变压器保护配置

变压器保护配置及相关问题1.概述1.1.变压器的故障和不正常状态(1)绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地处的单相接地短路；(2)绕组的匝间短路；(3)外部相间短路引起的过电流：(4)中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；(5)过负荷；(6)过励磁；(7)油面降低；(8)变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障1.2对变压器保护的基本要求(1)变压器发生故障时应将它与所有电源断开。(2)母线或其它与变压器相连的其它元件发生故障，而故障元件由于某种原因（保护拒动或断路器失灵等）其本身断路器未能断开情况下，应使变压器与故障部分分开。(3)当变压器过负荷、油面降低、油温过高时，应发出报警信号2．变压器差动保护2.1变压器差动保护应符合的要求规程规定：(1)应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流(2)应在变压器过励磁时不误动(3)保护范围应包括变压器及其引出线2.2变压器差动保护需要考虑的特殊问题2.2.1变压器励磁涌流变压器的高低压侧是通过电磁联系的，仅在电源一侧存在励磁电流，它是差动保护中不平衡电流的一部分。在正常情况下，其值很小，小于变压器额定电流的3%。当发生外部短路故障时，由于电源侧母线电压降低，励磁电流更小，因此这些情况下的不平衡电流对差动保护的影响一般可不必考虑。在变压器空载投入电源或外部故障切除电压恢复过程中，会出现励磁涌流。励磁涌流有如下特点：(1)励磁涌流的大小与合闸瞬间外加电压的相位有关，电压过零时合闸涌流最大，可达5—10倍的额定电流。这样，对于三相变压器，无论任何瞬间合闸，至少有两相会出现不同程度的励磁涌流。(2)励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波，在最初瞬间可能完全偏向时间轴一侧，其中二次谐波分量所占比例最大，四次以上谐波分量很小。(3)最初的几个周期内，励磁涌流的波形是间断的。(4)励磁涌流的大小和衰减速度，与合闸时电压相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量、变压器容量及铁芯材料有关。由于涌流只存在于变压器的电源侧，如不采取措施必将导致保护的误动作，根据涌流的性质，可采取以下措施：(1)利用励磁涌流中的非周期分量使继电器铁芯保护，自动提高保护的动作电流。如使用速饱和铁芯的的差动继电器。(2)利用延时动作或提高动作值躲过涌流。(3)用短路电流和励磁涌流波形的差别来躲涌流。如目前成熟使用的利用二次谐波制动和间断角闭锁的微机型差动保护。鉴于涌流受多种因素影响，二次谐波制动系数的定值整定只能是一个经验数值，一般取15—20％，定值过大可能导致在空投变压器或区外故障切除时差动保护动作，过小则有可能使得变压器内部故障时差动保护动作时间延长。差动保护中二次谐波的闭锁方式有两种，按相闭锁和三相“或”门闭锁。这两种方式也是各有利弊。按相闭锁是指三相涌流中某相二次谐波满足制动条件，则只闭锁该相的差动保护，由于变压器空载合闸时三相涌流中某相波形的二次谐波成分有可能小于15％，将导致空投时差动保护的误动；三相“或”门闭锁是指三相涌流中任一相二次谐波满足制动条件，三相差动保护均被闭锁，这种闭锁方式可以提高差动保护的可靠性，但是在带有闸间短路的变压器空载合闸时，差动保护将因非故障相的励磁涌流而闭锁，造成变压器闸间短路的延缓切除，使损坏更加严重，变压器容量越大延缓时间就越长。投那种方式，应视具体情况而定，当选择按相闭锁方式时，可采取两相差动动作才出口的方式。新变压器投运或大修后投运以及更换主变差动保护后，都要进行3-5次的空载投入冲击试验，除去一次设备的要求外，检验差动保护在涌流情况下的动作特性也是其重要原因。所以空载投入变压器时应将差动保护投入，以检验该变压器差动保护躲涌流的定值是否合适，如出现误动应及时调整定值。2.2.2变压器接线组别的影响和措施对于常用的Y,d11接线的变压器，由于三角侧的线电压与星形侧相应的线电压相差30°，故其相应相的电流相位关系也相差30°，即三角侧的电流比星形侧的同一电流在相位上超前30°，因此即使变压器两侧电流互感器的二次电流相等，在差动回路中也会出现不平衡电流。对这种由接线形式引起的不平衡电流，一般采用相位补偿法补偿，即将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，而将变压器三角侧的电流互感器接成星形，从而把电流互感器二次电流的相位校正过来。微机型差动保护多通过软件计算完成相位补偿，两侧的电流互感器都接成星形。2.2.3带负荷调压在运行中改变分接头有载调压变压器在运行中，常常需要改变分接头以调整电压，这样实际上改变了变压器的变比，从而增大了差动回路中的不平衡电流，这一问题的解决一般采用提高保护动作电流来消除影响。2.2.4区外故障不平衡电流的增大变压器在正常负荷状态下，电流互感器的误差很小，这时差动保护的差回路不平衡电流也很小。但随着外部短路电流的增大，电流互感器就可能饱和，误差也随着增大，不平衡电流也随之增大。当不平衡电流超过保护动作电流时，差动保护就误动。如果将差动保护做成这样的特性：它的动作电流将随着不平衡电流的增大而按比例增大，且比不平衡电流增大的还要快，则上述误动就不会出现。现在广泛采用的比率制动式差动保护就具备这样的特点。2.3差动速断保护变压器的差动速断保护实际上就是反应差动电流的过电流继电器，不经任何闭锁和制动，靠定值整定躲过涌流和不平衡电流，任一相差电流大于动作值就动作于出口继电器，以保证在差动范围内发生严重故障时能快速动作出口。2.4比率制动差动保护比率制动是目前差动保护的主流动作原理，各厂家各型号的差动保护都采用原理，所不同之处只是涌流判据和采取什么样的比率制动特性。比率制动差动保护除了引入差动电流作为动作电流外，还引入外部短路电流作为制动电流，当外部短路电流增大时，制动电流随之增大，是差动继电器的动作电流相应增大。这样就可以在不提高动作整定值的情况下，有效避免由于外部短路时不平衡电流引起的误动，并保证差动保护范围内短路时的动作灵敏度。IdminIrminIdarctanKIr图1比率差动保护的动作特性比率制动差动保护的通用特性如式1，特性曲线如图1：Id≥Idmin（IrIrmin）(1)Id≥Ir+K(Ir-Irmin)（Ir≥Irmin）式中，Id—差动电流K—差动动作特性斜线段的斜率Idmin—差动电流动作门槛定值Ir—制动电流Irmin—制动电流拐点值。按照制动系数定义Kres＝Iop／Ires（2）式中Iop为差动保护的动作电流；Ires为差动保护的制动电流。当差动保护动作特性不过原点时，Kres显然与差动保护动作特性中的斜率K是不同的。当制动电流小于Irmin时，差动保护的动作取决于差电流门槛值Idmin，与制动电流无关。此时制动系数无意义。当制动电流大于拐点制动电流时，拐点制动电流越小，则制动系数Kres越大。制动系数Kres随着制动电流的增大，越来越逼近动作特性的斜率。即当发生严重故障时，保护动作的灵敏度仅与动作特性的斜率有关，而与差动电流门槛值和拐点制动电流无关。由以上分析可知，为了使发生外部故障时保护不误动作，拐点制动电流不能取得太大。通常取差电流门槛值略大于正常情况下的最大不平衡电流。与此对应，取拐点制动电流为接近于正常情况下的制动电流。常规差动在正常工作时，制动电流大小为负荷电流，接近于额定电流。考虑到此时电流互感器误差较小，可以将拐点制动电流取在额定电流附近。通常通过比较制动系数的大小来评价差动保护的动作性能：对于相同的制动电流Ires，当制动系数越大时，区内故障使保护能够动作的差动电流越大，保护动作越不灵敏；另一方面，对于区外故障而言，制动系数越大，允许两侧CT的饱和及暂态误差越大，保护越不容易误动。对于新安装的差动保护在正式投运前应作如下工作：a.安装时进行电流互感器二次极性测试，确保按装置要求的接线方式接入电流互感器二次回路b.在变压器充电时，投入差动保护c.变压器充电合闸5次，以检查差动保护躲励磁涌流的性能和定值d.带负荷前将差动保护停运，打开跳闸压板，测量各侧各相电流的有效值和相位，并检查是否与实际相符e.测各相差电流，f.检查无误后，投入差动保护2.5变压器本体保护变压器本体保护主要包括本体重瓦斯、本体轻瓦斯、有载重瓦斯、压力释放、超温等保护，超高压大容量变压器有的还需要设置“冷却器全停”保护，经长延时后跳闸。压力释放动作于变压器本体油箱压力释放阀的接点，超温跳闸动作于感受变压器油温的电子温度计接点，由于这两种保护的可靠性较低，维护也不宜，一般现场都不投跳闸。瓦斯保护是最主要和最基本的本体保护，和变压器差动保护一起构成变压器的主保护。瓦斯保护主要反映变压器油箱内部的各种故障，特别是铁芯故障。无论差动保护或其它保护如何改进提高性能，也不能代替。当然，瓦斯保护也不能代替差动保护，因为它无法保护变压器套管引出线和连接线短路故障，另外，内部电气故障是瓦斯保护的反应较慢。由于瓦斯保护和差动保护的重要性，运行中的变压器是不允许退出的，确有必要时，必须经总工批准。瓦斯保护动作于瓦斯继电器，目前常用的为开口杯和挡板复合式继电器，安装于变压器油枕和本体油箱的连接油管上，变压器内部的任何故障都会引起油箱内油气的变化，从而使瓦斯继电器动作。瓦斯继电器一般可提供轻瓦斯和重瓦斯两种接点，轻瓦斯联动于继电器上部的开口杯，反应继电器内油面的下降，动作于信号，定值以体积整定；重瓦斯接点联动于继电器内部的挡板，反应油管内油流速的变化，动作于跳闸。运行实践表明，瓦斯继电器的误动作率较高，且误动原因较难明确。安装使用中要特别注意。现在常用的瓦斯继电器，其重瓦斯接点一般是三柱两接点，安装时应将两副接点串联使用，以保证可靠性。东北地区还有自己的特殊要求。相关反措要求还有：重瓦斯跳闸重动中间继电器的动作电压不能低于50%的额定电压；重瓦斯出口中间不能与其它保护共用等。2.6110KV及以下变压器后备保护配置根据继电保护和安全自动装置技术规程、3—10KV电网继电保护装置运行整定规程中有关条文要求：电力变压器应装设外部接地、相间短路引起的过电流保护及中性点过电压保护装置，以作为相邻元件及变压器内部故障的后备保护。也就是说，变压器后备保护不仅要作变压器故障的后备保护，还常常要兼顾本侧出线故障的后备保护，110KV及以下系统中电源侧后备保护还常常兼作负荷侧母线短路和出线的后备保护。变压器后备保护的配置原则、跳闸方式、整定原则等都应符合上述规程规定，以达到快速切除故障缩小故障范围，保证系统稳定和主设备安全。继电保护系统配置的最基本要求。1)任何电力设备和线路，不得在任何时候处于无继电保护的状态下运行。2)任何电力设备和线路在运行中，必须在任何时候由两套完全独立的继电保护分别控制两台完全独立断路器实现保护。2.6.1相间故障变压器后备保护(1)过电流保护变压器各侧的过电流保护过电流元件按相设置，均按躲开变压器可能出现的最大负荷电流整定，但不作为短路保护的一级参与选择性配合，其动作时间应大于出线保护的最长时间。最大负荷要考虑事故时，可能出现的过负荷，如并列运行的变压器切除一台后，另一台可能出现的过负荷，对降压变压器还要考虑电动机自启动时的最大电流。上述保护动作应跳各侧变压器。(2)复合电压闭锁过流作为变压器短路故障的后备保护应主要作为相邻元件及变压器内部故障的后备保护。常常因灵敏度不足而增加复合电压闭锁回路。也就是说，在不对称性故障时，出现负序电压以及在对称性故障保护安装处三相电压低于某一值时，才可开放过电流保护，这样使复合电压闭锁过流的电流定值大大下降，也就提高了灵敏度。使用复合电压闭锁过流应注意以下问题：1)在电压侧要求配置相间短路故障后备过流保护时，一般要求作对侧母线相间故障的后备保护，此时不仅要求电流整定要有灵敏度，而且要校验复合电压闭锁的开放电压也要有灵敏度。否则会导致低压侧母线故障时应电压未降到开放值而使保护拒动。常用的做法是高压侧的复合电压闭锁元件取三侧电压构成“或”门或将各侧复压接点并联构成“或门。2)各侧、各段电流元件是否经复压闭锁应能分别投退3)复压元件应具备电压互感器二次回路断线或电压元件检修时保护误开放的措施。(3)带