第6章-变压器保护-微机保护

机械工业出版社教材配套电子教案电力系统继电保护刘学军编制第6章电力变压器保护6.2变压器的气体保护气体保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成气体保护。1、气体继电器的构成和工作原理：为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有1％～1.5％的升高坡度，通往继电器的连接管具有2％～4％的升高坡度。为什么变压器是斜着的？2，气体继电器是构成气体保护的主要元件，它安装在油箱与油枕之间的连接管道上，如图6-1所示。6.2变压器的气体（瓦斯）保护图6-1气体继电器安装示意图气体继电器安装：气体继电器结构：图6-2QJI-80气体继电器结构图图6-1气体继电器安装示意图变压器储油池2、变压器气体保护的接线图6-3变压器气体保护原理接线图2、变压器气体保护的接线•图10-25为瓦斯保护接线图，当气体继电器KG轻瓦斯触点（上触点）闭合，通过信号继电器1KS，延时发出预告信号；重瓦斯触点（下触点）闭合后，经信号继电器2KS、连接片XB接通中间继电器KM，作用于断路器跳闸，切除变压器。•为避免气体继电器下触点受油流冲击出现跳动现象造成失灵，出口中间继电器KM具有自保持功能，利用KM第三对触点进行自锁，见图10-25，以保证断路器可靠跳闸，其中按钮SB用于解除自锁，如不用按钮，也可用断路器1QF辅助常开触点实现自动解除自锁。但这种办法只有出口中间继电器KM距高压配电室的断路器距离较近时才可采用，否则联线太长不经济。连接片XB用以将气体继电器下触点切除到信号灯，使重瓦斯保护退出工作。2、变压器气体保护的接线•瓦斯保护动作后，应从气体继电器上部排气口收集气体。根据气体数量、颜色、化学成份、可燃性等，判断保护动作的原因和故障的性质。•瓦斯保护和差动保护均为变压器的主保护，在较大容量的变压器上要同时采用，瓦斯保护接线简单，灵敏性高动作迅速，但它只能反映油箱内部故障，不能保护油箱外的引出线和套管上的故障，只能靠差动保护动作于跳闸，因此，瓦斯保护不能单独作为变压器的主保护。主要优点：主要缺点：因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。对气体保护评价：不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。6.3变压器的电流速断保护变压器的电流速断保护是反应电流增大而瞬时动作的保护。装于变压器的电源侧，对变压器及其引出线上各种型式的短路进行保护。为保证选择性，速断保护只能保护变压器的部分，它适用于容量在10MVA以下较小容量的变压器,当过电流保护时限大于0.5s时，可在电源侧装设电流速断保护，其原理接线如图6-4所示。6.3.1变压器电流速断保护的工作原理及接线6.3变压器的电流速断保护图6-4变压器的电流速断保护接线(1)按躲开变压器负荷侧出口K1短路时的最大短路电流来整定,即(6-1)6.3.2电流速断保护的整定计算1maxoprelKIKI(2)躲过励磁涌流。根据实际经验及实验数据，一般取（6-2）按上两式条件计算，选择其中较大值作为变压器电流速断保护的动作电流。K1K23~5opTNII6.3.2电流速断保护的整定计算按变压器原边K2点短路时，流过保护的最小短路电流校验,即3.变压器电流速断保护评价：缺点:优点：接线简单，动作迅速。只能保护变压器的一部分。(2)2min2KsenopIKIK1K2(6-3)变压器相间短路的后备保护及过负荷保护变压器相间短路的后备保护即是变压器主保护的后备保护，又是相邻母线或线路的后备保护。变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、带低电压启动的过流保护、复合电压启动的过流保护、负序过流保护等。反应相间短路电流增大而动作的过电流保护作为变压器的后备保护。为满足灵敏度要求，可装设过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护，负序过电流保护，甚至阻抗保护。6.56.5.1变压器相间短路的过电流保护maxI1LTNmIm起动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流进行整定：(1)对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器时所出现的过负荷。当各台变压器的容量相同时，可按下式计算(2)对降压变压器应考虑电动机的自起动电流。过电流保护的动作电流为relmaxreKIKopLImaxssTILNIK(6-20)(6-21)(6-22)保护装置的灵敏度校验:过电流保护作为变压器的近后备保护，灵敏系数要求大于1.5，远后备保护的灵敏系数大于1.2。保护的动作时间比出线的第三段保护动作时限长1个时限阶段。过电流保护装置应装于变压器的电源侧，保护动作后，跳开变压器两侧断路器。2minmin1.2~1.5KSopIKI6.5.1变压器相间短路的过电流保护(6-23)变压器相间短路的过电流保护单相原理接线图采用低压起动的过电流保护。只有电压测量元件和电流测量元件同时动作后才能起动时间继电器，经预定的延时发出跳闸脉冲。低电压启动的过流保护原理接线图如图6-21所示。保护启动元件由电流继电器和低电压继电器构成。电流继电器1KA、2KA、3KA的一次动作电流按躲开变压器额定电流IN来整定，即6.5.2、低电压起动的过流保护NTrerelopIKKI当过电流保护不能满足灵敏度要求时，怎么办？minULoprelreUKK(6-24）(6-25)按躲开正常运行时最低工作电压整定，即min0.9,1.1~1.2,1.15~1.2LNrelreUUKK6.5.2、低电压起动的过流保护•低电压继电器1KV、2KV、3KV的一次动作电压按躲开正常运行时的最低工作电压整定。一般取Uop=0.7UT.N（UT.N为变压器的额定电压）。•电流元件的灵敏系数按式(6-23)校验，电压元件的灵敏系数按下式校验•(6-26)•式中Uk.max——最大运行方式下，灵敏系数校验点金属性三相短路时，保护安装处的最大电残压。maxopsenKUKU低电压起动的过电流保护原理接线图：图6-21低电压启动过流保护的原理接线图6.5.3复合电压起动的过电流保护由负序电压滤过器、过电压继电器及低电压继电器组成复合电压起动回路。6-22复合电压启动的过流保护原理接线图1、工作原理当发生各种不对称短路时，出现负序电压，过压继电器动作其常闭接点断开低电压继电器失电其常闭接点闭合起动中间继电器，低压闭锁开放。若电流继电器也动作，则起动时间继电器，经预定延时发出跳闸脉冲。2、整定计算1）电流继电器一次动作电流按式（6-24）整定2）负序电压继电器的一次动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，根据运行经验可取Uop.2=0.06UN（UN为电源额定相间电压）。3）接在相间电压上的低电压继电器的一次动作电压，按躲过电动机自启动的条件整定。对于火力发电厂的升压变压器，还应考虑能躲过发电机失磁运行时的最低运行电压，一般可取Uop=(0.5～0.6)UN。6.5.3复合电压起动的过电流保护6.5.3复合电压起动的过电流保护•4）灵敏系数按后备保护范围末端两相金属性短路情况下校验，要求灵敏系数不小于1.2。•电流元件•式中——后备保护范围末端两相金属性短路时流过保护装置的最小短路电流。•负序电压元件•式中——后备保护范围末端两相金属性短路时，保护安装处的最小负序电压。•相间电压元件KV的灵敏系数按式(6-26)整定2.)2(min.min.opksIIK)2(min.kI2.)2(2.min.min.kksUUK)2(2.min.kU（6-27）（6-28）复合电压启动的过流保护，采用负序电压继电器的整定值较小，对于不对称短路提高了灵敏系数。对于对称短路，KV的返回电压为其启动电压的1.15～1.2倍，因此电压元件比低电压过流保护灵敏系数可提高倍1.15～1.2。对于大容量变压器，由于变压器额定电流较大，电流元件的灵敏系数可能不满足要求，为此，可选用负序电流及单相式低电压启动的过电流保护。6.5.3复合电压起动的过电流保护6.5.4负序电流及单相式低电压启动的过流保护对于大型发电机一变压器组，额定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵敏度的要求，可采用负序电流保护。其原理接线如图所示。它是由反应对称短路的低电压起动的过电流保护和反应不对称短路的负序电流保护组成。图6-23负序电流及单相式低电压启动过流保护原理接线图负序电流继电器的一次动作电流按以下条件选择：(1)躲开变压器正常运行时负序电流滤过器出口的最大不平衡电流。其值为(2)躲开线路一相断线时引起的负序电流。负序电流保护的灵敏度较高，接线也较简单，但整定计算比较复杂，通常用在31.5MVA及以上的升压变压器。2minsen2IK1.2IKop0.1~0.2opTNIIIk2.min为远后备保护范围末端不对称短路时流过保护最小负序电流。（6-29）6.5.5变压器的过负荷保护变压器过负荷电流三相对称，过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经过较长的延时后发出信号。原理接线如图所示。过负荷保护的整定计算：过负荷保护的动作电流按躲过变压器的额定电流进行整定：过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时限长一个时限阶段，一般取10s。rel1reKIIKopTN6.5.5变压器的过负荷保护（6-30）1.050.85relreKK6.6变压器的零序电流保护对l10kV以上中性点直接接地系统中的电力变压器，一般应装设零序电流(接地)保护，作为变压器主保护的后备保护和相邻元件短路的后备保护。大接地电流系统发生单相或两相接地短路时，零序电流的分布和大小与系统中变压器中性点接地的台数和位置有关。电网中发生接地短路时，零序电流大小及分布与电网中中性点接地数目和位置有关，对中性点绝缘水平较高的分级绝缘变压器和全绝缘变压器，可安排一部分变压器中性点接地运行，另一部分变压器中性点不接地运行，以保证电网在各种运行方式下，变压器中性点接地数目和位置尽量不变，才能保持零序保护的动作范围稳定，且有足够的灵敏系数。6.6.1中性点直接接地的变压器的零序电流保护•中性点直接接地变压器需要装设零序电流保护，其原理接线图如图6-25所示。保护用零序电流互感器TAN接在中性点引出线上，其额定电压可选低一级，其变比根据短路电流引起的热稳定和电动力动稳定条件来选择。6-25中性点直接接地变压器零序电流保护的原理框图6.6.1中性点直接接地的变压器的零序电流保护•为缩小接地故障的影响范围及提高后备保护的快速性，通常在中性点处配置两段式零序电流保护。每段各带两级时限。零序I段作为变压器及母线的接地故障后备保护，其动作电流与引出线零序电流保护I段在灵敏系数上配合整定，以较短延时（t1）作用于跳开母联断路器或分段断路器QF；以较长延时(t2)作用于跳开变压器。零序II段作为引出线接地故障的后备保护，零序电流保护II段动作电流和时限应与相邻元件零序保护的后备段相配合，第一级短延时(t3)与引出线零序后备段动作延时配合，第二级长延时(t4)比第一级延长一个阶梯时限Δt。6.6.1中性点直接接地的变压器的零序电流保护•零序电流保护I段动作电流为•(6-31)•式中Kco——配合系数，取1.1～1.2；•Kb——零序电流分支系数，其值等于在最大运行方式下，相邻元件零序电流保护I段保护范围内末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过相邻元件保护的零序电流之比。•Iop.0I——相邻元件零序电流保护I段动作值。•第一级时间t1=0.5～1s，第二级时间t2=t1+Δt。•零序电流保护II段动作电流为•(10-36)•式中Iop.0II——相邻元件零序电流保护段II动作值。IlopbcoIopIKKI0.0.I