电流保护 并列运行的变压器应考虑突然切除一台时出现的并列运行的变压器应考虑突然切除一台时出现的 过负荷。当各台变压器容量相同时可按下式计过负荷。当各台变压器容量相同时可按下式计 算：算：1DL2DLIt信号信号跳跳1DL跳跳2DL+
23、-n 并列运行变压器的最并列运行变压器的最 小台数小台数;IN 每台变压器的额定电每台变压器的额定电流。流。启动电流：启动电流：过电流保护装置应装于变压器的电源侧，保护过电流保护装置应装于变压器的电源侧，保护动作后，跳开变压器两侧断路器。动作后，跳开变压器两侧断路器。变压器的过电流保护变压器的过电流保护 对降压变压器应考虑低压侧负荷电动机自起动时对降压变压器应考虑低压侧负荷电动机自起动时 的最大电流，其起动电流按下式进行选取：的最大电流，其起动电流按下式进行选取：Krel=1.21.3 Kss=1.52.5 Kre=0.85其中：其中：其动作时限与定时限过电流保护相同。其动作时限与定时限过电流
24、保护相同。按上述条件选择的起动电流其值一般较大，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，为往往不能满足作为相邻元件后备保护的要求，为此采取下述各种保护方式以提高灵敏度。此采取下述各种保护方式以提高灵敏度。低压启动的过电流保护低压启动的过电流保护 只有当电流元件和电压元件同时动作后，才只有当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继电器，经延时后，通过出口继电器能起动时间继电器，经延时后，通过出口继电器动作于跳闸。动作于跳闸。2DL1DLYHLH+-abc电压回路电压回路断线信号断线信号跳跳1DL跳跳2DLIII信号信号UUUt当当过过电电流流保保护护不不
25、能能满满足足灵灵敏敏度度要要求求时时，怎怎么么办？办？时不动作，因而电流元件的启动电流可按躲开时不动作，因而电流元件的启动电流可按躲开变压器的额定电流整定。不再考虑自起动系数。变压器的额定电流整定。不再考虑自起动系数。低压测量元低压测量元件的作用是保证件的作用是保证外部故障切除后，外部故障切除后，电动机自起电动机自起 2DL1DLYHLH+-abc电压回路电压回路断线信号断线信号跳跳1DL跳跳2DLIII信号信号UUUt 低压启动的过电流保护低压启动的过电流保护 低压测量元件的启动值应小于正常运行情低压测量元件的启动值应小于正常运行情况下母线上可能最低工作电压值。同时，外部况下母线上可能最低工
26、作电压值。同时，外部故障切除后自启动过程中保护必须返回。故障切除后自启动过程中保护必须返回。2DL1DLYHLH+-abc电压回路电压回路断线信号断线信号跳跳1DL跳跳2DLIII信号信号UUUt 低压启动的过电流保护低压启动的过电流保护低压测量元件的启动值按照运行经验选取：低压测量元件的启动值按照运行经验选取：Uk.max 最大运行方式下，相邻元件末端三相金属最大运行方式下，相邻元件末端三相金属 性短路时，保护安装处的最大电压。性短路时，保护安装处的最大电压。UN 变压器额定线电压；变压器额定线电压；低压启动的过电流保护低压启动的过电流保护 复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护
27、将三个低电压继电器改由一个负序电压继电将三个低电压继电器改由一个负序电压继电器（由过电压继电器器（由过电压继电器4接于负序电压过滤器上组成）接于负序电压过滤器上组成）和一个接于线电压上的低电压继电器和一个接于线电压上的低电压继电器5组成。组成。1DL2DLLHYHabc电压回路电压回路断线信号断线信号跳跳1DL跳跳2DL信信号号U2过过滤器滤器IIIU U2t123456 7-8 9-+复复合合电电压压起起动动的的过过电电流流保保护护的的电电流流元元件件和和低低电电压压元元件件的的整整定定同同低低压压启启动动过过电电流流保保护护。负序电压继电器的动作电压根据运行经验为负序电压继电器的动作电压根
28、据运行经验为 Uset=(0.060.12)UN灵灵敏敏度度校校验验与与上上述述两两种种过过电电流流保保护护相相同同。这这种种保保护护方方式式灵灵敏敏度度高高，接接线线简简单单，故故应应用用比较广泛。比较广泛。复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护复习思考题复习思考题1、电力变压器可能发生的故障和不正常工作情况有电力变压器可能发生的故障和不正常工作情况有哪些？应该装设哪些保护？哪些？应该装设哪些保护？2、变压器差动保护产生不平衡电流的原因有哪些？与、变压器差动保护产生不平衡电流的原因有哪些？与哪些因素有关？哪些因素有关？3、这了提高变压器差动保护的灵敏性并保证选择性，、这了提高变压器差动保护的灵敏性并保证选择性，应采用哪些措施来减少不平衡电流及其对保护的影响应采用哪些措施来减少不平衡电流及其对保护的影响？4、何何谓谓变变压压器器的的励励磁磁涌涌流流？励励磁磁涌涌流流如如何何产产生生？有有什什么特点？么特点？5、在在变变压压器器差差动动保保护护中中，为为什什么么对对正正常常运运行行和和外外部部故故障障情情况况下下，由由励励磁磁涌涌流流产产生生的的不不平平衡衡电电流流却却不不采采取取措措施？施？