华北电力大学精品课程-电力系统继电保护(黄少锋教授)—变压器(6)

1/54第六章变压器保护2/54电力变压器是电力系统中的重要电气设备。大容量变压器造价十分昂贵，其故障会对供电可靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。因此，应根据变压器容量和重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。3/54第一节故障类型、不正常运行状态及其保护方式4/54（1）油箱内部故障变压器油箱内部故障产生较大的短路电流，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。一、变压器故障类型ACBacbTA1TA1TA1TA3TA3TA3油箱内部5/54一、变压器故障类型ACBacbTA1TA1TA1TA3TA3TA3油箱内部（1）油箱内部故障a、变压器绕组相间短路；6/54一、变压器故障类型ACBacbTA1TA1TA1TA3TA3TA3油箱内部（1）油箱内部故障a、变压器绕组相间短路；b、变压器绕组匝间短路；7/54（1）油箱内部故障a、变压器绕组相间短路；b、变压器绕组匝间短路；c、变压器绕组接地短路。一、变压器故障类型ACBacbTA1TA1TA1TA3TA3TA3油箱内部8/54（2）油箱外部故障保护范围的划分ACBacbTA1TA1TA1TA3TA3TA3油箱内部TA2TA2TA2线路保护的范围变压器保护的范围9/54（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。ACBacbTA1TA1TA1TA3TA3TA3油箱内部TA2TA2TA2线路、变压器保护均应当跳闸10/54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）负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；（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。对于不正常工作状态，变压器保护也必须能够反应——发告警信号，或延时跳闸。11/54三、变压器的保护配置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：油箱内部所有故障,有较高灵敏性。缺点：1）动作时间较长；2）不能反应油箱外部的故障。2.纵差保护或电流速断保护特点：瞬时动作切除故障主保护12/542.纵差保护或电流速断保护（根据变压器容量选择）主要反应绕组、套管及引出线上的相间短路，并在一定程度上反应绕组内部匝间短路及中性点接地侧的接地短路。特点：瞬时动作切除故障基尔霍夫电流定律的拓展应用13/542.纵差保护或电流速断保护（根据变压器容量选择）主要反应绕组、套管及引出线上的相间短路，并在一定程度上反应绕组内部匝间短路及中性点接地侧的接地短路。特点：瞬时动作切除故障I-I14/543、外部相间短路的后备保护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、外部接地短路的后备保护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延时跳闸或发信号15/54延时跳闸或发信号5、过负荷保护6、过励磁保护7、其它非电气量保护（油箱内温度、压力升高，冷却系统故障）16/542.TAn1.TAn第二节变压器差动保护一、变压器纵差保护原理基本原理仍然是：基尔霍夫电流定律。使正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流为0。NIMI'MI'NII-I0NMII希望：在非内部故障时，1021.TAN.TAMnInI即：17/542.TAn1.TAnNIMI'MI'NII-I2021NMIWIW因此，有：安匝数相等，正常时，忽略励磁电流122121.TA.TATnnWWn式，可得：、联立求解该式表明了两侧TA变比与变压器变比之间的理想关系(未考虑变比的关系)。318/54二、变压器纵差保护的不平衡电流（影响因素）变压器差动保护有其具体的特点。引起变压器纵差保护不平衡电流的主要因素有：（1）变压器两侧绕组接线方式不同；（2）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比不同；（3）变压器带负荷调节分接头；（4）电流互感器传变误差的影响；（5）变压器励磁电流产生的不平衡电流；（6）变压器励磁涌流。19/54特殊问题及对策归纳：（1）接线方式不同（2）TA变比不同（3）调压分接头（4）TA传变误差（5）不平衡电流（6）变压器励磁涌流对策——二次修正——二次修正——定值考虑——定值考虑——定值考虑——识别、闭锁（仍然研究）微机保护易于实现微机保护识别涌流的能力提高了很多20/541、变压器两侧绕组接线方式不同产生的不平衡——相位变化引起的YAIYBIYCIDAIDBIDCIaIbIcIYAIYBIYCIDAIDBIaIbIcITYAYCacCTYCYBcbBTYBYAbaAn)II(IIIn)II(IIIn)II(IIIDDDYAIYCIYBIDAIDBIDCI3021/54TA二次的接法：变压器Y形侧——二次侧接成Δ形；（非微机）变压器Δ形侧——二次侧接成Y形。AYBYAdAI)II(IDBYCYBdBI)II(IDCYAYCdCI)II(ID对于非微机保护，通过TA的二次接线，完成相位修正：Y侧二次修正22/54ABCabc微机变压器保护的TA接法：全Y接入(回路简单)。YAIYBIYCIaIbIcIDAIDBIDCI微机保护YAIYBIYCIDAIDBIDCI零线实际上，电流都以指向变压器为正方向23/54ABCabc微机变压器保护的TA接法：全Y接入(回路简单)。YAIYBIYCIaIbIcIDAIDBIDCI微机保护YAIYBIYCIDAIDBIDCI零线AYBYAdAI)II(IDBYCYBdBI)II(IDCYAYCdCI)II(ID对于微机保护，通过内部计算，完成相位修正：内部计算修正24/542、TA的计算变比与实际变比不同产生的不平衡NIMI'MI'NII-IT.TA.TAnnn12前面已经说明，希望：实际工程中，变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产品目录确定的标准变比，有时难以满足：由此产生了误差。T.TA.TAnnn1225/54克服措施：对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。TTATAnnnn211D变比误差：NIMI'MI'NII-I26/54NIMI'MI'NII-I''MI0'N''MII满足：克服措施：对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。TTATAnnnn211D变比误差：电流变换器27/54NIMI'NII-I''MI0'N''MII满足：克服措施：对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。TTATAnnnn211D变比误差：T'.TA.TAnnn12满足：'.TAn1构成28/54微机保护允许任意的TA变比。T.TA.TAT.TA.TAnnnknnn1212时，取：在02.1.TANTAMnkInI从而满足：21.TA.TATnnnk即：0kII'N'M内部计算：之后的测量值。均为、其中，D/AII'N'M29/543、变压器带负荷调整分接头产生的不平衡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。30/544、两侧电流互感器传变误差产生的不平衡1）稳态不平衡电流变压器两侧电流互感器的型号不同，励磁特性差别较大。212211'2'1rIIIIIIIII'1I1I1I1L2LmLlayRe一个电流互感器的等值图031/542）暂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，非周期分量按一定的时间常数衰减，是低频分量，大部分流经励磁支路，增加了TA的传变误差，导致不平衡电流增大。克服措施：暂态——选用具有较好暂态传变特性的TA；（如：TPY型TA）稳态——增大动作电流门槛值。4、两侧电流互感器传变误差产生的不平衡32/54当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使变压器铁芯瞬时饱和，出现数值很大的励磁电流（称为：励磁涌流）。励磁涌流可达变压器额定电流的6～8倍，如不采取措施，变压器纵差保护将会误动。5、变压器励磁涌流的影响33/54稳态时，存在：，因此，磁通滞后电压90°。ttut稳态磁通dttdtu涌流产生原因：34/54由于铁芯中磁通不能突变，所以，必须产生一个+Φm的非周期分量，以抵消–Φm，使得Φ=0。mmttut稳态磁通。芯将出现时，投入变压器，则铁如果0tum35/54。芯将出现时，投入变压器，则铁如果0tu由于铁芯中磁通不能突变，所以，必须产生一个+Φm的非周期分量，以抵消–Φm，使得Φ=0。m假设：不衰减的非周期分量mmttut稳态磁通m36/54的影响。再考虑变压器的剩磁SYmmttut稳态磁通SYmSY剩磁37/54SYmmSYm2最大的磁通：于是，半周后，出现了mmttut稳态磁通SYm2SYm38/54SYmmSYm2最大的磁通：于是，半周后，出现了mmttut最大磁通SYmSYm239/54SYmmSYm2最大的磁通：于是，半周后，出现了ttut最大磁通SYm2I00饱和区电流很大磁化曲线40/54ttut最大磁通SYm2I00电流很大磁滞曲线铁芯中的磁通达到最大值——变压器严重饱和——励磁阻抗降低——对应的励磁电流很大——类似于“涌动的潮流”，故，简称“励磁涌流”。在电压为峰值（或谷值）时合闸，则涌流最小。41/54单相变压器励磁涌流的特征：1、数值较大，可达额定电流的6～8倍，偏于时间轴的一侧（含有较大的直流分量）；2、励磁涌流中含有大量的谐波分量；3、励磁涌流的波形中有间断。42/54三相变压器励磁涌流——至少一相有涌流，因为，至少有一相在电压非峰值、非谷值时合闸。一个典型的电流波形如下：43/54励磁涌流的特征1、偏向一侧2、谐波分量大3、波形中有间断为了克服励磁涌流对变压器差动保护的影响，一般采用：励磁涌流闭锁措施。对策————波形对称原理————二次谐波制动原理————间断角制动原理其中，二次谐波制动（闭锁）原理应用的最多，也最成熟。闭锁差动。时基波二次谐波典型值取：15%44/54波形对称原理SS1-SS正常时，1--SSSSmax，涌流时，——波形对称——波形不对称45/54采取各种励磁涌流闭锁措施后，带来的问题：1）合闸在有故障的变压器时——会延时动作。例如：采用二次谐波制动时，需要等谐波衰减后，才能够动作。2）大型变压器的涌流特征可能不明显。难点：涌流与短路的区别。46/54三、比率制动式纵差保护纵差动保护的主要问题：1）区外短路故障的不平衡电流；2）变压器空载投入时，励磁涌流的影响；3）内部短路故障时，还要保证差动保护的灵敏性和快速性。比率差动可以兼顾不平衡电流与灵敏性。比率差动的制动门槛是随着电流而浮动的。类似于线路差动保护的动作方程。47/54目前广泛应用的数字式变压器纵差动保护，普遍使用两折线或三折线比率制动特性。)II(SIIIII0resresmin.opopdmin.opd动作判据：21dIII21resII21I'2'1resI，ImaxI