变压器保护原理及校验.docx

课 题：变压器保护原理及校验讲课人：彭海深日 期： 2009.02.03变压器保护原理及其校验［摘 要］本文主要介绍数字式变压器保护装置的差动保护和后备保护原理，以及其校验方 法［关键词］差动保护 比例制动 谐波制动 后备保护 复合电压闭锁过流保护 零序过流（过压） 保护（一）变压器保护原理一.前言随着社会发展，科学技术的进步，电子技术的成熟，电网的大规模改造，变压器作用越来越大，应用也越来越广泛，这就要求我们能够熟练掌握变压器保护原理及校验1. 变压器保护概述变压器是变电站非常重要的设备，应当配置完备的各种保护220KV及以上的微机型变 压器保护往往采用双重化配置，构成双主双后的保护， 110KV 及以下的变压器保护则更多的 采用单套进行配置1.1 变压器一次接线决定二次接线① 两圈变压器接线方式：对于两圈变压器一次接线往往常见的有YA, YY如下图所示ABC② 三圈变压器接线方式：对于三圈变压器一次接线往往常见的有YYA如下图所示BA HB BC —Kta Lb Lc1.2 变压器保护故障类型变压器的故障类型按故障位置可分为① 油箱内的故障：绕组的相间短路和匝间短路② 油箱外的故障：外部相间短路引起的过电流；中性点直接接地或经小电阻接地电力网 中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压。

③ 变压器的异常运行方式：变压器油温、绕组温度过高；油位降低；过负荷；过励磁及 油箱压力过高和冷却系统故障1.3 变压器保护类型及配置针对 1.2 所述的各类故障均需配置相应的保护变压器保护的类型按照主保护、后备保 护及异常运行保护可分为：① 短路故障的主保护：主要有纵差保护、重瓦斯保护、有载重瓦斯保护② 短路故障的后备保护：主要有复合电压闭锁（方向）过流保护；零序过电流或零序方 向过电流保护；负序过电流或负序方向过电流保护等③ 异常运行保护:主要有过负荷保护、过励磁保护、压力释放保护、变压器中性点间隙 保护、轻瓦斯保护、温度、油位保护及冷却器全停保护等现在的微机保护均提供了各种保护软件模块可根据变压器类型进行配置，下面是典型的三圈 220kV 变压器保护配置：保护类别保护类型主保护差动保护、差动速断咼后备两段复压方向过流、I段过流、两段零序方向过流、I段零序过流、间隙保护中后备两段复压方向过流、I段过流、两段零序方向过流、I段零序过流、间隙保 护低后备两段复压方向过流其它非电量保护自耦变压器主保护可采用零序差动保护典型的变压器保护类型：南瑞的RCS978系列，南自的PST1200系列和WBZ系列，四方的 CST 系列等。

2. 变压器主保护2.1 整体构成微机型变压器保护的主保护有各类原理的差动保护和差动速断保护及瓦斯保护差动保 护可对变压器内部的各种绕组相间短路及较严重的匝间短路及套管出线的各种短路能够进 行保护；差动速断则主要针对严重的变压器差动范围内的故障，防止差动保护因为TA饱和 或波形畸变而拒动；瓦斯保护则只能对变压器油箱内的短路故障进行反应双重化的变压器 保护则有两套差动保护及差动速断2.2 变压器差动保护变压器的差动保护一般由启动元件和差动元件及涌流识别元件和TA断线闭锁元件构成 有些厂家增加TA饱和元件以防止变压器差动保护误动启动元件负责起动差动保护，所以 灵敏度相当高，一般有差电流突变量启动、差流越限启动、工频变化量差流启动元件等只 有在差动保护的启动元件启动后才进入对应的差动保护计算程序2.3 差动元件差动元件是变压器差动保护的最主要的部分差动保护的基本原理利用电磁功率平衡的 原理，即流入变压器和流出变压器的电磁功率基本平衡，通过选择合理的TA及采用适当的 TA接线和平衡系数，使得归算后得二次电流平衡，即习=00该式在变压器正常运行或外部 故障时，流入变压器的归算后电流等于流出变压器的归算后电流。

此时，纵差保护不应动作 需要注意的是，差动保护公式中的差动电流是归算后（平衡后）的二次电流的相量和，实质 是电磁功率平衡，这和发电机及线路的电流差动保护有不同同时由于变压器的差动回路中 包含了励磁支路，各侧电流相位差等原因，使的变压器的差动保护更复杂大多数的差动保护的动作电流均取它的绝对值Icd=ISAInl作为动作电流当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则短路功率流入变压器，归算后的二次电 流的相量和不为0, Icd很大，当Icd满足动作条件其纵差保护动作，切除变压器由于正常运行时变压器的绕组连接组别使的变压器各侧相位会有偏移，各侧的 TA 实际 变比同理论变比不一致会使变压器差动保护在正常运行时差动电流Icd不等于0,会有一定 的输出，我们称之为不平衡电流，所以装置需要对这两种情形进行相位和幅值的平衡，使得 在正常情况下不平衡电流尽可能等于 0在运行过程中，调压变压器可能进行调压，这将使原本平衡的差动电流的不平衡电流增 加，一般通过整定计算考虑适当的裕度，或提高动作值在区外故障时，由于两侧TA的暂态特性误差及饱和等使得不平衡电流比正常时明显增 大，且它随外部短路电流增大而增大，对这类暂态不平衡电流如不采取措施将可能导致区外 故障时误动。

解决方法之一是提高差动保护的动作电流，躲过可能出现得最大不平衡电流， 但这会导致区内故障时灵敏度下降，故一般不采用现在广泛采用的方法是采用比率制动或 其它的制动方式，即用差动电流和制动电流Ires进行比较来判断区内外故障，而非采用固定 的动作门坎进行比较差动电流的选择仍然如前所述，但其动作门坎却随制动电流增大而增 大，不同的厂家的差动保护的制动电流的选择则有差异，特性也就不同，选择差动保护的制 动电流的基本原则是：在区内故障时制动电流应尽可能小，即制动量尽可能小使差动保护有 足够的灵敏度；而在区外故障时，制动电流尽可能大，即制动量尽可能大来防止误动如要 分析某种差动元件的性能就可按上述原则进行，常见的比率制动特性有：① 常规比率（两折线、三折线）② 变斜率③ 标积制动④ 复式比率制动⑤ 工频变化量比率制动在对变压器的差动元件的比率制动特性进行检验时应当根据其制动特性进行，现在的微 机型测试仪集成了许多厂家的差动元件的制动特性，直接在制动电流栏选取即可，如没有则 需按照其计算公式进行推导一般出厂时厂家已对制动特性进行了检验，检验时可采用选点 进行检验有些比率制动差动元件可通过相关整定参数的调整，如启动电流，制动的拐点电流，比 率制动系数等来调节制动特性使之更好的满足灵敏性和可靠性的要求。

有些厂家的比率特性 则固定或采用变斜率2.4 差动保护的幅值相位平衡在高压电力系统中，YN,d接线的变压器，呈YN形联接的绕组为高压侧绕组，而呈d 形联接的绕组为低压侧绕组，前者接大电流系统（中性点接地系统），后者接小电流系统（中 性点不接地系统）在实际运行的变压器中，在YN,d接线的变压器的接线组别中，以YN,dll 为最多，YN,d1及YN,d5的也有下面只分析YN,d11的情形对于YN,d11接线的变压器，低压侧三相电流Ia、Ib、Ic分别滞后高压侧三相电流IA、 IB、IC330若二次侧电流不做校正则在正常时便会出现较大的不平衡电流变压器由于连接组别造成的稳态不平衡电流的相位平衡可通过 TA 二次接线和软件实 现前者在常规保护中广泛采用，即在Y侧TA二次接成△型，△侧TA二次接成Y型采 用了这种接线方式后，Y侧二次电流同一次也滞后了 330°，△侧二次未改变，这样使得Y 侧和△侧二次电流均滞后于Y侧一次电流330°，电流相位在送入差动继电器前已得到了纠 正，因此亦称为Y侧外转角需要注意的是Y侧的二次电流大小幅值增大了丁 3倍，在进 行变比计算时应考虑此点微机型变压器保护则用软件进行相位校正，变压器各侧的TA二次均接成Y型，由于相 位纠正在继电器内部进行，因此亦称为内转角。

软件相位平衡可在Y侧进行，也可以在△ 侧进行，大多数厂家在Y侧进行，少数厂家在△侧进行（RCS系列）下边分别介绍其相位 平衡方法在进行差动保护调试时必须握其相位和幅值的校正方法，否则将导致变压器差动 保护不正确动作2.5Y 侧内转角大部分保护装置采用Y-△变化调整差流平衡，如四方的CST31、南自厂的PST-1200、WBZ-500H、南瑞的LFP-972、RCS-985等，原理接线图及相量图如下：Y 侧：IA=(IA2—IB2)/J3△侧： Ia=Ia2式中：IA2、IB2、IC2为Y侧TA二次电流，IA、IB、IC为Y侧校正后的各相电流Ia2、Ib2、Ic2为△侧TA二次电流，Ia、Ib、Ic为△侧校正后的各相电流经过软件校正后，差动回路两侧电流之间的相位一致，见(b)图相量图所示同理， 对于三绕组变压器，若采用Y0/Y0/A-11接线方式，Y0侧的相位校正方法都是相同的需要指出的是Y侧进行内转角与采用改变TA接线进行移相的方式是完全等效的这是 因为取Y形接线TA二次两相电流之差与将Y形接线TA改成△形接线后取一相的输出电流 是等效的同Y侧外转角一样，采用两相电流差之后已将Y单相接地时的零序电流过滤掉， 所以不需要再采用其它措施滤掉零序电流，△侧出线也无零序电流。

2.6 △侧内转角RCS－978 中电流互感器二次电流的相位校正方法与其它微机变压器保护有所不同，此 保护装置采用A-Y变化调整差流平衡，其校正方法如下：Y 侧： IA=(IA3-I0)△侧:Ia= (Ia3-Ic3) / V3式中：IA3、IB3、IC3为Y侧TA二次电流，IA、IB、IC为Y侧校正后的各相电流，I0 为零序电流Ia3、Ib3、Ic3为△侧TA二次电流，la、lb、Ic为△侧校正后的各相电流经过软件校正后，差动回路两侧电流之间的相位一致同理，对于三绕组变压器，若采用Y / 丫仏-11接线方式，Y侧的软件算法都是相同的在△侧进行相位校正，在空投变压器于匝间短路时能 用更多的故障信息以解决动作速 度慢等问题，比如对于变压器带故障空投，故障相的电流表现为故障特征，非故障相的电流 表现为励磁涌流特征如果装置的励磁涌流闭锁判据采用分相制动，非故障相不会延误故障 相的动作速度，采用两相电流差则故障信息特征不明显了对于YN,d接线的变压器，当高压侧线路发生接地故障时，（对纵差保护而言是区外故 障），有零序电流流过高压侧，而由于低压侧绕组为d联接，在变压器的低压侧无零序电流 输出这样，若不采取相应的措施，在变压器高压侧系统中发生接地故障时，纵差保护可能 误动而切除变压器。

如前所述，对Y侧内转角解决此问题，但对△侧内转角，△侧不含零序电流，若高压 侧不消除零序电流将引起误动，所以式中 Y 侧必须减去零序电流使得零序电流不进入差动 继电器零序电流采用自产零序电流，即 I0= （Ia+Ib+Ic）/3 应当指出，对于其它接线为 YN,y 的变压器，在其纵差保护装置中，应采取滤去高压侧 零序电流的措施，以防高压侧系统中接地短路时差动保护误动其它连接组别的校正方法类 似，只是在△侧选择的两个相别不同，同时Y侧也必须去掉零序电流2.7 差动保护幅值校正在差动保护进行了相位纠正后，由于 TA 变比及接线等因素使得进入差动保护的电流在 幅值并不平衡，并未满足电磁功率平衡，所以必须进行幅值校正在电磁型变压器纵差保护装置中（BCH型继电器等），采用“安匝数”相同原理，通过 调整平衡线圈匝数进行校正；在微机型变压器保护装置中，引用了一个将两个大小不等的电流折算成作用完全相同电 流的折算系数，将该系数称作为平衡系数根据变压器的容量，接线。