電力變壓器保護(hù)

1、6. 電力變壓器保護(hù)電力變壓器保護(hù)6.1電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài) 變壓器的故障可以分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。 油箱外的故障： 套管和引出線上發(fā)生相間短路以及接地短路。 油箱內(nèi)的故障： 繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。 油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。 實(shí)踐表明，變壓器套管和引出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路是比較常見的故障類型，變壓器油箱內(nèi)發(fā)生相間短路的情況比較少。變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)

2、過(guò)電流：變壓器外部短路 過(guò)負(fù)荷：負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定容量 冷卻能力下降：風(fēng)扇故障或漏油等 過(guò)勵(lì)磁：過(guò)電壓或低頻率。 對(duì)于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形接線方式變壓器，外部接地短路時(shí)有可能造成變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓，威脅變壓器的絕緣； 變壓器不正常運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號(hào)，使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。繞組和鐵芯過(guò)熱6.2 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)變壓器縱差動(dòng)保護(hù) 電流縱差動(dòng)保護(hù)不但能夠正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其它元件的保護(hù)配合，可以無(wú)延時(shí)地切除區(qū)內(nèi)各種故障，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地用作變壓器的主保護(hù)。變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理和接線方式變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基

3、本原理和接線方式 右圖為雙繞組單相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖 參考方向?yàn)槟妇€指向變壓器, 流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流為： 縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為：21IIIrsetrII 理想變壓器特性理想變壓器特性 設(shè)變壓器高、低壓側(cè)的變比為： 則 若選擇電流互感器的變比，使之滿足： 這樣差動(dòng)電流就變?yōu)椋?忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和變壓器外部故障時(shí)，差動(dòng)電流為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作； 變壓器內(nèi)部任何一點(diǎn)故障時(shí)，相對(duì)于變壓器內(nèi)部多了一個(gè)故障支路，流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流等于故障點(diǎn)電流，只要故障電流大于差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流，差動(dòng)保護(hù)就能迅速動(dòng)作。21UUnT11212212211211TATATTATATTATAr

4、nInnnnIInnInIIIITTATAnnn21221TATrnIInI變壓器接線方式的處理變壓器接線方式的處理 實(shí)際電力系統(tǒng)都是三相變壓器(或三相變壓器組)，并且通常采用Y/D-11的接線方式，使變壓器高、低壓側(cè)電流的不對(duì)應(yīng)。 若仍用上述針對(duì)單相變壓器的差動(dòng)繼電器的接線方式，將高、低側(cè)電流引入差動(dòng)保護(hù)，將會(huì)在繼電器中產(chǎn)生很大的差動(dòng)電流。 通過(guò)改變縱差動(dòng)保護(hù)的接線方式可以消除這個(gè)電流。 電流互感器的變比也要相應(yīng)地調(diào)整，使兩側(cè)電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足：321TTATAnnn三繞組變壓器的保護(hù)三繞組變壓器的保護(hù) 三繞組變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)原理與雙繞組變壓器是一樣的。 圖中所示的三繞組變壓器，

5、接入縱差動(dòng)繼電器的差電流為： 三相變壓器各側(cè)電流互感器的接線方式和變比的選擇也要參照雙繞組變壓器的方式進(jìn)行調(diào)整： D側(cè)互感器用Y接線方式； 兩個(gè)Y側(cè)互感器則采用D接線方式。 電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足：3323231313TTATATTATAnnnnnn321IIIIr變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流不平衡電流的產(chǎn)生原因（以雙繞組單相變壓器為例）：1. 計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致2. 變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭3. 電流互感器傳變誤差4. 變壓器的勵(lì)磁電流計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致 變比系數(shù)： 不平衡電流為： 穿越電流：將變壓器兩側(cè)的電流都折算到電流互感器

6、二次側(cè)，忽略變比系數(shù)不為零的影響，則區(qū)外故障時(shí)，變壓器兩側(cè)的電流大小相等，方向相反，該電流稱為區(qū)外故障時(shí)變壓器的穿越電流Ik。 最大不平衡電流： 其中，Ik.max 區(qū)外故障時(shí)的最大穿越電流211TATTAzannnf11221TAzaTATunbnIfnIInImax.max.kzaunbIfI變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭 電力系統(tǒng)經(jīng)常采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器，通過(guò)改變其分接頭的位置保持系統(tǒng)的運(yùn)行電壓。 改變分接頭位置，實(shí)際上就是改變變壓器的變比nT，而電壓互感器的變比選定后不可能根據(jù)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)制。 由變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流為： 其中，U為由變壓器分接頭改

7、變引起的相對(duì)誤差。max.max.kunbUII電流互感器傳變誤差產(chǎn)生的不平衡電流電流互感器傳變誤差產(chǎn)生的不平衡電流 區(qū)外故障時(shí)變壓器兩側(cè)的 一次電流為(折算到二次側(cè))： 故由電流互感器傳變誤差 引起的不平衡電流為： 不平衡電流實(shí)際上就是兩個(gè)電流互感器勵(lì)磁電流之差。12II1221IIIIIunb電流互感器的勵(lì)磁電流電流互感器的勵(lì)磁電流 勵(lì)磁電流總是落后于一次電流，它們之間的相位差不會(huì)超過(guò)90o，它們是相互抵消的。不失一般性，假設(shè)I1比較大，不平衡電流將小于I1。 若兩個(gè)電流互感器的型號(hào)相同，它們的參數(shù)差異性小，不平衡電流也比較??；反之，不平衡電流比較大。通常采用同型系數(shù)Kst來(lái)表示互感器型號(hào)

8、對(duì)不平衡電流的影響，即 當(dāng)兩個(gè)電流互感器型號(hào)相同時(shí)，取Kst=0.5；否則取Kst=1。對(duì)于變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)，兩側(cè)電流互感器的變比不一樣，互感器的型號(hào)肯定不同，故取Kst=1。1IKIstunb電流互感器的勵(lì)磁電流電流互感器的勵(lì)磁電流 勵(lì)磁電流的大小取決于電流互感器鐵芯是否飽和以及飽和的程度。勵(lì)磁電流與鐵芯磁通之間的關(guān)系由鐵芯的磁滯回線確定。左圖中 曲線1是鐵芯的基本磁化曲線。 曲線3是勵(lì)磁電流按照曲線2變化時(shí)的磁滯回線。 磁化曲線上的s點(diǎn)稱為飽和點(diǎn)。 故磁化曲線的斜率就是勵(lì)磁回路的電感L1。鐵芯未飽和時(shí)，L1很大且接近常數(shù)；鐵芯飽和后磁化曲線變得很平坦，L1大為減小。 由于非周期分量引起I

9、1偏離時(shí)間軸的一側(cè)，磁通也偏離磁化曲線并按照曲線3的局部磁滯回環(huán)變化。非周期分量的存在將會(huì)顯著地減小L1 。電流互感器的勵(lì)磁電流電流互感器的勵(lì)磁電流 當(dāng)I1比較小時(shí)，電流互感器不飽和。L1很大且基本不變，勵(lì)磁電流I1很小并隨著I1增大也按比例地增大。 當(dāng)勵(lì)磁電流I1增大到鐵芯飽和，L1減小，勵(lì)磁回路的分流增大，又導(dǎo)致L1進(jìn)一步下降，其結(jié)果是I1迅速增大。 鐵芯越飽和則勵(lì)磁電流也越大，并且隨一次電流的增加呈非線性的增加。 鐵芯是否飽和以及飽和的程度，還與二次負(fù)載有關(guān)。在一次電流大小一定的情況下，二次負(fù)載越大，勵(lì)磁回路的分流越大，鐵芯越容易飽和。 磁化曲線是由電流互感器鐵芯材料和截面積決定的，電流

10、互感器廠家根據(jù)產(chǎn)品的磁化曲線會(huì)提供所謂的10誤差曲線，即電流互感器誤差達(dá)到10時(shí)，一次電流與二次負(fù)載電阻之間的關(guān)系曲線。電流互感器的電流互感器的10誤差曲線誤差曲線 為了保證縱差動(dòng)保護(hù)的正確工作，通常是根據(jù)電流互感器的10誤差曲線來(lái)選擇電流互感器的型號(hào)。 根據(jù)區(qū)外故障最大短路電流在10誤差曲線中找出相應(yīng)的二次負(fù)載電阻的數(shù)值，如果實(shí)際的負(fù)載電阻小于這個(gè)數(shù)值，那么二次電流的誤差就一定小于10。否則要選擇容量更大的電流互感器。因此電流互感器可能的最大誤差就是10，即 Knp 非周期分量系數(shù)，一般取Knp=1.52。 電流互感器的10誤差曲線是一次電流為額定頻率的正弦波情況下得到的。在變壓器外部故障時(shí)

11、，一次電流中除了穩(wěn)態(tài)分量外，還有非周期分量等暫態(tài)分量。導(dǎo)致不平衡電流的瞬時(shí)值較穩(wěn)態(tài)量大，非周期分量系數(shù)Knp就是考慮這個(gè)因素而引人的。max.11 . 0kIImax.max.1 . 0kstunbIKImax.max.1 . 0kstnpunbIKKI暫態(tài)不平衡電流暫態(tài)不平衡電流 鐵芯的飽和還與一次電流的頻率有關(guān)。頻率越低，鐵芯越容易飽和。實(shí)際的非周期分量都是按一定時(shí)間常數(shù)衰減的，可以粗略地看成是一個(gè)低頻分量。衰減時(shí)間常數(shù)越大，頻率越低，勵(lì)磁電流越大。非周期分量的存在將大大增加電流互感器的飽和程度，由此產(chǎn)生的誤差稱為電流互感器的暫態(tài)誤差。差動(dòng)保護(hù)是瞬時(shí)動(dòng)作的，必須考慮非周期分量引起的暫態(tài)不平

12、衡電流。 右圖為變壓器外部故障時(shí)的暫態(tài)電流和縱差動(dòng)保護(hù)暫態(tài)不平衡電流的實(shí)驗(yàn)錄波圖。 暫態(tài)不平衡電流比穩(wěn)態(tài)不平衡電流大許多倍，且含有很大的非周期分量，其特性完全偏于時(shí)間軸的一側(cè)。變壓器勵(lì)磁電流產(chǎn)生的不平衡電流變壓器勵(lì)磁電流產(chǎn)生的不平衡電流 勵(lì)磁回路相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障的故障支路。勵(lì)磁電流全部流入差動(dòng)繼電器中，形成不平衡電流，即LII1I2IIunb 三相變壓器的情況也完全相同。勵(lì)磁電流的大小取決于勵(lì)磁電感的數(shù)值，也就是取決于變壓器鐵芯是否飽和。正常運(yùn)行和外部故障時(shí)變壓器不會(huì)飽和，勵(lì)磁電流一般不會(huì)超過(guò)額定電流的25，對(duì)縱差動(dòng)保護(hù)的影響常常略去不計(jì)。 當(dāng)變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，變壓

13、器電壓從零或很小的數(shù)值突然上升到運(yùn)行電壓。在這個(gè)電壓上升的暫態(tài)過(guò)程中，變壓器可能嚴(yán)重飽和，產(chǎn)生很大的暫態(tài)勵(lì)磁電流，稱為勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流勵(lì)磁涌流 勵(lì)磁涌流的最大值可達(dá)額定電流的48倍，并與變壓器的額定容量有關(guān)。 由于勵(lì)磁涌流很大，若用動(dòng)作電流來(lái)躲過(guò)其影響，縱差動(dòng)保護(hù)在變壓器內(nèi)部故障時(shí)靈敏度將會(huì)很低。一般要通過(guò)其它措施來(lái)防止勵(lì)磁涌流引起縱差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，這也是變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的核心問(wèn)題。減小不平衡電流的主要措施減小不平衡電流的主要措施1.計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流的補(bǔ)償流的補(bǔ)償2.減少電流互感器性能引起的穩(wěn)態(tài)不平衡電流減少電流互感器性能引起的穩(wěn)

14、態(tài)不平衡電流3.減少電流互感器的暫態(tài)不平衡電流減少電流互感器的暫態(tài)不平衡電流計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流的補(bǔ)償計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流的補(bǔ)償 由變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流為： 其中 是一個(gè)可計(jì)算的常數(shù) 可對(duì)差動(dòng)繼電器的不平衡電流進(jìn)行補(bǔ)償： 對(duì)于數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)裝置，只需按上式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算就能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償 對(duì)于電磁式差動(dòng)保護(hù)裝置，可以采用中間變換器進(jìn)行補(bǔ)償。由于Wb的匝數(shù)不能平滑調(diào)節(jié)，選用的匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不可能完全一致，仍存在不平衡電流，但已大為減少。此時(shí)，變比系數(shù)為：1211InnnTATTA121InIIIrnWWfdbza211TATTAnnnn減少電流互感器性能引

15、起的穩(wěn)態(tài)不平衡電流減少電流互感器性能引起的穩(wěn)態(tài)不平衡電流 盡可能使用型號(hào)、性能完全相同的D級(jí)電流互感器，使得兩側(cè)電流互感器的磁化曲線相同，以減小不平衡電流。 減小電流互感器的二次負(fù)載并使各側(cè)二次負(fù)載相同，能夠減少鐵芯的飽和程度，相應(yīng)地也減少了不平衡電流。 減小二次負(fù)載的方法，除了減小二次電纜的電阻外，可以增大電流互感器的變比。減少電流互感器的暫態(tài)不平衡電流減少電流互感器的暫態(tài)不平衡電流 采用在差動(dòng)回路中接入具有速飽和特性的中間變流器的方法，減小電流互感器的暫態(tài)不平衡電流。 對(duì)于實(shí)際保護(hù)裝置，通常在中間變流器中還要采取其它增加鐵芯飽和的輔助措施，如帶加強(qiáng)型速飽和中間變流器差動(dòng)保護(hù)，以進(jìn)一步減少暫

16、態(tài)不平衡電流。 速飽和中間變流器也能夠減少勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流，但不能完全消除。 變壓器內(nèi)部故障時(shí)，故障電流中也含有非周期分量。采用速飽和中間變流器后，縱差動(dòng)保護(hù)需待非周期分量衰減后才能動(dòng)作，延長(zhǎng)了故障切除時(shí)間，這對(duì)變壓器是十分不利的。6.2.3 縱差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算原則縱差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算原則1. 動(dòng)作電流的整定原則1. 躲過(guò)外部短路故障時(shí)的最大不平衡電流2. 躲過(guò)變壓器最大的勵(lì)磁涌流3. 躲過(guò)電流互感器二次回路斷線引起的差電流按上面三個(gè)條件計(jì)算動(dòng)作電流，并選取最大者。2. 縱差動(dòng)保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)躲過(guò)外部短路故障時(shí)的最大不平衡電流躲過(guò)外部短路故障時(shí)的最大不平衡電流 躲過(guò)外部短路故障時(shí)的

17、最大不平衡電流，整定式為： Krel 可靠系數(shù)，取1.3 Iunb.max 外部短路時(shí)的最大不平衡電流，包括電流互感器和變壓器變比不完全匹配產(chǎn)生的最大不平衡電流和互感器傳變誤差引起的最大不平衡電流：max.unbrelsetIKImax.max.)1 . 0(kstnpmunbrelsetIKKUfIKI躲過(guò)變壓器最大的勵(lì)磁涌流躲過(guò)變壓器最大的勵(lì)磁涌流 躲過(guò)變壓器最大的勵(lì)磁涌流，整定式為： Krel可靠系數(shù)，取1.31.5 IN變壓器的額定電流 K勵(lì)磁涌流的最大倍數(shù)，取48 由于勵(lì)磁涌流很大，實(shí)際的縱差動(dòng)保護(hù)通常采用其它措施來(lái)減少它的影響： 通過(guò)鑒別勵(lì)磁涌流和故障電流，在勵(lì)磁涌流時(shí)將差動(dòng)保護(hù)閉

18、鎖，在整定值中不必考慮勵(lì)磁涌流影響，取K0； 采用速飽和變流器減少勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流，采用加強(qiáng)型速飽和變流器的差動(dòng)保護(hù)時(shí)，取K1。NrelsetIKKI躲過(guò)電流互感器二次回路斷線引起的差電流躲過(guò)電流互感器二次回路斷線引起的差電流 變壓器某側(cè)電流互感器二次回路斷線時(shí)，另一側(cè)電流互感器的二次電流全部流入差動(dòng)繼電器中，要引起保護(hù)的誤動(dòng)。 有的差動(dòng)保護(hù)采用斷線識(shí)別的輔助措施，在互感器二次回路斷線時(shí)將差動(dòng)保護(hù)閉鎖。 若沒有斷線識(shí)別的措施，則差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流必須大于正常運(yùn)行情況下變壓器的最大負(fù)荷電流，即 Krel可靠系數(shù)，取1.3 Il.max變壓器的最大負(fù)荷電流，若不能確定，可取額定電流max.

19、 lrelsetIKI縱差動(dòng)保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)縱差動(dòng)保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn) 縱差動(dòng)保護(hù)的靈敏系數(shù)可按下式校驗(yàn) Ik.min.r為各種運(yùn)行方式下變壓器區(qū)內(nèi)端部故障時(shí)，流經(jīng)差動(dòng)繼電器的最小差動(dòng)電流。 靈敏系數(shù) Ksen 一般不應(yīng)低于2。 當(dāng)按上述原則整定的動(dòng)作電流不能滿足靈敏度要求時(shí)，需要采用具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器。setrksenIIK.min.具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器 1差動(dòng)繼電器的制動(dòng)特性 流入差動(dòng)繼電器的不平衡電流與變壓器外部故障時(shí)的穿越電流有關(guān)，穿越電流越大，不平衡電流也越大。 具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器，引入一個(gè)能反應(yīng)穿越電流大小的制動(dòng)電流，動(dòng)作電流不再是躲過(guò)最大穿

20、越電流，而是根據(jù)制動(dòng)電流自動(dòng)調(diào)整。 不平衡電流與制動(dòng)電流的關(guān)系為： 則具有制動(dòng)特性差動(dòng)繼電器的動(dòng)作方程為： 式中Krel 是可靠系數(shù)。resunbIfIresrelrIfKI 差動(dòng)電流與制動(dòng)電流的關(guān)系差動(dòng)電流與制動(dòng)電流的關(guān)系 將差動(dòng)電流Ir與制動(dòng)電流Ires的關(guān)系在一個(gè)平面坐標(biāo)上表示。 只有當(dāng)差動(dòng)電流處于曲線的上方時(shí)差動(dòng)繼電器才能動(dòng)作。 Krelf(Ires)稱為差動(dòng)繼電器的制動(dòng)特性制動(dòng)特性， 處于制動(dòng)特性上方的區(qū)域稱為差動(dòng)繼電器的動(dòng)作區(qū)動(dòng)作區(qū)， 另一個(gè)區(qū)域相應(yīng)地稱為制動(dòng)區(qū)制動(dòng)區(qū)。 Krelf(Ires)的線性部分可以表示為： KTA為電流互感器未飽和時(shí)存在的線性誤差，由互感器型號(hào)決定，一般小

21、于2。resTAzarelresrelIKUfKIfK制動(dòng)特性分析制動(dòng)特性分析設(shè)變壓器穿越電流等于最大外部故障電流Ik.max時(shí)，差動(dòng)繼電器動(dòng)作電流和制動(dòng)電流分別為Iset.max和Ires.max 。顯然，此時(shí)差動(dòng)繼電器的不平衡電流就為最大不平衡電流，故理論上Ires.max Ik.max，但由于互感器飽和會(huì)使測(cè)量到的制動(dòng)電流減小，故 Kres.max稱為制動(dòng)特性的最大制動(dòng)比。 由于電流互感器的飽和與許多因素有關(guān)，制動(dòng)特性中非線性部分的具體數(shù)值是不易確定的。實(shí)用的制動(dòng)特性要進(jìn)行簡(jiǎn)化，在數(shù)字式縱差動(dòng)保護(hù)中，常常采用一段與坐標(biāo)橫軸平行的直線和一段斜線構(gòu)成的所謂兩折線特性。max.max.unbr

22、elsetIKImax.max.max.unbkresIIImax.max.max.ressetresIIK制動(dòng)特性分析制動(dòng)特性分析折線的縱坐標(biāo)用Iset.r表示，其斜線部分穿過(guò)a點(diǎn)，并與水平直線及Krelf(Ires)相交于g點(diǎn)。g點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作電流Iset.min稱為最小動(dòng)作電流，而對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流Ires.g稱為拐點(diǎn)電流。由于在IresIres.max時(shí)， Iset.r始終在曲線Krelf(Ires)的上方，外部故障時(shí)差動(dòng)繼電器不會(huì)誤動(dòng)，但內(nèi)部故障時(shí)靈敏度有所下降。設(shè)置一個(gè)最小動(dòng)作電流是必要的，因?yàn)榇嬖谝恍┡c制動(dòng)電流無(wú)關(guān)的不平衡電流如變壓器的勵(lì)磁電流、測(cè)量回路的雜散噪聲等動(dòng)作電流過(guò)低容易造

23、成繼電器的誤動(dòng)。制動(dòng)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中K為制動(dòng)特性的斜率：min.min.setgresressetrsetIIIKIImin.max.min.max.resressetsetIIIIK制動(dòng)特性分析制動(dòng)特性分析 繼電器的整定計(jì)算就是確定拐點(diǎn)電流Ires.g、最小動(dòng)作電流Iset.min和制動(dòng)特性的斜率K(或最大制動(dòng)比Kres.max)。 在實(shí)際應(yīng)用中一般由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。其選取原則和范圍： 拐點(diǎn)電流Ires.g應(yīng)該處在曲線Krelf(Ires)的線性部分，這樣可以減小繼電器的最小動(dòng)作電流。 制動(dòng)電流達(dá)到多少時(shí)電流互感器開始飽和也是不易確定的，通常認(rèn)為制動(dòng)電流小于或略大于變壓器的額定電流時(shí)電

24、流互感器肯定不會(huì)飽和。故拐點(diǎn)電流選取的范圍為： 最小動(dòng)作電流可依據(jù)公式計(jì)算。但有時(shí)會(huì)很小，對(duì)縱差動(dòng)保護(hù)的安全性不利。可按下式選取 制動(dòng)特性斜率K可以計(jì)算，對(duì)變壓器保護(hù)，通常取0.4 1。NgresII1 . 16 . 0.NsetII5 . 02 . 0min.差動(dòng)繼電器在內(nèi)部故障時(shí)的動(dòng)作行為差動(dòng)繼電器在內(nèi)部故障時(shí)的動(dòng)作行為 按上述外部短路不誤動(dòng)的原則選定差動(dòng)繼電器的制動(dòng)特性如圖中的折線3所示。 變壓器內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)電流Ir與制動(dòng)電流Ires的關(guān)系與系統(tǒng)運(yùn)行方式有關(guān)。 雙側(cè)電源供電時(shí)，若兩側(cè)電源的電勢(shì)和等效阻抗都相同，則Ir = I1 I22Ires，其關(guān)系如圖直線1所示，與制動(dòng)特性相交于b

25、點(diǎn)，差電流只要大于最小工作電流Iset.min就能夠動(dòng)作。 單側(cè)電源供電時(shí)，若I1是負(fù)荷側(cè)， Ires= I1=0，顯然繼電器的動(dòng)作電流也是Iset.min； 若I1是電源側(cè)，則Ir Ires= I1 ，其關(guān)系如圖中的直線2所示，與制動(dòng)特性相交于c點(diǎn)。這是縱差動(dòng)保護(hù)最不利的情況。拐點(diǎn)電流 大于Ires.g，而直線2的斜率為1，故此時(shí)繼電器的動(dòng)作電流也是Iset.min。制動(dòng)特性分析制動(dòng)特性分析 在各種運(yùn)行方式下的變壓器內(nèi)部故障時(shí)，帶有制動(dòng)特性差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流均為最小工作電流Iset.min。 不帶制動(dòng)的差動(dòng)繼電器的制動(dòng)特性是平行于坐標(biāo)橫軸的直線，動(dòng)作電流為固定的Iset.max。 繼電器采

26、用制動(dòng)特性后，變壓器內(nèi)部故障時(shí)將動(dòng)作電流從原來(lái)的Iset.max下降到Iset.min及制動(dòng)線，故差動(dòng)繼電器的靈敏度大為提高。 需要指出，在計(jì)算繼電器的靈敏度時(shí)需要考慮負(fù)荷電流的影響，即制動(dòng)電流除了故障電流外還要加上負(fù)荷電流。 由于優(yōu)點(diǎn)顯著，制動(dòng)特性在變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中獲得了廣泛的應(yīng)用。制動(dòng)電流的選取制動(dòng)電流的選取 制動(dòng)電流的選取方式對(duì)保護(hù)的靈敏度是有影響的。制動(dòng)電流的選取不是唯一的，例如也可以選擇Ires=I2作為制動(dòng)電流。 對(duì)于數(shù)字式保護(hù)，常見的方法有： 平均電流制動(dòng)： 復(fù)式制動(dòng)： 標(biāo)積制動(dòng)。 外部故障時(shí)三種制動(dòng)電流都等于變壓器的穿越電流； 內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)電流的大小是不一樣的，在不考慮負(fù)

27、荷電流影響時(shí)，后兩種方法的制動(dòng)電流比較小。 在故障電流很大，負(fù)荷電流影響可以忽略的情況下，各種方法都有很高的靈敏度；只有在故障電流與負(fù)荷電流差不多甚至更小時(shí)，分析各種制動(dòng)電流的相對(duì)大小才是有意義的。221IIIres221IIIres制動(dòng)電流的選取制動(dòng)電流的選取 變壓器繞組的匝間短路是比較常見的故障形式，若短路匝數(shù)很小，短路繞組雖然流過(guò)很大的電流，但反映到變壓器各側(cè)的故障電流并不大，甚至可能比負(fù)荷電流還小。如何提高匝間短路時(shí)的靈敏度，仍是變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的重要問(wèn)題。 三繞組變壓器也采用上面三種制動(dòng)電流的選取方法。由于有三個(gè)電流，復(fù)式制動(dòng)和標(biāo)積制動(dòng)方法不能直接采用，需要根據(jù)各側(cè)電流的相對(duì)大小來(lái)自

28、適應(yīng)地選取。 以復(fù)式制動(dòng)為例，設(shè)變壓器三側(cè)電流為I1、I2、 I3，其中I1的幅值最大，取制動(dòng)電流為： 外部故障時(shí)顯然I1是流出變壓器的，I2和I3是流入變壓器的，故Ires反映了變壓器的穿越電流。2/321IIIIres6.3 變壓器的勵(lì)磁涌流及鑒別方法變壓器的勵(lì)磁涌流及鑒別方法1. 單相變壓器的勵(lì)磁涌流單相變壓器的勵(lì)磁涌流2. 三相變壓器勵(lì)磁涌流的特征三相變壓器勵(lì)磁涌流的特征3. 防止勵(lì)磁涌流引起誤動(dòng)的方法防止勵(lì)磁涌流引起誤動(dòng)的方法單相變壓器的勵(lì)磁涌流單相變壓器的勵(lì)磁涌流 以一臺(tái)單相變壓器為例的空載合閘為例。 以標(biāo)么值來(lái)表示電壓u和磁通 電壓和磁通之間的關(guān)系為： 設(shè)變壓器在t=0時(shí)刻空載合

29、閘時(shí)，加在變壓器上的電壓為： 解式的微分方程，得： 穩(wěn)態(tài)磁通分量： 為自由分量，這里沒有考慮損耗，所以是直流分量。鐵芯的磁通不能突變，可求得： 是變壓器鐵芯的剩磁，與變壓器切除時(shí)刻的電壓(磁通)有關(guān)dtdutUumsin)0(costmtmcos/mmU)0( rmcos)0(r變壓器的飽和磁通變壓器的飽和磁通 電力變壓器的飽和磁通一般為sat=1.151.4。 變壓器的運(yùn)行電壓一般不會(huì)超過(guò)額定電壓的110%，相應(yīng)的磁通不會(huì)超過(guò)飽和磁通sat。在變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，鐵芯是不會(huì)飽和的。 在變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)程中，由于(0)的作用使可能會(huì)大于sat ，造成變壓器鐵芯的飽和。 最嚴(yán)重的情況是

30、在電壓過(guò)零時(shí)刻(=0)合閘，的最大值為：2m+r，遠(yuǎn)大于飽和磁通sat ，造成變壓器的嚴(yán)重飽和。勵(lì)磁涌流波形勵(lì)磁涌流波形 變壓器的近似磁化曲線如圖所示。 鐵芯不飽和時(shí)，曲線斜率很大，勵(lì)磁電流近似為零； 鐵芯飽和后，磁化曲線斜率很小，勵(lì)磁電流大大增加，形成勵(lì)磁涌流。 在02周期內(nèi)， 勵(lì)磁涌流的波形如圖所示， 波形完全偏離時(shí)間軸的一側(cè)，且是間斷的。 波形間斷的寬度稱為勵(lì)磁涌流的間斷角J 。coscos, 01mIi1111220或勵(lì)磁涌流的間斷角 間斷角是區(qū)別勵(lì)磁涌流和故障電流的一個(gè)重要特征，飽和越嚴(yán)重間斷角越小。 J的數(shù)值與變壓器電壓(穩(wěn)態(tài)磁通)幅值m、合閘角以及鐵芯剩磁r有關(guān)。通常只關(guān)心各種情

31、況下最小的間斷角，在計(jì)算時(shí)可取m = 1.1， 0 ， m 1.15。 r取最大剩磁r=0.7?？梢杂?jì)算得：J 108 上面討論的是正向飽和的情況，若(0)Iset.rIB.rIset.rIC.rIset.rIA.rI A.set.rIB.rIB.set.rIC.rI C.set.rIA2K2IA1IB2K2IB1IC2K2IC11111&保護(hù)動(dòng)作H3Y1H1H2H4二次諧波制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)特點(diǎn)二次諧波制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)特點(diǎn) 二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)原理在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)需要用濾波技術(shù)(或算法)從差動(dòng)電流中分離出基波分量和二次諧波分量。 二次諧波制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、靈敏度高，在變壓器縱差動(dòng)保

32、護(hù)中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。 但在具有靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置等電容分量比較大的系統(tǒng)，故障暫態(tài)電流中有比較大的二次諧波含量，差動(dòng)保護(hù)的速度會(huì)受到影響。 若空載合閘前變壓器已經(jīng)存在故障，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵(lì)磁涌流，采用三相或門制動(dòng)的方案時(shí)，差動(dòng)保護(hù)必將被閉鎖。 由于勵(lì)磁涌流衰減很慢，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可能會(huì)長(zhǎng)達(dá)數(shù)百毫秒。這是二次諧波制動(dòng)方法的主要缺點(diǎn)。間斷角鑒別的方法間斷角鑒別的方法 勵(lì)磁涌流的波形中會(huì)出現(xiàn)間斷角，而變壓器內(nèi)部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電器中的穩(wěn)態(tài)差電流是正弦波，不會(huì)出現(xiàn)間斷角。間斷角鑒別的方法就是利用這個(gè)特點(diǎn)，鑒別勵(lì)磁涌流和故障電流。 間斷角的整定值一般取65。 對(duì)于Y/11接線方式的

33、三相變壓器，非對(duì)稱涌流的間斷角比較大，間斷角閉鎖元件能夠可靠的動(dòng)作，并有足夠的裕量； 對(duì)稱性涌流的間斷角有可能小于65。進(jìn)一步減小整定值并不是好的方法，因?yàn)檎ㄖ堤?huì)影響內(nèi)部故障時(shí)的靈敏度和動(dòng)作速度。 由于對(duì)稱性涌流的波寬等于120。，而故障電流(正弦波)的波寬為180。，因此在間斷角判據(jù)的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)反應(yīng)波寬的輔助判據(jù)，在波寬小于140。(有20。的裕量)時(shí)也將差動(dòng)保護(hù)閉鎖。 間斷角原理差動(dòng)保護(hù)的總體邏輯與二次諧波制動(dòng)的保護(hù)類似，只是用間斷角閉鎖元件代替圖中的二次諧波制定元件。另外，間斷角閉鎖元件是按相閉鎖的。間斷角的檢測(cè)間斷角的檢測(cè) 間斷角原理的關(guān)鍵技術(shù)是間斷角(以及波寬)的檢測(cè)技巧

34、。 下面介紹一種間斷角的檢測(cè)方法。 勵(lì)磁涌流中含有大量的非周期分量，很容易造成電流互感器的飽和。電流互感器飽和會(huì)造成二次側(cè)電流間斷角的“消失”。 一次側(cè)的勵(lì)磁涌流可以看成是一個(gè)恒流源。顯然電流互感器的勵(lì)磁電流i落后于i，故對(duì)于圖(a)所示的勵(lì)磁涌流，在i下降到0的時(shí)刻i0。由于電感電流不能突變， 進(jìn)入間斷區(qū)后i通過(guò)電流互感器的負(fù)載電阻續(xù)流，其結(jié)果是二次側(cè)測(cè)量到的的勵(lì)磁涌流在間斷區(qū)出現(xiàn)了相當(dāng)大的反向涌流，間斷角消失，如圖 (b)所示。 圖(c) 是 對(duì)進(jìn)行微分后的絕對(duì)值的波形。間斷角的檢測(cè)間斷角的檢測(cè) 反向涌流經(jīng)過(guò)微分后，間斷角又得到恢復(fù)。故可以在 的波形里測(cè)量間斷角。是動(dòng)作門檻。當(dāng) 的持續(xù)時(shí)間

35、超過(guò)65。/時(shí)，間斷角閉鎖元件動(dòng)作。 通過(guò)檢測(cè)出來(lái)的間斷角比實(shí)際值要大。間斷角的測(cè)量誤差不會(huì)引起保護(hù)的誤動(dòng)(測(cè)量值大更容易閉鎖差動(dòng)保護(hù))，但在變壓器內(nèi)部故障時(shí)會(huì)降低靈敏度。 圖（d）是變壓器內(nèi)部故障電流經(jīng)過(guò)微分后的波形，雖然沒有間斷角，但 的部分卻被誤測(cè)為間斷角。 越小，間斷角也越大，在 較小時(shí)會(huì)將差動(dòng)保護(hù)誤閉鎖。 為了提高靈敏度，可以采用浮動(dòng)門檻，即取 其中 為 的幅值；K為比例系數(shù)，其數(shù)值必須大于反向涌流最大值與 的比值。一般取K=0.25(廠家固定，用戶不能整定)。 若 為正弦波，不難算出間斷角ksinK29。k與電流大小無(wú)關(guān)，且遠(yuǎn)小于整定值( 65。)，不會(huì)影響差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。kik

36、i2mIK kiki2mIki2mI勵(lì)磁涌流的鑒別勵(lì)磁涌流的鑒別 間斷角原理由于采用按相閉鎖的方法，在變壓器合閘于內(nèi)部故障時(shí)，能夠快速動(dòng)作。這是比二次諧波制動(dòng)方法優(yōu)越的地方。 對(duì)于其它內(nèi)部故障，暫態(tài)高次諧波分量會(huì)使電流波形畸變(微分后畸變更加嚴(yán)重)。波形畸變一般不會(huì)產(chǎn)生“間斷角”，但會(huì)影響電流的波寬。若波波形畸變很嚴(yán)重導(dǎo)致波寬小于整定值，差動(dòng)保護(hù)也將被暫時(shí)閉鎖而造成動(dòng)作延緩。顯然，造成保護(hù)動(dòng)作延緩的因素，二次諧波制動(dòng)與間斷角原理是有差異的。 對(duì)于大型變壓器，可以同時(shí)采用兩種原理的縱差動(dòng)保護(hù)，能夠起到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，加快內(nèi)部故障的動(dòng)作速度，不失為一種好的配置方案。勵(lì)磁涌流的鑒別勵(lì)磁涌流的鑒別 勵(lì)磁涌流

37、的鑒別方法可以分為頻域特征鑒別和時(shí)域特征鑒別兩類。 采用速飽和中間變流器的方法和二次諧波制動(dòng)的方法屬于頻域特征鑒別， 間斷角鑒別的方法則屬于時(shí)域特征鑒別。 在頻域和時(shí)域中還提出了許多其它的方法，在此不一一介紹。變壓器的過(guò)勵(lì)磁變壓器的過(guò)勵(lì)磁 變壓器正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行電壓一般不會(huì)超過(guò)額定電壓的10%，鐵芯不會(huì)飽和。但對(duì)于有些工況，例如超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路由于突然失去負(fù)荷而造成變壓器的過(guò)電壓時(shí)，會(huì)造成鐵芯飽和，使勵(lì)磁電流大大增加。這個(gè)現(xiàn)象稱為變壓器的過(guò)勵(lì)磁。 變壓器過(guò)勵(lì)磁時(shí)縱差動(dòng)保護(hù)中會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。與變壓器空載合閘時(shí)不同，過(guò)勵(lì)磁時(shí)變壓器鐵芯的飽和是對(duì)稱的，勵(lì)磁電流沒有間斷現(xiàn)象，也沒有偶次諧波分量，

38、上述各種方法并不能區(qū)分勵(lì)磁電流與故障電流。 對(duì)于有可能產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁的大型變壓器，通常根據(jù)過(guò)勵(lì)磁引起的勵(lì)磁電流中含有大量五次諧波分量的特征，采用五次諧波制動(dòng)的方法，來(lái)防止縱差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，其實(shí)現(xiàn)方法與二次諧波制動(dòng)方法類似。6.4 變壓器相間短路的后備保護(hù)變壓器相間短路的后備保護(hù)后備保護(hù)的作用：為了防止由外部故障引起的變壓器繞組過(guò)電流，并作為相鄰元件保護(hù)的后備以及在可能條件下作為內(nèi)部故障時(shí)主保護(hù)的后備。變壓器相間短路后備保護(hù)的類型：過(guò)電流保護(hù)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)阻抗保護(hù)過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù) 保護(hù)裝置的原理接線如圖所示。 保護(hù)動(dòng)作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。 保

39、護(hù)的啟動(dòng)電流按照躲過(guò)變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來(lái)整定，即 Krel可靠系數(shù)，取1.21.3； Kre 返回系數(shù)，取0.850.95； IL.max 變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。 max.LrerelsetIKKI最大負(fù)荷電流最大負(fù)荷電流IL.max1.對(duì)并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺(tái)最大容量的變壓器時(shí)，在其它變壓器中出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷，按下式計(jì)算：n并列運(yùn)行的變壓器可能的最少臺(tái)數(shù)In 每臺(tái)變壓器的額定電流2.對(duì)降壓變壓器，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的最大電流，計(jì)算式為：IL.max正常工作時(shí)的最大負(fù)荷電流 KSS綜合負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)，nLInnI1max.max.max.LssLIKI低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)

40、電流保護(hù)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定，啟動(dòng)電流比較大，對(duì)于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器，靈敏度往往不能滿足要求。為此可以采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。 保護(hù)的原理接線如圖所示，只有在電流元件和電壓元件同時(shí)動(dòng)作后，才能啟動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)過(guò)預(yù)定的延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。由于電壓互感器回路發(fā)生斷線時(shí)，低電壓繼電器將誤動(dòng)作，因此在實(shí)際裝置中還需配置電壓回路斷線閉鎖的功能。低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)整定低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)整定 電流繼電器的整定值按大于變壓器的額定電流整定： 低電壓繼電器的動(dòng)作電壓按以下條件整定，并取最小值。 按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定 按

41、躲過(guò)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)的電壓整定 當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè)互感器供電時(shí) 當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時(shí)NrerelsetIKKIrerelLsetKKUUmin.NsetUU6 . 05 . 0NsetUU7 . 0低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)靈敏度校驗(yàn)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)靈敏度校驗(yàn) 電流繼電器靈敏度的校驗(yàn)方法與不帶低壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)相同。 低電壓繼電器的靈敏系數(shù)按下式校驗(yàn)： 式中Uk.min為靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生三相金屬性短路時(shí)，保護(hù)安裝處感受到的最大殘壓。要求 Ksen 1.25。 對(duì)于升壓變壓器，如果低電壓繼電器只接在一側(cè)電壓互感器上，則另一側(cè)故障時(shí)，往往不能滿足靈敏度的要求。此時(shí)可采用

42、兩組低電壓繼電器分別接在變壓器兩側(cè)的電壓互感器上，并用觸點(diǎn)并聯(lián)的方法，以提高靈敏度。 由于這種接線復(fù)雜，近年來(lái)已廣泛采用復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)和負(fù)序電流保護(hù)。min. ksetsenUUK復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 是低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的一個(gè)發(fā)展 原理接線如圖所示 它將原來(lái)的三個(gè)低電壓繼電器改由一個(gè)負(fù)序過(guò)電壓繼電器和一個(gè)接于線電壓上的低電壓繼電器組成。 由于發(fā)生各種不對(duì)稱故障時(shí)，故負(fù)序過(guò)電壓繼電器作為不對(duì)稱故障的電壓保護(hù)，而低電壓繼電器則作為三相短路故障時(shí)的電壓保護(hù)。復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)整定復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)整定 過(guò)電流繼電器和低電壓繼電器的整定原則與低電壓

43、啟動(dòng)過(guò)電流保護(hù)相同。 負(fù)序過(guò)電壓繼電器的動(dòng)作電壓按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)序?yàn)V過(guò)器出現(xiàn)的最大不平衡電壓來(lái)整定，通常取 由此可見，復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)在不對(duì)稱故障時(shí)電壓繼電器的靈敏度高，并且接線比較簡(jiǎn)單。因此應(yīng)用比較廣泛。NsetUU12. 006. 0. 2復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)，在三相短路時(shí)靈敏度與低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)相同。 對(duì)于大容量的變壓器和發(fā)電機(jī)組，由于額定電流很大，而相鄰元件末端兩相短路故障時(shí)的故障電流可能較小，因此復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)往往不能滿足作為相鄰元件后備保護(hù)時(shí)對(duì)靈敏度的要求。在這種情況下，可采用負(fù)序過(guò)電流保護(hù)，以提高不對(duì)稱故

44、障時(shí)的靈敏度。負(fù)序過(guò)電流保護(hù)原理將在發(fā)電機(jī)保護(hù)中討論。三繞組變壓器相間短路后備保護(hù)的特點(diǎn)三繞組變壓器相間短路后備保護(hù)的特點(diǎn) 三繞組變壓器一側(cè)斷路器跳開后，另外兩側(cè)還能夠繼續(xù)運(yùn)行。所以三繞組變壓器的相間短路的后備保護(hù)在作為相鄰元件的后備時(shí)，應(yīng)該有選擇性地只跳開近故障點(diǎn)一側(cè)的斷路器，保證另外兩側(cè)繼續(xù)運(yùn)行，盡可能的縮小故障影響范圍；而作為變壓器內(nèi)部故障的后備時(shí)，應(yīng)該跳開三側(cè)斷路器，使變壓器退出運(yùn)行。 通常需要在變壓器的兩側(cè)或三側(cè)都裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)裝置，各側(cè)保護(hù)之間要相互配合。單側(cè)電源的三繞組變壓器單側(cè)電源的三繞組變壓器可以只裝設(shè)兩套過(guò)電流保護(hù)。一套裝在電源側(cè)，另一套裝在負(fù)荷側(cè)。負(fù)荷側(cè)的保護(hù)只作為母線保

45、護(hù)的后備，動(dòng)作后只跳開斷路器QF3。動(dòng)作時(shí)限（t）應(yīng)該與母線保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限相配合。電源側(cè)的過(guò)電流保護(hù)作為變壓器主保護(hù)和母線保護(hù)的后備。采用兩個(gè)時(shí)間元件，以較小的時(shí)限（t）跳開斷路器QF2，以較大的時(shí)限（tT）跳開三側(cè)斷路器QF1、QF2和QF3。應(yīng)合理配合動(dòng)作時(shí)間，使母線故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間最快，母線故障時(shí)其次，變壓器內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間最慢。為了提高外部故障時(shí)保護(hù)的靈敏度，負(fù)荷側(cè)過(guò)電流保護(hù)應(yīng)該裝設(shè)在容量較小的一側(cè)，對(duì)于降壓變壓器通常是低壓側(cè)。若電源側(cè)過(guò)電流保護(hù)作為母線的后備保護(hù)靈敏度不夠時(shí)，則應(yīng)該在三側(cè)繞組中都裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)。兩個(gè)負(fù)荷側(cè)的保護(hù)只作為本側(cè)母線保護(hù)的后備。電源側(cè)保護(hù)則兼作為變

46、壓器主保護(hù)的后備，只需要一個(gè)時(shí)間元件。三者動(dòng)作時(shí)間的配合原則相同。多側(cè)電源的三繞組變壓器多側(cè)電源的三繞組變壓器 若II側(cè)也帶有電源，應(yīng)該在三側(cè)分別裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)。主電源側(cè)的過(guò)電流保護(hù)兼作變壓器主保護(hù)的后備，其它各側(cè)過(guò)電流保護(hù)僅作為本側(cè)母線保護(hù)的后備。假設(shè)側(cè)為主電源。 側(cè)的過(guò)電流保護(hù)還增設(shè)一個(gè)方向元件，方向指向母線。 側(cè)的過(guò)電流保護(hù)也增設(shè)一個(gè)方向指向母線的方向元件，并設(shè)置兩個(gè)動(dòng)作時(shí)限。過(guò)電流元件和方向元件同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，經(jīng)短時(shí)限跳開斷路器QF1。過(guò)電流元件啟動(dòng)，但方向元件不啟動(dòng)時(shí)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)限跳開變壓器三側(cè)斷路器。 各種故障下保護(hù)的動(dòng)作情況： 母線故障時(shí)，雖然三側(cè)保護(hù)的電流元件都啟動(dòng)，側(cè)和側(cè)方向元件不會(huì)

47、啟動(dòng)， 側(cè)保護(hù)先動(dòng)作跳開QF3，側(cè)和側(cè)繼續(xù)運(yùn)行； 母線故障時(shí)，側(cè)和側(cè)都啟動(dòng)，但側(cè)的方向元件不啟動(dòng)， 側(cè)過(guò)流保護(hù)先動(dòng)作跳開QF2，變壓器仍能運(yùn)行； 母線故障時(shí)只跳開QF1，變壓器也能運(yùn)行。變壓器內(nèi)部故障時(shí)，則 跳開三側(cè)斷路器。6.5 變壓器接地短路的后備保護(hù)變壓器接地短路的后備保護(hù)1. 變電所單臺(tái)變壓器的零序電流保護(hù)變電所單臺(tái)變壓器的零序電流保護(hù)2. 自耦變壓器零序電流保護(hù)的特點(diǎn)自耦變壓器零序電流保護(hù)的特點(diǎn)3. 多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的接地后備保護(hù)多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的接地后備保護(hù)變電所單臺(tái)變壓器的零序電流保護(hù)變電所單臺(tái)變壓器的零序電流保護(hù) 中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器毫無(wú)例外的都采用零序過(guò)電流保護(hù)

48、作用變壓器接地后備保護(hù)。 零序過(guò)電流保護(hù)通常采用兩段式。零序電流段與相鄰元件零序電流保護(hù)段相配合；零序電流段與相鄰元件零序電流保護(hù)后備段相配合。 與三繞組變壓器相間后備保護(hù)類似，零序電流保護(hù)在配置上要考慮縮小故障影響范圍的問(wèn)題。 根據(jù)需要，每段零序電流可設(shè)兩個(gè)時(shí)限，并以較短的時(shí)限動(dòng)作于縮小故障范圍，以較長(zhǎng)的時(shí)限斷開變壓器各側(cè)斷路器。變電所單臺(tái)變壓器的零序電流保護(hù)變電所單臺(tái)變壓器的零序電流保護(hù) 圖所示的是雙繞組變壓器零序過(guò)電流保護(hù)的系統(tǒng)接線和保護(hù)邏輯。 零序過(guò)電流取自變壓器中性點(diǎn)電流互感器的二次側(cè)。 在另一條母線故障時(shí)，零序電流保護(hù)應(yīng)該跳開母聯(lián)斷路器QF，使變壓器能夠繼續(xù)運(yùn)行。所以零序電流I段和

49、II 段均采用兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限跳開母聯(lián)斷路器QF，長(zhǎng)時(shí)限跳開變壓器兩側(cè)斷路器。 零序電流段的動(dòng)作電流按下式整定： 零序電流段的短時(shí)限取 t1=0.51s；長(zhǎng)延時(shí)t2=t1+t 零序電流段的短時(shí)限取 t3=t3t ；長(zhǎng)延時(shí)t2=t3+tIsetlxbrelIsetIKKI.三繞組變壓器的情況三繞組變壓器的情況 對(duì)于三繞組變壓器，往往有兩側(cè)中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。應(yīng)該在兩側(cè)的中性點(diǎn)上分別裝設(shè)兩段式的零序電流保護(hù)。 各側(cè)的零序電流保護(hù)作為本側(cè)相鄰元件保護(hù)的后備和變壓器主保護(hù)的后備。在動(dòng)作電流整定時(shí)要考慮對(duì)側(cè)接地故障的影響，靈敏度不夠時(shí)可考慮裝設(shè)零序電流方向元件。 若不是雙母線運(yùn)行，各段也設(shè)兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)

50、限動(dòng)作于跳開變壓器的本側(cè)斷路器；長(zhǎng)時(shí)限動(dòng)作于跳開變壓器的各側(cè)斷路器。 若是雙母線運(yùn)行，也需要按照盡量減少影響范圍的原則，有選擇性的跳開母聯(lián)斷路器、變壓器本側(cè)斷路器和各側(cè)斷路器。自耦變壓器零序電流保護(hù)的特點(diǎn)自耦變壓器零序電流保護(hù)的特點(diǎn) 自耦變壓器具有體積小、價(jià)格便宜、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在大容量、高電壓電力系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。 如圖所示，自耦變壓器通常采用三繞組，高、中壓之間除了磁的聯(lián)系外還有電的聯(lián)系，采用中性點(diǎn)直接接地的星形接線方式，第三繞組與其它兩側(cè)只有磁的聯(lián)系，采用三角形接線方式。 與普通三繞組變壓器不同，自耦變壓器高、中壓兩側(cè)由于具有共同的接地中性點(diǎn)，兩側(cè)的零序電流保護(hù)不能接于中性線上，而應(yīng)

51、分別接于本側(cè)三相電流互感器的零序電流濾過(guò)器上。自耦變壓器零序電流保護(hù)的特點(diǎn)自耦變壓器零序電流保護(hù)的特點(diǎn)變壓器中性線上的電流 與高、中壓側(cè)零序電流之間的關(guān)系為：K點(diǎn)發(fā)生接地故障，零序等效電路如圖所示，可得變壓兩側(cè)零序電流之間的關(guān)系為：自耦變壓器中性線上零序電流的大小和方向都是不確定的，不能用作零序電流保護(hù)。20100333IIIg020303012020103013NNXXXXnXXII0203030101220NXXXXInI多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的接地后備保護(hù)多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的接地后備保護(hù) 對(duì)于多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行的變電所，通常采用一部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，而另一部分變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行

52、的方式。 這樣可以將接地故障電流水平限制在合理范圍內(nèi)，同時(shí)使整個(gè)電力系統(tǒng)零序電流的大小和分布情況盡量不受運(yùn)行方式的變化，提高系統(tǒng)零序電流保護(hù)的靈敏度。 如圖所示，發(fā)生單相接地故障時(shí)， T-2和T-3由零序電流保護(hù)動(dòng)作而被切除。此時(shí)由于接地中性點(diǎn)失去，變成了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的情況，需要裝設(shè)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式下的接地保護(hù)將T-1切除。全絕緣變壓器的接地后備保護(hù)全絕緣變壓器的接地后備保護(hù) 全絕緣變壓器在所連接的系統(tǒng)發(fā)生單相接地同時(shí)又變?yōu)橹行渣c(diǎn)不接地時(shí)，絕緣不會(huì)受到威脅，但此時(shí)產(chǎn)生的零序過(guò)電壓會(huì)危及其它電力設(shè)備的絕緣，需裝設(shè)零序電壓保護(hù)將變壓器切除。 接地保護(hù)的原理接線如圖所示， 零序電

53、流保護(hù)作為變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行時(shí)的接地保護(hù)； 零序電壓保護(hù)作為中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)的接地保護(hù)，零序電壓取自電壓互感器二次側(cè)的開口三角繞組。 動(dòng)作電壓3U0一般取1.8Un； 動(dòng)作時(shí)限只需躲過(guò)暫態(tài)電壓的時(shí)間，通常取0.30.5s。分級(jí)絕緣變壓器接地后備保護(hù)的概念分級(jí)絕緣變壓器接地后備保護(hù)的概念 220kV及其以上電壓等級(jí)的大型變壓器，為了降低造價(jià)，高壓繞組采用分級(jí)絕緣，中性點(diǎn)絕緣水平較低，在單相故障且失去中性點(diǎn)接地時(shí)，其絕緣將受到破壞。 為此可以在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)放電間隙，當(dāng)間隙上的電壓超過(guò)動(dòng)作電壓時(shí)迅速放電，形成中性點(diǎn)對(duì)地的短路，從而保護(hù)變壓器中性點(diǎn)的絕緣。 放電間隙不能長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)電流，故在放電間隙

54、上裝設(shè)零序電流元件，在檢測(cè)到間隙放電后迅速切除變壓器。 放電間隙是一種比較粗糙的設(shè)施，氣象條件、連續(xù)放電的次數(shù)都可能會(huì)出現(xiàn)應(yīng)動(dòng)作而不動(dòng)作的情況，還需要裝設(shè)零序電壓元件，作為間隙不能放電的后備，動(dòng)作于切除變壓器，動(dòng)作電壓和時(shí)限的整定方法與全絕緣變壓器的零序電壓保護(hù)相同。6.6 變壓器零序電流差動(dòng)保護(hù)變壓器零序電流差動(dòng)保護(hù) 變壓器保護(hù)在發(fā)生內(nèi)部單相接地故障時(shí)靈敏度較低，可增設(shè)零序電流差動(dòng)保護(hù)。如圖為自耦變壓器高中壓側(cè)零序電流差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖。 流入差動(dòng)保護(hù)的電流為： 式中 3I0為接于變壓器中性點(diǎn)電流互感器的電流；3Ig0 、 3Iz0分別為接于變壓器高壓側(cè)和中壓側(cè)三相電流互感器零序?yàn)V過(guò)器的輸

55、出電流；n為電流互感器的變比。 零序電流差動(dòng)保護(hù)要求各個(gè)電流互感器選取相同的變比，若變比不一樣則會(huì)在外部接地故障時(shí)產(chǎn)生不平衡電流。 對(duì)于三繞組的普通變壓器，可以在中性點(diǎn)直接接地的兩側(cè)分別裝設(shè)零序電流差動(dòng)保護(hù)。nIIIIzgr0000333零序差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)零序差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)零序差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)與一般差動(dòng)保護(hù)一樣。整定原則為：1. 躲過(guò)外部單相接地故障時(shí)的不平衡電流。2. 躲過(guò)勵(lì)磁涌流情況下和外部三相故障時(shí)產(chǎn)生的零序不平衡電流。勵(lì)磁涌流對(duì)零序差動(dòng)保護(hù)而言是穿越性電流，理論上不會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，三相故障時(shí)一次側(cè)也無(wú)零序電流。實(shí)際中產(chǎn)生的零序不平衡電流是由于各個(gè)電流互感器傳變誤差引起的。從上面的整定原則可以看到：零序電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流比一般電流差動(dòng)保護(hù)小，因此在變壓器內(nèi)部單相接地故障時(shí)靈敏度比較高。6.7 變壓器保護(hù)配置原則變壓器保護(hù)配置原則 變壓器除了裝設(shè)反應(yīng)電氣量特種的保護(hù)外，通常還裝設(shè)反應(yīng)油箱內(nèi)部油、氣、溫度等特征的非電量保護(hù)。 根據(jù)規(guī)程規(guī)定，變壓器一般裝設(shè)下列保護(hù)：