第五章电力变压器的继电保护

1、第六章 电力变压器的继电保护,故障类型、不正常运行状态 保护方式及保护配置 瓦斯保护 差动保护 电流、电压保护,电力变压器,330KV变压器,220KV变压器,500KV变压器,110KV变压器,套管,第一节 电力变压器的继电保护,电力变压器 是电力系统中大量使用的重要电器设备，它的故障对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常重要的元件。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。,一、电力变压器的故障,相间短路 油箱内 接地短路匝间短路油箱内部故障对变压器来说 是非常的危险，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。 相间短路 油箱外 接地短路(套管和引线),变压器故障按严酷程度分类根据变压器故障程度不同，对不同故障模式进行严酷程度分类： (1) 类灾难性：变压器爆炸或完全损坏； (2) 类致命性：变压器性能严重下降或严重受损，必须立即停运； (3) 类临界性：变压器性能轻度下降或轻度受损； (4) 类轻度性：不甚影响变压器运行但要进行非计划检修。,变压器故障按原因分类 对变

2、压器故障的原因，基本上可以做如下分类： (1) 制造：制造工艺不良、设计不合理、材料质量不良、异物进入、杂质； (2) 维护：维护不当、受潮、操作失误、振动；(3) 环境：外部短路、雷电侵袭、自然损坏； (4) 其它。,二、不正常运行,过电流、过电压、过负荷、油面降低、过励磁等,三、保护配置,1、瓦斯保护：800KVA的油浸式Tr400KVA的车间内Tr反映变压器油箱内部各种短路故障和油面降低,三、保护配置,2、纵差动保护：反映变压器绕组和引出线的相间短路， 以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速短保护一般：并列运行变压器6300KVA单独运行变压器10000KVA重要单独运行变压器6300KVA都应装设差动保护2000KVA变压器的电流速断保护Klm不够时，也装设差动保护,三、保护配置,3、电流速断保护10000KVA 变压器 且过电流保护时限大于0.5S时当灵敏度不满足要求时，宜装设纵差保护。,4、外部相间短路引起过电流时应采取的保护 （1）过电流保护：用于降压Tr （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：升压Tr及

3、（1）的Klm不够的降压Tr （4）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：大容量升压Tr及联络Tr （5）阻抗保护：对升压Tr和系统联络Tr当Klm及选择性不够时采用,三、保护配置,5、外部接地短路时应采取的保护 （1）零序电流保护直接接地系统 （2）零序方向电流保护直接接地系统，有选择性要求,（3）零序过电压保护；,中性点装放电间隙的加零序电流保护,Tr部分接地，部分不接地，当接地变压器跳闸后，不接地变压器继续带电运行时装设相应保护,三、保护配置,6、过负荷保护并列运行变压器、 备用变压器等保护接于一相流 上延时作用于发信号，必要时自动减负荷或跳闸 7、过励磁保护 对于由于 频率降低和电压升高等原因而引起的励磁电流升高允许范围内：发信号超过允许值：跳闸 8、其它保护温度、压力、冷却系统等,导致变压器过励磁的原因有一、电力系统由于发生事故，而解列，造成系统中某一部分因大量甩负荷使变压器电压升高，或由于发电机自励磁引起过电压。二、由于发电机铁磁谐振过电压，使变压器过励磁。三、发电机变压器组在与系统并列之前，由于误操作，附加了较大励磁电流，造成变压器过励磁。四四、发电机起动过程中，转子在

4、低速下预热时，或双轴发电机低频下并列后，误将发电机电压升到额定值，从而使变压器因低频而过励磁。五、在切除机组过程中，主气门关闭，出口断路器断开，而灭磁开关拒动。此时由于原动机减速，自动励磁装置力求保持机端电压，从而造成变压器低频过励磁。事实上，正常运行情况下，突然甩负荷也会引起变压器过励磁的这是由于励磁调节系统和原动机调速系统都是由惯性环节组成， 突然甩负荷后电压迅速上升，而频率上升缓慢，则电压频率比 Uf 上升，从而使变压器过励磁。,第二节变压器的瓦斯保护,瓦斯保护的原理 瓦斯保护的构成 瓦斯保护的接线,一原理,油箱内部发生故障（包括匝间短路、经电阻的接地 等轻微故障）故障点电流、电弧变压器油及其 它绝缘材料受热分解产生气体流向油枕的上 部。当故障严重时变压器油迅速膨胀产生大量的气 体，气体夹杂着油流冲向油枕的上部。 反映上述气体或油流而动作的保护瓦斯保护 1、气体与油的混合物重（严重故障）反应油流速度 跳闸 2、气体与油的混合物轻（不正常 or 少数匝间）气体体积 发信号,轻瓦斯：反应油面降低，匝数很少的匝间故障重瓦斯：严重故障跳闸 特点：内部保护之一，反应油箱内部故障 H2：潮气

5、 CO、CO2：固体绝缘材料分解 C2H2：放电故障 CH4、C2H4：过热性 通过瓦斯气体分析，诊断变压器潜伏性故障,二瓦斯继电器,1.瓦斯继电器安装图 瓦斯保护主要是 由瓦斯继电器组 成，它安装在 油箱与油枕 之间的管道上。,油枕,2. 瓦斯继电器,（1）构成 （2）原理 正常 轻微故障 严重故障 轻微漏油 严重漏油,下开口杯,上开口杯,干簧触点,永久磁铁,永久磁铁,进油挡板,平衡锤,平衡锤,放气阀,探针,支架,挡板,三、瓦斯保护的原理接线,1.原理接线图,2.说明：,1、BCJ：自保持中间继电器：动作后由DL辅助触点来解除出口回路的自保持防止抖动 2、信号继电器3：换油时使用 3、瓦斯继电器1： 轻发重跳 4、瓦斯保护的动作过程,四、评价：,1、优点：动作快，灵敏度高，接线简单，能反应油箱内任何故障 2、缺点：可靠性不太高，仅能反应油箱内故障，不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。瓦斯保护可作为变压器的主保护之一。,第三节.变压器的电流速断保护,电流速断保护的原理 电流速断保护的整定计算,一、原理,是反应电流增大而瞬时动作的保护装于Tr的电源侧，对Tr及其引出线上的各种短

6、路进行保护,为保证选择性只能保护Tr的一部分,一般是保护Tr的原绕组,适用于小容量的Tr ，且过流保护时限大于0.5S时,二、整定计算,1、躲过Tr负荷侧出口d1点短路时的最大短路电流来整定2、躲过励磁涌流(根据实际经验及实际数据，)一般取取1、2中的较大者作起动电流,二.整定计算,3、灵敏度校验按变压器原边d2点短路时整定4、评价 优点：简单迅速 缺点：只能保护Tr的一部分,第四节 变压器的纵差动保护,纵差动保护原理 不平衡电流产生的原因及防止措施 整定计算 差动继电器的原理及结构,一、问题的提出,电流速断保护Klm不够 瓦斯保护只能反应油箱内部故障,二.原理：,1、正常和外部故障时,2、内部故障,三绕组变压器相同,3、保护特点： 保护整个变压器 与其它保护无配合关系可实现整个Tr的快速保护 与运行方式无关 必须选择合适的CT变化使 与 接近,即,变压器变比,即提高Klm的关键：如何减小IbP成为纵差保护的关键。,三、不平衡电流产生的原因及消除方法,1、稳态不平衡电流IbP（1）由于CT变比与标准变比不一致产生 （计算变比与实际变比不同）原因： 确定，此情况较难满足,消除方法,采用通

7、过速饱和铁芯的差动继电器的平衡线圈WPh来消除,Wcd差动线圈 WPh平衡线圈W2工作线圈 Wd”、Wd短路线圈,设,WPh接到二次侧计算小的一侧,（2）由于Y/变压器接线方式产生的,Y，d11变压器接线,（2）由于Y/变压器接线方式产生的 P174 图6-4,（3）由于变压器带负荷调整分接头而产生的IbP在整定中加以考虑 （4）两个CT特性不同而产生的IbP尽量选用同型CT，此时Ktx=1,2、暂态不平衡电流IbP （1）外部故障时短路电流暂态非同期分量引起的IbP非周期分量 使CT饱合 由于饱和特性不同 IbP较大,（1）外部故障时短路电流暂态非同期分量引起的IbP曲线1：互感器2次侧感应非周期分量电流 曲线2：总的电流。 曲线3：铁芯饱和以后电流的周期分量。 曲线4：短路电流中衰减的非周期分量 可见其中含有较大的直流分量,消除措施,采用速饱和变流器 因为暂态不平衡电流中含有较大的直流分量。直流分量电流 使速饱和变流器饱和，这时，交流分量电流难于转换到速饱 和变流器的副边。差动继电器不会动作。但加入速饱和变流 器，以后当内部故障时，必须等到非周期分量衰减后才能动 作，增加了保护动作

8、时间。,（2）由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流IbP,正常情况下励磁电流只存在于变压器的某一侧，此电流一般不超过额定电流的2%10%，在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，其影响就更小了，在保护中可以不用考虑。空载投入变压器和外部故障切除后电压恢复时产生励磁涌流；（68）Ie。励磁涌流的大小和衰减与外加电压相位，剩余大小方向，电源容量大小，Tr容量大小及铁芯性质等有关。,励磁涌流的产生及变化曲线,（1）稳态工作时,（2）空载合闸时,（3）励磁涌流的构成非周期分量高次谐波励磁涌流的大小和衰减 与外加电压相位， 剩余大小方向， 电源容量大小，Tr容量大小 回路阻抗及铁芯性质等有关,对于大型的变压器，其励磁涌流衰减相当慢，例如50MVA以上变压器， 涌流衰减到最大峰值的50%需要时间长达几秒到几十秒。典型励磁涌流记录波形,励磁涌流的特点： 只在电源侧出现且倍数不确定 含非周期分量且往往使涌流偏于时间轴一侧 含有大量二次谐波 含间断角 防止措施： 内部故障存在动作延时，等非周期分量衰减后再动作 采用具有饱和铁芯的差动继电器 鉴别短路电流与励磁涌流的差别 利用二次谐波制动等,问题：以上影响

9、不平衡电流的因素哪些可以消除，哪些是不可能消除？,四、整定计算,1、整定原则 原则一：躲CT二次侧断线时产生的电流及躲最大负荷电流Kk=1.3 原则二：躲外部短路时最大不平衡电流IbpmaxKk=1.3 稳态最大不平衡电流：见P176,原则三：躲励磁涌流当采用波形鉴别或二次谐波制动的原理构成时，无须在考虑励磁涌流的影响，当采用速饱和铁芯的继电器时一般：但都必须经过现场空载合闸实验。 2、灵敏度的校验注：单侧电源供电系统最小运行方式，Tr发生短路时的最小短路电流。即使灵敏系数满足要求纵差保护也不能反应匝间故障和轻微故障,五、几种差动继电器,1、带有速饱和变流器的差动继电器BCH2 （1）速饱和变流器的工作原理原理：非周期分量不 易通过速饱和变流器 而变换到二次侧 作用：防止暂态过 程中不平衡电流 （非周期分量） 的影响,（2）速饱和变流器的工作原理 缺点：非周期分量 衰减后才能动作， 增加了保护动作 时间Tr容量越大， 衰减越慢 导致t增大 越不利 （3）带加强型速饱和 变流器的差动继电器 结构：组成见图,BCH一2型差动继电器由电磁型电 流继电器、三柱铁芯和几个线圈 组成，如图所示。两边柱铁芯截 面较小是中间柱铁芯截面的一 半，易于饱和。在中间柱上绕有 四个线圈。 差动线圈Wcd： 两个平衡线圈Wph： 两个短路线圈Wd： 工作线圈W2 。,短路线圈加强躲非周期分量的能力，更易躲暂态过程中的不平衡电流和励磁涌流。,（4）BCH-2接线,BCH-2型差动继电器直流助磁特性曲线,工作绕组接入保护的差动回路， 平衡绕组可以按照实际需要接入环流回路或工作回路。 短路绕组可根据保护不同的设备来选用A-A；B-B；C-C；D-D。 自学 利用BCH-2型差动继电器构成的变压器差动保护的整定计算 参考书：电力系统继电保护孙国凯等 中国水利水电出版社 P125129,

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