工厂供电课件第14讲

工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院第4章供电系统的保护第一节继电保护的基本概念第二节单端供电网络的保护第三节电力变压器的保护第四节低压配电系统的保护第五节供电系统的微机保护工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院一、概述2．变压器易产生的故障和不正常工作状态变压器故障及不正常工作状态变压器故障不正常工作状态内部故障线圈的相间短路、匝间或层间短路、单相接地短路以及烧坏铁心等。外部故障套管及引出线上的短路和接地。过负荷、温升过高以及油面下降超过了允许程度等。1.工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院3．电力变压器上常见的继电保护装置对于电力变压器的常见故障及异常运行状态，一般应装设下列保护：(1)差动保护或电流速断保护反应变压器的内、外部故障，瞬时动作于跳闸。(2)瓦斯保护反应变压器的内部故障而产生的瓦斯气体，瞬时动作于信号或跳闸。(3)过电流保护反应变压器外部短路引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备。(4)过负荷保护反应过载而引起的过电流，一般作用于信号。(5)温度保护反应变压器油、绕组温度升高或冷却系统的故障，动作于信号或跳闸。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院二．电力变压器的瓦斯保护1.瓦斯保护工作原理电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。使用对象：对于SN800kVA的油浸式变压器和SN400kVA的户内油浸式变压器。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院瓦斯继电器（气体继电器），安装于变压器油箱与油枕之间的连通管上，如图4-18a)所示。为让变压器的油箱内产生的气体顺利通过与瓦斯继电器连接的管道流入油枕，应保证连通管对变压器油箱顶盖有2%～4%的倾斜度，变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度。2.瓦斯继电器的安装图4-18a)瓦斯继电器在变压器上的安装1变压器油箱2联通管3瓦斯继电器4油枕工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院图4-18b)FJ3-80型开口杯式瓦斯继电器的结构示意图1—盖；2—容器；3—上油杯；4—永久磁铁；5—上动触点；6—上静触点；7—下油杯；8—永久磁铁；9—下动触点；10—下静触点；11—支架；12—下油杯平衡锤；13—下油杯转轴；14—挡板；15—上油杯平衡锤；16—上油杯转轴；17—放气阀；18—接线盒3.瓦斯继电器的结构。瓦斯继电器有浮筒式和开口杯式开口杯式结构及工作：(1)变压器正常运行时，上开口杯3及下开口杯7都浸在油内，均受到浮力。因平衡锤的重量所产生的力矩大于开口杯（包括杯内的油重）一侧的力矩，开口杯处于向上倾斜的位置，此时上、下两对触点都是断开的。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院1、优点：经济，灵敏度高，接线简单，能反应油箱内任何故障和不正常运行状态。2、缺点：仅能反应油箱内故障或不正常运行状态，不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。因此，瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，但要与过流、速断、差动等保护配合使用。瓦斯保护的优缺点：工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院三、变压器的电流保护1．变压器的过电流保护和电流速断保护规程规定，电压10kV及以下、容量在10MVA及以下的变压器，对其内部、套管及引出线的短路故障应采用电流速断保护；35~66kV及以下中小容量的降压变压器，对其外部相间短路引起的过电流，宜采用过电流保护。同时，对于供电系统中单侧电源的双绕组或三绕组变压器，过电流保护宜安装于变压器的各侧。变压器过电流保护和电流速断保护的工作原理、整定原则与线路保护的基本相同。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院图4-19Dyn11变压器低压侧ab相间短路电流分布及相量图（假设变比为1）电流互感器的接线方式对变压器电流保护的影响工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院3)2(kI3)2(kI通过对电流相量图的分析可以得出，当变压器低压侧ab相间短路时，流若变压器保护用电流继电器采用非全星形结线，则由于A、C相都是流过较小的故障电流，因此灵敏度较低。过变压器高压侧A、C相的故障电流均为，且方向相同。而B相流流过的故障电流为23)2(kI，由此可见：若电流互感器采用全星形结线或两相三继电器结线，则总有一个继电器若电流互感器采用两相电流差结线，则通过继电器的故障电流为零，保护装置不动作。流过的故障电流为2，因此比非全星形结线灵敏度高。因此，变压器过电流保护互感器的结线方式，通常采用全星形或非全星形。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院2．零序电流保护TA2NkKop25.0kIkI零序电流保护整定：按躲过变压器低压侧最大不平衡电流（动作时间0.5S-0.7S)零序电流保护灵敏度校验：按变压器低压侧干线末端最小单相短路电流一次侧接入10kV及以下非有效接地系统中Yyn0联结的变压器，对低压侧单相接地短路，可以选择在低压侧中性点回路装设零序电流保护。skop)1(minkII＝1.2kTAkk——可靠系数，取；——零序电流互感器的电流比。1.51.25架空线路电缆线路工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院3．变压器的过负荷保护对于400kVA及以上数台并列运行的变压器和作为其他负荷备用电源的单台运行变压器，根据实际可能出现过负荷情况，一般应装设过负荷保护。由于过负荷电流在大多数情况下是三相对称的，只需在一相中安装一个电流继电器即可构成过负荷保护装置。对经常有人值班的变电所，过负荷保护作用于信号；在无经常值班人员的变电所，过负荷可动作于跳闸或切除部分负荷。通常过负荷的动作时限为10~15S，动作电流：.(1.2~1.25)kNTopkNTreTATAkIIIkkk1.05NTkIk——变压器的额定电流；——可靠系数，一般取；工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院四．变压器的差动保护1．装设差动保护的必要性：–电流速断保护——动作迅速但存在保护死区(另：有些内部故障，故障电流不大，速断保护没有启动）；–过电流保护——能够保护整个变压器，但动作时间过长，切除故障不迅速；–瓦斯保护——动作灵敏但只能保护变压器的内部故障，不能保护变压器套管和引出线的故障（动作时间也可能不满足要求）；为克服上述的缺点，GB规定：10MVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及以上的并列运行的变压器应该装设差动保护。对电压为10kV的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不满足要求时，均应装设变压器的差动保护，用于保护内部故障和引出线相间短路。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院四．变压器的差动保护（1）变压器差动保护的工作原理。在变压器正常工作或保护区域外部发生短路故障时，电流互感器二次侧电流同时增加，流入继电器的动作电流也是为零，或仅为变压器一、二次侧的不平衡电流，不平衡电流小于继电器动作电流，故保护装置不动作。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院四．变压器的差动保护（1）变压器差动保护的工作原理。当变压器差动保护范围内发生故障时，在单电源的情况下，流入继电器回路的电流，如图所示。此时继电器回路的电流大于其动作电流，保护装置动作，使QF1、QF2同时跳闸，切除变压器。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院（2）变压器差动保护的不平衡电流为了保证差动保护能正确动作，必须使其动作电流大于最大的不平衡电流；另一方面，为了提高差动保护的灵敏度，在变压器正常运行或保护区外部短路时希望流入继电器的不平衡电流尽可能小。1)变压器一、二次绕组结线方式的不同而引起的不平衡电流2)电流互感器的实际变比与计算变比不同而引起的不平衡电流3)变压器两侧电流互感器的型号不同而引起的不平衡电流4)有载调压变压器分接头的改变而引起的不平衡电流5)变压器励磁电流产生的不平衡电流变压器差动保护中的不平衡电流包括:工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院1）由于变压器一、二次侧结线不同引起的不平衡电流Y/△-11接线的变压器原副边相位相差30°，因此必须补偿回来。补偿方法为：变压器电流互感器备注Y△两种三角形接法必须相同△Y工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院1）由于变压器一、二次侧结线不同引起的不平衡电流（微机保护中通过移相进行补偿处理）12..3NTNTTATAYIIkk工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院2)电流互感器的实际变比与计算变比不同而引起的不平衡电流由于变压器的电压比和电流互感器的电流比都有规格等级，实际所选电流互感器的电流比不可能与计算值完全一样，致使继电器回路产生不平衡电流。可通过平衡线圈（在电磁式保护装置中）或简单计算来补偿（在数字式保护装置中）。3)变压器两侧电流互感器的型号不同而引起的不平衡电流不同型号的电流互感器，其饱和特性不同，特别是在变压器差动保护范围外部出现短路时，电流互感器的饱和程度相差更大，在差动回路中引起不平衡电流。可通过提高保护动作电流来躲过。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院4）由于变压器分接头改变引起的不平衡电流变压器在运行时，往往采用改变分接头位置(即改变高压线圈的匝数)进行调压。因为分接头的改变，就是变压器变比的改变，电流互感器二次侧电流因而改变，引起新的不平衡电流。通过提高保护动作电流躲过，考虑5%的变动。5）由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流。正常运行时，变压器的励磁电流很小，一般不超过额定电流的2％～10％。在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能有很大的励磁电流(即励磁涌流)。产生原因：在变压器空载投入或者外部故障切除之后电压恢复的过程中，由于变压器铁心中的磁通不能突变，在变压器一次绕组中产生很大的励磁涌流，涌流中含有较大的非周期分量，但是励磁涌流不能反应到二次绕组中（铁心中没有磁通回路，无法感应到另一侧），因此在差动回路中会产生很大的不平衡电流通过继电器；工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院t0Φ0i0Φi00暂态稳态暂态稳态t0.01s0.01s励磁涌流励磁涌流有下列特点：（1）含有的非周期分量幅值很大，常使励磁涌流偏于时间轴的一侧；（2）含有大量的高次谐波，尤其是二次谐波可达到15％以上；（3）波形间有明显的间断。工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院减小励磁涌流影响的方法如下：①采用具有速饱和铁心的中间变流器，以减少励磁涌流中非周期分量的影响。②在微机型变压器差动保护中，采用二次谐波或间断角的方法鉴别励磁涌流与故障电流，使涌流出现时差动保护不动作，从而完全躲过励磁涌流的影响。（二次谐波制动的差动速断保护）工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院（3）变压器差动保护动作电流的一般整定原则1)躲过变压器外部故障时的最大不平衡电流opdql.mkIkIdql.m1.3Ikk——可靠系数，取；——外部故障时的最大不平衡电流。是由变压器两侧的电流互感器可能不同型号、电流互感器实际电流比与计算电流比不一致、变压器分接头位置可能改变等因素综合引起的(3)dql.m.max%=k10%+f+100tsqlkUII(3).maxtsk0.51%U%5%100kqlIf——保护范围外部短路时的最大短路电流；——电流互感器的同型系数，型号相同时取，型号不同时取；——电流互感器实际电流比和计算电流比不一致产生的误差误差，取5；——变压器分接头改变引起的相对误差，取工厂供电课件_第4章自动化与电气工程学院（3）变压器差动保护动作电流的一般整定原则2)躲过变压器的最大励磁电流3)躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流（微机保护中TA断线闭锁差动保护）Iop=kkkeINopI=kkmaxfzI1.3~1