第五章電力變壓器的繼電保護..ppt

第六章電力變壓器的繼電保護 故障類型 不正常運行狀態(tài)保護方式及保護配置瓦斯保護差動保護電流 電壓保護 電力變壓器 330KV變壓器 220KV變壓器 500KV變壓器 110KV變壓器 套管 第一節(jié)電力變壓器的繼電保護 電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電器設(shè)備 它的故障對供電的可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重后果 同時大容量變壓器也是非常重要的元件 因此 必須根據(jù)變壓器容量和重要程度裝設(shè)性能良好 動作可靠的保護 一 電力變壓器的故障 相間短路油箱內(nèi)接地短路匝間短路油箱內(nèi)部故障對變壓器來說是非常的危險 高溫電弧不僅會燒毀繞組和鐵芯 而且還會使變壓器油絕緣受熱分解產(chǎn)生大量氣體 引起變壓器油箱爆炸的嚴重后果 相間短路油箱外接地短路 套管和引線 變壓器故障按嚴酷程度分類根據(jù)變壓器故障程度不同 對不同故障模式進行嚴酷程度分類 1 類災(zāi)難性 變壓器爆炸或完全損壞 2 類致命性 變壓器性能嚴重下降或嚴重受損 必須立即停運 3 類臨界性 變壓器性能輕度下降或輕度受損 4 類輕度性 不甚影響變壓器運行但要進行非計劃檢修 變壓器故障按原因分類對變壓器故障的原因 基本上可以做如下分類 1 制造 制造工藝不良 設(shè)計不合理 材料質(zhì)量不良 異物進入 雜質(zhì) 2 維護 維護不當 受潮 操作失誤 振動 3 環(huán)境 外部短路 雷電侵襲 自然損壞 4 其它 二 不正常運行 過電流 過電壓 過負荷 油面降低 過勵磁等 三 保護配置 1 瓦斯保護 800KVA的油浸式Tr 400KVA的車間內(nèi)Tr反映變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低 三 保護配置 2 縱差動保護 反映變壓器繞組和引出線的相間短路 以及中性點直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引線的接地短路及繞組匝間短路 應(yīng)裝設(shè)縱差保護或電流速短保護一般 并列運行變壓器 6300KVA單獨運行變壓器 10000KVA重要單獨運行變壓器 6300KVA都應(yīng)裝設(shè)差動保護 2000KVA變壓器的電流速斷保護Klm不夠時 也裝設(shè)差動保護 三 保護配置 3 電流速斷保護 10000KVA變壓器且過電流保護時限大于0 5S時當靈敏度不滿足要求時 宜裝設(shè)縱差保護 4 外部相間短路引起過電流時應(yīng)采取的保護 1 過電流保護 用于降壓Tr 2 低電壓起動的過電流保護 3 復合電壓起動的過電流保護 升壓Tr及 1 的Klm不夠的降壓Tr 4 負序電流及單相式低電壓起動的過電流保護 大容量升壓Tr及聯(lián)絡(luò)Tr 5 阻抗保護 對升壓Tr和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)Tr當Klm及選擇性不夠時采用 三 保護配置 5 外部接地短路時應(yīng)采取的保護 1 零序電流保護 直接接地系統(tǒng) 2 零序方向電流保護 直接接地系統(tǒng) 有選擇性要求 3 零序過電壓保護 中性點裝放電間隙的加零序電流保護 Tr部分接地 部分不接地 當接地變壓器跳閘后 不接地變壓器繼續(xù)帶電運行時裝設(shè)相應(yīng)保護 三 保護配置 6 過負荷保護并列運行變壓器 備用變壓器等保護接于一相流上延時作用于發(fā)信號 必要時自動減負荷或跳閘7 過勵磁保護對于由于頻率降低和電壓升高等原因而引起的勵磁電流升高允許范圍內(nèi) 發(fā)信號超過允許值 跳閘8 其它保護溫度 壓力 冷卻系統(tǒng)等 導致變壓器過勵磁的原因有一 電力系統(tǒng)由于發(fā)生事故 而解列 造成系統(tǒng)中某一部分因大量甩負荷使變壓器電壓升高 或由于發(fā)電機自勵磁引起過電壓 二 由于發(fā)電機鐵磁諧振過電壓 使變壓器過勵磁 三 發(fā)電機變壓器組在與系統(tǒng)并列之前 由于誤操作 附加了較大勵磁電流 造成變壓器過勵磁 四 發(fā)電機起動過程中 轉(zhuǎn)子在低速下預熱時 或雙軸發(fā)電機低頻下并列后 誤將發(fā)電機電壓升到額定值 從而使變壓器因低頻而過勵磁 五 在切除機組過程中 主氣門關(guān)閉 出口斷路器斷開 而滅磁開關(guān)拒動 此時由于原動機減速 自動勵磁裝置力求保持機端電壓 從而造成變壓器低頻過勵磁 事實上 正常運行情況下 突然甩負荷也會引起變壓器過勵磁的這是由于勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)和原動機調(diào)速系統(tǒng)都是由慣性環(huán)節(jié)組成 突然甩負荷后電壓迅速上升 而頻率上升緩慢 則電壓頻率比U f上升 從而使變壓器過勵磁 第二節(jié) 變壓器的瓦斯保護 瓦斯保護的原理瓦斯保護的構(gòu)成瓦斯保護的接線 一 原理 油箱內(nèi)部發(fā)生故障 包括匝間短路 經(jīng)電阻的接地等輕微故障 故障點電流 電弧 變壓器油及其它絕緣材料受熱分解 產(chǎn)生氣體 流向油枕的上部 當故障嚴重時變壓器油迅速膨脹產(chǎn)生大量的氣體 氣體夾雜著油流沖向油枕的上部 反映上述氣體或油流而動作的保護 瓦斯保護1 氣體與油的混合物 重 嚴重故障 反應(yīng)油流速度跳閘2 氣體與油的混合物 輕 不正常or少數(shù)匝間 氣體體積發(fā)信號 輕瓦斯 反應(yīng)油面降低 匝數(shù)很少的匝間故障重瓦斯 嚴重故障跳閘特點 內(nèi)部保護之一 反應(yīng)油箱內(nèi)部故障H2 潮氣CO CO2 固體絕緣材料分解C2H2 放電故障CH4 C2H4 過熱性通過瓦斯氣體分析 診斷變壓器潛伏性故障 二 瓦斯繼電器 1 瓦斯繼電器安裝圖瓦斯保護主要是由瓦斯繼電器組成 它安裝在油箱與油枕之間的管道上 油枕 2 瓦斯繼電器 1 構(gòu)成 2 原理正常輕微故障嚴重故障輕微漏油嚴重漏油 下開口杯 上開口杯 干簧觸點 永久磁鐵 永久磁鐵 進油擋板 平衡錘 平衡錘 放氣閥 探針 支架 擋板 三 瓦斯保護的原理接線 1 原理接線圖 2 說明 1 BCJ 自保持中間繼電器 動作后由DL輔助觸點來解除出口回路的自保持防止抖動2 信號繼電器3 換油時使用3 瓦斯繼電器1 輕 發(fā)重 跳4 瓦斯保護的動作過程 四 評價 1 優(yōu)點 動作快 靈敏度高 接線簡單 能反應(yīng)油箱內(nèi)任何故障2 缺點 可靠性不太高 僅能反應(yīng)油箱內(nèi)故障 不能反應(yīng)油箱以外的套管及引出線等部位上的故障 瓦斯保護可作為變壓器的主保護之一 第三節(jié) 變壓器的電流速斷保護 電流速斷保護的原理電流速斷保護的整定計算 一 原理 是反應(yīng)電流增大而瞬時動作的保護裝于Tr的電源側(cè) 對Tr及其引出線上的各種短路進行保護 為保證選擇性只能保護Tr的一部分 一般是保護Tr的原繞組 適用于小容量的Tr 且過流保護時限大于0 5S時 二 整定計算 1 躲過Tr負荷側(cè)出口d1點短路時的最大短路電流來整定2 躲過勵磁涌流 根據(jù)實際經(jīng)驗及實際數(shù)據(jù) 一般取取1 2中的較大者作起動電流 二 整定計算 3 靈敏度校驗按變壓器原邊d2點短路時整定4 評價優(yōu)點 簡單迅速缺點 只能保護Tr的一部分 第四節(jié)變壓器的縱差動保護 縱差動保護原理不平衡電流產(chǎn)生的原因及防止措施整定計算差動繼電器的原理及結(jié)構(gòu) 一 問題的提出 電流速斷保護Klm不夠瓦斯保護只能反應(yīng)油箱內(nèi)部故障 二 原理 1 正常和外部故障時 2 內(nèi)部故障 三繞組變壓器相同 3 保護特點 保護整個變壓器 與其它保護無配合關(guān)系 可實現(xiàn)整個Tr的快速保護 與運行方式無關(guān) 必須選擇合適的CT變化使與接近 即 變壓器變比 即提高Klm的關(guān)鍵 如何減小IbP成為縱差保護的關(guān)鍵 三 不平衡電流產(chǎn)生的原因及消除方法 1 穩(wěn)態(tài)不平衡電流IbP 1 由于CT變比與標準變比不一致產(chǎn)生 計算變比與實際變比不同 原因 確定 此情況較難滿足 消除方法P175圖6 5 采用通過速飽和鐵芯的差動繼電器的平衡線圈WPh來消除 Wcd 差動線圈WPh 平衡線圈W2 工作線圈Wd Wd 短路線圈 設(shè) WPh接到二次側(cè)計算小的一側(cè) 2 由于Y 變壓器接線方式產(chǎn)生的 Y d11變壓器接線 2 由于Y 變壓器接線方式產(chǎn)生的P174圖6 4 3 由于變壓器帶負荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的IbP在整定中加以考慮 4 兩個CT特性不同而產(chǎn)生的IbP盡量選用同型CT 此時Ktx 1 2 暫態(tài)不平衡電流IbP 1 外部故障時短路電流暫態(tài)非同期分量引起的IbP非周期分量使CT飽合由于飽和特性不同IbP較大 1 外部故障時短路電流暫態(tài)非同期分量引起的IbP曲線1 互感器2次側(cè)感應(yīng)非周期分量電流曲線2 總的電流 曲線3 鐵芯飽和以后電流的周期分量 曲線4 短路電流中衰減的非周期分量可見其中含有較大的直流分量 消除措施 采用速飽和變流器因為暫態(tài)不平衡電流中含有較大的直流分量 直流分量電流使速飽和變流器飽和 這時 交流分量電流難于轉(zhuǎn)換到速飽和變流器的副邊 差動繼電器不會動作 但加入速飽和變流器 以后當內(nèi)部故障時 必須等到非周期分量衰減后才能動作 增加了保護動作時間 2 由變壓器勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流IbP 正常情況下勵磁電流只存在于變壓器的某一側(cè) 此電流一般不超過額定電流的2 10 在外部故障時 由于電壓降低 勵磁電流減小 其影響就更小了 在保護中可以不用考慮 空載投入變壓器和外部故障切除后電壓恢復時產(chǎn)生勵磁涌流 6 8 Ie 勵磁涌流的大小和衰減與外加電壓相位 剩余 大小方向 電源容量大小 Tr容量大小及鐵芯性質(zhì)等有關(guān) 勵磁涌流的產(chǎn)生及變化曲線 1 穩(wěn)態(tài)工作時 2 空載合閘時 3 勵磁涌流的構(gòu)成非周期分量高次諧波勵磁涌流的大小和衰減與外加電壓相位 剩余 大小方向 電源容量大小 Tr容量大小回路阻抗及鐵芯性質(zhì)等有關(guān) 對于大型的變壓器 其勵磁涌流衰減相當慢 例如50MVA以上變壓器 涌流衰減到最大峰值的50 需要時間長達幾秒到幾十秒 典型勵磁涌流記錄波形 勵磁涌流的特點 P173 只在電源側(cè)出現(xiàn)且倍數(shù)不確定 含非周期分量且往往使涌流偏于時間軸一側(cè) 含有大量二次諧波 含間斷角防止措施 內(nèi)部故障存在動作延時 等非周期分量衰減后再動作 采用具有飽和鐵芯的差動繼電器 鑒別短路電流與勵磁涌流的差別 利用二次諧波制動等 問題 以上影響不平衡電流的因素哪些可以消除 哪些是不可能消除 四 整定計算 1 整定原則原則一 躲CT二次側(cè)斷線時產(chǎn)生的電流及躲最大負荷電流Kk 1 3原則二 躲外部短路時最大不平衡電流IbpmaxKk 1 3穩(wěn)態(tài)最大不平衡電流 見P176 原則三 躲勵磁涌流當采用波形鑒別或二次諧波制動的原理構(gòu)成時 無須在考慮勵磁涌流的影響 當采用速飽和鐵芯的繼電器時一般 但都必須經(jīng)過現(xiàn)場空載合閘實驗 2 靈敏度的校驗注 單側(cè)電源供電系統(tǒng)最小運行方式 Tr發(fā)生短路時的最小短路電流 即使靈敏系數(shù)滿足要求縱差保護也不能反應(yīng)匝間故障和輕微故障 五 幾種差動繼電器 1 帶有速飽和變流器的差動繼電器BCH 2 1 速飽和變流器的工作原理P177圖6 6原理 非周期分量不易通過速飽和變流器而變換到二次側(cè)作用 防止暫態(tài)過程中不平衡電流 非周期分量 的影響 2 速飽和變流器的工作原理P177圖6 6缺點 非周期分量衰減后才能動作 增加了保護動作時間Tr容量越大 衰減越慢導致t增大越不利 3 帶加強型速飽和變流器的差動繼電器結(jié)構(gòu) 組成見圖6 6 d BCH一2型差動繼電器由電磁型電流繼電器 三柱鐵芯和幾個線圈組成 如圖所示 兩邊柱鐵芯截面較小 是中間柱鐵芯截面的一半 易于飽和 在中間柱上繞有四個線圈 差動線圈Wcd 兩個平衡線圈Wph 兩個短路線圈Wd 工作線圈W2 短路線圈 加強躲非周期分量的能力 更易躲暫態(tài)過程中的不平衡電流和勵磁涌流 4 BCH 2接線 BCH 2型差動繼電器直流助磁特性曲線 工作繞組接入保護的差動回路 平衡繞組可以按照實際需要接入環(huán)流回路或工作回路 短路繞組可根據(jù)保護不同的設(shè)備來選用A A B B C C D D 自學利用BCH 2型差動繼電器構(gòu)成的變壓器差動保護的整定計算參考書 電力系統(tǒng)繼電保護 孫國凱等中國水利水電出版社P125 129 例題1 如下圖所示 一單獨運行的變壓器 采用BCH 2型縱差動保護 其中CT變比有100 150 200 250 500 750 1000 5A BCH 2動作安匝為60 求 整定電流 差動線圈匝數(shù) 平衡線圈匝數(shù)和靈敏度 解題步驟 1 計算變壓器一次電流 選出CT變比 確定二次回路額定電流 選出基本側(cè) 2 計算變壓器基于基本側(cè)電壓的阻抗 計算外部最大短路電流 3 進行計算 1 躲過最大不平衡電流 2 躲過勵磁涌流 3 躲過CT二次斷線 4 基本側(cè)差動線圈匝數(shù)的確定 5 確定平衡線圈的匝數(shù) 基本側(cè)和非基本側(cè) 6 計算平衡線圈匝數(shù)產(chǎn)生的相對誤差4 計算靈敏系數(shù) 解 1 基本計算 2 計算最大短路電流 歸算到10 5KV側(cè) 3 按躲外部短路時的最大不平衡電流整定 4 按躲勵磁涌流來整定 5 按躲互感器二次斷線整定 6 基本側(cè)動作線圈匝數(shù)的確定 7 確定110KV側(cè)平衡線圈的匝數(shù) 8 計算由平衡線圈誤差引起的計算誤差 9 靈敏度的校驗 例題2 2 具有磁力制動的差動繼電器BCH 1P178能可靠躲開外部故障時的IbP 并提高內(nèi)部故障時的Klm 1 原理 在1的基礎(chǔ)上增加制動線圈 利用外部故障時的短路電流來實現(xiàn)制動 即Idz隨制動電流變化 具有消除不平衡電流和勵磁涌流中非周期分量的影響 2 構(gòu)成及連接方式 WZh Wg W2 WPh 具有磁力制動的差動繼電器BCH 1 3 工作過程 最小起動電流 當Wzh中無電流時使繼電器動作的最小工作電流 制動特性曲線P179圖6 8 制動系數(shù) 為防止繼電器拒動 制動磁勢 不可過大 4 整定 任何時候 都不會誤動 5 如何提高Klm 變壓器內(nèi)部故障B側(cè)無電源Wzh中無電流Ig Id 5 如何提高Klm A B側(cè)電源相等 交點b b點以后均能動作 曲線4在3之上 5 如何提高Klm A側(cè)無電源 最不利情況 C點以后均能動作 制動線圈原則上接于無電源或小電源的一側(cè)以便提高靈敏度 6 BCH 1接線原理 3 具有比率制動和二次諧波制動的差動繼電器 1 繼電器的構(gòu)成及工作原理 比率制動 穿越電流制動 回路Uzh1 二次諧波制動回路UZh2 總制動回路 工作回路 執(zhí)行回路幅值比較式繼電器 2 繼電器工作特點分析 正常及外部故障 勵磁涌流的作用 雙側(cè)電源保護范圍內(nèi)部故障 單側(cè)電源保護范圍內(nèi)部故障 最不利的工作情況 第五節(jié) 變壓器的電流和電壓保護 變壓器的過電流保護低電壓起動的過電流保護復合電壓起動的過電流保護負序過電流保護 一 作用 近后備 主保護后備瓦斯和縱差遠后備 相鄰元件后備母線和出線保護的后備 二 變壓器的過電流保護 1 原理同線路定時限過電流保護相同 按躲最大負荷電流整定 2 接線 降壓變壓器 考慮電機自起動 動作時間的整定 4 特點 接線簡單 可靠性高 但Klm 三 低電壓起動的過電流保護 1 原理電壓 電流元件同時啟動后啟動延時保護跳閘 2 接線低壓元件作用 保證上述一臺Tr突然切除或電機自起時不動作 低壓元件起動值應(yīng)小于正常情況下 母線可能出現(xiàn)的最低工作電壓 且外部故障切除后電機自起動的過程中必須返回 一般 低壓元件靈敏系數(shù)的校驗 Udmax為最大運行方式下 相鄰元件末端三相短路時保護安裝處最大線電壓 電流元件靈敏系數(shù)的整定同上 說明 升壓Tr一般裝兩套低壓元件 觸點并聯(lián)任一動作動作 PT斷線監(jiān)視信號 特點 提高了Klm即Idz 四 復合電壓起動的過電流保護 是低電壓起動過電流保護的發(fā)展三個低電壓繼電器改為一個負序電壓繼電器和一個接于線電壓上的低電壓繼電器組成1 原理按線P185圖6 14 2 工作原理 1 兩相短路情況 2 三相短路情況 3 整定 Idz UdZ同低電壓起動的過電流保護 負序電壓U2 dZ整定 按躲正常運行方式下負序過濾器出現(xiàn)的最大不平衡電壓整定 一般取 U2 dZ 0 06 0 12 Ue B UdZ 0 5 0 6 Ue B 4 特點 1 負序電壓整定值小 不對稱短路時電壓元件Klm 2 電壓元件的工作情況與變壓器接線方式無關(guān) 3 K 3 可提高Klm 因為低電壓繼電器的返回系數(shù) 1 4 接線簡單 5 對大容量Tr當Klm遠不夠時采用負序過電流保護 五 負序過電流保護 對于大型發(fā)電機變壓器組 額定電流大 電流元件往往不能滿足遠后備靈敏度的要求 它是由反應(yīng)對稱短路的低電壓起動的過電流保護和反應(yīng)不對稱短路的負序電流保護組成 1 原理接線 2 整定計算 負序電流繼電器的一次動作電流按以下條件選擇 1 躲開變壓器正常運行時負序電流濾過器出現(xiàn)的最大不平衡電流 其值為I2 DZ 0 1 0 2 Ie B 2 躲開線路一相斷線時引起的負序電流 3 與相鄰元件負序電流保護在靈敏度上相配合 3 靈敏度校驗 Id 2 min 在遠后備校驗點發(fā)生不對稱短路時 流過保護的最小負序電流 4 特點 1 負序電流保護的靈敏度較高 且在Y d接線的變壓器另一側(cè)發(fā)生不對稱短路時 靈敏系數(shù)不受影響 2 接線也較簡單 3 整定計算比較復雜 4 通常用在31 5MVA及以上的升壓變壓器 六 變壓器過負荷保護 1 保護原理變壓器過負荷在大多數(shù)情況下都是三相對稱的 故保護裝置只采用一個電流繼電器接于一相上 并經(jīng)一定延時作用于信號 來反映對稱過負荷 過負荷保護的裝配原則 應(yīng)能反映變壓器各側(cè)繞組的過負荷情況 1 對于雙繞組變壓器對于雙繞組升壓變壓器 過負荷保護裝于低壓側(cè) 而對于雙繞組降壓變壓器 則裝于高壓側(cè) 2 對于三繞組變壓器單側(cè)電源三繞組降壓變壓器 若三側(cè)繞組容量相同 過負荷保護裝在電源側(cè) 若三側(cè)繞組容量不相同 則只有電源側(cè)和繞組容量較小的一側(cè)裝設(shè)過負荷保護 兩側(cè)電源的三繞組降壓變壓器或聯(lián)絡(luò)變壓器 三側(cè)均裝設(shè)過負荷保護 一側(cè)無電源的三繞組升壓變壓器 過負荷保護應(yīng)裝于發(fā)電機電壓側(cè)和無電源側(cè) 當三側(cè)都有電源時 各側(cè)均裝設(shè)過負荷保護 簡單 雙繞組變壓器 電源側(cè) 三雙繞組變壓器 三側(cè)都裝 2 接線 3 整定計算 第六節(jié)變壓器的零序電流保護 對于110KV以上中性點直接接地系統(tǒng)中的電力變壓器 一般應(yīng)裝設(shè)零序電流保護作為變壓器主保護的后備保護和相鄰元件接地短路的后備保護 大接地電流系統(tǒng)發(fā)生接地故障 零序電流的大小和分布與系統(tǒng)中變壓器中性點接地的位置和數(shù)量有關(guān) 為使整個系統(tǒng)在各種運行方式下零序電流的大小和分布基本不變 零序保護范圍穩(wěn)定 要求整個系統(tǒng)內(nèi)變壓器中性點接地的位置和數(shù)量不變 對單臺變壓器的變電所變壓器中性點要求接地 對多臺變壓器的變電所要求變壓器的中性點部分接地 如兩臺變壓器的變電所 要求一臺變壓器中性點接地 另一臺中性點不接地運行 當接地的變壓器退出工作時 另一臺變壓器中性點接地 以保證系統(tǒng)在運行中接地點的位置和數(shù)量不變 一 中性點直接接地運行變壓器的零序保護 1 原理與接線中性點直接接地運行變壓器可配置兩段式零序電流保護 其原理圖如圖所示 每段都有兩個時限 每段動作后都以較小時限t1 t3斷開母線聯(lián)絡(luò)斷路器或分段斷路器DL 以減少故障范圍 以較長時限t2 t4斷開變壓器高壓側(cè)斷路器1DL 2 整定計算 1 零序 段零序 段動作電流與相鄰元件零序 段配合整定 即I dz o KphKfzI dz o x式中Kph 配合系數(shù) 取1 1 1 2 Kfz 零序電流分支系數(shù) 其值為在最大運行方式下 相鄰元件 段保護范圍末端發(fā)生單相接地短路時 流過保護的零序電流與流過相鄰元件零序電流之比 I dz o x 相鄰元件零序 段電流保護動作電流 零序 段動作時限與相鄰元件零序 段時限配合整定 一般取tdz t下 t t下 0 5 2 零序 段 零