变压器保护

变压器保护变压器保护概述变压器是变电站非常重要的设备，应当配置完备的各种保护。220kv及以上的微机型变压器保护往往采用双重化进行配置，构成双主双后的保护，110kv及以下的变压器保护则更多的采用单套进行配置。变压器保护故障类型变压器的故障类型按故障位置可分为油箱内的故障：绕组的相间短路及匝间短路；油箱外的故障：外部相间短路引起的过电流；中性点直接接地或经小电阻接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；变压器的异常运行方式：过负荷；过励磁；油面降低；变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障。变压器保护类型及配置主保护:主要有纵差保护、重瓦斯保护、压力释放保护。另外，根据变压器的容量、电压等级及结构特点，可配置零差保护及分侧差动保护。后备保护:主要有复合电压闭锁过流保护；零序过电流或零序方向过电流保护；负序过电流或负序方向过电流保护；复合电压闭锁功率方向保护；低阻抗保护等。异常运行保护：主要有过负荷保护，过激磁保护，变压器中性点间隙保护，轻瓦斯保护，温度、油位保护及冷却器全停保护等。典型的三圈220kv变压器保护配置保护类别保护类型主保护差动保护、差动速断高后备两段复压方向过流、I段过流、两段零序方向过流、I段零序过流、间隙保护中后备两段复压方向过流、I段过流、两段零序方向过流、I段零序过流、间隙保护低后备两段复压方向过流其它非电量保护典型的变压器保护类型：南瑞的RCS978系列，南自的PST1200系列和WBZ系列，四方的CST系列等变压器主保护微机型变压器保护的主保护有各类原理的差动保护和差动速断保护及瓦斯保护。变压器差动保护变压器的差动保护一般由启动元件和差动元件及涌流识别元件和TA断线闭锁元件构成。有些厂家增加TA抗饱和元件。差动元件差动元件是变压器差动保护的最主要的部分。差动保护的基本原理是基于克希荷夫第一定律。大多数的差动保护的动作电流均取它的绝对值作为动作电流。比率制动在区外故障时，由于两侧TA的暂态特性误差及饱和等使得不平衡电流比正常时明显增大，解决方法之一是提高差动保护得动作电流，一般不采用。现在广泛采用的方法是采用比率制动或其它的制动方式，即用差动电流和制动电流Ires进行比较来判断区内外故障，而非采用固定的动作门坎进行比较。比率制动元件比率制动曲线IsdIcdIzd3IzdIzIdK1=0.5K2=0.7PST1200两侧差动：Icdd=|I1+I2|；Izdd=max(|I1|,|I2|)；三侧差动：Icdd=|I1+I2+I3|；Izdd=max(|I1|,|I2|,|I3|)；比率制动元件差动保护的幅值相位平衡******AaIABIICcIIbaII'abI'I'cBCcbAIaI'IaCIcI'Ic-I'ac-I'IBI'bb-I'°30°30°30bI若二次侧电流不做校正则在正常时便会出现较大的不平衡电流差动保护相位校正变压器由于连接组别造成的稳态不平衡电流的相位平衡可通过TA二次接线和软件实现。微机型变压器保护则利用软件进行相位校正，软件相位平衡可在Y侧进行，也可以在Δ侧进行，大多数厂家在Y侧进行，少数厂家在Δ侧进行。1、以d侧电流相位为基准，用Y侧电流进行移相ahchCHchbhBHbhahAHIIIIIIIIIahIbhIchIblIalIclIahIbhIchIBHIAHICHI1、以Y侧电流相位为基准，用d侧电流进行移相ahIbhIchIblIalIclI333blclClalblBlclalALIIIIIIIIIALIBLICLIblIalIclI差动保护幅值校正在差动保护进行了相位纠正后，由于TA变比及接线等因素使得进入差动保护的电流在幅值上并不平衡，所以必须进行幅值校正。在电磁型变压器纵差保护装置中（BCH型继电器等），采用“安匝数”相同原理，通过调整平衡线圈匝数进行校正；在微机型变压器保护装置中，引用了一个将两个大小不等的电流折算成作用完全相同电流的折算系数，将该系数称作为平衡系数。根据变压器的容量，接线组别、各侧电压及各侧差动TA的变比，可以计算出差动两侧之间的平衡系数。差动保护的励磁涌流闭锁元件在变压器进行空投时会在一侧产生幅值很大的励磁电流即所谓的励磁涌流，这个励磁涌流进入差动电流则形成了很大的不平衡电流，如不采取措施将会使差动保护误动，抬高定值和增加延时均不是好的解决方法，现在微机差动保护广泛采用的方法是通过涌流闭锁元件防止误动，即当涌流判别元件识别出励磁涌流进入差动电流时闭锁差动保护，而没有励磁涌流时则开放差动保护。二次谐波制动原理间断角原理波形对称原理其它识别方法差动保护的TA断线闭锁元件微机型差动保护均设置了TA回路的监视功能，在发现TA回路异常（断线）时均要发告警信号，一般可根据控制字的整定决定是否闭锁差动保护。PST1200差动保护的TA断线判别方法：(1)|⊿iφ|≥0.1In且|IH||IQ|；相电流突变量大于0.1In且测量电流反而减小(2)相电流≤IWI且ID≥IWI；无流相的差动电流大于了无流门槛值(3)max(Ida,Idb,Idc)0.33Icd；差动电流的最大相大于差动启动值的1/3三个条件同时满足判TA断线，仅（3）满足判差流越限。差动保护的TA断线闭锁元件RCS978系列的差动保护则按照差动保护是否启动来区别对待TA回路异常，未启动时仅发报警信号，启动时则根据控制字决定是否闭锁差动保护。TA抗饱和元件由于容量、测量范围、价格、负荷性质等多种因素，变压器差动保护各侧（尤其是低压侧）的TA不易选择合适的变比与特性，这样可能会造成在变压器发生区外短路等状态下的TA饱和、TA暂态特性不一致等因素引起差动保护误动。这种情况尤其在低压侧短路易出现，比率制动的差动保护具有一定的抗饱和作用，通过设置抗饱和元件能更好的解决严重饱和的问题。变压器差动速断保护当变压器内部严重故障TA饱和时，TA二次电流的波形将发生严重畸变，其中含有大量的谐波分量，从而使涌流判别元件误判断成励磁涌流，致使差动保护拒动或延缓动作，严重损坏变压器。为克服纵差保护的上述缺点，设置差动速断元件。变压器瓦斯保护0.4MVA及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，轻瓦斯应瞬时动作于信号，；当壳内故障产生大量瓦斯时，重瓦斯应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。瓦斯保护能反应油箱内的严重故障和轻微故障，但不能反应引出线故障。重瓦斯的出口一般通过变压器保护的非电量保护出口，调试检验时应注意检验相关回路。变压器后备保护双重化的变压器保护同时也配置了双重化的后备保护，后备保护分为相间故障的后备保护和中性点接地侧的接地故障的后备保护，前者一般由复压闭锁方向过流保护或阻抗保护实现，后者一般由零序方向过流保护实现。复压闭锁（方向）过流保护复压闭锁方向过流保护是现在微机型变压器保护广泛采用的后备保护，一般应用在220kv及下的变压器保护中作为相间短路的后备保护。复压闭锁方向过流保护由三个元件构成，即复压元件，功率方向元件和过流元件组成。复压方向元件复压元件的动作条件是相间电压低于低电压整定值或负序电压大于负序整定值。过流元件的动作条件是相电流大于过流定值。功率方向元件的动作条件是电流和电压的夹角在设定的动作区内，一般采用900接线进行比较，即比较Uab～IcUbc～IaUca～Ib三个夹角；当TA极性端靠近母线侧时，当方向元件整定为指向变压器（正方向）时45°б-135°最大灵敏角为-45°，动作特性为：IaUaUbcUbUc-45当整定为指向系统（反方向）时，动作区正好相反，灵敏角则为135°；RCS系列复压闭锁方向保护的方向元件有所不同，采用带记忆的正序电压进行比较，即采用0°接线，动作区亦有差异。零序（方向）保护电压为110KV及以上的变压器，在大电流系统侧应设置反映接地故障的零序电流保护。有两侧接大电流系统的三卷变压器及三卷自耦变压器，其零序电流保护应带方向，组成零序方向电流保护。两卷或三卷变压器的零序电流保护的零序电流，可取自中性点TA二次，也可取自本侧TA二次三相零线上的电流，或由本侧TA二次三相电流自产。零序功率方向元件的接入零序电压，可以取自本侧TV三次（即开口三角形）电压，也可以由本侧TV二次三相电压自产。对于大型三卷变压器，零序电流保护可采用三段，其中I段及II段带方向，第III段不带方向兼作总后备作用。每段一般由两级延时，以较短的延时缩小故障影响的范围或跳本侧断路器，以较长的延时切除变压器。零序方向元件零序方向元件同复压闭锁方向元件类似，也可通过控制字整定正反向和反方向。当TA极性靠近母线侧，方向控制字指向变压器（正方向）时灵敏角为－105°（225°），如下图所示。当方向控制字指向系统（反方向）时则正好相反，为75°。对零序方向元件的调试应先设法让3U0在0°，然后让3I0在临界角附近进行检验。3I03U0-105变压器中性点间隙保护在110kV、220kV中性点直接接地的电力网中，当低压侧有电源的变压器中性点可能接地运行或不接地运行时，对外部单相接地短路引起的过电流，以及对因失去接地中性点引起的变压器中性点电压升高，按照变压器的绝缘类型可考虑零序过压或间隙保护。对全绝缘变压器应增设零序过电压保护，当变压器所连接的电力网失去接地中性点时，零序过电压保护经0.3s～0.5s时限动作断开变压器各侧断路器。半绝缘变压器，为限制此类变压器中性点不接地运行时可能出现的中性点过电压，在变压器中性点应装设放电间隙。对于经间隙接地的变压器，装设反应间隙放电的零序电流保护和零序过电压保护。当变压器所接的电力网失去接地中性点，又发生单相接地故障时，变压器中性点对地电位升高到不允许值时，间隙击穿，产生间隙电流，间隙过流保护反应此电流增大而动作。同时故障时母线TV的开口三角形绕组两端将产生很大的电压，零序过压反应此电压增大而动作，经0.3s～0.5s时限动作断开变压器各侧断路器。变压器非电量保护变压器非电量保护，主要有瓦斯保护、压力保护、温度保护、油位保护及冷却器全停保护。瓦斯保护瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其作用原理是：变压器内部故障时，在故障点产生往往伴随有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解、产生气体（瓦斯），进而造成喷油、冲动斯继电器，瓦斯保护动作。变压器非电量保护压力保护压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护。其作用原理与重瓦斯保护基本相同，但它是反应变压器油的压力的。压力继电器又称压力开关，由弹簧和触点构成。置于变压器本体油箱上部。当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀压力增高，弹簧动作带动继电器动接点，使接点闭合，切除变压器。温度及油位保护当变压器温度升高时，温度保护动作发出告警信号。油位是反映油箱内油位异常的保护。运行时，因变压器漏油或其他原因使油位降低时动作，发出告警信号。冷却器全停保护为提高传输能力，对于大型变压器均配置有各种的冷却系统。在运行中，若冷却系统全停，变压器的温度将升高。若不即时处理，可能导致变压器绕组绝缘损坏。冷却器全停保护，是在变压器运行中冷却器全停时动作。其动作后应立即发出告警信号，并经长延时切除变压器。