电力系统继电保护――6电力变压器的继电保护

电力系统继电保护原理主讲教师：范春菊概述保护的分类（按照原理来分）过电流，低电压电压保护，距离保护，纵联保护，序分量保护等保护的分类（按照保护的对象）线路保护---电流，电压保护，距离保护和纵联保护元件保护---变压器保护，发电机保护，母线保护，电动机，电容器，电抗器保护等23概述6电力变压器的继电保护6.1变压器的故障类型和不正常运行状态及其相应的保护方式6.2变压器的故障分量比率差动保护6.3变压器的电流和电压保护6.4变压器的接地保护6.5变压器的瓦斯保护6.1变压器的故障类型和不正常运行状态及其相应的保护方式561.变压器的故障类型油箱内故障•各绕组之间的相间短路•各绕组通过外壳发生的接地故障•单相绕组部分线匝之间的匝间短路导致铁心烧损，绝缘物质剧烈化，可能引起爆炸油箱外故障•套管或引出线之间的相间短路•绝缘套管闪络或破坏，引出线通过外壳，而发生的接地故障72.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对于大容量的变压器，过电压或低频率等异常运行方式引起的过励磁83.变压器应装设的主保护-瓦斯保护定义：•瓦斯是一种气体，瓦斯保护是一种反映于非电气量的保护。它检测气体及内部液体的流动。当变压器邮箱内部发生各种故障时，油温上升，气体膨胀，瓦斯保护动作。保护的对象：•反应变压器油箱内各种短路以及油面的降低。分类：•轻瓦斯保护动作于信号•重瓦斯保护动作于跳闸93.变压器应装设的主保护-纵差保护和电流速断保护瓦斯保护的特点：•只能反映邮箱内的故障，无法反映套管及引出线的各种故障纵差动保护：反应变压器绕组、套管及引出线上的故障电流速断保护—小容量的变压器的主保护（6.3MVA及以下），反应变压器绕组、套管及引出线上的故障主保护动作后，都应跳开变压器各电源侧的断路器104.变压器应装设的后备保护（1）反应外部相间短路的后备保护•过电流保护—用于降压变压器•低电压启动的过电流保护—升压变压器•复合电压起动的过电流保护一般用于升压变压器•负序电流及单相式低电压起动的过电流保护-升压变，联络变•阻抗保护—升压变，联络变114.变压器应装设的后备保护（2）反应外部接地故障的后备保护•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：零序方向电流保护•防止中性点过电压：零序电压保护、间隙零序电流保护125.变压器应装设的其他保护过负荷保护：接一相电流，一般延时动作于信号过励磁保护：严重过励磁时动作于跳闸其他非电量保护：•油温高保护：反应变压器油温上升•压力释放保护：反应油箱内压力升高•冷却器故障保护：反应冷却系统故障，如冷却器失电或三相缺相，油压或水压差偏小等6.2变压器的纵差动保护——变压器的主保护之一141.差动保护的基本原理''''''11''1221'NTAMMNIIIInnnInnIKDMN1I1I2I2I22IIMN1IP1IKDk1I152.产生不平衡电流的因素(1)变压器励磁涌流：当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器励磁回路可能出现数值很大的励磁电流，该电流称为励磁涌流(2)变压器两侧电流相位不同(3)计算变比与实际变比不同(4)两侧电流互感器型号不同(5)变压器带负荷调整分接头16(1)变压器励磁涌流正常情况下：2%~10%额定电流外部故障时，由于电压降低，励磁电流更小电压突然变化时，励磁电流最大可达6~8倍额定电流，即励磁涌流•合闸时电压的初相角•铁心中剩磁的大小和方向•变压器铁心的饱和磁通（铁心性质）•电源容量大小、回路阻抗大小、变压器容量大小1I2ILI1ZLZ17（a）（b）（c）（d）0000mmtu,u,utum2smm2sstuI18单相变压器：电压初相角=00时合闸，涌流最大；初相角=900时合闸，没有涌流三相变压器：无论何时合闸，都会产生涌流19励磁涌流的特征有很大的非周期分量有大量高次谐波，而以二次谐波为主波形之间出现间断，存在间断角励磁涌流例1例2例3例4基本波100100100100二次谐波36315023三次谐波76.99.410四次谐波96.25.4－五次谐波5－－－直流6680627320防止励磁涌流影响的方法采用具有速饱和铁心的差动继电器鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别：判间断角利用二次谐波制动采用波形对称的方法来鉴别涌流21具有速饱和铁心的差动继电器BLH为具有速饱和特性的中间变流器基本原理：非周期分量电流使BLH快速饱和，破坏了周期分量电流的传变缺点：内部故障时保护动作时间延长IBLHKIN22BB2WI13B2WI3B123励磁涌流鉴别原理（1）二次谐波抑制——A，B，C三相差动电流中各自的二次谐波电流；——二次谐波制动系数；——对应的三相基波差动电流动作值。.2.1actactIKI.2actIK.1actI24励磁涌流鉴别原理（2）波形比较制动（3）其他鉴别励磁涌流的方法,wwsetsetaa，同时满足才认为有励磁涌流出现，输出闭锁保护ui0t36025变压器严重故障的加速方法（1）差动速断保护元件当以定值避开励磁涌流闭锁的时延，达到快速切除的目的。还可以根据变压器出现励磁涌流时端电压较高，而内部短路时端电压较低的情况用变压器端电压作为差动速断的辅助判据，（2）低压加速励磁涌流是因变压器铁芯严重饱和产生的，出现励磁涌流时变压器端电压比较高，而发生内部短路时，变压器端部残压较低，据此可建立下列判据：actiNIKIactuNUKUuNUKU1TAXZY2TA1KD3KD2KDxyzabcabIbcIcaIA2IB2IC2ICIBIAIAB2Iab2Ica2IY,d11记号高压侧低压侧变压器绕组电流变压器线路电流电流互感器二次侧电流差动回路继电器中的电流AIAIBIBICICIA2IB2IC2ICA2IBC2IAB2IAICIBIBIAICIA2IB2IC2IaIcIbIaIbIcI记号相量图相量图ab2Ibc2Ica2Iab2Ibc2Ica2IabIbcIca2Iab2Iab2IbcIbcIca2Ica2IAB2IAB2IBC2IBC2Ica2Ica2I26(2)变压器两侧电流相位不同(2)变压器两侧电流相位不同-变比计算273/5/55*3*35/3TAYMYTANTATANTYTAYMTAYnnInnIInnnnInnn28(3)计算变比与实际变比不同变压器变比和电流互感器变比都是根据产品目录选取的，难以满足上式要求可以举例计算说明一下/3NNTTMMnnnnnn或(3)计算变比与实际变比不同-举例说明一台接线的变压器，容量为31500kVA，电压比为115kV/10.5kV，两侧的额定电流分别为：158A和1730A29/11Y115kV侧10.5kV侧一次侧额定电流158A1730A变压器绕组接线方式Y电流互感器（TA）接线YTA计算变比1730/5TA选用变比300/52000/5二次回路电流1730/400=4.32差动回路的不平衡电流158*3/554.7158*3/604.554.554.320.23unbIA30(3)计算变比与实际变比不同解决方法：•电磁式保护：在差动继电器的中间变流器上加平衡线圈进行补偿•微机保护：计算补偿'1I''1I'2I''2II'''22()IIcdWphW''dW'dW''2I2W31平衡线圈进行补偿Wb为平衡线圈，Wcd为差动线圈合理选择Wb和Wcd，满足如下关系222()cdbWIIWI22IIWb只能是整数，因此不可能完全补偿.max*unbskIfI32微机保护中的计算补偿1122111122(1)(1)umbMNTATAMTAMNTATANNNNIIIIInnInInnInnInnnnIInnn33(4)两侧电流互感器型号不同.maxmax0.11.0unbstRstkIKIKI外部故障最大短路电流同型系数由于两侧电流互感器的型号不同，因此同型系数Ktx取1.0理想1LH2LHumbI1I2I034(5)变压器带负荷调整分接头改变分接头就是改变了变压器的变比，使得/3NNTATAMMnnnnnn或max*unbkIUI.maxmax(10%)/umbstskTIKUfIn稳态情况下，变压器纵差动保护的最大不平衡电流：kV*%U为抽头变化的最大变化范围例如22022.5的变压器5%U35(6)变压器不平衡电流总结(1)变压器励磁涌流------已经解决(2)变压器两侧电流相位不同—已经解决(3)计算变比与实际变比不同(4)两侧电流互感器型号不同(5)变压器带负荷调整分接头.maxmax(10%)/umbstskTIKUfIn稳态情况下，变压器纵差动保护的最大不平衡电流：363.变压器纵差动保护的整定计算(1)躲开变压器的最大负荷电流(2)躲开外部短路时的最大不平衡电流(3)躲开变压器最大励磁涌流..max1.3actrkLkIKIK.max1.3actrkunbkIKIK.1.3/actrNTTIIn励磁涌流最大倍数374.变压器纵差动保护的灵敏度校验最小短路电流的计算方式：•单侧电源供电时，系统在最小运行方式下，变压器发生短路时的最小短路电流灵敏度不满足要求时，需要采用具有制动特性的差动继电器.min..2.0krsensenactrIKKI385.具有磁力制动的差动继电器使继电器的起动电流随制动电流(外部故障时的短路电流)的增加而增加制动线圈Wzh产生的磁通不流入中间铁心制动磁通在二次线圈W2的感应电势互相抵消'1I''1I'2I''2II'''22()IIcdWphW''dW'dW''2I2Wa.3.2.1zhzhzh.3zhW.2zhW.1zhWactIbrkI..0actrI39制动特性曲线从原点作制动制动特性曲线的切线，切线的斜率即为制动系数，一般小于0.5.()actrbrkIfI铁心未饱和40具有制动特性的差动继电器的整定起动电流随着外部短路电流的增大而增大由于曲线3始终在直线1之上，因此外部故障时差动继电器不会误动内部故障时，继电器的灵敏性大大提高a2actI.actrRIfI.()actrI无制动umbIa31umbRIfI.umbmaxI2.maxRIRI41内部故障时灵敏性分析直线4对应于双侧电源供电直线5对应于仅制动线圈安装侧供电，是继电器最不利的工作情况.actrIbrkI.actrI无制动4532..1actrI..2actrI..0actrIgbrkII2gbrkII427.微机保护中比率制动特性的实现43444546微机型变压器纵联差动保护比率制动差动原理brkI,minactI动作区制动区1brkI2brkIactIO.111.122211.2()()()()()()actminbrkbrkactbrkbrkactminbrkbrkbrkbrkbrkbrkbrkactminbrkbrkIIIIKIIIIIIKIIKIIIII47对于三绕组变压器制动电流的计算应根据变压器各侧绕组的实际功率、流向选择。有以下两种方案：222||||actactIIIII222||||||brkIIII222max||||||brkIIII，，48差动保护逻辑A相差动元件动作B相差动元件动作五次谐波制动C相二次谐波制动C相差动元件动作B相二次谐波制动A相二次谐波制动≥1≥1&差动出口差动速断元件动作差动速动出口TA断线检测TA断线信号I/VI/VI/VI/V1,,abci3,,abci4,,abci1侧3侧4侧2侧2,,abci＆投退投退Y