变压器保护

本章主要内容
8.1 变压器常见故障、不正常运行及保护方式 8.2 瓦斯保护 8.3 变压器纵差动保护 8.4 电流速断保护 8.5 变压器后备保护和过负荷保护 8.6 变压器的接地保护

第一节变压器常见故障、不正常运行状态及保护配置
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一、变压器常见故障、不正常运行状态
? 内部故障：绕组相间短路、匝间短路、单相接地

短路。 ? 外部故障：绝缘套管及引出线各种相间短路、单相接地短路。 ? 变压器不正常运行状态：过负荷、油箱漏油造成的油面降低、表面油温过高、外部短路引起的过电流、电压降低或频率升高引起的变压器过励磁。

保护配置
反应变压器油箱内部的各种故障及油面降低（瓦斯保护）变压器引出线、套管及绕组的相间短路（纵差动保护或电流速断保护）外部相间短路引起的变压器过电流（过电流保护）变压器高压绕组接地（接地保护）过负荷（过负荷保护）过励磁（过励磁保护）

第二节主变压器瓦斯保护
?基本原理：它是反应油箱内部所产生的气体或油流而动作。 ?作用：反应变压器油箱内的各种故障以及油面降低 ?测量元件：瓦斯继电器 ?出口方式：跳开变压器各侧断路器；对于发变组接线，保护动作于全停、启动快切。

瓦斯继电器安装示意图

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一、瓦斯继电器结构及工作情况
? 正常运行：开口杯向上倾斜，干簧

接点打开 ? 内部轻微故障：气体聚集在上部，使开口杯向下转动，轻瓦斯干簧接点闭合，发出信号（气体容积定值： 250-300立方厘米） ? 内部严重故障：产生大量气体，推动档板运动，重瓦斯的干簧接点闭合，起动出口继电器，断开变压器两侧断路器（定值：油流速度1.1米 /秒) ? 漏油使油面降低：上开口杯转动，轻瓦斯动作也发出信号。

二、原理接线
至延时信号

信号

KCO

KS

XB
跳闸

KG

R
他保护来

Rb
由变压器其

瓦斯保护直流回路展开图

第三节变压器纵差动保护

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一、基本原理及实现时的特点
二、采用 BCH型差动继电器构成的差动保护

三、二次谐波制动的变压器差动保护

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一、基本原理
? I 1 ? I 1
TA1 TM

?? I 1

TA1

?? I 1
K2

I?I

TM
KD

I?I

KD

? I K

? I K

? I 2
TA2

? I 2
TA2

??? I 2

??? I 2

K1

二、变压器纵差保护特殊问题——引起不平衡电流增大的因素
? 变压器高、低压两侧电流的大小和相位不同
? 变压器空载投入的励磁涌流 ? 带负荷调压的变压器运行中改变分接头

? 电流互感器计算变比与标准变比不同
? 两侧电流互感器型号不同

A
?Y I a

B
?Y I b

C
?Y I c

?Y I A

?Y I B

?Y I C

? I ?

? I ?

? I ?

I?I

I?I

I?I
m

?d I a

?d I b

?d

I c

?d I A

?d I B

?d I C
c n

a

b

1、数值补偿和相位补偿变压器星形侧电流互感器按角形接线。互感器变比为：

n

TA (Y )

?

3I N ( Y ) 5

变压器角形侧电流互感器按星形接线。互感器变比为：

n

TA ( d )

?

I N (d ) 5

2、变压器励磁涌流的影响

正常运行时，励磁电流仅为变压器额定电流的3％～5％，所以对保护无影响。而当变压器空载投入或外部短路故障切除电压恢复时，励磁电流可达额定电流的6～8倍，这称为励磁涌流。

励磁涌流的特点及采取的措施 1）含有大量的非周期分量，使励磁涌流波形偏于时间轴的一侧； 2）励磁涌流中含有大量的二次谐波电流分量； 3）励磁涌流相邻波形之间存在“间断角”。

（1）采用具有速饱和变流器的BCH型差动继电器构成变压器纵差动保护。（2）采用二次谐波制动原理构成变压器纵差动保护。
（3）采用鉴别波形间断角原理构成变压器纵差动保护。

三、采用 BCH型差动继电器构成的差动保护

1、速饱和变流器工作原理

2、BCH—2型差动继电器的工作原理
3、原理接线图

SUA

I

? I K

N

非周期分量电流的存在，破坏了其中的周期分量电流的传变。

Bsat

B

?B

B
1

?B

1

? N I K
0 0

? N I K

3

Bsat

2

ioper N

?1BA

?1BC

I
N b1
N2

Nb 2

?? ?K
?? NK

I?1 ? I K

Nd
? NK

?1
? ?K

? ?KBC
?? ?KAC

A

B

C

BCH—2型继电器，是在速饱和变流器的基础上，再加上短路线圈，以改善躲过非周期分量的性能。保持短路线圈 N / N ? 2
'' K ' K

继电器的动作安匝不变。

动作电流的整定原则
? 躲电流互感器二次回路断线
? 躲变压器空载投入的励磁涌流 ? 躲保护区外短路时流过保护的最大不平衡电流

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四、二次谐波制动的变压器差动保护

1、原理接线图 2、组成部分及作用

UR 4 U4

R3
R4

0 .3 0 .4 0 .5 0 .6

R5

R6

RW 1

UR 2
R2

C2 C 3

UR1

KP
R1

1 4

2 .5

2

1 .5

C1
UR 3 U1
R10

C4
R7
R8

R9

RW 2

U3

C5

KC

KP
KC

电压形成回路及动作判据
比率制动部分： ?? | ；比率制动电压 ?? | 动作电压U1 ?| I1??? I 2 U 4 ?| I1??? I 2 二次谐波制动部分： ?? |2 二次谐波制动电压 U 2 ?| I1??? I 2 总的制动电压： {U 4，U 2 }max 动作判据：U1 ? {U 4，U 2 }max ?? | ；动作判据：I ? I oper 差动速断部分： U 3 ?| I1??? I 2
? ? ? ? ? ? ? ?

1、比率制动部分是用于防止外部短路时，由于不平衡电流影响而造成误动作。
2、二次谐波制动部分的作用，是防止变压器空载投入时出现励磁涌流而造成保护误动作。 3、差动电流速断部分作用，防止变压器内部发生严重故障时，差动继电器拒动和加快切除故障。

工作情

况
? 正常运行及区外短路：

? U1小， U4大，所以保护不动
? 保护区内短路： ? U1大、 U4小、 U2也较小，所以保护动作；若区内严重故障，满足差动速断动作条件时，则差动速断保护动作。 ? 变压器空载投入： ? U2较大， U1和U4相等，所以保护不会误动作。

Ioper（ Inub ）

Inub.max 动作区

Ioper.0
Ibrk （ Ik ） Ibrk.0 Ik.max

动作值整定原则
最小动作电流（ I oper.o）：按照躲变压器最大负荷电流下的不平衡电流整定一般取(0.2 ~ 0.4) I n 最小制动电流（ I brk .o）：一般取(0.5 ~ 1) I n 制动系数（K brk ? I operk I brk

） : 按躲区外短路最大不平衡电流整定

第四节电流速断保护
电流速断保护单相原理接线
1QF
TC1

信号

KA

I

KS

KCO

TA
K1

TC 2

2QF

K2

整定原则：
1）躲过外部K2短路时流过保护的最大短路电流。 2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流。

灵敏度校验: 在保护安装处K1点发生两相金属性短路进行校验

电流速断保护的特点
? 1、应用范围：容量较小的变压器，且其过电流保护

动作时间大于0.5秒。 ? 2、作用：与瓦斯保护共同作为变压器相间短路主保护。 ? 3、保护区：一般只能延伸到低压绕组的一部分。

第五节变压器相间短路的后备保护及过负荷保护
? 作用：作为变压器相间短路的近后备保护，一般

情况下，还作为下一相邻元件的远后备保护 ? 出口方式：保护延时动作于跳闸。

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一、变压器的过电流保护；
二、低电压起动的过电流保护；三、复合电压起动的过电流保护；

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四、负序电流和单相低电压起动的
过电流保护。

各电流保护原理示意框图
?

KA

t t

KA

﹠

KA
?1

﹠

t

KA KA2

? 1 ﹠

?1

t

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一、变压器过电流保护
? 应用范围：容量较小变压器
? 接线：与线路过电流保护类似 ? 问题：应用在大容量变压器上时，该保护灵敏度很难

满足要求

过电流保护原理接线
1QF

TC1

TA

信号

I
KA

KT

t

KS

KCO

2QF
TC 2

电流继电器动作电流整定原则