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1、第第 六六 章章 变压器保护变压器保护 1 1电力变压器是电力系统中的重要电气设备。电力变压器是电力系统中的重要电气设备。大容量变压器造价十分昂贵，其故障会对供电可大容量变压器造价十分昂贵，其故障会对供电可靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。因靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。因此，应根据变压器容量和重要程度，装设性能良此，应根据变压器容量和重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。好、动作可靠的继电保护装置。2 2第一节第一节 故障类型、不正常运行状态故障类型、不正常运行状态及其保护方式及其保护方式3 3（1 1）油箱内部故障）油箱内部故障 变压器油箱内部故障变压器油箱内部故
2、障产生较大的短路电流，产生较大的短路电流，不仅会烧坏变压器绕组不仅会烧坏变压器绕组和铁心，而且由于绝缘和铁心，而且由于绝缘油汽化，可能引起变压油汽化，可能引起变压器爆炸。器爆炸。一、变压器故障类型一、变压器故障类型4 4 一、变压器故障类型一、变压器故障类型（1 1）油箱内部故障）油箱内部故障 a a、变压器绕组、变压器绕组 相间短路；相间短路；5 5 一、变压器故障类型一、变压器故障类型（1 1）油箱内部故障）油箱内部故障 a a、变压器绕组、变压器绕组 相间短路；相间短路；b b、变压器绕组、变压器绕组 匝间短路；匝间短路；6 6（1 1）油箱内部故障）油箱内部故障 a a、变压器绕组、变
3、压器绕组 相间短路；相间短路；b b、变压器绕组、变压器绕组 匝间短路；匝间短路；c c、变压器绕组、变压器绕组 接地短路。接地短路。一、变压器故障类型一、变压器故障类型7 7（2 2）油箱外部故障）油箱外部故障 保护范围的划分保护范围的划分线线路路保保护护的的范范围围变压器保护的范围变压器保护的范围8 8（2 2）油箱外部故障）油箱外部故障 a a、绝缘套管的相间短路与接地短路；绝缘套管的相间短路与接地短路；b b、引出线上的发生的相间短路和接地短路。引出线上的发生的相间短路和接地短路。9 9变压器的不正常工作状态：变压器的不正常工作状态：（1 1）由于外部短路引起的）由于外部短路引起的过电
4、流过电流；（2 2）负荷长时间超过额定容量引起的）负荷长时间超过额定容量引起的过负荷过负荷；（3 3）油箱漏油造成的）油箱漏油造成的油面降低油面降低；（4 4）由于外加电压过高或频率降低引起的）由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁过励磁。对于不正常工作状态，变压器保护也必须能够反对于不正常工作状态，变压器保护也必须能够反应应发告警信号，或延时跳闸。发告警信号，或延时跳闸。1010 三、变压器的保护配置三、变压器的保护配置1.瓦斯保护瓦斯保护2.2.轻瓦斯轻瓦斯（信号）和（信号）和重瓦斯重瓦斯（跳闸）（跳闸）针对针对油箱内油箱内的各种故障及油面降低。的各种故障及油面降低。优点：油箱内部所有故障
5、优点：油箱内部所有故障,有较高灵敏性。有较高灵敏性。缺点：缺点：1 1）动作时间较长；）动作时间较长；2 2）不能反应油箱外部的故障。）不能反应油箱外部的故障。2.2.纵差保护或电流速断保护纵差保护或电流速断保护3.3.特点：瞬时动作切除故障特点：瞬时动作切除故障主主保保护护11112.2.纵差保护或电流速断保护纵差保护或电流速断保护3.3.（根据变压器容量选择）（根据变压器容量选择）4.4.主要反应绕组、套管及引主要反应绕组、套管及引5.5.出线上的相间短路，并在一出线上的相间短路，并在一6.6.定程度上反应绕组内部匝间定程度上反应绕组内部匝间7.7.短路及中性点接地侧的接地短路及中性点接地
6、侧的接地8.8.短路。短路。9.9.特点：瞬时动作切除故障特点：瞬时动作切除故障12122.2.纵差保护或电流速断保护纵差保护或电流速断保护3.3.（根据变压器容量选择）（根据变压器容量选择）4.4.主要反应绕组、套管及引主要反应绕组、套管及引5.5.出线上的相间短路，并在一出线上的相间短路，并在一6.6.定程度上反应绕组内部匝间定程度上反应绕组内部匝间7.7.短路及中性点接地侧的接地短路及中性点接地侧的接地8.8.短路。短路。9.9.特点：瞬时动作切除故障特点：瞬时动作切除故障13133 3、外部相间短路的后备保护、外部相间短路的后备保护 1 1）过电流保护）过电流保护 2 2）复合电压起动
7、的过流保护）复合电压起动的过流保护 3 3）负序电流保护和单相式低压起动的）负序电流保护和单相式低压起动的 过电流保护过电流保护 4 4）阻抗保护）阻抗保护4 4、外部接地短路的后备保护、外部接地短路的后备保护 1 1）零序电流保护（若中性点接地）零序电流保护（若中性点接地）2 2）零序过电压保护、在中性点装放电）零序过电压保护、在中性点装放电 间隙加零序电流保护间隙加零序电流保护延延时时跳跳闸闸或或发发信信号号1414延延时时跳跳闸闸或或发发信信号号5 5、过负荷保护、过负荷保护 6 6、过励磁保护、过励磁保护7 7、其它非电气量保护、其它非电气量保护 （油箱内温度、压力升高，（油箱内温度、
8、压力升高，冷却系统故障）冷却系统故障）1515第二节第二节 变压器差动保护变压器差动保护一、一、变压器纵差保护原理变压器纵差保护原理 基本原理仍然是：基尔霍夫电流定律。使正常运基本原理仍然是：基尔霍夫电流定律。使正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流为行及外部故障时，流过差动继电器的电流为0 0。1616 该式表明了两侧该式表明了两侧TA变比与变比与变压器变比之间的理想关系变压器变比之间的理想关系(未考虑变比的未考虑变比的 关系关系)。1717 二、变压器纵差保护的不平衡电流（影响因素）二、变压器纵差保护的不平衡电流（影响因素）变压器差动保护有其具体的特点。变压器差动保护有其具体的特点。引
9、起变压器纵差保护不平衡电流的引起变压器纵差保护不平衡电流的主要因素主要因素有：有：（1 1）变压器两侧绕组接线方式不同；）变压器两侧绕组接线方式不同；（2 2）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比 不同；不同；（3 3）变压器带负荷调节分接头；）变压器带负荷调节分接头；（4 4）电流互感器传变误差的影响；）电流互感器传变误差的影响；（5 5）变压器励磁电流产生的不平衡电流；）变压器励磁电流产生的不平衡电流；（6 6）变压器励磁涌流。）变压器励磁涌流。1818 特殊问题及对策归纳：特殊问题及对策归纳：（1 1）接线方式不同）接线方式不同（2 2）TATA
10、变比不同变比不同（3 3）调压分接头）调压分接头（4 4）TATA传变误差传变误差（5 5）不平衡电流）不平衡电流（6 6）变压器励磁涌流变压器励磁涌流 对策对策 二次修正二次修正 二次修正二次修正 定值考虑定值考虑 定值考虑定值考虑 定值考虑定值考虑 识别、闭锁识别、闭锁 （仍然研究）（仍然研究）微机保护微机保护易于实现易于实现微机保护识别涌流的能力提高了很多微机保护识别涌流的能力提高了很多19191 1、变压器两侧、变压器两侧绕组接线方式不同产生的不平衡绕组接线方式不同产生的不平衡 相位变化引起的相位变化引起的YAI&YBI&YCI&DAI&DBI&DCI&aI&bI&cI&YAI&YBI
11、&YCI&DAI&DBI&aI&bI&cI&2020TA二次的二次的接法：接法：变压器变压器 Y形侧形侧二次侧接成二次侧接成形；形；（非微机）（非微机）变压器变压器形侧形侧二次侧二次侧接成接成Y形。形。对于非微机保护，对于非微机保护，通过通过TATA的二次接线，的二次接线，完成相位修正：完成相位修正：Y侧二次修正侧二次修正2121微机变压器保护的微机变压器保护的TA接法：接法：全全Y接入接入(回路简单回路简单)。零线零线2222微机变压器保护的微机变压器保护的TA接法：接法：全全Y接入接入(回路简单回路简单)。零线零线 对于微机保护，对于微机保护，通过内部计算，完通过内部计算，完成相位修正：成
12、相位修正：内部计算内部计算修正修正23232 2、TA的计算变比与实际变比不同产生的不平衡的计算变比与实际变比不同产生的不平衡 实际工程中，变压器的变比、实际工程中，变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产电流互感器的变比都是根据产品目录确定的标准变比，有时品目录确定的标准变比，有时难以满足：难以满足：由此产生了误差。由此产生了误差。2424克服措施：克服措施：对不平衡电流进行补偿。对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。传统的方法之一如右图。2525克服措施：克服措施：对不平衡电流进行补偿。对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。传统的方法之一如右图。2626克服措施：克服措施：对不
13、平衡电流进行补偿。对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。传统的方法之一如右图。2727微机保护允许任意的微机保护允许任意的TA变比。变比。28283 3、变压器带负荷调整分接头产生的不平衡、变压器带负荷调整分接头产生的不平衡 带负荷调压分接头变压器在运行中常常需要带负荷调压分接头变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就改变了改变分接头来调电压，这样就改变了n n T T，出现不，出现不平衡差流。平衡差流。克服措施：克服措施：整定时增大动作电流门槛值。整定时增大动作电流门槛值。29294 4、两侧电流互感器传变误差产生的不平衡、两侧电流互感器传变误差产生的不平衡 1 1）稳态不平衡
14、电流）稳态不平衡电流 变压器两侧电流互感器的型号不同，励磁特性变压器两侧电流互感器的型号不同，励磁特性 差别较大。差别较大。一个电流互感一个电流互感器的等值图器的等值图30302 2）暂态不平衡电流）暂态不平衡电流 外部故障时，短路电流中还含有非周期暂态分量，外部故障时，短路电流中还含有非周期暂态分量，非周期分量按一定的时间常数衰减，是低频分量，非周期分量按一定的时间常数衰减，是低频分量，大部分流经励磁支路，增加了大部分流经励磁支路，增加了TATA的传变误差，导致的传变误差，导致不平衡电流增大。不平衡电流增大。克服措施：克服措施：暂态暂态 选用具有较好暂态传变特性的选用具有较好暂态传变特性的T
15、A；（如：（如：TPY型型TA）稳态稳态 增大动作电流门槛值。增大动作电流门槛值。4 4、两侧电流互感器传变误差产生的不平衡、两侧电流互感器传变误差产生的不平衡3131 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使变压器铁中，由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使变压器铁芯瞬时饱和，出现数值很大的芯瞬时饱和，出现数值很大的励磁电流（称为：励磁励磁电流（称为：励磁涌流）涌流）。励磁涌流可达变压器额定电流的励磁涌流可达变压器额定电流的 6 68 8 倍，如不采倍，如不采取措施，变压器纵差保护将会误动。取措施，变压器纵差保
16、护将会误动。5 5、变压器励磁涌流的影响、变压器励磁涌流的影响3232 稳态时，存在：稳态时，存在：，因此，磁通滞后电压因此，磁通滞后电压9090。涌流产生原因：涌流产生原因：3333 由于铁芯中磁通不能突变，所以，必须产生一个由于铁芯中磁通不能突变，所以，必须产生一个 +m m 的非周期分量，以抵消的非周期分量，以抵消 m m，使得，使得=0=0。3434 由于铁芯中磁通不能突变，所以，必须产生一个由于铁芯中磁通不能突变，所以，必须产生一个 +m m 的非周期分量，以抵消的非周期分量，以抵消 m m，使得，使得=0=0。3535363637373838电流很大电流很大磁化曲线磁化曲线3939
17、电流很大电流很大磁滞曲线磁滞曲线 铁芯中的磁通达到最大值铁芯中的磁通达到最大值 变压器变压器严重饱和严重饱和励磁阻抗降低励磁阻抗降低对应的励磁电流很大对应的励磁电流很大类似于类似于“涌动的潮流涌动的潮流”，故，简称，故，简称“励磁涌流励磁涌流”。在电压为峰值（或谷值）时合闸，则涌流最小。在电压为峰值（或谷值）时合闸，则涌流最小。4040单相变压器单相变压器励磁涌流的特征：励磁涌流的特征：1 1、数值较大，可达额定电流的、数值较大，可达额定电流的6 68 8倍，偏于时间倍，偏于时间 轴的一侧（含有较大的直流分量）；轴的一侧（含有较大的直流分量）；2 2、励磁涌流中含有大量的谐波分量；、励磁涌流中
18、含有大量的谐波分量；3 3、励磁涌流的波形中有间断。、励磁涌流的波形中有间断。4141 三相变压器励磁涌流三相变压器励磁涌流至少一相有涌流，因至少一相有涌流，因为，至少有一相在电压非峰值、非谷值时合闸。为，至少有一相在电压非峰值、非谷值时合闸。一个典型的电流波形如下：一个典型的电流波形如下：4242 励磁涌流的特征励磁涌流的特征 1 1、偏向一侧、偏向一侧 2 2、谐波分量大、谐波分量大3 3、波形中有间断、波形中有间断 为了克服励磁涌流对变压器差动保护的影响，一为了克服励磁涌流对变压器差动保护的影响，一般采用：励磁般采用：励磁涌流闭锁涌流闭锁措施。措施。对策对策 波形对称原理波形对称原理 二
19、次谐波制动原理二次谐波制动原理 间断角制动原理间断角制动原理 其中，二次谐波制动（闭锁）原理应用的最多，其中，二次谐波制动（闭锁）原理应用的最多，也最成熟。也最成熟。4343波形对称原理波形对称原理波形对称波形对称波形不对称波形不对称4444 采取各种励磁采取各种励磁涌流闭锁涌流闭锁措施后，带来的问题：措施后，带来的问题：1 1）合闸在有故障的变压器时）合闸在有故障的变压器时会延时动作。会延时动作。例如：采用二次谐波制动时，需要等谐波衰减后，例如：采用二次谐波制动时，需要等谐波衰减后，才能够动作。才能够动作。2 2）大型变压器的涌流特征可能不明显）大型变压器的涌流特征可能不明显。难点：涌流与短
20、路的区别。难点：涌流与短路的区别。4545三、比率制动式纵三、比率制动式纵差保护差保护纵差动保护的主要问题：纵差动保护的主要问题：1）区外短路故障的不平衡电流；）区外短路故障的不平衡电流；2）变压器空载投入时，励磁涌流的影响；）变压器空载投入时，励磁涌流的影响；3）内部短路故障时，还要保证差动保护的灵敏性）内部短路故障时，还要保证差动保护的灵敏性 和快速性。和快速性。比率差动可以兼顾不平衡电流与灵敏性。比率差动可以兼顾不平衡电流与灵敏性。比率差动的制动门槛是随着电流而浮动的。比率差动的制动门槛是随着电流而浮动的。类似于线路差动保护的动作方程。类似于线路差动保护的动作方程。4646 目前广泛应用
21、的数字目前广泛应用的数字式变压器纵差动保护，式变压器纵差动保护，普遍使用两折线或三折普遍使用两折线或三折线比率制动特性线比率制动特性。动作判据：动作判据：动作电流：动作电流：制动电流：制动电流：比率系数比率系数 4747四、四、差动电流速断保护差动电流速断保护 变压器内部严重故障时，短路电流很大，使得电变压器内部严重故障时，短路电流很大，使得电流互感器饱和，二次电流中高次谐波分量增大，可流互感器饱和，二次电流中高次谐波分量增大，可能影响到比率差动保护的快速动作，因此，变压器能影响到比率差动保护的快速动作，因此，变压器纵差动保护可配置差动电流速断保护。纵差动保护可配置差动电流速断保护。差流速断差
22、流速断4848五、五、零序电流差动保护零序电流差动保护由变压器中性点侧零序电流互感器和变压器星形由变压器中性点侧零序电流互感器和变压器星形侧电流互感器的零序回路构成侧电流互感器的零序回路构成 。优点：优点：不受励磁涌流、电压分接头调整的影响。不受励磁涌流、电压分接头调整的影响。但是，中性点但是，中性点TA特性还不太理想，极性的验证特性还不太理想，极性的验证（正常无电流）。（正常无电流）。4949后备保护的作用后备保护的作用：防止外部故障引起的变压器绕组防止外部故障引起的变压器绕组 过电流，并作为相邻元件（母线过电流，并作为相邻元件（母线 或线路）保护的后备，以及在可或线路）保护的后备，以及在可
23、 能条件下作为变压器内部故障时能条件下作为变压器内部故障时 主保护的后备。主保护的后备。第三节第三节 变压器后备保护变压器后备保护主要包括：主要包括：相间短路后备保护、接地短路后备保护相间短路后备保护、接地短路后备保护。后备保护主要以各种相电流、零序电流、负序后备保护主要以各种相电流、零序电流、负序电流电流 +延时构成延时构成。5050一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护相间后备保护用以防止变压器外部短路引起变压相间后备保护用以防止变压器外部短路引起变压器绕组的过电流及作为变压器本身差动保护和瓦斯器绕组的过电流及作为变压器本身差动保护和瓦斯保护的后备，当变压器所连接母线未装设专用母线保
24、护的后备，当变压器所连接母线未装设专用母线保护时也作为母线的保护。保护时也作为母线的保护。相间后备保护可选用过电流保护、复合电压启动相间后备保护可选用过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等。的过电流保护以及负序过电流保护等。51511 1、过电流保护、过电流保护（类似于电流保护中的第（类似于电流保护中的第段段）按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定：按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定：需要分别考虑躲过并列运行的变压器切除一台时需要分别考虑躲过并列运行的变压器切除一台时产生的过负荷电流，躲过电动机负荷的自起动电流产生的过负荷电流，躲过电动机负荷的自起动电流等，动作时限和灵敏
25、度需要与相邻元件的过电流保等，动作时限和灵敏度需要与相邻元件的过电流保护相配合。护相配合。52522 2、复合电压启动、复合电压启动 的过电流保护的过电流保护负序过电压负序过电压反映不对称故障反映不对称故障低低 电电 压压反映三相短路反映三相短路 1 1）动作电流按躲变压器额定电流整定；）动作电流按躲变压器额定电流整定；2 2）负序过电压按躲不平衡电压整定：）负序过电压按躲不平衡电压整定：53533 3、负序过电流保护、负序过电流保护 负序电流保护灵敏度较高，但整定计算相对复负序电流保护灵敏度较高，但整定计算相对复杂，由于负序电流不反应三相对称短路，所以必须杂，由于负序电流不反应三相对称短路，所以必须加装一套低电压启动的过电流保护来反应三相对称加装一套低电压启动的过电流保护来反应三相对称短路。短路。用负序电流代替过流保护中的电流测量元件。用负序电流代替过流保护中的电流测量元件。5454