变压器保护原理

1.1变压器比率制动式差动保护比率制动式差动保护是变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障。变压器保护装置最多可实现四侧差动，动作特性图如图6-1-1所示：0I制制制制制res)res.0op.0制制制制制op)III图6-1-1比率差动保护动作特性图1.1.1比率差动原理1.1.1.1差动动作方程如下0.opopII当0.resresII;0.resres0.opopSI-III当0.resresII(6-1-1)opI为差动电流，0.opI为差动最小动作电流整定值，resI为制动电流，0.resI为最小制动电流整定值，S为比率制动系数整定值，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。1.1.1.1.1对于两侧差动：opI=|21II|(6-1-2)resI=|21II|/2(6-1-3)1.1.1.1.2对于三侧及以上数侧的差动：opI=|1I+2I+…+kI|(6-1-4)resI=max{|1I|，|2I|，…，|kI|}(6-1-5)式中：4K3，1I，2I，…kI分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。1.1.1.1.3对于无电源低压侧带分支的两圈变差动：opI=|321III|(6-1-6)resI=|321III|/2(6-1-7)式中：1I、2I、3I分别为变压器高压侧、低压侧A分支和低压侧B分支电流互感器二次侧的电流。1.1.2励磁涌流判别保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据。判别方程如下：1.op22.opKII(6-1-8)式中：2.opI为A，B，C三相差动电流中最大二次谐波电流，2K为二次谐波制动系数，1.opI为三相差动电流中最大基波电流。该判据闭锁方式为“或”闭锁，即涌流满足(6-1-8)式，同时闭锁三相保护。1.1.3比率制动式差动保护逻辑图如图6-1-2所示：闭锁控制字&差动硬压板投入差动软压板投入差动启动元件动作差动元件动作二次谐波制动TA断线检测&差动出口断线信号图6-1-2差动保护逻辑图1.1.4差流速断、差流越限保护逻辑图差流速断保护逻辑图如图6-1-3所示：差动硬压板投入差流速断动作速断启动元件动作速断软压板投入&速断出口图6-1-3差流速断保护逻辑图当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。差流越限保护逻辑图如图6-1-4所示：制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制&制制制制制制t&图6-1-4差流越限保护逻辑图1.1.5TA断线判别当三相电流都大于0.2倍的额定电流时，启动TA断线判别程序，满足下列条件认为TA断线：a．本侧三相电流中至少一相电流不变；b．最大相电流小于1.2倍的额定电流；c．任意一相电流为零。1.2过流保护变压器的中、低压侧发生区外故障时，由于后备保护装置直流电源故障而造成保护拒动时有发生，严重地威胁变压器的安全运行和电网的稳定，为了避免这种情况的发生，变压器的中、低压侧各设一段过流保护，作为变压器的后备保护，该保护动作后作用于变压器各侧断路器。1.2.1过流保护的逻辑图如图6-2-1所示：过流硬压板投入过流软压板投入过流启动元件动作过流动作&过流出口t&图6-2-1过流保护的逻辑图1.3相间后备保护复合电压过流保护，Ⅰ、Ⅱ段可带方向闭锁，由控制字选择，方向电压取本侧电压，方向元件带有记忆功能以消除近处三相短路时方向元件的死区。复合电压闭锁过流保护可取三侧复合电压，任一侧复合电压动作均可启动过流保护。该保护由复合电压元件、相间方向元件及三相过流元件“与”构成。其中复合电压元件、相间方向元件可由软件控制字选择“投入”或“退出”，相间方向的指向也可由软件控制字选择为指向变压器（方向指向控制字整定为1，最大灵敏角为-45）或为指向母线（方向指向控制字整定为0，最大灵敏角为135）。1.3.1复合电压1.3.1.1复合电压元件复合电压动作后提供两对触点，用于启动其它侧复合电压过流保护；同时也可以用其它侧的复合电压启动本侧的复合电压过流保护通过开入量)。1.3.1.2保护原理复合电压元件由负序电压和低电压两部分组成。负序电压反映系统的不对称故障，低电压反映系统对称故障。1.3.1.3判据说明下列两个条件中任一条件满足时，复合电压元件动作。op.22UUop.2U为负序电压整定值；opUUopU为低电压整定值，U为三个线电压中最小的一个。1.3.1.4复合电压的逻辑图如图6-3-1所示：&制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制≥1制制制制制制制TV制制制制图6-3-1复合电压逻辑图1.3.2复合电压(方向)过流保护1.3.2.1判据说明1.3.2.1.1过流元件过流元件接于电流互感器二次三相回路中，当任一相电流满足下列条件时，过流元件动作。opIIopI为动作电流整定值。1.3.2.1.2相间功率方向元件方向元件的软件算法采用90°接线方式，动作判据为(以AI，BCU为例)：0eˆR45jABCeIU（灵敏角45sen）Re表示取向量的实部。1.4接地后备保护对于110kV及以上电压等级的变压器需要设置接地保护。对中性点直接接地运行的变压器，配置三段式零序（方向）过流保护。第一段和第二段均带方向，并各段方向元件可独立通过控制字投退，第三段不带方向(专用去零序联跳)。第一段和第二段均有两个时限，第三段仅一个时限。本装置针对变压器中性点可能接地动行或不接地运行，对外部单相接地引起的过电流，及因失去接地中性点引起的电压升高，除配置上述零序（方向）过流保护外，还按情况设如下保护。a.对分级绝缘变压器，一般要求中性点装设放电间隙，则配反应零序电压和间隙放电电流的间隙零序保护。b．对一些中性点尚未装设放电间隙的分级绝缘变压器，有的地方仍用零序联跳，保护先切除同一变电站中的不接地变压器，然后再跳开同一变电站中的中性点接地变压器。c.对全绝缘变压器，中性点不接地时设有一段零序电压保护，该保护动作后均跳主变各侧开关。对中、低压侧配置一段零序电压保护，用于单相接地故障时发告警信号。1.4.1零序（方向）过流保护零序（方向）过流保护作为变压器或相邻元件接地故障的后备保护，该保护由零序过流元件及零序功率方向元件“与”构成。其中，零序功率方向元件可由软件控制字整定“投入”或“退出”，零序功率方向的指向可由软件整定为指向变压器或母线。1.4.1.1保护原理由零序过流元件及零序功率方向元件“与”构成。其中，零序功率方向元件可由软件控制字整定“投入”或“退出”，零序功率方向的指向可由软件整定为指向变压器或母线。1.4.1.2判据说明1.4.1.2.1零序过流元件零序方向过流保护的过流元件可用三相TA组成的自产零序电流，也可以用变压器中性点专用零序TA的电流。装置提供“动作电流选择”控制字以供用户选择，该控制字整定为“1”时，过流用自产零序电流；该控制字整定为“0”时，过流用专用零序电流。不带方向的零序过流保护第三段的过流元件用变压器中性点专用零序TA的电流。1.4.1.2.2零序功率方向元件零序过流保护的方向电流元件用自产零序电流。方向指向变压器，方向指向控制字为“1”时，灵敏角为-110°；方向指向母线，方向指向控制字为“0”时，灵敏角为70°。动作判据：0eˆ3R110j00eIU3（灵敏角110sen）Re表示取向量的实部。零序方向元件的电流取自三相TA组成的零序回路中的自产零序电流，TA的正极性端在母线侧；电压可以取三相TV组成的零序回路中的自产零序电压，也可以取TV开口三角电压。1.4.1.2.3零序电压闭锁元件可由软件控制字整定“投入”或“退出”。零序电压闭锁元件的零序电压取自TV开口三角电压。1.4.1.3零序方向元件TA与TV的极性连接图如图6-4-1所示：*制制TA**制制制制制制TATV制制制制制制制制制制制制制制制制制***图6-4-1零序方向元件TA与TV间的极性连接图1.4.1.4零序方向过流保护逻辑框图如图6-4-2所示：制制制制制制制制制制制TV制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制制&≥1&≥1&制制制制制制制制制制制制制制出口&t制制制制制制制制图6-4-2零序方向过流保护逻辑图1.4.1.5零序方向元件的动作特性装置设有“方向指向”控制字，当TA极性接线符合上述接线示意图时，控制字指向设为“1”，方向指向变压器，方向灵敏角为-110°；方向指向设为“0”，方向指向母线，方向灵敏角为70°。方向元件的动作特性如图6-4-3所示：110°制制制制制制制制制制制制制制制制70°制制制制制制制制制制制制制制制制3I03U03I3U00图6-4-3a方向指向变压器时的动作区(阴影侧)图6-4-3b方向指向母线时的动作区(阴影侧)1.4.2零序电压保护对全绝缘变压器因系统失去接地中性点引起的电压升高，设高压侧零序过电压保护做接地后备；对中、低压侧配置一段零序过电压保护，用于接地故障时发告警信号。零序电压取自母线TV二次开口三角。1.4.3零序联跳保护适用于变压器中性点接地运行系统中，变电站有两台或两台以上并联运行的中性点未装放电间隙的分级绝缘变压器。变压器中性点不接地运行变压器的零序联跳保护由零序电流闭锁元件、零序电压元件和开入量组成，该开入量为变压器中性点接地运行变压器的零序过流保护的动作触点。零序电压取自母线TV二次开口三角侧，零序电流取变压器中性点专用零序电流互感器。1.4.4间隙零序保护该保护适用于中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器，保护由零序电压元件和零序电流元件构成，零序电压取自母线TV二次开口三角侧，零序电流取自放电间隙处电流互感器。由于间隙在击穿的过程中，零序电压和零序电流可能交替出现。当间隙电压元件或间隙电流元件动作后，保持一定时间，经过延时保护动作。间隙零序过流保护则仅由零序电流元件构成，零序电流取自放电间隙处电流互感器。与零序过电压保护共同实现间隙零序保护的功能。1.5过负荷（有载调压闭锁、通风启动）保护装置设有三个保护分别对应这三项功能，取最大相电流作为判别。装置给出一副通风启动触点，一副有载调压闭锁触点。1.6限时速断保护变压器的低压侧配置限时速断保护，在线路近端故障断路器拒动或母线故障时，以较短时限跳开本侧断路器，避免了因复压闭锁过流保护时限过长而烧坏变压器。1.7母线充电保护母线充电保护是一种限时电流速断保护，仅在对母线充电时短时投入。在检测到母线充电开入（断路器HWJ）从断开变至闭合时，短时投入母充保护，15s后自动退出母充保护。1.8TV断线判别1.8.1判据原理a．负序电压大于8V，三相电流均小于1.2倍额定电流。b．正序电压小于30V，且任一相电流大于0.06倍额定电流，且三相电流均小于1.2倍额定电流。满足上述任一条件后延时10s报母线TV断线，发TV断线信号。1.8.2与电压有关的判别的注意事项当某侧TV检修或旁路代路时，为保证该侧后备保护的正确动作，需退出该侧“电压投退”硬压板，此时该侧后备保护的功能有如下变化：a.复合电压仅取本侧时，复合电压（方向）过流保护自动解除本侧复合电压元件，变为单纯的过流保护；b.复合电压方向过流保护自动解除方向元件，即该保护不再带方向性；c.TV断线检测功能解除；d.本侧复合电压功能解除，本侧复合电压判别不会动作；e.零序方向过流保护自动解除方向元件，即该保护不再带方向性。1.9非电量保护原理WBH-814装置完成变压器所有的非电量保护。该装置可实现15路非电量保护，其中6路非电量保护可以通过CPU延时跳闸，延时可以投退，所有的非电量保护都可发跳闸或告警信号。根据非电量保护动作行为，整定相应的出口位