《变压器保护讲稿》.ppt

变压器保护原理与应用v变压器保护配置原则v变压器主保护（纵差、零差保护）v变压器后备保护（相间、接地保护）v变压器异常运行保护（过激磁保护）主要内容1精选课件变压器保护配置原则 变压器（及其它元件设备如发动机、电动机等，有别于架空线路）造价昂贵，检修困难，检修成本高，停电的经济影响大，在考虑保护配置时，应最大限度地保证设备安全 切除变压器对系统扰动大，在考虑保护配置时，应最大限度地缩小故障影响范围，防止误动与拒动 加强主保护，简化后备保护：可实现快速主保护双重化；后备除零序保护与线路保护配合外，相间保护只保证对各侧母线短路有灵敏度，不必作相邻出线故障的后备2精选课件变压器保护配置原则非电量保护 ： 主要有瓦斯保护、压力保护、温度保护、油位保护和冷却器故障保护 800KVA及以上油浸式变和400KVA及以上车间内油浸式变，均应装设瓦斯保护 轻瓦斯发信号，重瓦斯跳各侧断路器3精选课件变压器保护配置原则引出线、套管和内部短路故障保护： (1)6.3MVA以下厂用工作变，10MVA以下厂用备用变和单独运行变，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护 (2)6.3MVA以上厂用工作变或并列运行变，10MVA以上厂用备用变和单独运行变，当电流速断保护灵敏度不满足时，应装设纵差保护。

(3)高压侧电压为330KV及以上时，可装设双重纵差保护4精选课件变压器保护配置原则引出线、套管和内部短路故障保护： (4)对发变组，当发电机和变压器之间没有断路器时，100MVA及以下的机组，可只装发变大差；100MVA以上的机组，还要装单独的发电机差动保护； 200MVA以上的机组， 还要再装单独的变压器差动保护，由此构成完全的双重化快速主保护 (5)当变压器纵差保护对单相接地灵敏度不足时，可增设零序差动保护5精选课件变压器保护配置原则外部相间短路故障保护： (1)过流保护宜用于降压变； (2)复压过流保护宜用于升压变、系统联络变、过流保护灵敏度不足的降压变； (3)对升压变和系统联络变，当以上保护灵敏度不足时，可装设阻抗保护 (4)以上保护既作为主保护的后备，也作为相邻母线和线路保护的后备6精选课件变压器保护配置原则中性点直接接地系统中外部单相接地短路故障保护： (1)对中性点直接接地运行的变压器，应装设零序电流保护；其中，110KV和220KV变，保护分为2段，每段两时限；330KV和500KV变，保护分为2段，每段一时限7精选课件变压器保护配置原则中性点直接接地系统中外部单相接地短路故障保护： (2)对中性点可能接地也可能不运行接地的变压器，应装设两种接地保护，其中一种用于接地运行状态，另一种用于对因失去接地中性点而引起电压升高的保护，分3种情况：中性点全绝缘变，装设零序电压保护，只在单相接地且失去接地中性点时动作；分级绝缘且中性点装有放电间隙变，装设零序电压保护和间隙零序电流保护；分级绝缘但中性点不装放电间隙变，装设零序电压保护。

8精选课件变压器保护配置原则中性点直接接地系统中外部单相接地短路故障保护： (3)自耦变压器，高、中压侧共有接地点并直接接地（或经小电抗接地），应在高、中压侧分别装设零序方向电流保护9精选课件变压器保护配置原则异常运行保护： (1)过负荷保护 (2)过激磁保护10精选课件变压器保护配置原则保护配置总结：(1) 短路故障主保护：重瓦斯、压力、纵差保护，零差保护；(2) 短路故障后备保护：复压（方向）过流、零序（方向）过流、低阻抗保护；(3) 异常运行保护：过负荷、过激磁保护，以及轻瓦斯、温度、油位、冷却器故障等保护11精选课件变压器纵差动保护一般差动保护的基本原理：差动保护的理论基础：基尔霍夫定理 被保护对象（网络或接点）注：为方便公式录入，电流符号均代表瞬时值或相量12精选课件一般差动保护的基本原理：差动保护的理论基础：基尔霍夫定理 被保护对象（网络或接点）变压器纵差动保护13精选课件变压器纵差动保护比较理想的差动回路： 发电机纵联差动 电动机纵联差动 电抗器纵联差动 短线路纵联差动 一般各侧CT变比相同，造成不平衡的因素很少，灵敏度高14精选课件实际上存在测量误差，造成正常工况下有不平衡电流：变压器纵差动保护差动保护的理想动作特性：15精选课件变压器纵差动保护变压器差动保护与理想差动保护的重要差别：(1) 由于包含磁路联系，只近似满足基尔霍夫定律；(2) 变压器各侧CT一般不同型，变比差别大，在外部短路时不平衡电流偏大，灵敏度相对较低；(3) 有载调压使不平衡电流增大；(4) 发电机差动对横向故障（匝间）无效，变压器差动保护对匝间有作用。

16精选课件变压器纵差动保护单相变压器差动保护原理推导：变压器各侧电流以流入变压器为正方向设选第1侧为参考侧（一般选主电源侧），可将励磁磁势折合到参考侧，则：17精选课件变压器纵差动保护单相变压器差动保护原理推导：近似满足基尔霍夫定律如考虑励磁电流，也可认为完全满足基尔霍夫定律18精选课件变压器纵差动保护单相变压器差动保护原理推导：设选第1侧为参考侧（一般选主电源侧），将各侧1次电流换算到该侧的2次电流，沿用一次电流符号，则：或19精选课件变压器纵差动保护平衡系数：相当于把各侧电流折合到参考侧2次特例20精选课件变压器纵差动保护设若由3个单相变压器构成3相变压器，则第j侧额定电流折合到参考侧2次：（U应是额定空载电压）21精选课件变压器纵差动保护各侧电流除以参考侧2次额定电流：此即是变压器的通用差动平衡方程，以标么值表示，电流基值为基准侧的额定电流22精选课件变压器纵差动保护变压器等值电路：当变压器内部发生匝间或相间短路故障时，相当于在等值电路的故障处经短路电抗接地，因此产生差流：23精选课件变压器纵差动保护3相变压器差动平衡方程推导：24精选课件变压器纵差动保护经星角变换后（以A相为例，另2相类似）若选Y侧为参考侧，则25精选课件变压器纵差动保护26精选课件变压器纵差动保护27精选课件变压器纵差动保护以上两种算法本质上是相同的28精选课件变压器纵差动保护变压器内部短路故障电流分析29精选课件变压器纵差动保护不平衡电流引起不平衡的因素多 -励磁电流Ie（正常运行时可忽略） -CT匹配误差和暂态误差（测量误差） -绕组变比误差（平衡误差） -调压误差差动电流正常运行时，各侧电流是平衡的，差动电流应等于0，但由于一些原因，使之不等于0，即产生了不平衡电流。

30精选课件变压器纵差动保护在额定电流范围内的CT误差应该很小，这里以3为例在正常运行情况下，最大不平衡电流应该和负荷成正比，因所有元件均线性CT标称变比误差， 0.03*2平衡系数计算误差，0.02多侧最大调压误差之和不平衡电流的估计：静态最大不平衡电流（在额定负载下）31精选课件变压器纵差动保护不平衡电流的估计：暂态最大不平衡电流（在最大外部短路电流下）暂态CT变比误差，取0.1*2非周分量系数，1.02.0，微机保护可取1.3平衡系数计算误差，微机保护0.02多侧最大调压误差之和应考虑各侧出口三相短路的情况，取最大不平衡电流32精选课件变压器纵差动保护不平衡电流的估计：不平衡电流曲线33精选课件变压器纵差动保护变压器差动保护动作判据定义：差动电流：制动电流： 或： 或：(1)(2)(3) 制动电流：外部故障时要反映故障电流大小，内部故障时应尽量小34精选课件变压器纵差动保护变压器差动保护动作判据：比例制动折线35精选课件变压器纵差动保护变压器差动保护：整定可靠系数为加速切除变压器严重内部故障，通常增设差流速断保护，上图中水平虚线所示涌流闭锁的问题在后面专门分析36精选课件变压器纵差动保护变压器差动保护：整定取以上2者之大者，同时应保证在保护安装处金属性两相或单相短路时有灵敏度。

差流速断保护的动作整定值可按下面方法计算：37精选课件变压器纵差动保护例：220KV/110KV/35KV变压器容量200MVA，三侧CT变比分别为600/5、1200/5和3000/5，220KV侧调压共5档以220KV侧为参考侧基准电流：38精选课件变压器纵差动保护平衡系数：39精选课件变压器纵差动保护不平衡电流：整定：40精选课件变压器纵差动保护换算到有名值，最终整定值：41精选课件变压器纵差动保护差动保护接线（保护装置外部调整） 保护装置42精选课件变压器纵差动保护差动保护接线（保护装置内部调整 ） 保护装置43精选课件变压器纵差动保护内部接线调整公式（ Y 变换，以Y/D11绕组为例 ）两侧计算电流均不含零序分量，内、外部调整方式等效三相对称基波时：44精选课件变压器纵差动保护内部接线调整公式（ Y变换，以Y/D11绕组为例 ）侧电流等于绕组电流减去环流；两侧计算电流均不含零序分量；与单相绕组差动不完全等效，y侧不能消除涌流互相影响45精选课件变差保护的励磁涌流问题励磁涌流产生的机理 如图，当变压器空载合闸时，回路方程为：先假设铁芯不饱和，则46精选课件变差保护的励磁涌流问题微分方程的解为：其中：47精选课件变差保护的励磁涌流问题磁通的直流衰减分量的大小与合闸角 有关，当=90时直流衰减分量为0，当=0时直流衰减分量初试值最大，当剩磁磁通和直流衰减分量同向时，磁通的峰值将超过变压器的铁芯具有饱和特性，磁通的工作点距离饱和点不会太远，因此，在如此大的磁通下，励磁电流将发生严重畸变，产生励磁涌流。

48精选课件变差保护的励磁涌流问题49精选课件变差保护的励磁涌流问题50精选课件变差保护的励磁涌流问题单相变压器励磁涌流波形51精选课件变差保护的励磁涌流问题单相变压器励磁涌流波形特点 数值很大，可达稳态励磁电流的100倍以上，可达额定电流的几倍，足以造成差动保护误动； 含有明显非周分量，使波形偏于时间轴的一边，且相邻波形间存在明显间断角，间断角可计算； 衰减时间较长，一般衰减到额定电流的25左右需0.53s，变压器容量越大，衰减越慢； 励磁涌流中含明显的高次谐波成分，其中尤以二次谐波含量大； 空投到匝间短路时，电流中不含涌流成分52精选课件变差保护的励磁涌流问题三相变压器励磁涌流波形三相变压器励磁涌流波形示例53精选课件变差保护的励磁涌流问题三相变压器励磁涌流波形特点 影响励磁涌流的因素复杂； 任何情况下至少两相有涌流； 经星角变换后往往有一相对时间轴保持近似对称，其中二次谐波含量较小； 励磁涌流中仍以二次谐波含量最大，但不能保证每相的二次谐波都达到15%以上（最低相可达7以下），因此三相励磁涌流闭锁必须采用或闭锁； 空投到匝间短路时，经变换后的故障相电流中可能含涌流成分，因而会延误动作。

54精选课件变差保护的励磁涌流问题励磁涌流问题：二次谐波制动 二次谐波制动判据只能起到制动作用，对动作毫无帮助； 必须采用“或”闭锁；空投到匝间短路时，保护动作慢； 在真正的区内严重故障时，很容易从暂态信号中检出二次谐波电流，也可因CT饱和而检出二次谐波电流，从而造成保护动作慢甚至拒动（越级），因之需设置差流速断判据； 没有理论依据表明能100保证制动成功（特别是涌流衰减过程中谐波比例如何变化），常以多次空投试验验证； 目前应用最为广泛，经验多，较成熟55精选课件变差保护的励磁涌流问题励磁涌流问题：差流速断保护差流速断动作区56精选课件变差保护的励磁涌流问题励磁涌流问题：谐波闭锁判据的缺陷 单相变压器的涌流闭锁基本可靠，但不会误闭锁；三相变压器电流经星角变换后，闭锁的可靠性有所降低，同时存在误闭锁（空投匝间故障）的问题； 因此任何涌流闭锁都面临2个问题： (1)分相制动（前提） (2)空投时检出匝间故障（结果）57精选课件变差保护的励磁涌流问题励磁涌流问题：谐波闭锁判据的缺陷 星角变换丢掉了相电流的一些信息，模糊了相电流的特征，因此，分析波形特征的算法比较难完全可靠 角星变换需去掉零序分量，使三相电流不能完全独立，因此也存在星角变换同样的问题。

星角变换和角星变换均是信息有损变换 很多基于波形的算法多偏重于定性分析，主观成分较大在涌流闭锁问题上，动模试验只起到有限枚举的效果 涌流在衰。