变压器保护类型及原理介绍

二、电力变压器的故障和异常变压器的故障：油箱内故障油箱外故障。油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路;铁芯的烧损等。油箱外故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。变压器的不正常运行状态：过电流、中性点过电压，过负荷、油位降低、温度过高、冷却系统故障、过励磁等。三、变压器保护配置1.电力变压器的主保护气体保护纵联差动保护电流速断保护（1）气体保护反应变压器油箱内的各种故障及异常的一种保护。装设原则：容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，应装设气体保护。（2）纵联差动保护或电流速断保护作用：反应变压器绕组、套管及引出线上的各种短路故障。装设原则：根据变压器容量的不同装设。电流速断保护：用于10000kVA以下，其过电流保护的动作时限大于0.5s的变压器。纵联差动保护：用于:1）容量为10000kVA及以上单独运行的变压器；2）容量为6300kVA及以上并列运行的变压器或厂用变压器及企业中的重要变压器；3）容量为2000kVA及以上的变压器，且其电流速断保护的灵敏性不能满足要求时。2.电力变压器的后备保护（1）对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护1）过电流保护；2）复合电压起动的过电流保护；3）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护；4）阻抗保护。（2）对于变压器内部、外部接地短路1）零序电流保护；2）零序过电压保护；3）间隙零序电流保护等。（3）过负荷保护（4）过励磁保护(5)开关量保护（６）通风保护（７）冷却系统故障保护第三节变压器差动保护一、变压器纵联差动保护的基本原理一、变压器纵联差动保护的基本原理1.正常及外部故障时22111runbTAIIIIIIK－－一、变压器纵联差动保护的基本原理2.内部故障时22111krTATAIIIIIIKk二、变压器纵差保护的特殊问题（一）因各侧相位不同产生的不平衡电流及相位补偿1．常规型变压器差动保护的相位补偿1.1因相位不同而产生的不平衡电流1.2相位补偿相位补偿1.3相位补偿后，电流互感器变比的选择设变压器两侧额定电流分别为YT.nT.n,II若取TAT.K5nI则：变压器Y侧，电流为A53变压器侧，电流为5A1.3相位补偿后，电流互感器变比的选择采用相位补偿后，取：T.nTAK5I变压器三角形侧电流互感器的变比为变压器星形侧电流互感器的变比为YYT.nTA3K5I或按下列条件选择TA变比T.n2YT.n1II/3TATTAKKK＝.31500,TnSKVA.115,YTnUKV.10.5TnUKV.TnI...1583YTnTnYTnSIAU...17323TnTnTnSIAU.3274,55YYTnTAIK.173255TnTAIK3005YTAK20005TAK231584.563005YIA217324.3320005IAun224.564.330.23YbIIIA例：Y侧侧TA接线方式Y标准变比二次电流,不平衡电流计算变比当各侧电流互感器都采用星形接线时，利用软件对变压器星形侧电流进行相位和幅值的补偿。2.微机型变压器差动保护的相位补偿及电流平衡调整2.1相位补偿设：星形侧三相电流采样值分别为YUIYVIYWI则：用作差动保护计算的三相电流为YYUUVIIIYYVVWIIIYYWWUIII电流平衡调整系数2.2幅值补偿bK13nnnSIU①计算变压器各侧的一次额定电流112155nncconconconTAnIIIKKKKI②计算变压器各侧TA二次计算电流③计算电流平衡调整系数2.2幅值补偿设以高压侧二次额定电流为基准，则：bK1bhK..nmcbmnhcIKI..nlcblnhcIKI高压侧平衡系数为中压侧平衡系数为低压侧平衡系数为（二）变压器励磁涌流的影响及减小影响的措施1.励磁涌流的影响exsI变压器的励磁涌流是指在变压器空载合闸或者外部故障切除后电压恢复时，可能出现的较大的励磁电流。（二）变压器励磁涌流的影响及减小影响的措施1.励磁涌流的影响exsI12mIIImrunbTAIIIK2．产生励磁涌流的原因铁芯中的磁通不能突变铁芯中出现一个暂态磁通铁芯中的磁通将达到最大值铁芯严重饱和，励磁电流将剧烈增大sm23．励磁涌流的特点（1）包含有非周期分量（2）幅值大，但衰减快（3）包含有高次谐波分量（4）波形之间有间断4．减小励磁涌流影响的措施（1）采用具有速饱和铁芯的差动继电器。（2）采用二次谐波制动的差动保护。（3）利用间断角闭锁的差动保护。1．计算变比与标准变比不完全符合如：整定计算时应考虑平衡系数，如：（三）各侧电流数值不等引起的不平衡电流4.564.330.23unbIA＝－4.56/4.33bK2．各侧TA的型号不同整定计算时考虑同型系数型号相同型号不同（三）各侧电流数值不等引起的不平衡电流0.5stK1stK3．变压器带负荷调整分接头设：变压器由115KV改在110KV抽头位置,则:整定计算时应考虑因带负荷调压所引起的相对误差（三）各侧电流数值不等引起的不平衡电流231654.763005YIA.315001653110YTnIA4.764.330.43unbIA三、变压器纵联差动保护的构成及原理（一）比率制动的纵差保护1.和差式比率制动的差动保护1）对于双绕组变压器正常及外部故障时22111runbTAIIIIIIK－－内部故障时22111krTATAIIIIIIKk双绕组变压器取：动作分量制动分量差动保护的动作条件：双绕组变压器LhopIIIII22LhresIIIII2122222222IIII2LhLhIIII2）对于三绕组变压器动作电流：LmhopIIII制动电流：方法1：取变压器各侧电流中最大的电流。max,,reshmlIIII动作电流：方法2：取三个制动电流量中的最大值。制动电流：三绕组变压器LmhopIIII211LmhresIIII。212mLhresIIII。213hmLresIIII。3.21max。。。，，resresresresIIII比率制动式差动保护的动作特性I动作判据为：.min.0.min1.0.0.1.min1.1.02.1.1opresresopopresresresresresopresresresresresresIIIIIKIIIIIIKIIKIIIII（二）励磁涌流鉴别的原理1.二次谐波闭锁原理采用：三相差动电流中二次谐波电流与基波电流的比值，作为励磁涌流闭锁的判据。闭锁判据为：.22..1dresopIKI。2.resK整定范围为0.1～0.3，通常取0.15实用中：2.间断角识别原理根据：励磁涌流波形有间断角的特点‘采用：波形比较技术将变压器的励磁涌流和故障电流分开。判据如下：setset通常取：140set65set（三）差动速断保护只要任一相差动电流大于差动速断的整定值，保护瞬时动作。动作判据为：.dssetII为变压器差动电流，为差动电流速断保护定值。dI.ssetI（四）电流互感器断线监视当任一相差动电流大于0.1In（TA二次额定电流）时，启动TA断线判别程序。判据：本侧三相电流中一相无电流，而本侧其它两相和另一侧各相电流与启动前电流相等，判为是TA断线。5．差动保护程序框图图8－11差动保护程序框图闭锁保护告警信号TA断线信号告警闭锁保护小结：一、变压器纵差保护的特殊问题1.因各侧相位不同产生的不平衡电流及相位补偿；2.变压器励磁涌流的影响及减小影响的措施；3.各侧电流数值不等引起的不平衡电流二、微机型变压器差动保护1.比率制动的纵差保护2.励磁涌流鉴别的原理3.差动速断保护4.电流互感器断线监视第四节变压器的电流速断保护一、变压器电流速断保护的装设原则二、变压器电流速断保护的整定原则一、变压器电流速断保护的装设原则10000KVA以下的小容量变压器，当过电流保护的动作时限大于0.5秒且灵敏度满足要求时，在电源侧装设电流速断保护。接线：电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形接线；电源侧如为非直接接地系统，采用两相不完全星形接线二、变压器电流速断保护的整定原则1.动作电流的整定值以下两个条件计算，选择其中较大者。（1）躲过变压器负荷侧母线上k1点短路时，流过保护的最大短路电流计算。即：.maxoprelkIKI（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流，根据实践经验，一般取动作电流大于3～5倍的变压器额定电流。即:.(3~5)optnII2.灵敏度校验取保护安装处(ｋ2点)两相短路时的最小短路电流校验。(2).min2ksopIKI第五节变压器相间短路的后备保护本节主要内容:一、过电流保护二、低电压起动的过电流保护三、微机型复合电压起动的方向过电流保护四、微机型变压器阻抗保护五、变压器相间短路后备保护的配置原则变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护是用来反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，同时也作为差动保护和瓦斯保护的后备保护。常用的后备保护主要有：过电流保护低电压启动的过电流保护复合电压启动的方向过电流保护负序过电流保护及阻抗保护一、过电流保护1.起动电流的整定电流元件的起动电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定maxreloplreKIIKrelK为1.2～1.3reK为0.85maxlI计算时应作以下考虑：1）对于并列运行的变压器，应考虑一台变压器突然切除时，所出现的过负荷。按下式计算：max.1ltnnIIn＝2）对于降压变压器应考虑低压侧电动机自启动的影响。max.lsstnIKI＝ssK为自起动系数，：6101.5~2.5KV～侧取，351.5~2KV侧取。2.动作时限的整定动作时限按阶梯形原则整定。3.灵敏度sK校验minksopIKI要求sK≥1.2。二、低电压起动的过电流保护采用低电压起动可以提高电流元件的灵敏度低电压起动的构成:电流元件、低电压元件、时间元件。变压器保护装置图8－13变压器低电压启动过电流保护单相原理接线图来自高压侧TV来自低压侧TV,,Uuvw,,Uuvwk2k11）电流元件的起动值opI按躲开变压器额定电流整定。即：.reloptnreKIIK灵敏度校验：作为近后备保护时，sK≥1.3；作远后备保护时，sK≥1.2。2）低电压元件的动作电压整定值：应按躲开正常运行时母线上可能出现的最低工作电压，同时外部故障切除后、电动机自起动的过程中它必须返回的条件整定。通常采用.0.7optnUU灵敏度sK要求同电流元件，即：.maxopsKUKU三、微机型复合电压起动的方向过电流保护复合电压:负序电压加全电压负序电压----反映不对称短路全电压----反映对称短路微机型复合电压起动的方向过电流保护相间功率方向负序过电压低电压过电流&≥1t,,Uuvw,,Uuvw,,Iuvw对侧本侧本侧跳闸整定1.复合电压元件复合电压元件动作的判据是：22.1setsetUUUU或2.相间功率方向元件功率方向元件与线路保护中的方向元件原理相同按90°接线方式，通过软件实现-30°或-45°最大灵敏角。四、微机型变压器阻抗保护变压器阻抗保护通常作为330KV及以上大型变压器相间短路的后备保护组成:起动元件相间阻抗测量元件时间元件电压回路断线闭锁元件等启动元件阻抗元件TV断线检测元件＆t阻抗压板投入,,Iuvw,,Iuvw,,Uuvw,,Uuvw图8－15变压器阻抗保护逻辑框图跳闸Y1.起动元件组成：相电流突变量启动元件负序电流启动元件两部分，启动元件动