电力变压器保护(张举)

1电力变压器的继电保护2一、变压器的故障、不正常工作状态及其保护方式二、变压器差动保护的基本原理及其不平衡电流三、比率制动特性的变压器差动保护3四、变压器相间短路的后备保护五、变压器的接地保护六、三绕组变压器保护的特点4一、变压器的故障、不正常工作状态及其保护方式5（一）变压器的故障（二）变压器的不正常运行状态（三）变压器应装设的保护6（一）变压器的故障1.油箱内部故障（1）各相绕组之间的相间短路（2）单相绕组的匝间短路2.油箱外部故障（1）引出线的相间短路（2）绝缘套管闪络或破坏、引出线通过外壳发生的单相接地短路7（二）变压器的不正常工作状态（1）大容量变压器的过励磁故障（2）外部相间短路引起的过电流（3）外部接地短路引起的过电流和中性点过电压（4）负荷超过额定容量引起的过负荷（5）漏油等原因引起的油面降低8（三）变压器应装设的保护1.主保护（1）重瓦斯保护。防御变压器油箱内部各种短路故障（2）纵差动保护或电流速断保护。防御变压器绕组、套管及引出线上的故障上述保护动作后，均应跳开变压器各侧的断路器92.外部相间短路的后备保护（1）过电流保护（2）低电压起动的过电流保护（3）复合电压起动的过电流保护（4）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护（5）阻抗保护103.外部接地短路的后备保护（1）变压器中性点直接接地运行零序电流保护（2）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电流方向保护（3）中性点不接地的变压器零序过电压保护（4）中性点经放电间隙接地的变压器间隙电流保护和零序电压保护114.其他保护（1）过负荷保护（2）过励磁保护5.变压器的其他非电量保护轻瓦斯保护、油温高保护、冷却器故障、压力释放保护等12二、变压器差动保护的基本原理及其不平衡电流13（一）变压器纵差动保护的基本原理（二）变压器差动保护的不平衡电流（三）具有制动特性的BCH-1型差动继电器14（一）变压器纵差动保护的基本原理正常运行或外部故障时，应使21II2211TATAnInITTATAnnn1221II1I2IBn1TAn2TAn1I****2IJII-I151.由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流正常情况下，变压器励磁电流为额定电流的（2%～5%），由此产生的不平衡电流很小当空载投入变压器或外部故障切除后电压恢复时，则会产生很大的励磁电流，这种暂态过程中出现的励磁电流通常称为励磁涌流（二）变压器差动保护的不平衡电流16（1）单相变压器的励磁涌流分析2Wefi)(tu1W17设在时合闸，加在变压器上的电压为：0t)sin(tUumdtdurmmtcos)cos(根据：则空载合闸时铁心中的磁通为：设合闸时电压的初相角0经过0.01秒，铁心中磁通达到最大，为：rm218rteI、utumNefI.efIrm2efi变压器励磁涌流的波形图19例1例2例3例4基波100100100100二次谐波36315023三次谐波76.99.410四次谐波96.25.4-直流66806273励磁涌流（%）励磁涌流试验数据举例20（2）励磁涌流的特征。含有很大的衰减非周期分量；含有大量的高次谐波，其中以二次谐波为主；涌流波形不连续，出现间断；涌流波形不对称21（3）影响涌流特征的因素。合闸时电压的初相角α；铁芯中剩磁的大小和方向；变压器铁芯的饱和磁通（4）防止励磁涌流引起差动保护误动的方法。采用具有速饱和铁芯的差动继电器；采用间断角原理的差动保护；利用二次谐波制动；利用波形对称原理的差动保护222.三相变压器接线产生的不平衡电流1AI1BI1CI1AI301BI1CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI30I............1AI1BI1CI1AI1BI1CI2AI2BI2CI2AI2BI2CITn1TAn2TAnY，d11变压器接线和向量图23............1AI1BI1CI1AI1BI1CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI302B2AII2C2BII2A2CIITn1TAn2TAnY，d11变压器接线和向量图24TnTAnnTA3212A2AII32AI2BI2CI2AI2BI2CI302B2AII2C2BII2A2CII1AI1BI1CI1AI1BI1CI2AI2BI2CI2AI2BI2CI2B2AII2AITn1TAn2TAnI-II-II-I************Y，d11接线变压器的纵差保护接线和向量图253.由计算变比与标准变比不同产生的不平衡电流TTATAnnn12由于电流互感器变比的标准化而不满足上述条件，于是产生不平衡电流TnTAnnTA321对YN,d11、Y,d11接线变压器：对D,d12、YN,y12接线变压器：26|1|21TATTAzannnf|31|21TATTAzannnf对D,d12、YN,y12接线变压器：对YN,d11、Y,d11接线变压器：27利用差动继电器的平衡线圈进行补偿)(21bddWWIWI1I2I1I2I****21II2IdWbW2WdbI-I28平衡线圈通常接在二次电流较小的一侧setdcalbWIIW.''2'2.)1(平衡线圈的计算匝数一般为小数，整定匝数按四舍五入原则选择整数值平衡线圈的计算匝数与整定匝数的最大误差为0.5匝29其中：||....setdcalbsetbcalbzaWWWWfTAkzajxunbnIfKI/max..在整定计算中不平衡电流按下式计算：zafmax.kIsetbW.jxKcalbW.setdW.平衡线圈的计算匝数差动线圈的整定匝数平衡线圈的整定匝数区外短路的最大短路电流平衡线圈的计算匝数与整定匝数不等的相对误差三相电流互感器接线系数304.由电流互感器变比误差产生的不平衡电流II理想特性1TA2TAunbI31由电流互感器变比误差引起的不平衡电流tkitunbi外部短路电流差动保护的不平衡电流32考虑非周期分量的影响时：TAKTAssaperjxTAunbnIfKKKI/max..TAkTAssjxTAunbnIfKKI/max..其中：ssKTAfaperK非周期分量影响系数电流互感器同型系数电流互感器的幅值误差，取10%335.有载调压变压器分接头位置改变产生的不平衡电流TAKjxUunbnIUKI/max..'12TTATAnnn'321TnTAnnTA或当分接头位置变化时，变压器的变比改变U取变压器调压范围的一半34UunbTAunbunbunbIIII..max.变压器差动保护的最大不平衡电流：TAkzaTAssaperjxnIUffKKK/)(max.35WIBB(三)具有制动特性的BCH-1型差动继电器WIBBcdW1phW2Wcdzh2W2phWzhWzhWzhI-I****KA36制动绕组的接法对差动保护性能的影响：（1）单侧电源变压器，制动绕组接于负荷侧，外部故障有制动作用，内部故障无制动作用。保护的最小动作电流为（2）单侧电源变压器，制动绕组接于电侧，外部故障有制动作用，内部故障差电流与制动电流相等。保护的最小动作电流为ropI.0ropI.237（3）双侧电源变压器且两侧电源容量相等，制动绕组接于任一侧，外部故障有制动作用，内部故障差电流为制动电流的两倍。保护的最小动作电流为ropI.138tgKres(一般取0.3~0.4)resIropI.)(kI)(unbImax.bpImax.kI无制动ropI.0caropI.2bropI.1adI39三、比率制动特性的变压器差动保护40（一）比率制动特性（二）比率制动特性的变压器差动保护的整定计算41（一）比率制动特性resIopI0.oprIABC0.resI动作判据0..oprropII0.resresII当)(0.0..resresXLoprropIIKII0.resresII当ropI.0--最小动作电流0.resI--拐点电流XLK--比率制动特性的斜率421.最小动作电流按躲过变压器在正常运行条件下产生的不平衡电流整定LHbeitxKdnIUfKKI/)(.0TANTzaTAssrelropnIfUfKKI/)(..0式中relK--可靠系数，取1.5~2.0--变压器高压侧的额定电流.TNITAn--高压侧电流互感器的变比（二）比率制动特性的变压器差动保护的定值整定43一般整定在（0.8~1.0）倍变压器的额定电流LHbeitxKdnIUfKKI/)(.0.max.0(3).max.0/oproprXLkTAresIIKInIoprIresI.0oprIABC0.resITAknI/)3(max.max.oprI2.拐点电流3.制动特性的斜率444.具有二次谐波和比率制动特性的变压器差动保护逻辑框图A相二次谐波B相二次谐波C相二次谐波五次谐波制动CT二次断线差流越限告警A相比率制动C相比率制动B相比率制动A相差动速断B相差动速断C相差动速断差动出口断线信号越限信号1111&45四、变压器相间短路的后备保护46（一）过电流保护（二）低电压起动的过电流保护（三）复合电压起动的过电流保护（四）负序过电流保护47（一）过电流保护1.单相原理接线ItQF1TAQF2KAKTKS跳QF1跳QF2信号KCO48起动电流：躲过变压器的最大负荷电流整定（1）对并列运行的变压器（2）对降压变压器.max.1LTNnIIn.1relopTNreKnIIKn.relMsopTNreKKIIK2.整定计算49（二）低电压起动的过电流保护1.单相原理接线tQF1QF2KAKTKS跳QF1跳QF2信号IUU电压回路断线信号接至低压侧TA接至高压侧TAKV1KV2KMKCO50（1）起动电流。按大于变压器的额定电流整定（2）动作电压。按小于正常运行时母线上可能出现的最低工作电压，且外部故障切除后，电动机自起动的过程中应能返回。根据运行经验2.整定计算.relopTNreKIIK.0.7opTNUU51（三）复合电压起动的过电流保护1.原理接线tQF1QF2KAKTKS跳QF1跳QF2信号IU2U电压回路断线信号KV1KV2KMKCOKAIKAIU2abc接至母线TV52负序电压继电器的动作电压，可按躲开正常运行时的最大不平衡电压整定。通常取2.(0.06~0.12)opTNUU2.整定计算53(四)负序过电流保护1.原理接线tQF1QF2KAKTKS跳QF1跳QF2信号IU电压回路断线信号KVKMKCOab接至母线TVI2滤过器I254动作电流的整定原则：（1）躲变压器正常运行时，负序电流滤过器的最大不平衡电流，一般为（2）躲线路一相断线时引起的负序电流（3）与相邻元件上的负序电流保护在灵敏度上配合.(0.1~0.2)TNI2.整定计算55五、变压器的接地保护56（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护（二）部分变压器中性点接地的零序电流电压保护（三）中性点经放电间隙接地的零序电流电压保护57（一）中性点直接接地变压器的零序电流保护III2t01t03t04t0II11QFQF2QF1TA0跳QF跳QF1、QF258按与相邻元件的零序电流保护Ⅰ段配合bIoprelIopKIKI1.0.01t0.5121tt0.5相邻元件