第八章电力变压器保护

一、变压器的故障1.油箱内部故障（1）各相绕组之间的相间短路（2）单相绕组的匝间短路（3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障2.油箱外部故障（1）引出线的相间短路（2）绝缘套管闪络或破坏、引出线通过外壳发生的单相接地短路8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态二、变压器的不正常运行状态–外部相间短路引起的过电流–外部接地短路引起的过电流和中性点过电压–负荷超过额定容量引起的过负荷–漏油等原因引起的油面降低–大容量变压器的过励磁故障8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态三、变压器应装设的保护–主保护瓦斯保护•防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低纵差动保护或电流速断保护•防御变压器绕组、套管及引出线上的故障8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态三、变压器应装设的保护–外部相间短路的后备保护•过电流保护•低电压起动的过电流保护•复合电压起动的过电流保护•负序电流及单相式低电压起动的过电流保护•阻抗保护8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态三、变压器应装设的保护–外部接地短路的后备保护变压器中性点接地运行零序电流保护自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器应增设零序方向元件中性点不接地的变压器零序过电压保护中性点经过放电间隙接地的变压器间隙电流保护和零序电压保护8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态三、变压器应装设的保护–过负荷保护–过励磁保护–变压器的其他非电量保护•油温高保护、冷却器故障保护、压力释放保护等8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态一、变压器纵差动保护的基本原理正常运行或外部故障时，应使21II2'21'1TATAnInITTATAnnn12I-I1I2ITn1TAn2TAn1I****2I21IIJI8.2变压器纵差动保护按相实现的变压器纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是：两侧电流互感器变比的比值等于变压器的变比。I-I1I2ITn1TAn2TAn1I****2I21IIJI8.2变压器纵差动保护一、变压器纵差动保护的基本原理内部故障时21IIId2211''TATAnInI'kI动作判据setdIImaxunbrelIK外部故障或正常时，差电流为不平衡电流，不动作内部故障时，差电流为故障电流，动作I-I1I2ITn1TAn2TAn1I****2I21IIJI2AI302AI2BI2CI2BI2CI1、三相变压器接线产生的不平衡电流将对应相TA连接构成差动回路时：CdI.由于存在相位差，无论如何选择TA变比，差电流不可能为零。··················nTI·αI·βI·γYI·A1YI·A2YI·B2YI·C2YI·B1YI·C1ΔI·A1ΔI·B1ΔI·C1ΔI·A2ΔI·B2ΔI·C2nTA1nTA2I·d.CId二、变压器差动保护不平衡电流分析2B2AII2C2BII2A2CII解决办法：选择两侧同相位的电流量构成差动回路。2AI302AI2BI2CI2BI2CI22BAII2AI22CBII2BI22ACII2CI··················nTI·αI·βI·γYI·A1YI·A2YI·B2YI·C2YI·B1YI·C1ΔI·A1ΔI·B1ΔI·C1ΔI·A2ΔI·B2ΔI·C2nTA1nTA2··················nTI·αI·βI·γYI·A1YI·A2YI·B2YI·C2YI·B1YI·C1ΔI·A1ΔI·B1ΔI·C1ΔI·A2ΔI·B2ΔI·C2nTA1nTA2IdIdId3TA12TATnnn21111TAATAYBYAnInII21113TAATAYAnInI微机式保护：22BAII2AI22CBII2BI22ACII2CI两侧测量相电流，通过软件计算消除相位差。YY22CAII2AI22ABII2BI22BCII2CI··················nTI·αI·βI·γYI·A1YI·A2YI·B2YI·C2YI·B1YI·C1ΔI·A1ΔI·B1ΔI·C1ΔI·A2ΔI·B2ΔI·C2nTA1nTA22、TA计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流很难完全满足,会产生不平衡电流：减小方法–电磁式：采用中间变流器进行补偿–数字式保护：计算补偿Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）TTnnnnnnTA12TATA12TA3或TA11TA11TA2TTA1TA21TA1133)31(3nIfnInnnnInIIYzaYYunbmax.max.kzaunbIfI采用中间变流器进行补偿TS——中间变流器Wb——平衡线圈Wd——差动线圈正常运行和外部故障时，使Id..1IW2WbWdTS2I2I1I平衡线圈只能取整数匝，所以仍有不平衡电流，但其值大为降低0)('2'1IWIWWddb'2'1)(IWIWWddb3、由变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流分接头位置改变之后，变压器变比改变，由于TA变比不能随之调整，就会产生不平衡电流。:U电压调节范围的一半Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）3TA12TATnnnmax.max.kunbUII4、由电流互感器变换误差产生的不平衡电流:stK同型系数，两侧TA同型时取0.5，不同型时取1。:npK非周期分量系数，考虑暂态过程中不平衡电流更大，一般取1.5～2。措施：减小TA二次负载，增加速饱和中间变流器。II理想特性1TA2TAunbI计算公式：Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）21IIIunbmax.max.1.0kstnpunbIKKI5、励磁涌流IIIId21不考虑其它不平衡电流：差动电流完全是励磁电流。变压器正常运行时：NII)05.0~02.0(外部故障时：更小电压突然增加时（如空载合闸、故障消失电压恢复）：NII)8~4(称之为励磁涌流。21,II归算到同一电压等级（1）励磁涌流的概念（2）励磁涌流产生的原因：电压突然上升后，磁通不能突变，产生暂态磁通，可能导致变压器严重饱和，产生很大的励磁电流。)sin(tUum设dtdurmmtcos)cos(稳态磁通分量)cos(tm：暂态磁通分量rmcos：0设及0r,磁通在合闸半周之后达到最大值。rm2maxμI、utuμminIμ.maxIrm2μittmcostUumsinrmmtcosrm如果，合闸时磁通就进入稳态，则不会出现励磁涌流；反之暂态磁通越大，励磁涌流就会越大。0cosrm（3）影响涌流大小的因素：①合闸时电压初相角α，剩磁大小与方向假设0r，对于单相变压器：0时合闸，电压为零，励磁涌流现象最严重。90时合闸，电压最高，不会产生励磁涌流现象。对于三相变压器：不能保证三相都在电压最高时合闸，所以至少有两相会产生不同程度的励磁涌流。②变压器的饱和磁通变压器越易饱和，励磁涌流越大。（4）单相变压器励磁涌流的特点：①含有很大的非周期分量；②波形偏向时间轴一侧，并出现间断；③含有大量的高次谐波分量，以二次谐波为主。励磁涌流对差动保护的影响：励磁涌流数值很大，差动保护难以从数值上躲过，需要励磁涌流鉴别方法，在发生涌流时闭锁保护。（5）防止差动保护在出现励磁涌流时误动的措施：①采用具有速饱和铁芯的差动继电器②采用涌流鉴别措施闭锁差动保护逻辑简图：差动元件涌流鉴别元件&跳闸二次谐波制动比，躲过各种励磁涌流情况下最小二次谐波含量。（0.15～0.20）(a)利用二次谐波鉴别判据：12KII21II、：差动电流中基波、二次谐波分量幅值K：不足：故障暂态电流二次谐波比较大时，保护延时较长；带故障变压器空载合闸时，可能会闭锁保护(b)利用间断角判据：set关键：间断角的测量。65一般取set并增加反应波宽的辅助判据6、变压器纵差动保护的整定计算原则①躲过外部故障时候流过继电器的最大不平衡电流：:relK可靠系数，取1.32max.1max.max.3TAkTAYkknnIII或对Yd11接线的变压器Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）YkImax.为归算到Y侧的变压器最大外部短路电流max.kI为归算到△侧的变压器最大外部短路电流max.)1.0(kstnpzarelsetIKKUfKI②躲过TA二次断线时引起的最大差电流：max.LI：变压器的最大负荷电流（折算到二次）YLImax.为归算到Y侧的变压器最大负荷电流max.LI为归算到△侧的变压器最大负荷电流2max.1max.max.3TALTAYLLnnIII或对Yd11接线的变压器max.LrelsetIKI：可靠系数，取1.3relK③灵敏度校验：区内端部故障时，流过继电器的最小差动电流要求大于2不满足要求时，采用具有制动特性的差动继电器。setrksenIIK.min:senK:.minrkIIresIdO三、具有制动特性的差动继电器1、制动特性的提出外部故障时穿越电流越大，不平衡电流越大。max.unbImaxk.I问题：为防止误动，定值会比较大，内部故障时，灵敏度比较低。分析：定值固定不变，防止误动必然牺牲灵敏度。解决办法：对差动继电器引入一个制动电流，动作电流随制动电流增大而增大。setIunbI)(kunbIfI外部故障时，不平衡电流大，但是定值也大，不会误动内部故障时，穿越电流小，定值也小，能灵敏动作。特性上方为动作区；特性下方为制动区。IresIdOsetImax.kI动作区制动区BCH-1型差动继电器的制动特性即如上图所示动作方程)(resreldIfKI（2）动作判据2、微机纵差动保护的比率制动特性（1）两折线制动特性如图：Cres.maxIABres.gIresIdIgresresgresresgresressetdsetdIIIIIIKIIII...min.min.)(当当max.setImin.setI（3）整定计算基本步骤resIdIminset.IABCres.gImax.setIares.maxI①拐点电流NII)1.1~6.0(res.g②最小动作电流③制动特性斜率通常NsetII)5.0~2.0(min.gresressetsetIIIItgK.max.min.max.max.setImin.setI（4）动作电流与制动电流的选取电流取流入变压器为正方向I·2I·1IdI·1'I·2'nTnTA1nTA221IIId动作电流：制动电流：)(2121IIIres①平均电流制动2121IIIres②复式制动)(21IIresIcos21II00cos0cos③标积制动①采用制动特性时1resII21dIIIresd2II如直线11b②没有制动特性时maxd.opsetII采用制动特性后，灵敏度有了很大提高。resIdIres.gIres.maxImind.opsetII（5）内部故障时的动作行为假设两侧电源供给的短路电流相等；采用平均电流制动max.setImin.setI（一）过电流保护1.单相原理接线ItQF1TAQF2KAKTKS跳QF1跳QF2信号KCO8.3变压器相间短路的后备保护起动电流：躲过变压器的最大负荷电流整定（1）对并列运行的