电力变压器的继电保护

第六章 电力变压器的继电保护

?????故障类型、不正常运行状态保护方式及保护配置瓦斯保护差动保护电流、电压保护

电力变压器 电力变压器变压器110KV110KV变压器330KV变压器330KV变压器变压器220KV220KV变压器变压器500KV500KV变压器

套管

6.1 电力变压器的故障、不正常工作状态及保护方式 电力变压器是电力系统中的重要电气设备。变压器保护是保护变压器免受短路故障损坏的重要自动装置。当变压器内部短路故障时，继电保护装置在很短的时间（20ms）

内发出动作命令，保护变压器免受短路电流的损坏。

变压器故障变压器的故障类型：（1）油箱内部故障 a、变压器绕组 相间短路（d1）； b、变压器绕组 匝间短路（d2）； c、变压器绕组 接地短路（d3）变压器油箱内部故障产生巨大短路电流，不仅会烧坏变压器绕组和铁心，而且由于绝缘油汽化，可能引起变压器爆炸。

?（2）油箱外部故障

a、绝缘套管的相间短路与接地短路； b

、引出线上的发生的相间短路和接地短路；

变压器的不正常工作状态：

（1）由于外部短路引起的过电流；

（2）由于电动机自起动、并联工作变压器被切除、尖峰负荷等原因引起的过负荷；

（3）油箱漏油造成的油面降低；

（4）由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁；?对于这些不正常工作状态，变压器保护也必须能够反应。当变压器发生不正常工作状态时，变压器保护只发告警信号，或延时跳闸。

变压器应配备的保护

1、瓦斯保护：≥800KVA的油浸式Tr ≥400KVA的车间内Tr 反映变压器油箱内部各种短路故障和油面降低

保护配置

2、纵差动保护：

反映变压器绕组和引出线的相间短路， 以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速短保护 一般：

并列运行变压器≥6300KVA

单独运行变压器≥10000KVA

重要单独运行变压器≥6300KVA 都应装设差动保护

≥2000KVA变压器的电流速断保护Klm不够时，也装设差动保护

3、电流速断保护

≤10000KVA 变压器

且过电流保护时限大于0.5S时

当灵敏度不满足要求时，宜装设纵差保护。

?4、外部相间短路引起过电流时应采取的保护

?（1）过电流保护：用于降压Tr

?（2）低电压起动的过电流保护：

? （3）复合电压起动的过电流保护：

升压Tr及（1）的Klm不够的降压Tr

?（4）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：大容量升压Tr及联络Tr

?（5）阻抗保护：对升压Tr和系统联络Tr当Klm及选择性不够时采用

保护配置

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5、外部接地短路时应采取的保护（1）零序电流保护——直接接地系统（2）零序方向电流保护——直接接地系统，有选择性要求

（3）零序过电压保护；

中性点装放电间隙的加零序电流保护 Tr部分接地，部分不接地，当接地变压器跳闸后，不接地变压器继续带电运行时装设相应保护

保护配置

6、过负荷保护

并列运行变压器、 备用变压器等保护接于一相流上延时作用于发信号，必要时自动减负荷或跳闸7、过励磁保护

对于由于 频率降低和电压升高等原因而引起的励磁电流升高

允许范围内：发信号

超过允许值：跳闸

8、其它保护

温度、压力、冷却系统等

第二节．变压器的瓦斯保护 ?瓦斯保护的原理

?瓦斯保护的构成

?瓦斯保护的接线

一．原理

油箱内部发生故障（包括匝间短路、经电阻的接地等轻微故障）→故障点电流、电弧→变压器油及其等轻微故障）→故障点电流、电弧→

→产生气体→流向油枕的上它绝缘材料受热分解它绝缘材料受热分解→产生气体→

部。当故障严重时变压器油迅速膨胀产生大量的气体，气体夹杂着油流冲向油枕的上部。

反映上述气体或油流而动作的保护———瓦斯保护1、气体与油的混合物——重（严重故障）反应油

流速度 跳闸

2、气体与油的混合物——轻（不正常 or 少数匝

间）气体体积 发信号

轻瓦斯：反应油面降低，匝数很少的匝间故障 重瓦斯：严重故障跳闸

特点：内部保护之一，反应油箱内部故障?H2：潮气

?CO、CO2：固体绝缘材料分解?C2H2：放电故障

? CH4、C2H4：过热性

?通过瓦斯气体分析，诊断变压器潜伏性故障

三、瓦斯保护的原理接线1.原理接线图

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四、评价：

1、优点：

动作快，灵敏度高，接线简单，能反应油箱内任何故障

2、缺点：

可靠性不太高，仅能反应油箱内故障，不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。 瓦斯保护可作为变压器的主保护之一。

第三节.变压器的电流速断保护

?电流速断保护的原理?电流速断保护的整定计算

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一、原理

?是反应电流增大而瞬时动作的保护 装于Tr的电源侧，对Tr及其引出线上的各种短路进行保护,为保证选择性只能保护Tr的一部分,一般是保护Tr的原绕组,适用于

小容量的Tr ，且过流保护时限大于0.5S时

≤10000KVA

二、整定计算1、躲过Tr负荷侧出口d点短路时的最大短路电1流来整定

Idz=KkId?max Kk=1.3~1.4 2、躲过励磁涌流(根据实际经验及实际数据，)一般取

Idz=(3

~4)Ie?T取1、2中的较大者作起动电流

第四节 变压器的纵差动保护

纵差动保护原理

不平衡电流产生的原因及防止措施整定计算

差动继电器的原理及结构????

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一、问题的提出?

?电流速断保护Klm不够瓦斯保护只能反应油箱内部故障

②消除方法 P175 图6-5 采用通过速饱和铁芯的差动继电器的平衡线圈WPh来消除 Wcd—差动线圈 WPh—平衡线圈 W2—工作线圈 Wd”、Wd’—短路线圈WPh接到二次侧计算小的一侧

?'>I?"设I22??W(I'?I")I'>I" Cd22∴∵ 22

使WphI2"=Wcd(I2'?I2")抵消Wcd(I2'?I2")在W2中的作用 WphI2"=Wcd(I2'?I2")?计算WPh匝数，一般不为整数∴仍有IbP在整定中加以考虑

（2）由于Y/△变压器接线方式产生的 Y，d11变压器接线

（3）由于变压器带负荷调整分接头而产生的IbP 在整定中加以考虑

（4）两个CT特性不同而产生的IbP 尽量选用同型CT，此时Ktx=1

2、暂态不平衡电流I

（1）外部故障时短bP

路电流暂态非同期分量引起的IbP非周期分量 ?使CT饱合 ?由于饱和特性不同 ?

IbP较大

（1）外部故障时短路电流暂态非同期分量引起的IbP曲线1：互感器2次侧感应非周期分量电流曲线2：总的电流。曲线3：铁芯饱和以后电流的周期分量。

曲线4：短路电流中衰减的非周期分量

可见其中含有较大的直流分量

消除措施

采用速饱和变流器

因为暂态不平衡电流中含有较大的直流分量。直流分量电流使速饱和变流器饱和，这时，交流分量电流难于转换到速饱和变流器的副边。差动继电器不会动作。但加入速饱和变流器，以后当内部故障时，必须等到非周期分量衰减后才能动作，增加了保护动作时间。

（2）由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流IbP

正常情况下励磁电流只存在于变压器的某一侧，此电流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，其影响就更小了，在保护中可以不用考虑。

空载投入变压器和外部故障切除后电压恢复时产生励磁涌流；（6~8）Ie。

φ大小 励磁涌流的大小和衰减与外加电压相位，剩余大小和衰减与外加电压相位，剩余φ

方向，电源容量大小，Tr容量大小及铁芯性质等有关。

励磁涌流的产生及变化曲线（1）稳态工作时

（2）空载合闸时（3）励磁涌流的构成 非周期分量

高次谐波

励磁涌流的大小和衰减与外加电压相位，剩余φ大小方向，电源容量大小，Tr容量大小回路阻抗及铁芯性质等有关

对于大型的变压器，其励磁涌流衰减相当慢，例如50MVA以上变压器， 涌流衰减到最大峰值的50%需要时间长达几秒到几十秒。

典型励磁涌流记录波形

励磁涌流的特点：

①只在电源侧出现且倍数不确定

②含非周期分量且往往使涌流偏于时间轴一侧③含有大量二次谐波

④含间断角

防止措施：

①内部故障存在动作延时，等非周期分量衰减后再动作②采用具有饱和铁芯的差动继电器

③鉴别短路电流与励磁涌流的差别

④利用二次谐波制动等

问题：以上影响不平衡电流的因素哪些可以 消除，哪些是不可能消除？

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四、整定计算

1、整定原则

原则一：躲CT二次侧断线时产生的电流及躲最大负荷电流Idz=KkIf?max Kk=1.3 K

Idz=KkIbpmax原则二：躲外部短路时最大不平衡电流Ibpmax Kk=1.3 K

稳态最大不平衡电流：

IbPmax=(Ktx×10%+?U+?fza)Idmax/nl

五、几种差动继电器

1、带有速饱和变流器的差动继电器BCH—2BCH—

（1）速饱和变流器的工作原理 P177 图6-6

非周期分量不原理：原理：非周期分量不

易通过速饱和变流器

而变换到二次侧

防止暂态过作用：作用：防止暂态过

程中不平衡电流

（非周期分量）

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