35KV變電站主變保護設計 論文概述

1、河南理工大學畢業(yè)設計/論文緒 論電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電力設備之一，它的安全運行對于保證電力系統(tǒng)的正常運行和對供電的可靠性，以及電能質量起著決定性的作用，同時大容量電力變壓器的造價也十分昂貴。由于絕緣的老化或風雪雷電，以及設備的缺陷、設計安裝和運行維護不當等原因，因此對電力變壓器可能發(fā)生的各種故障和不正常的運行狀態(tài)進行分析是十分重要的。電力變壓器的保護裝置大約有瓦斯保護、縱差保護、電力變壓器的溫度保護、相間短路的后備保護等等。在變壓器油箱內常見的故障有繞組匝間或層間絕緣破壞造成的短路，或高壓繞組對地絕緣破壞引起的單相接地。變壓器油箱內發(fā)生的任何一個故障時，由于短路電流和短路點電弧的作

2、用，將使變壓器油及其他絕緣材料因受熱而分解產生氣體，因氣體比較輕，它們就要從油箱里流向油枕的上部，當故障嚴重時，油會迅速膨脹并有大量的氣體產生，此時，回游強烈的油流和氣體沖向油枕的上部。利用油箱內部的故障時的這一特點，可以構成反映氣體變化的保護裝置，稱之為瓦斯保護.瓦斯保護用來反映變壓器油箱內部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側斷路器輕瓦斯動作于發(fā)出信號。 縱差保護或電流速斷保護用于反映電力變壓器繞組、套管及引出線發(fā)生的故障，其保護動作于跳開變壓器各電源側斷路器相間短路的后備保護。相間短路的后備保護用于反映外部相間短路引起的變壓器過電流，同時作為瓦斯保護和縱差保護（

3、或電流速斷保護）的后備保護，其動作時限按電流保護的階梯形原則來整定，延時動作于跳開變壓器各電源側斷路器。當變壓器的冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障或發(fā)生外部短路和過負荷時，變壓器的油溫將生高。變壓器的油溫越高，油的劣化速度越快，使用年限少。當油溫達115150時劣化更明顯，以致不能使用。油溫越高將促使變壓器繞組絕緣加速老化影香其壽命。電力變壓器相間短路的后備保護可根據變壓器容量的大小和保護裝置對靈敏度的要求，采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護等方式。對于單側電源的變壓器保護裝置安裝在變壓器電源側，即作為變壓器本身故障的后備保護，又反映變壓器外部短路引起的過電流。熟練的掌握這些繼電

4、保護裝置及保護裝置的整定計算是十分重要的。因此，需要有專門的技術為電力系統(tǒng)建立一個安全保障體系，其中最重要的專門技術就是繼電保護技術。這樣就可能保證電力系統(tǒng)的正常運行。第1章 電力變壓器的繼電保護1.1 電力變壓器的故障類型及保護措施1.1.1 電力變壓器故障及不正常運行狀態(tài) 電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電力設備之一，它的安全運行對于保證電力系統(tǒng)的正常運行和對供電的可靠性，以及電能質量起著決定性的作用，同時大容量電力變壓器的造價也是十分昂貴。因此本節(jié)針對電力變壓器可能發(fā)生的故障和不正常的運行狀態(tài)進行分析，然后重點研究應裝設的繼電保護裝置，以及保護裝置的整定計算。變壓器的內部故障可分為油箱內

5、故障和油箱外故障兩類，油箱內故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經鐵芯燒毀等。變壓器油箱內的故障十分危險，由于變壓器內充滿了變壓器油，故障時的短路電流使變壓器油急劇的分解氣化，可能產生大量的可燃性氣體（瓦斯），很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。電力變壓器不正常和運行狀態(tài)主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流，負荷超過其額定容量引起的過負荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過電壓、過礪磁等。1.1.2 電力變壓器繼電保護的配置為了保證電力變壓器的安全運行，根據繼電保護與安全自動裝置的運行條例，針對變壓器的上述故障和不正常運行狀態(tài)

6、，電力變壓器應裝設以下保護：1瓦斯保護。800KVA及以上的油浸式變壓器的400KVA以上的車間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。瓦斯保護用來反映變壓器油箱內部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側斷路器輕瓦斯動作于發(fā)出信號。2縱差保護或電流速斷保護。6300KVA及以上并列運行的變壓器，10000KVA及以上單獨運行的變壓器，發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中6300KVA及以上重要的變壓器，應裝設縱差保護。10000KVA及以下的電力變壓器，應裝設電流速斷保護，其過電流保護的動作時限應大于0.5。對于2000KVA以上的變壓器,當電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時,也應

7、裝設縱差保護?？v差保護或電流速斷保護用于反映電力變壓器繞組、套管及引出線發(fā)生的故障，其保護動作于跳開變壓器各電源側斷路器相間短路的后備保護。相間短路的后備保護用于反映外部相間短路引起的變壓器過電流，同時作為瓦斯保護和縱差保護（或電流速斷保護）的后備保護，其動作時限按電流保護的階梯形原則來整定，延時動作于跳開變壓器各電源側斷路器。3相間短路的后備保護的形式較多，過電流保護和低電壓起動的過電流保護，宜用于中、小容量的降壓變壓器；復合電壓起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，以及過電流保護靈敏度不能滿足要求的降壓變壓器；6300KVA及以上的升壓變壓器，應采用負序電流保護及單相式低電壓

8、起動的過電流保護；對大容量升壓變壓器或系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，為了滿足靈敏度要求，還可以采用阻抗保護。4過負荷保護。對于400KVA以上的變壓器，當數臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應裝高過負荷保護。過負荷保護通常只裝設在一相其動作進限較長。延時動作于發(fā)出信號。5其他保護。高壓側電壓為500KV及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流升高，應裝設變壓器過勵磁保護。對變壓器溫度和油箱內壓力升高，以及冷卻系統(tǒng)故障，按變壓器現行標準要求，應裝設相應的保護裝置。1.2 電力變壓器的瓦斯保護在變壓器油箱內常見的故障有繞組匝間或層間絕緣破壞造成的短路，或高壓繞組對地絕緣破壞引起的

9、單相接地。變壓器油箱內發(fā)生的任何一個故障時，由于短路電流和短路點電弧的作用，將使變壓器油及其他絕緣材料因受熱而分解產生氣體，因氣體比較輕，它們就要從油箱里流向油枕的上部，當故障嚴重時，油會迅速膨脹并有大量的氣體產生，此時，回游強烈的油流和氣體沖向油枕的上部。利用油箱內部的故障時的這一特點，可以構成反映氣體變化的保護裝置，稱之為瓦斯保護.1.2.1 氣體繼電器的構成和動作原理 瓦斯保護是利用安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中的氣體繼電器構成的，如圖1-1所示。為了不妨礙氣體的流動，在安裝具有氣體繼電器的變壓器時，變壓器頂蓋與水平面應具有1%1.5%的坡度，通往氣體繼電器的連接管具有2%4%的

10、坡度，安裝油枕一側方向向上傾斜。這樣，當變壓器發(fā)生內部故障時，可使氣流容易進入油枕，并能防止氣泡積聚在變壓器的頂蓋內。 在瓦斯保護繼電器內，上部是一個密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板,兩者都裝有密封的水銀接點。浮筒和檔板可以圍繞各自的軸旋轉。在正常運行時，繼電器內充滿油，浮筒浸在油內，處于上浮位置，水銀接點斷開；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點也是斷開的。當變壓器內部發(fā)生輕微故障時，氣體產生的速度較緩慢，氣體上升至儲油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點閉合，接通延時信號，這就是所謂的“輕瓦斯”；當變壓器內部發(fā)生嚴重故障時，則產生強烈的瓦斯氣體，油箱內壓

11、力瞬時突增，產生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動，使水銀觸點閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴大，起到保護變壓器的作用。瓦斯繼電器有浮筒式、檔板式、開口杯式等不同型號。目前大多采用QJ-80型繼電器，其信號回路接上開口杯，跳閘回路接下檔板。所謂瓦斯保護信號動作，即指因各種原因造成繼電器內上開口杯的信號回路接點閉合，光字牌燈亮。QJ180型氣體繼電器分輕瓦斯和重瓦斯兩部分。輕瓦斯部分主要是由開口杯、固定在開口杯上的永磁鐵、干簧觸點構成的。重瓦斯部分主要有擋板、

12、固定在擋板的磁鐵、重瓦斯干簧觸點及流速整定螺桿構成。當變壓器正常工作時，氣體繼電器內充滿了油，開口杯內也充滿了油，由于開口杯在游內重力所產生的力矩比平衡重錘產生的力矩小，因此開口杯處于向上翹起狀態(tài)。與開口杯固定在一起的永磁鐵處于遠離輕瓦斯干簧位置，所以該干簧觸點處于斷開狀態(tài)。當變壓器內部發(fā)生輕微故障時，產生不少氣體，逐漸集聚在氣體繼電器的上部，使繼電器內的油面緩慢下降，當油面降到低于開口杯時，開口杯在空氣中重力加上杯內油的重力所產生的力矩，大于平衡重錘所產生的力矩，于是開口杯落下來，使固定在開口杯上的永磁鐵接近干簧觸點。當氣體積聚到一定容積時，干簧觸點接通，發(fā)出輕瓦斯信號?？赏ㄟ^改變輕瓦斯觸點

13、動作的氣體容積在250300cm3的范圍內調整。正常情況下，重瓦斯擋板在彈簧的作用下垂直位置，固定在擋板的永久磁鐵遠離重瓦斯干簧觸點。當變壓器油箱內發(fā)生嚴重事故時，油氣流沖擊擋板的力量大于彈簧的彈力時，擋板傾斜了一個角度，使固定在擋板上的永久磁鐵靠近重瓦斯的干簧觸點，干簧觸點接通，發(fā)出跳閘脈沖。重瓦斯動作的油流速度可利用流速整定螺桿，在0.71.5m/s的范圍內調整。值得注意是，變壓器初次投入運行時，由于換油等工作，油中混入少量的氣體，經過一斷時間后，這些氣體又從油中分離出來，逐漸集聚在氣體繼電器的上部，迫使開口杯下降，使輕瓦斯動作。此時，可以通過氣體繼電器頂部放氣閥將氣體放出。在故障發(fā)生后，

14、為了便于分析故障原因及其性質，可以通過放氣閥收集氣體，以便化驗分析瓦斯氣體的成分。1.2.2 瓦斯保護的原理接線瓦斯保護的原理接線如圖12所示。氣體繼電器的輕瓦斯觸點KG1由開口杯控制，構成輕瓦斯保護，其動作后發(fā)出警報信號，重瓦斯觸點KG2由擋板控制，構成重瓦斯保護，其動作或經信號發(fā)生器KS啟動出口中間繼電器KCO，KCO的兩端觸點分別使斷路器1QF、2QF跳閘，從而切斷故障電流。為了防止變壓器內嚴重故障時因油速不穩(wěn)定，造成重瓦斯觸點時通時斷的不可靠動作，必須選用帶自保持電流線圈的出口中間繼電器KCO。在保護動作后，借助于斷路器的輔助觸點1QF1和2QF1來接觸出口回路的自保持。在變壓器加油或

15、換油后及氣體繼電器試驗時，為了防止重瓦斯誤動作，可以利用切片XB，使重瓦斯暫時改接到信號位置，只發(fā)信號。瓦斯保護具有靈敏度高，動作迅速，接線簡單等優(yōu)點。但由于瓦斯保護不能單獨作為變壓器的主保護，所以通常是將瓦斯保護與縱聯(lián)差動保護配合作為變壓器的主保護。1.3 電力變壓器的縱差保護變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護故障，是變壓器的主保護?？v聯(lián)差動保護是按比較被保護的變壓器兩側電流的大小和相位的原理實現的。為了實現這種比較，在變壓器兩側各裝設一組電流互感TA1、TA2，其二次側按環(huán)流法連接，即若變壓器兩端的電流互感器一次側的正極性端子均置于靠近母線的一側，則將它們

16、二次側的同極性端子相連接，再將差動繼電器的線圈按環(huán)流法接入，構成縱聯(lián)差動保護，見圖1-3。變壓器的縱差保護與輸電線的縱聯(lián)差動相似，工作原理相同，但由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，為了保證變壓器縱差保護的正常運行，必須選擇好適應變壓器兩側電流互感器的變比和接線方式，保證變壓器在正常運行和外部短路時兩側的二次電流等。其保護范圍為兩側電流互感TA1、TA2之間的全部區(qū)域，包括變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線等。從圖1-3可見，正常運行和外部短路時，流過差動繼電器的電流為，在理想的情況下，其值等于零。但實際上由于電流互感器特性、變比等因素，流過繼電器的電流為不平穩(wěn)電流。變壓器內部故障時，流入

17、差動繼電器的電流為，即為短路點的短路電流。當該電流大于KD的動作電流時，KD動作。由于變壓器各側額定電壓和額定電流不同，因此，為了保護其縱聯(lián)差動保護正確動作，必須適當選擇各側電流互感器的變比，使得正常運行和外部短路時，差動回路內沒有電流。如圖1-3中，應使 （1-1） 式中高壓側電流互感器的變比； 低壓側電流互感器的變比。 式（1-1）說明，要實現雙繞組變壓器的縱聯(lián)差動保護，必須適當選擇兩側電流互感器的變比。因此，在變壓器縱聯(lián)差動保護中，要實現兩側電流的正確比較，必須先考慮變壓器變比的影響。實際上，由于電流互感器的誤差、變壓器的接線方式及勵磁涌流等因素的影響，即使?jié)M足式（1-1）條件，差動回路

18、中仍回流過一定的不平衡電流 , 越大，差動繼電器的動作電流也越大，差動保護靈敏度就越低。因此，要提高變壓器縱聯(lián)差動保護的靈敏度，關鍵問題是減小或消除不平衡電流的影響。1.3.1 變壓器縱聯(lián)差動保護的特點變壓器縱聯(lián)差動保護最明顯的特點是不平衡電流的因素很多?，F對不平衡電流產生的原因及減少或消除其影響的措施分別討論如下：1兩側電流互感器型號不同而產生的不平衡電流由于變壓器兩側的額定電壓不同，所以，其兩側電流互感器的型號也不會相同。它們的飽和特性和勵磁電流（歸算到同一側）都是不相同的。因此，在變壓器的差動保護中將引起比較大的不平衡電流。在外部短路時，這種不平衡電流可能會很大。為了解決這個問題，一方面

19、，應按10%誤差的要求選擇兩側的電流互感器，以保證在外部短路的情況下，其二次電流的誤差不超過10%。另外一方面，在確定差動保護的動作電流時，引入一個同型系數Kst來消除互感器不同的影響。當兩側電流互感器的型號相同時，取=0.5，當兩側電流互感器的型號不同時，取=1。這樣，當兩側電流互感器的型號不同時，實際上是采用較大的值來提高縱聯(lián)差動保護的動作電流，以躲開不平衡電流的影響。2. 電流互感器實際變比與計算變比不同時的影響及其平衡辦法由于電流互感器選用的是定型產品，而定型產品的變比都是標準化的，這就出現電流互感器的計算變比與實際變比不完全相符的問題，以致在差動回路中產生不平衡電流。為了減少不平衡電

20、流對縱差動保護的影響，一般采用自耦變流器或利用差動繼電器的平衡線圈予以補償，自耦變流器通常是接在二次電流較小的一側，如圖1-4（a）所示，改變自耦變流器TBL的變比，使得在正常運行狀態(tài)下接入差動回路的二次電流相等，從而補償了不平衡電流。磁勢平衡法接線如圖1-4（b）所示，通過選擇兩側的平衡繞組Wb1 ，Wb2匝數，并使之滿足關系 （1-2） 式中差動繞組；、 平衡繞組。 滿足式（1-2），則差動繼電器鐵芯的磁化力為零，從而補償了不平衡電流。實際上，差動繼電器平衡線圈只有整數匝可供選擇，因而其鐵芯的磁化力不會等于零，仍有不平衡電流，這可以保護的整定計算中引入相對誤差系數加以解決。3 變壓器帶負荷

21、調整分接頭而產生的不平衡電流電力系統(tǒng)中常用帶負荷調整變壓器分接頭的方法來調整系統(tǒng)電壓。調整分接頭實際上就是改變變壓器的變比，起結果必然將破壞電流互感器二次電流的平衡關系，產生了不平衡電流。由于變壓器分接頭的調整是根據系統(tǒng)運行的要求隨時都可能進行的，所以在縱聯(lián)差動保護中不可能采用改變平衡繞組匝數的方法來加以平衡。因此，在帶負荷調壓的變壓器差動保護中，應在整定計算中加以考慮，即用提高保護動作電流的方法來躲過這種不平衡電流的影響。4.變壓器接線組別的影響及補償措施（1）常規(guī)保護相位補償方法。三相變壓器的接線組別不同時，其二側的電流相位關系也不同。以常用的Y，d11接線的電力變壓器為例，它們兩側的電流

22、之間就存在著300的相位差。這時，即使變壓器兩側電流互感器二次電流大小相等，也會在差動回路中產生不平衡電流IUNB。為了消除這種不平衡電流的影響，就是必須消除縱聯(lián)差動保護中兩臂電流的相位差。通常都是采用相位補償的方法，即將變壓器星型接線一側電流互感器的二次的繞組接成三角形，而將變壓器的三角形側電流互感器的二次繞組接成星型，以便將電流互感器二次電流的相位校正過來。采用了這樣的相位補償后，Y，d11接線變壓器差動保護的接線方式及其有關電流的相量圖，如圖1-5所示。圖1-5中、分別表示變壓器星形側的三個線電流，和它們對應的電流互感器二次電流為、.由于電流互感器的二次繞組為三角形接線，所以加入差動臂的

23、電流為 它們分別超前于、相角為300，如圖1-5（b）所示。在變壓器的三角形側，其三相電流分別為、,相位分別超前、300。因此該側電流互感器輸出電流、與、同相位。所以流入差動臂的三個電流就是它們的二次電流、和。、和分別與高壓側加入差動臂的三個電流、和同相，這就使Y，d11變壓器兩側電流的相位得到了校正，從而有效的消除了因兩側電流的相位不同而引起的不平衡電流。若僅從相位補償角度出發(fā)，也可以將變壓器三角形側電流互感器二次繞組接成三角形。如果采用這種相位補償措施，若變壓器高壓側采用中性點接地的工作方式時，當差動回路外部發(fā)生單相接地短路故障時，變壓器高壓側差動回路中將有零序電流，而變壓器三角形無零序分

24、量，使不平衡電流加大。因此，對于常規(guī)變壓器差動保護是不允許采用變壓器低壓進行相位補償的接線方式。 采用相位補償接線后，在電流互感器繞組接成三角形的一側，流入差動臂中的電流要比電流互感器的二次電流大 倍。為了在正常工作及外部故障時使差動回路中兩側的電流大小相等，可通過適當選擇電流互感器變比解決，考慮到電流互感器二次額定電流為5A，則 （1-3） 而變壓器三角形側電流互感器的變比為 （1-4）式中變壓器繞組接成星形側的額定電流； 變壓器繞組接成三角形側的額定電流。 根據式中（1-3）和式（1-4）的計算結果，選定一個接近并稍大于計算值的標準變比。（2） 微機保護相位補償方法。由于微機保護軟件計算的

25、靈活性，允許變壓器各側的電流互感器二次側都按Y形接線，也可以按常規(guī)的接線方式。當兩側都采用Y形接線時，在進行差動計算時由軟件對變壓器Y側電流進行補償及電流數值補償。如變壓器Y側二次三相電流采樣值為、，則軟件按下式可求得用作差動計算的三相電流、。用軟件實現相位補償，則變壓器星形側相位補償式為 （1-5）經軟件相位轉化后的Iar、Ibr、Icr就與低壓側的電流Iad、Ibd、Icd同相位了，相位關系如圖1-5（b）所示。但是1-5（b）相量圖不同的是，按式（1-5）進行相位補償的同時也進行了數值補償。（3）提高變壓器高壓側單相接地短路差動保護靈敏度的方法。如WBH-100微機型變壓器成套保護裝備，

26、對Y，d11變壓器差動保護用的電流互感器接線的要求是：可以采用完全星形接線方式，也可以采用常規(guī)接線方式。差動用的電流互感器采用完全星形接線內斷線，只能判斷引出線斷線。顯然，差動保護用的電流互感器采用完全星形接線較采用常規(guī)接線有其優(yōu)越性，應推廣才用。由軟件在變壓器高壓側實現相位補償的目的與常規(guī)補償電磁型構成的差動保護的作用相同。但是，采用變壓器高壓側進行相位補償后，當在變壓器高壓側發(fā)生單相接地短路故障時，差動回路不僅反映零序分量電流，保護的靈敏度將受到影響。為了解決這一缺點，相位補償可以在變壓器低壓側進行，變壓器高壓側仍用星型接線。如圖1-6所示，在變壓器高壓側發(fā)生單相接地短路與在保護區(qū)外發(fā)生單

27、相短路流過差動回路高壓側電流互感器的零序電流與變壓器中性點零序電流互感器的零序電流分量的方向不同。即采用變壓器星形側電流互感器中性點零序電流的補償方式，在變壓器低壓側進行相位補償。差動保護在變壓器高壓側加入差動臂的電流為 （1-6）式中 Iar、Ibr、Icr星形側加入差動臂電流； IaY、IbY、IcY星形側電流互感器二次電流； In變壓器中性點零序電流。變壓器低壓側相位補償的方程為 （1-7）式中 Iard、Ibrd、Icrd三角形側加入差動臂的電流； Iad、Ibd、Icd三角形側電流互感器二次電流。由式（1-7）可見，進行相位補償的同時，也進行了數值補償。其相位補償相量關系如圖1-5所

28、示。由圖1-6可知，經軟件計算后，變壓器在不計零序分量電流的情況下高、低兩側電流相位得到補償。差動保護電流互感器采用完全星形接線，由于繼電器采用內部算法實現相位補償，差動保護僅感受到星形側繞組的零序電流，而感受不到三角形側的零序電流。現就算法中引入變壓器中性點的零序分量電流作用分析如下：設變壓器外部發(fā)生A相單相接地短路故障時，流過變壓器高壓側A相的短路電流IAK=IAK1+ IAK2+ IAK0，變壓器中性點的電流為In=3I0，方向與A相零序電流方向相反，加入A相繼電器的電流為Iar= IAK1+ IAK2,由于變壓器的低壓側不存在零序電流分量，故在外部發(fā)生單相接地短路故障時不會產生不平衡電

29、流。若在變壓器內部發(fā)生單相接地短路時，變壓器高壓側加入A相繼電器的電流Iar=IAK+I0，也就是說在變壓器發(fā)生單相接地短路時，加入繼電器的短路電流能反映內部接地短路故障時的零序電流分量，從而提高了差動保護的靈敏度。從分析可知，相位補償采用方式不同，將影響在變壓器高壓側發(fā)生單相接地短路時差動保護的靈密度，加入變壓器中性點零序電流分量補償后，在變壓器外部發(fā)生單相接地短路故障時不會由于零序分量的存在而產生不平衡電流，而在變壓器內部發(fā)生單相接地短路故障時有可以反映零序分量電流，提高了變壓器差動保護的靈敏度。5變壓器勵磁涌流的影響及防止措施由于變壓器的勵磁電流只流經它的電源側，故造成變壓器兩側電流不平

30、衡，從而在差動回路中產生不平衡電流。在正常運行時，此勵磁電流很小，一般不超過變壓器額定電流的3%5%。外部故障時，由于電壓降低，勵磁電流也相應減小，其影響就更小。因此由于正常勵磁電流引起的不平衡電流不大，可以忽略不計。但是，當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，可能出現很大的勵磁涌流，其值可以達到變壓器額定電流的68倍。因此，勵磁涌流將在差動回路中產生很大的不平衡電流，可能導致保護的誤動作。勵磁涌流，就是變壓器空載合閘時的暫態(tài)勵磁電流。由于在穩(wěn)態(tài)工作時，變壓器鐵心中的磁通應滯后于外加電壓900。所以，如果空載合閘正好在電壓瞬間值u=0的瞬間接通，則鐵心中就具有一個相應的磁通max,而鐵心

31、中的磁通又是不能突變的，所以在合閘時必將出現一個+max磁通分量。此分量的磁通將按指數規(guī)律自由衰減，古稱為非周期性的磁通分量。如果這個非周期性的磁通分量的衰減比較慢，那么，在最嚴重的情況下，經過半個周期后，它與穩(wěn)態(tài)磁通相疊加的結果，將使鐵心中的總磁通達到2max的數值，如果鐵心中還有方向相同的剩余磁通res，則總磁通將為2max+res。此時由于鐵心高度飽和，使勵磁電流劇烈增加，從而形成的勵磁涌流。該圖中與max對應的為變壓器的額定電流的最大值I，與2max+res對應的則為勵磁涌流的最大值Imax。隨著鐵心中非周期磁通的不斷衰減，勵磁電流也逐漸衰減至穩(wěn)態(tài)值。以上分析是在電壓瞬時值u=0時合閘

32、的情況。當然，當變壓器在電壓瞬時值為最大的瞬間合閘時，因對應的穩(wěn)態(tài)磁通等于零，故不會出現勵磁涌流，合閘后變壓器將立即進入穩(wěn)態(tài)工作。但是，對于三相式變壓器，因三相電壓相位差1200，空載合閘時出現勵磁涌流是不可避免的。根據以上分析可以看出，勵磁涌流的大小與合閘瞬間電壓的相位、變壓器容量的大小、鐵心中剩磁的大小和方向及鐵心的特性等因素有關。而勵磁涌流的衰減速度則隨鐵心的飽和程度及導磁性能的不同而變化。變壓器勵磁涌流的波形具有以下幾個特點：（1）含有很大成分的非周期分量，使曲線偏向時間軸的一側。（2）含有大量的高次諧波，其中二次諧波所占比重最大。（3）涌流的波形削區(qū)負波之后將出現間斷。（4）為了消除

33、勵磁涌流的影響，在縱聯(lián)差動保護中通常采用的措施是：接入速飽和變流器。為了消除勵磁涌流非周期的影響，通常在差動回路中接入速飽和變流器，如圖1-7所示。當勵磁涌流進入差動回路時，其中很大的非周期分量使速飽和變流器的鐵心迅速嚴重飽和，勵磁阻抗銳減，使得勵磁涌流中幾乎全部非周期分量及周期分量電流從速飽和變流器的一次繞組通過，傳變到二次回路（流入電流繼電器KA）的電流很小，故差動繼電器KD不動作。 采用差動電流速斷保護。利用勵磁涌流隨時間衰減的特點，借保護固有的動作時間，躲開最大的勵磁涌流，從而去保護的動作電流IOP=（2.53）IN，即可躲過勵磁涌流的影響。采用以二次諧波制動原理構成的縱聯(lián)差動保護裝置

34、。采用鑒別波形間斷角原理構成的差動保護DCD2型繼電器構成的變壓器縱聯(lián)差動保護的整定計算基本側電流的確定。在變壓器的各側中，選二次側額定電流最大的一側為基本側。各側二次額定電流的計算方法如下：（1）按額定電壓及變壓器的最大電容計算各側一次額定電流為 式中 SN.T變壓器最大額定容量 UN變壓器額定電壓（2）選擇電流互感器變比為 1.4 電力變壓器相間短路的后備保護電力變壓器相間短路的后備保護可根據變壓器容量的大小和保護裝置對靈敏度的要求，采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護等方式。對于單側電源的變壓器保護裝置安裝在變壓器電源側，即作為變壓器本身故障的后備保護，又反映

35、變壓器外部短路引起的過電流。1.4.1 過電流保護 過電流保護一般用于容量較小的降壓變壓器上，其單相原理接線如圖18 所示。保護裝置的動作電流應按躲過變壓器可能出現的最大負荷電流IL。max來整定，即 op=L.max式中 Krel可靠系數，一般采用1.21.3； Kre返回系數，一般采用0.85； L.max變壓器的最大負荷電流。 L.max可按下述兩種情況來考慮：（1） 對并列運行的變壓器，應考慮切除一臺變壓器以后所產生的過負荷。若各變壓器的容量相等時，可按下式計算為 L.max =N。B式中 m并列運行的變壓器的臺數；NB變壓器的額定電流。（2） 對降壓變壓器，應考慮負荷中電動機起動時的

36、最大電流，即L.maxssI L。max式中Kss自起動系數，其值與負荷性質及用戶與電源間的電氣距離有關，在110KV降壓變電站，對6 10KV側，KSS=1.5 2.5；35KV側，KSS=1.52.0。IL,max正常運行時的最大負荷電流。 保護裝置的靈敏校驗 Ksen=式中Ik.min最小運行方式下，在靈敏度校驗發(fā)生兩相短路時，流過保護裝置的最小短路電流。在被保護變壓器受電側母線上短路時，要求 =1.5-2.0；在后備保護范圍末端短路時，要求 保護裝置的動作時限應與下一級過電流保護配合，要比下一級保護中最大動作時限大一個時限級差 t。 1.4.2 低電壓起動的過電流保護低電壓起動的過電流

37、保護單相原理接線如圖1-9 所示。保護的起動元件包括電流繼電器和低電壓繼電器。 電流繼電器的動作電流按躲過變壓器的額定電流整定。即 op=N。B （1-8）故其動作電流比過電流保護的起動電流小，提高了保護的靈敏性。 低電壓繼電器的動作電壓Uop=0.7UN.B電流元件的靈敏系數按式（1-8）校驗，電壓元件的靈敏系數按下式校驗，即Ksen= 式中Uk.max最大運行方式下，靈敏系數校驗點短路時，保護安裝處的最大電壓。對裝設在變壓器低壓側的低電壓繼電器，若在變壓器高壓側短路，其靈敏系數不能滿足要求時，可在變壓器高壓側再裝一套低電壓繼電器，兩套低電壓繼電器的接點并聯(lián)。1.4.3 復合電壓起動的過電流

38、保護若低電壓起動的過電流保護的低電壓繼電器靈敏系數不滿足要求，可采用復合電壓起動的過電流保護。電壓起動的過電流保護的過電流保護的原理圖與低電壓起動的過電流保護基本相同，不同的是用一個低電壓繼電器和一個負序電壓繼電器代替了低電壓起動的過電流保護中的三個低電壓繼電器，使得保護的靈敏度提高了很多。負序電壓繼電器由負序電壓濾過器和一個低電壓繼電器構成。1. 負序電壓濾過器負序電壓濾過器從三相電壓中取出負序電壓分量。由電阻、電容構成的單相式負序電壓濾過器應用廣泛，其原理接線如圖所示。濾過器的輸入端接UABY與UBC。由于線電壓不包含零序分量，所以，從輸入端即避免了零序分量電壓進入濾過器，為了避免正序電壓

39、通過濾過器，兩個阻抗臂的參數應取為,濾過器的輸出電壓為 當輸入正序電壓時，濾過器的相量圖如圖所示。因為，電流超前。因為，電流超前。滯后，與同相。因，故當輸入負序電壓時，滯后，由圖可見，,故 （1-9） 由于，且，因此，以此代入（1-9）得 （1-10）由式（1-10）可見，濾過器的輸出電壓與輸入的負序電壓成正比，相位超前輸入A相負序電壓。實際上，當系統(tǒng)正常運行時，負序電壓濾過器仍有一個不平衡電壓輸出。產生不平衡電壓的原因主要是各阻抗元件參數的誤差及輸入電壓中有諧波分量。由于5次諧波屬負序性質，它可以通過濾過器。通常在濾過器的輸出端加設5次諧波濾過器，消除5次諧波的影響。2. 復合電壓起動的過電

40、流保護的工作原理在正常運行時，由于電壓沒有負序分量，所以負序電壓繼電器KVZ的動斷觸點閉合，將線電壓加入低電壓繼電器KV的線圈上，KV動斷觸點斷開，保護裝置不動作。當外部發(fā)生不對稱短路時，故障相電流起動元件KA動作，負序電壓繼電器中的負序電壓濾過器KUG輸出負序電壓，負序電壓繼電器KVZ動作，其動斷觸點斷開，低電壓繼電器KV線圈失磁，其動斷觸點閉合，起動中間繼電器KC的線圈，其動合觸點閉合，使時間繼電器KT動作，經過其整定時限后，KT的延時觸點閉合，起動出口中間繼電器KCO，將變壓器兩側斷路器1QF、2QF跳閘，切斷故障電流。當發(fā)生三相短路時，低電壓繼電器KV線圈失磁而返回，其動斷觸點閉合，同

41、時，電流繼電器KA動作，按低電壓起動的過電流保護的方式，作用于1QF、2QF跳閘。3. 復合電壓起動的過電流保護的整定計算（1）電流元件的動作電流與低壓起動的過電流保護中的電流元件的動作整定值相同。低電壓元件的動作電流為 式中變壓器額定電壓。低壓元件的靈敏度為 式中相鄰元件末端三相金屬性短路時，保護安裝處的最大線電壓； 低壓元件的返回系數。（2) 負序電壓元件的動作元件的動作電壓按避開正常運行的不平衡負序電壓整定。其起動電壓U2op取為 負序電壓元件靈敏度為 式中 Uk2.min相鄰元件末端不對稱短路故障時的最小負序電壓。（3）方向元件的整定：三側有電源的三繞組生壓變壓器，在高壓側和中壓側加功

42、率方向元件，其方向可指向該側母線；高壓及中壓側有電源或三側均有電源的三繞組降壓變壓器的聯(lián)絡變壓器，在高壓側和中壓側加功率方向元件，其方向宜指向變壓器。（4）動作時限按大于相鄰主變壓器后備保護的動作時限整定。（5）相間方向元件的電壓可取本側或對側的，取對側的，兩側繞組接線方式應一樣。（6）復合電壓元件可取本側的，也可取變壓器各側“或”的方式。1.5 電力變壓器過負荷保護變壓器過負荷保護反映變壓器對稱過負荷引起的過電流。保護用一個電流繼電器接于一相電流，經延時動作于信號。過負荷保護的安裝側，應根據保護能反映變壓器各側繞組可能過負荷情況來選擇：（1）對于雙繞組升壓變壓器，裝于發(fā)電機側。（2）對一側無

43、電源的三繞組升壓變壓器，裝于發(fā)電機電壓側和無電源側。（3）對三側有電源側電源的三繞組升壓變壓器，三側均裝。（4）對于雙繞組降壓變壓器，裝于高壓側。（5）對兩側有電源的三繞組降壓變壓器，三側均應裝設。 過電流保護的動作電流。應按躲開變壓器的額定電流整定，即 式中可靠系數，取1.05返回系數；取0.85變壓器過負荷保護的動作時限比變壓器的后備保護動作時限大一個t。1.6 電力變壓器的溫度保護當變壓器的冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障或發(fā)生外部短路和過負荷時，變壓器的油溫將升高。變壓器的油溫越高，油的劣化速度越快，使用年限減少。當油溫達115150時劣化更明顯，以致不能使用。油溫越高將促使變壓器繞組絕緣加速老化影香

44、其壽命。因此，變壓器運行規(guī)程規(guī)定：上層油溫最高允許值為95，正常情況下不應超過85，所以運行中對變壓器的上層油溫要進行監(jiān)視。凡是容量在1000KVA及以上的油侵式變壓器均要裝設溫度保護，監(jiān)視上層油溫的情況；對于車間內變電柜，凡是容量在315KVA及以上的變壓器，通常都要裝設溫度保護；對于少數用戶變電站，凡是容量在800KVA左右的變壓器，都應裝設溫度保護，但溫度保護只作用于信號。溫度繼電器的工作原理：當變壓器油溫升高時，受熱元件發(fā)熱升高使連接管中的液體膨脹，溫度計中的壓力增大，可動指針向指示溫度升高的方向轉動。當可動指針與事先定位的黃色指針接觸時，發(fā)出預告信號并開啟變壓器冷卻風扇。如經強風冷后

45、變壓器的油溫降低，則可動指針逆時針轉動，信號和電風扇工作停止；反之，如變壓器油溫繼續(xù)升高，可動指針順時針轉動到與紅色定位指針接觸，這是未避免事故發(fā)生而接通短路器跳閘線圈回路，使短路器跳閘，切除變壓器，并發(fā)出聲響燈光信號。溫度繼電器的結構：變壓器油溫的監(jiān)視采用溫度繼電器K，它由變壓器生產廠成套提供。它是一種非電量繼電器。常用的電觸頭壓力式溫度繼電器的結構圖，它由受熱元件（傳感器）1、溫度計3及附件組成，是按流體壓力原理工作的。溫度計是一只靈敏的流體壓力表，它有一支可動指針（黑色）和兩支定位指針（分別為黃色和紅色）。銅質連接管內充有乙醚液體（或氯甲烷、丙酮等）；受熱元件1插在變壓器油箱定蓋的溫度測

46、孔內。第2章 電力變壓器保護算例2.1電力變壓器保護簡介1瓦斯保護由氣體繼電器KG、信號繼電器2KS、KS、XB等組成。輕瓦斯觸點僅作用于信號，重瓦斯觸點則瞬時作用于切斷變壓器各側斷路器。2 縱聯(lián)差動保護 由DCD2型差動繼電器1KD3KD和信號繼電器2KS等組成，其保護范圍在電流互感器1TA、6TA之間的區(qū)域。保護動作后，由出口繼電器KCO瞬時斷開1QF、2QF，并由連接片2XB、6XB確定要斷開的斷路器。3 復合電壓起動過電流保護 復合電壓起動的過電流保護是由負序電壓繼電器KVZ、低電壓繼電器KV、斷線閉鎖繼電器KC、電流繼電器1KA、3KA時間繼電器1KT、2KT與信號繼電器3KS、4K

47、S、6KS等組成，電流繼電器按三相接于35KV側的3TA上。KVZ與KV分別作為對稱短路和不對稱短路的電壓起動元件，它接于變壓器610KV側的電壓互感器的2TV上，其作用由KC實現，故障時，由1KC1和KA起動1KT，經整定時限作用于分閘。2TV二次回路斷線時，其動合觸點1KC2延時作用于信號。4 過負荷保護。過負荷保護作用于2TA。其B相電流繼電器KA與時間繼電器3KT等組成，保護延時作用于信號。5 溫度保護溫度保護由溫度繼電器K組成保護作用于信號。幾點說明：（1）保護的出口回路中均裝有連接片XB，以適應保護調試或運行方式的需要進行投、切。（2）保護分別設有單獨的信號繼電器，用以指示保護的動

48、作情況，便于值班人員分析與處理故障。（3）保證在幾套保護同時動作時KS能靈敏動作，在KCO的電壓線圈上并聯(lián)附加電阻，增大信號繼電器賄賂中的電流。（4）保護動作后要發(fā)出相應的信號。2.2 差動保護整定計算1.基本側確定按額定電壓及變壓器的最大計算容量計算各側額定電流選擇電流互感器變比可選用變比為：各側電流互感器的二次額定電流為所以選擇10KV側為基本側2. 保護裝置動作電流的確定 躲過電壓器的勵磁涌流躲過外部短路時最大不平衡電流所以選用3.確定基本側線圈匝數應選用12匝4. 動作電流整定基本側實際動作電流為：保護一次動作電流5.靈敏度校驗保護滿足要求過電流保護整定計算：躲過最大負荷電流整定：考慮

49、切除一臺變壓器后產生的過負荷考慮負荷中電動機啟動的最大電流應選用：保護靈敏度校驗保護滿足要求3）過負荷保護按躲過變壓器的額定電流整定：第3章 電氣測量回路3.1電氣測量回路簡介及要求電氣測量儀表是測量電力系統(tǒng)中主要電氣設備運行的二次設備。變電所的運行人員要通過測量儀表和監(jiān)察裝置掌握主系統(tǒng)和主設備的運行情況，分析電能質量和計算經濟指標。變電所電氣測量儀表的配置，應充分考慮運行監(jiān)視的需要，做到技術先進、經濟合理、使用方便。電氣測量回路的種類很多：按被測電氣參數性質的不同分為交流測量和直流測量回路；按測量方式的不同分為連續(xù)測量和選線測量；按測量參數的不同分為電流測量、電壓測量、功率測量等。電氣測量回

50、路與其他二次回路一樣是以主設備為安裝單位繪制的，并應滿足以下要求：（1）當測量儀表與繼電保護裝置共用一組電流互感器，儀表與保護應分別接于互感器不同的二次繞組。若受條件限制只能接在同一個二次繞組時，應采取措施防止校驗儀表時影響保護裝置的正常工作。（2）直接接于電流互感器二次繞組的儀表，不宜采用切換方式檢測三相電流。（3）常測儀表、電能計量儀表和應與故障錄播裝置共用電流互感器的同一個二次繞組。（4）當電力設備在額定值運行時，互感器二次繞組所接入的阻抗不應超過互感器準確度等級允許范圍所規(guī)定的值。（5）當幾種儀表接在互感器的同一個二次繞組時，宜先接指示和積算式儀表再接記錄儀表。圖2-1為變電所35KV

51、雙繞組變壓器測量儀表電路。變電所的變壓器測量儀表裝在低壓側，儀表電流線圈全部裝在低壓側電流互感器5TA上，電壓線圈全部裝在610母線電壓互感器的回路中。一次回路：（1）電流表是用來監(jiān)視負荷的，對35KV變電站一般只裝一只電流表。（2）有功功率表和無功功率表是用來監(jiān)視變壓器運行時，某一瞬間送出的有功和無功功率，并根據讀數進行功率因數計算。（3）有功電能表和無功電能表是用來計量變壓器某一時間段內送出的有功和無功電能。3.2斷路器的控制回路3.2.1 對斷路器的控制回路的基本要求斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關設備，在正常運行時斷路器可以接通和切斷電氣設備的負荷電流，在系統(tǒng)發(fā)生故障時則能可靠地切斷短路

52、電流。斷路器的控制方式有多種，分述如下。1.按控制地點分類（1）集中控制。在主控制室的控制臺上，用控制開關或按鈕通過控制電纜去接通或斷開斷路器的跳、合閘線圈，對斷路器進行控制。遠方控制的斷路器都是比較重要的，如主變斷路器、母線斷路器、35KV及以上斷路器等。（2）就地（分散）控制。在斷路器旁安裝控制設備對斷路器進行跳、合閘操作（可自動或手動），主要用作對次要斷路器的控制，以減少主控制室的占地面積和控制電纜數。2.按控制電源電壓分類斷路器的控制方式按控制電源電壓分為強電控制和弱電控制兩種。（1）強電控制。從斷路器的控制開關到其操作機構的工作電壓均為直流110V或220V。（2）弱電控制?？刂崎_關

53、的工作電壓是弱電（直流48V），而斷路器的操動機構的電壓是220V。3. 按控制電源的性質分類斷路器的控制方式按控制電源的性質可分為直流操作和交流操作（包括整流操作）兩種。直流操作一般采用蓄電池組供電；交流操作一般是由電流互感器、電壓互感器或所用變壓器提供電源。斷路器的控制回路必須完整可靠，因此，應滿足下面的基本要求：（1）斷路器的合、跳閘回路是按短時通電設計的，操作完成后，應迅速切斷合、跳閘回路，解決命令脈沖，以免燒壞合、跳閘線圈。為此，在合、跳閘回路中，接入斷路器的輔助觸點，即可將回路切斷，又可為下一步操作做好準備。（2）斷路器既能在遠方由控制開關進行手動合閘和跳閘，又能在自動裝置和繼電保

54、護作用下自動合閘和跳閘。（3）控制回路應具有反映斷路器狀態(tài)的位置信號和自動合、跳閘的不同顯示信號。（4）無論斷路器是否帶有機械閉鎖，都應具有防止多次合、跳閘的電氣防跳裝置。（5）對控制回路及其電源是否完好，應能進行監(jiān)視。（6）對于采用氣壓、液壓、和彈簧操作的斷路器，應有壓力是否正常，彈簧是否拉緊到位的監(jiān)視回路和閉鎖回路。（7）接線應簡單可靠、使用電纜芯數應盡量少。3.2.2 短路器控制回路簡述1.斷路器基本跳、合閘回路如圖2-2所示，其工作原理簡述如下：圖3-2斷路器基本跳、合閘回路（1）合閘操作。手動合閘是將控制開關SA打至“合閘”位置，此時5-8觸點瞬時接通；而斷路器在跳閘位置時其動斷觸點QF2是接通的，所以合閘接觸器KM線圈通電起動，其動合觸點接通，斷路器合閘線圈YC通電起動，斷路器合閘。當合閘操作完成后，斷路器的動斷輔助觸點QF2斷開，當斷路器合閘線圈YC的電路；同時，斷路器動合觸點QF1接通，準備好跳閘回路。斷路器的自動合閘是由自動重合閘裝置的出口觸點1K閉合實現的。（2）跳閘操作。手動跳閘是將控制開關SA打至“跳閘”位，此時其6-7觸點接通，而斷路器在合閘位置時其動合觸點QF1是接通的餓，所以跳閘線圈YT通電，斷路器進行跳閘。當跳閘操作完成后，斷路器的動合觸