第七章变压器保护.

第七章变压器保护•第一节故障类型、不正常运行状态及其保护方式•第二节变压器差动保护•第三节变压器的后备保护•第四节变压器的非电气量保护第七章变压器保护油箱内故障：相间短路、接地短路、匝间短路、铁芯烧损油箱外故障：相间短路、接地短路（套管和引出线）一、故障类型第一节故障类型、不正常运行状态及其保护方式二、不正常运行状态外部短路引起的过电流或中性点过电压、过负荷、油面降低、过励磁（过电压或低频率）三、保护方式1.瓦斯保护：轻瓦斯（信号）和重瓦斯（跳闸）针对：油箱内的各种故障及油面降低。优点：油箱内部故障，是铁芯烧损的唯一保护。缺点：动作速度不及差动保护；不能反应油箱外套管及引出线等部位上的故障。2.纵差动保护或电流速断保护（根据变压器容量选择）针对：变压器绕组、套管及引出线上的故障。特点：动作速度快主保护3.外部相间短路的保护1）过电流保护2）复合电压起动的过流保护3）负序电流保护和单相式低压起动的过电流保护4）阻抗保护4.外部接地短路的保护1）零序电流保护（若中性点接地）2）零序过电压保护、在中性点装放电间隙加零序电流保护5.过负荷保护（≥400KVA）6.过励磁保护（高压侧≥500KV）7.其它非电气量保护（油箱内温度、压力升高、冷却系统故障）延时跳闸或发信号第二节变压器差动保护一、变压器纵差保护原理2''1''21'1'2TATAnIInII必须适当选择两侧电流互感器的变比，使正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流为0。TTATAnIInn'1''112电流差动原理应用于变压器就构成了变压器差动保护。I-InTA1nTA2nT''1I'1I'2I''2IY/△－11YAIYBIYCIdAIdBIdCI30ACBacbYAIYBIYCIdAIdBIdCIYBYAIIYAIYBIYCIdAIdBIdCI30变压器Y形侧TA接成Δ形；变压器Δ形侧TA接成Y形。对Y侧线电流经过相位补偿处理213TATAYnInI3/12TATATYnnnII1.变压器励磁涌流励磁涌流：当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁电流（数值可达额定电流的6～8倍）,造成的不平衡电流很大。保护可能误动。××产生原因:铁芯中的磁通不能突变。涌流大小和哪些因素有关呢？合闸角、剩磁、铁芯饱和特性等二、变压器差动保护的不平衡电流及解决措施1、数值很大，含有很大的非周期分量。2、含有很大的二次谐波分量，一般大于基波分量的20%。3、励磁涌流的波形中有间断，间断角度α一般大于60°。励磁涌流闭锁。励磁涌流的特征：克服措施:1）采用具有速饱和中间变流器2）二次谐波制动3）间断角鉴别2.电流互感器的计算变比与实际变比不同TTATAnnn12TTATAnnn3/12变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产品目录来选择的标准变比，很难满足克服措施：对不平衡电流进行补偿I-InTA1nTA2nT''1I'1I'2I''2I微机保护中可以采用具有标准化电流比的电流互感器3.由变压器带负荷调整分接头4.两侧电流互感器传变误差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nT，出现不平衡差流。克服措施:整定时增大动作电流门槛值。变压器两侧电流互感器的型号不同，磁化特性差别较大。克服措施:尽量选择特性相同的互感器，并满足10％误差曲线，整定时增大动作电流门槛值；增大电流互感器变比；减小互感器二次负载，1）稳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，导致不平衡电流的瞬时值较短路稳态情况下大。克服措施:速饱和中间变流器。2）暂态不平衡电流外部短路时：暂态过程中BLH二次侧感应出的电流很小,保护不易动作。内部短路时：暂态过程中保护也不易动作。只有等暂态非周期分量消失后，保护才能正常动作。延长了故障切除时间。应用：只宜于在中小容量的主设备上使用。•在微机保护中，主要措施：–用数字滤波的方法对非周期分量带来的影响进行有效的滤除–采用具有自动特性的比率差动保护原理。最大不平衡电流的确定：三、比率制动的纵差动保护•变压器纵差动保护的要求：–内部故障时及故障变压器空载投入时，尽快动作–外部故障，可靠不动作–出现励磁涌流和过励磁时，可靠不动作•为了使变压器在区外故障差动保护有可靠的制动作用，在区内故障时有较高的灵敏度，一般采用比率制动特性，也称为穿越电流制动特性1、直线比率制动Iub=f（I’k）2、两折线比率制动特性内部故障时动作分析继电器带制动特性后，变压器内部故障时将动作电流从原来的的Iset.max下降到Iset.min及制动线，灵敏度大为提高！不带制动时的动作电流3、三折线比率制动动作特性动作方程：K1K24、制动电流的选取四、励磁涌流及辨别方法•识别励磁涌流的方法：–波形对称原理–谐波识别法–间断角原理励磁涌流：当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁电流（数值可达额定电流的6～8倍）,造成的不平衡电流很大。保护可能误动。1、含有很大的非周期分量，使涌流偏移时间轴的一侧。2、含有很大的二次谐波分量，一般大于基波分量的20%。3、励磁涌流的波形中有间断，间断角度α一般大于60°。励磁涌流的特点：空投涌流波形1、波形对称原理•故障波形具有对称性•励磁涌流不具有对称性2、谐波识别法•区别：–空载合闸时，二次谐波的含量一般不低于15%–内部故障时，电流二次谐波的含量很低。•微机保护中，当二次谐波电流与基波电流之比大于整定的二次谐波制动系数时，闭锁变压器差动保护•500KV超高压变压器的差动保护，可增加5次谐波制动判据•优点：原理简单，调试方便，灵敏度高•缺点：励磁涌流衰减很慢，保护的动作时间可能会延长3、间断角原理•间断角：涌流波形中在基波内保持为零（或者很小）的那一段波形对应的电角度。•励磁涌流：有间断角，故障电流无间断角•当间断角整定值时（一般为65°），差动保护闭锁五、变压器纵差动保护的整定计算原则⑴纵差动保护起动电流的整定原则①躲开变压器的最大负荷电流.maxsetrelLIKI为了避免由于电流互感器二次回路断线时可能引起的差动保护误动作。relK可靠系数，取1.3.maxLI最大负荷电流GII2IIIII2rIII②躲开变压器保护范围外部短路时的最大不平衡电流.maxsetrelunbIKIrelK可靠系数，取1.3；.maxunbI最大负荷电流，其计算式为；.max.max(10%)unbzanpstkIfUKKIzaf变比、匝数引起的相对误差；U带负荷调压引起的相对误差；0.1电流互感器容许的最大相对误差；npK非周期分量系数；stK电流互感器的同型系数，取为1；③躲开变压器最大励磁涌流setrelNIKKIrelK可靠系数，取1.3～1.5；K励磁涌流的最大倍数；NI变压器额定电流；⑵纵差动保护灵敏系数的校验.min..krsensetrIKI若装有励磁涌流闭锁，则在整定中不必考虑励磁涌流的影响各种运行方式下变压器区内故障时，流经差动继电器的最小差动电流第三节、变压器的后备保护后备保护的作用：防止外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备，以及在可能条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。一.相间短路的后备保护1）过电流保护IIset(最大负荷电流，电动机自启动电流)2）低电压启动的过电流保护IIsetUUset3）复合电压启动的过电流保护IIsetUUsetU2U2.set4）负序过电流保护5）阻抗保护1、复合电压起动的（方向）过电流保护复合电压起动元件复合电压动作元件U2U2.setU1UsetUset=0.7UN.TU2.set=(0.06~0.12)UN.T90°接线2、变压器相间短路后备保护的配置原则•相间短路的后备保护的作用：–作为变压器差动保护、气体保护的后备，动作后跳开变压器各侧断路器主电源侧：升压变压器的低压侧，降压变压器的高压侧，联络变压器的大电源器–作为变压器各侧母线和线路保护的后备，要求动作跳开本侧的断路器。•双绕组变压器：相间短路的后备保护可以只装设在主电源侧•单侧电源的三绕组变压器：相间短路的保护宜装设在主电源侧及主负荷侧只作为母线Ⅲ保护的后备变压器主保护和母线Ⅱ的后备•多侧电源的三绕组变压器：各侧均应装设后备保护，并根据需要增设方向元件主电源侧装设方向元件装设方向元件三侧过电流保护分别作为本侧母线的后备保护主电源侧的过电流保护兼做变压器主保护和后备保护二、接地短路的后备保护－零序过流保护1、中性点直接接地变压器的零序电流保护中性点直接接地变压器通常采用零序电流保护，对自耦变压器和三绕组变压器可以选择带零序功率方向，当零序保护的灵敏度不能满足要求时，可以采用接地阻抗保护变压器及母线接地故障保护引出线接地故障的后备保护Ⅰ段动作：t1跳QF，t2跳变压器Ⅱ段动作：t3跳QF，t4跳变压器2、中性点不接地变压器的接地后备保护K2点故障时，T2、T3由零序电流保护动作切除，T1无零序电流保护，将带故障运行，危及变压器及其他电力设备的绝缘介质。（1）全绝缘变压器的接地保护：零序电压保护躲过部分中性点接地的电网中发生单相接地时，保护安装处可能出现的的最大零序电压。一般取1.8UN动作时间t躲过接地短路暂态过程的影响，取0.3~0.5s（2）分级绝缘变压器：在变压器中性点装设放电间隙及零序电流元件第四节变压器的零序电流差动保护和过励磁保护一、零序电流差动保护•躲过外部单相接地故障时的不平衡电流•躲过励磁涌流情况下和外部相间故障时产生的零序不平衡电流零序电流差动保护：主要用于变压器高、中压侧发生单相接地故障时，在纵差动保护灵敏度不够的情况下增设过励磁保护：主要作为大、中型变压器在因频率降低和电压升高引起的铁心工作磁通密度过高时的保护第五节电力变压器的非电气量保护非电气量保护是变压器的重要保护形式。通过监视、检测变压器的非电气状态参数（瓦斯气体，油温，油位等）以及变压器辅助设备（如冷却器等）的状态，判断变压器的运行状态及环境，达到保护变压器的目的。一、瓦斯保护---变压器油箱内部的主要保护形式1、瓦斯保护：反应变压器油箱内部气体量的多少和油流速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。并且是变压器铁芯烧损的唯一保护方式。由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。2、构成和工作原理1、气体继电器的结构1—罩；2—顶针；3—气塞；4—永久磁铁；5—开口杯；6—重捶；7—探针；8—开口销；9—弹簧；10—挡板；11—永久磁铁；12—螺杆；13—干簧触点（重）；14—调节杆；15—干簧触点（轻）；16—套管；17—排气口3、气体继电器的安装安装在油箱与油枕之间的连接管道上。为什么变压器是斜着的？为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有1％～1.5％的升高坡度，通往继电器的连接管具有2％～4％的升高坡度。4、气体继电器的工作原理a)变压器正常运行时上下两对触点都断开，不发出信号b)变压器油箱内部发生轻微故障上触点接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”c)变压器油箱内部发生严重故障下触点接通跳闸回路，使断路器跳闸，同时发出音响和灯光信号，这称之为“重瓦斯动作”d)变压器油箱漏油上触点接通，发出报警信号；下触点接通，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。主要优点：因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。5、对瓦斯保护的评价：不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。主要缺点：二、压力释放保护•变压器内部达到一定压力时，压力释放阀动作，变压器油排出，发出压力释放的跳闸信