第六章電力變壓器的保護(hù)

1、第六章 電力變壓器的保護(hù)6 6 電力變壓器保護(hù) 6-1 6-1 變壓器的故障類型、不正常運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)方式 一、變壓器故障類型 1、油箱內(nèi)(繞組相間短路,接地短路,匝間短路及鐵心燒損等) 2、油箱外(套管及引出相間短路,接地短路) 二、變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài) 1、外部相間短路過電流 2、外部接地短路零序過流、零序過壓 3、過負(fù)荷 4、油面降低等 三、保護(hù)方式 1、瓦斯保護(hù)(反應(yīng)油箱內(nèi)各種故障及油面降低。但不能反映油箱外故障，如套管及引出線故障) 2、縱差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)(反應(yīng)繞組、套管及引出線各種故障) 3、各種過電流保護(hù)(反應(yīng)外部相間短路) 4、接地保護(hù)(反應(yīng)外部接地短路) 5、過負(fù)荷保護(hù)

2、 6、過勵(lì)磁保護(hù) 7、溫度保護(hù)等 6-2 6-2 變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)一、變壓器縱差保護(hù)概述 差動(dòng)電流取為： 雙卷T：Icd =| |； 三卷T：Icd =| | 基本原則同線路縱差保護(hù)，但由于變壓器高、低壓側(cè)的額定電流不同（磁路聯(lián)系，不是直接電路聯(lián)系），故需適當(dāng)選擇高、低壓側(cè)TA的變比使： （nTA.L：低壓側(cè)TA變比；nTA.H：高壓側(cè)TA變比；nT：T變比）nmIIpnmIIITHTALTAnnn.二、變壓器縱差保護(hù)的特點(diǎn)（不平衡電流Ibp比較大）1、勵(lì)磁涌流Ily 不平衡電流Ibp 變壓器T的勵(lì)磁電流Il 原、副邊電流折算到同側(cè)后不相等Ibp 當(dāng)T空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，由于

3、T鐵心中磁通不能突變，將產(chǎn)生自感的衰減直流磁通，經(jīng)一定時(shí)間的某時(shí)刻將出現(xiàn)衰減直流磁通與交流磁通幅值疊加磁通Il Ily Ibp Ily的特點(diǎn)： *包含很大成分的非周期分量 *包含大量的高次諧波（以二次諧波為主） *波形之間出線間斷（間斷角為） 防止Ily影響的措施： *采用具有速飽和鐵心的差動(dòng)繼電器CJ *利用二次諧波制動(dòng) *利用波形間斷制動(dòng) 2、變壓器兩側(cè)電流相位差 Ibp Y/-11接線的變壓器： 正序：側(cè)超前側(cè)：30 負(fù)序：側(cè)落后側(cè)：30 (1)常規(guī)相位校正措施： T的側(cè)三個(gè)TA接成形；T的側(cè)三個(gè)TA接成形。 以正序分量為例，分析其相位校正作用：可見： 與 同相。要使它們大小相等，則應(yīng)滿

4、足變比配合關(guān)系： 即：30.3033jHTAYAjYaYbYaenIeIII30.jLTAYATLTAAaenInnII)/(30jTYAAenIILTATHTAnnn.3YbYaIIaITHTALTAnnn.3 負(fù)序分析與正序類似，上述接線同樣起到相位校正作用。 一次側(cè)零序電流只存在于變壓器Y側(cè)，而Y側(cè)TA接成形，故二次無零序電流。 (2)微機(jī)保護(hù)或集成電路保護(hù)可采用內(nèi)部校正： T兩側(cè)TA皆采用Y形接法， 且兩側(cè)TA變比按正常配合關(guān)系： 兩側(cè)電流進(jìn)入保護(hù)后，保護(hù)內(nèi)部用于比較的兩側(cè)電流分別取為（內(nèi)部校正為）:高壓側(cè)(T的Y側(cè))： 低壓側(cè)(T的側(cè))：或：高壓側(cè)(T的Y側(cè))： 低壓側(cè)(T的側(cè))：

5、THTALTAnnn.)(31),(31),(31321YaYcYYcYbYYbYaYIIIIIIIIIcbaIIIIII321,YYcYYYbYYYaYIIIIIIIII030201,)(31),(31),(31321bcabcaIIIIIIIII3、TA計(jì)算變比與實(shí)際變比不同 Ibp TA計(jì)算變比實(shí)際變比變比配合關(guān)系 不滿足Ibp 措施：(1)常規(guī)CJ采用平衡線圈Wph來抵消Ibp產(chǎn)生的多余磁勢(shì) 正常運(yùn)行時(shí)，若由于變比不配合I2I”2 則差動(dòng)線圈Wcd中產(chǎn)生多余磁勢(shì)：(I2I”2)Wcd Wph中的磁勢(shì)：I”2Wph(與Wcd中磁勢(shì)相反，起去磁作用) 適當(dāng)選擇Wph使：I”2Wph=(I2

6、I”2)Wcd 即：Wph=Wcd(I2I”2)/I”2 Wph接在二次電流較小側(cè)： 正?；蛲獠抗收蠒r(shí)，Wph起去磁作用，防止誤動(dòng) 而內(nèi)部故障時(shí)，能起助磁作用，提高了Klm THTALTAnnn.3 若Wph接在二次電流較大側(cè)： 正?；蛲獠抗收蠒r(shí)，Wph起去磁作用，防止誤動(dòng) 而內(nèi)部故障時(shí)，仍起去磁作用，降低了Klm 故：Wph應(yīng)接在二次電流較小側(cè)。 (Wph計(jì)算匝數(shù)實(shí)際選擇匝數(shù)Ibp , 其值很小,在整定時(shí)考慮躲過) (2)采用自耦變流器TAA來調(diào)平衡(一般在二次電流較小側(cè)接 TAA，調(diào)整TAA使該側(cè)與另一側(cè)的二次電流平衡。由于TA二次嚴(yán)禁開路，TAA不宜采用滑動(dòng)抽頭，而應(yīng)采用固定抽頭)(3)

7、微機(jī)保護(hù)采用內(nèi)部平衡系數(shù)調(diào)平衡 （集成電路保護(hù)也可在內(nèi)部用比例器調(diào)整）。 4、兩側(cè)TA型號(hào)不同 Ibp 整定時(shí)考慮，引入同型系數(shù)Ktx： 兩側(cè)TA同型時(shí)： Ktx=0.5 兩側(cè)TA不同型時(shí)：Ktx=1.0 5、變壓器帶負(fù)載調(diào)壓 Ibp 調(diào)壓(調(diào)T的分接頭) nT變化 變比配合條件 不滿足 Ibp 。整定時(shí)考慮躲過。6、變壓器縱差保護(hù)的最大不平衡電流（采取各種措施后） Ibp.max=(Ktx10%Um)Id.w.max/nTA U：帶負(fù)載調(diào)壓引起的相對(duì)誤差，取調(diào)壓范圍的一半。 例如：調(diào)壓范圍為5%，則U取為5% m：Wph計(jì)算匝數(shù)與實(shí)際匝數(shù)不符或TAA抽頭位置不準(zhǔn)引起的相對(duì)誤差，初步計(jì)算取0.

8、05(對(duì)微機(jī)保護(hù)無調(diào)整誤差，m取0) Id.w.max/nTA：外部故障的最大短路電流折算到二次側(cè)的值。 THTALTAnnn.3三、帶加強(qiáng)型速飽和變流器的差動(dòng)元件CJ（BCH-2型） 速飽和變流器BLH：鐵心易飽和（二次感應(yīng)電勢(shì)EdB/dt） 對(duì)純周期分量電流，鐵心不飽和，E大，CJ可動(dòng)作。 由于Ily中包含大量非周期分量，鐵心嚴(yán)重飽和，難于傳變，CJ不誤動(dòng)。 （但內(nèi)部短路時(shí)，初瞬間也有大量非周期分量，CJ不動(dòng)；當(dāng)非周期分量衰減后CJ才能動(dòng)作，造成保護(hù)動(dòng)作出現(xiàn)短延時(shí)） 1、帶加強(qiáng)型速保護(hù)變流器的CJ工作原理 Wd，Wd：短路線圈 I IcdWcdcdcd.BA , cd.BC Wd中產(chǎn)生I

9、Id I IdWddd.BA , d.BC I IdWddd.AB , d.AC C柱磁通：C=cd.BC(主磁通)d.AC(助磁)d.BC(去磁) 選：Wd/ Wd2 SA=SCSB/2 使：|d.AC|=|d.BC| 對(duì)交流分量：助磁d.AC與去磁d.BC相抵消，Wd無作用， C柱磁通C=cd.BC 對(duì)非周期分量：非周期分量鐵心飽和磁阻Rm (1)Rmcd.BC（相當(dāng)于一般BLH） (2)助磁d.AC（路徑長，漏磁大）； 去磁d.BC（路徑短，漏磁小） 故：C(去磁為主)W2中二次感應(yīng)量CJ不誤動(dòng)。 2、Wd的調(diào)整： (=常數(shù)，CJ的Idz.J不變) 抑制非周期分量作用 即抑制勵(lì)磁涌流的作

10、用 /ddWW四、具有磁力制動(dòng)的CJ（BCH-1型） 磁力制動(dòng)CJ的動(dòng)作電流Idz.J常數(shù) （制動(dòng)電流Izh，則所需的動(dòng)作電流Idz.J） 作用： 外部短路時(shí)， Idz.J大 Ibp.max，保護(hù)不誤動(dòng) 內(nèi)部輕微短路時(shí)，Id較小，則IzhIdz.J動(dòng)作Klm1、磁力制動(dòng)CJ的基本原理 Wg：工作線圈（即差動(dòng)線圈Wcd） Wzh：兩個(gè)相同的制動(dòng)線圈 當(dāng)Ig=0時(shí)，兩個(gè)Wzh產(chǎn)生的磁通zh在兩個(gè)W2中造成的電勢(shì)互相抵消，IJ = 0 * Izh=0時(shí)，Wzh無作用（相當(dāng)于普通BLH）， 此時(shí)Wg中加入初始啟動(dòng)電流Idz.J.0，CJ剛好動(dòng)作。* Izh，Wzh起作用：IzhWzhzh鐵心飽和度 磁

11、阻Rm(導(dǎo)磁率) 要使CJ啟動(dòng)，則所需的Idz.J 當(dāng)Izh，Wzh所需的Idz.J2、磁力制動(dòng)CJ的應(yīng)用及整定 (1)外部短路時(shí)： Ig=Ibp=(Ktx10%Um)Id.w/nTA=kIzh 曲線1 對(duì)應(yīng)于Id.w.max/nTA，有Ibp.max， 此時(shí)應(yīng)使：Idz.J=KkIbp.max 選擇CJ的制動(dòng)特性曲線3，使其 過a點(diǎn) (Id.w.max/nTA，KkIbp.max)， 并位于曲線1的上方，保證 外部短路時(shí)，無論Id為何值， CJ皆不誤動(dòng)。 此時(shí)Idz.J.a= KkIbp.max (2)內(nèi)部短路時(shí)： 若N側(cè)無電源，Izh=I2”=0，此時(shí)CJ的啟動(dòng)電流為Idz.J.0 若M、

12、N兩側(cè)電源容量相同，I2= I2” Ig=I2+I2”=2I2”=2Izh 曲線4 此時(shí)CJ的啟動(dòng)電流為Idz.J.b （曲線4與曲線3的交點(diǎn)b） 若M側(cè)無電源，I2=0， Ig=I2”=Izh 曲線5 此時(shí)CJ的啟動(dòng)電流為Idz.J.c （曲線5與曲線3的交點(diǎn)c） 可見，內(nèi)部短路時(shí)，最大啟動(dòng)電流為Idz.J.c（即曲線5為最不利情況） 而Idz.J.cIdz.J.a(=KkIbp.max)Klm 為盡量提高內(nèi)部短路時(shí)的Klm，Wzh應(yīng)接在T的無電源側(cè)或電源較小側(cè)。五、具有比率制動(dòng)和二次諧波制動(dòng)的CJ 規(guī)定正方向：每端以流向本元件中間為正 (即：母線T為正) 差動(dòng)電流取為：Icd=| |；制動(dòng)

13、電流取為：Izh= 特點(diǎn)：CJ的動(dòng)作電流不是常數(shù)：Izh Idz.J1、工作情況(1)正常運(yùn)行及外部短路時(shí)： 制動(dòng)電流Izh (2Im) =Id.w/nTA(很大) CJ的Idz.J 很大， 差動(dòng)電流Icd=Ibp(很小) Idz.J 保護(hù)靈敏動(dòng)作。 (3)勵(lì)磁涌流造成較大Icd時(shí)： Icd中的二次諧波較大（達(dá)到基波一定比例），抑制保護(hù)動(dòng)作（閉鎖保護(hù)）。 nmII、|21nmIInmII2、比率制動(dòng)特性的整定 (1)三個(gè)定值： 最小動(dòng)作電流(差動(dòng)啟動(dòng)電流)Idz.J.0 躲過最大負(fù)荷時(shí)的不平衡電流。 一般取(0.30.4)Ie 拐點(diǎn)電流（起始制動(dòng)電流）Izh.0 正常運(yùn)行時(shí)不需引入制動(dòng)作用，僅

14、在外部短路時(shí)才引入制動(dòng)作用。而正常運(yùn)行時(shí)所測(cè)制動(dòng)電流為額定電流Ie，故Izh.0應(yīng)取為Ie。考慮到外部遠(yuǎn)處輕微短路時(shí)的短路電流在有測(cè)量誤差的情況下可能稍小于Ie，故Izh.0一般取(0.81.0)Ie 制動(dòng)特性斜率m 對(duì)應(yīng)于最大外部短路：Id.w.max/nTA，有： Icd=Ibp.max=(Ktx10%Um)Id.w.max/nTA；Izh.max=Id.w.max/nTA 為確保不誤動(dòng)，此時(shí)應(yīng)使：Idz.J=KkIbp.max 即動(dòng)作特性應(yīng)過點(diǎn)： (Id.w.max/nTA，KkIbp.max) 斜率 m = 當(dāng)Izh.max=Id.w.max/nTAIzh.0時(shí)（一般皆滿足），可近似取

15、： = Kk(Ktx10%Um) （不需進(jìn)行短路電流計(jì)算） TAwdTAwdtxkTAwdbpknInImUKKnIIKm/)%10(/max.max.max.max.0 .max.0 .max./zhTAwdJdzbpkInIIIK(2) 內(nèi)部短路的Klm校驗(yàn) 用最小運(yùn)行方式下，T內(nèi)部兩側(cè)出口短路的最小短路電流Id.n.min/nTA進(jìn)行校驗(yàn)： 先計(jì)算在該Id.n.min情況下的制動(dòng)電流Izh，再由制動(dòng)特性斜率m計(jì)算該Izh下的動(dòng)作電流Idz.J =Idz.J.0 + m(Izh- Izh.0)，則： Klm=(Id.n.min/nTA)/Idz.J，要求Klm2(由于比例制動(dòng)特性CJ的Kl

16、m一般很高，通常可不進(jìn)行校驗(yàn)) 6-3 6-3 變壓器的過電流保護(hù)（后備保護(hù)） 過流保護(hù)作用： 作為T外部短路時(shí)的遠(yuǎn)后備 作為T內(nèi)部短路時(shí)的近后備 一、變壓器過流保護(hù)概述 Idz= Ifh.max 。 Ifh.max的考慮： (1)對(duì)多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行T，考慮突然切除一臺(tái)時(shí)出現(xiàn)的過負(fù)荷： 設(shè)有n臺(tái)同容量T并運(yùn)，則：Ifh.max= Ie.T (2)對(duì)降壓T，考慮低壓側(cè)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)影響： Ifh.max= KzqIe.T （Kzq：電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)） 由于T的過載電流Ifh.max較大Idz較大 Klm 需采取措施提高Klm：降低Idz（整定時(shí)只考慮躲過T的額定 電流），同時(shí)設(shè)置電壓閉鎖元件（在T出現(xiàn)

17、過載電流Ifh.max時(shí) 將保護(hù)閉鎖）。 hkKK1nn二、低電壓啟動(dòng)（閉鎖）的過流保護(hù) 同時(shí)啟動(dòng)（“與”邏輯出口） 整套保護(hù)啟動(dòng)1、元件的整定 過電流元件整定：Idz= Ie.T 電流元件Klm。 低電壓元件的整定：在母線正常的最低工作電壓(80%Ue.T) 下不啟動(dòng)，取Udz=0.7Ue.T 2、工作情況分析 * T外部或內(nèi)部短路出現(xiàn)過流時(shí)：I，U 整套保護(hù)延時(shí)動(dòng)作 UI電壓元件電流元件hkKK低電壓元件啟動(dòng)過電流元件啟動(dòng) * T出現(xiàn)過載Ifh.max時(shí)：I，U仍較大 整套保護(hù)不誤動(dòng)3、低電壓元件Klm校驗(yàn)：Klm=Udz/Ud.max （Ud.max：在最大運(yùn)行方式下，相鄰元件末端三相短

18、路時(shí)，保護(hù)所測(cè)的最大殘壓）4、特殊問題的考慮* 低電壓元件若接于T某側(cè)，而另一側(cè)相鄰元件末端短路時(shí)，所測(cè)殘壓大Klm。 若低電壓元件Klm不滿足要求，可采用兩套低電壓元件（“或”邏輯）分別接T兩側(cè)。 低電壓元件不啟動(dòng)過電流元件誤啟動(dòng)* 若TV二次斷線： 低電壓元件啟動(dòng)延時(shí)發(fā)出斷線信號(hào) 電流元件不啟動(dòng)，整套保護(hù)不會(huì)誤動(dòng) * TA應(yīng)裝在T的電源側(cè)，不應(yīng)裝在負(fù)荷側(cè)。 （保證能起到近后備作用） * 在需要的情況下可加入方向判別（也可退出） 三、復(fù)合電壓啟動(dòng)（閉鎖）的過流保護(hù) 電壓元件 1、工作情況分析：(1)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)： 出現(xiàn)較大U2U2啟動(dòng)； 同時(shí)IdIa,Ib,Ic中至少有一個(gè)啟動(dòng)； 則：整

19、套保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。 2abUU一個(gè)低電壓元件一個(gè)負(fù)序過電壓元件(2)發(fā)生三相對(duì)稱短路時(shí)： 三相電壓下降為殘壓Uab啟動(dòng)； 同時(shí)同時(shí)Id三相電流元件皆啟動(dòng)； 則：整套保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。(3)變壓器過載Ifh.max時(shí)： I電流元件誤啟動(dòng)； 但無U2且Uab較大電壓元件不啟動(dòng)； 則：整套保護(hù)不誤動(dòng)。2、整定 三個(gè)過電流元件的整定同低電壓啟動(dòng)的過流保護(hù)。 一個(gè)低電壓元件的整定同低電壓啟動(dòng)的過流保護(hù)。 負(fù)序過電壓元件的整定： 躲過正常時(shí)負(fù)序過濾器輸出的不平衡電壓U2.bp.max 一般取(經(jīng)驗(yàn)公式)：U2.dz=(0.060.12)Ue.T 3、復(fù)合電壓啟動(dòng)過流保護(hù)特點(diǎn) (1)對(duì)于不對(duì)稱短路，由于U2.dz

20、 電壓元件的Klm。 (2)當(dāng)T另一側(cè)不對(duì)稱短路時(shí)，電壓元件 的工作情況（Klm）與T接線方式無關(guān)。 (3)接線簡單（電壓元件只要接于T的一側(cè)） *該保護(hù)作為遠(yuǎn)后備時(shí)，若不對(duì)稱短路時(shí)電流元件的Klm仍 不夠，可采用負(fù)序過電流保護(hù)。 6-4 6-4 變壓器接地保護(hù)（接地故障后備保護(hù)） （高壓側(cè)為小電流接地系統(tǒng)T，利用系統(tǒng)公用的絕緣監(jiān)視裝置來反映接地故障）高壓側(cè)為大電流接地系統(tǒng)的T的接地保護(hù)：作用：作為外部接地短路的遠(yuǎn)后備； 作為內(nèi)部接地短路的近后備。1、多臺(tái)T并運(yùn)時(shí)接地保護(hù)時(shí)限配合特點(diǎn) 多臺(tái)T并運(yùn)時(shí)，為減小接地短路時(shí)短路點(diǎn)的短路電流，采用部分T中性點(diǎn)接地，另一部分T中性點(diǎn)不接地，并定期倒換。 對(duì)

21、任一臺(tái)T（裝設(shè)一套零序電流和一套零序電壓保護(hù)） 中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行，由零流保護(hù)反映 中性點(diǎn)可能不接地運(yùn)行，由零壓保護(hù)反映 若多臺(tái)分級(jí)絕緣T并運(yùn)：（分級(jí)絕緣：中性點(diǎn)套管絕緣等級(jí) 零流保護(hù)時(shí)限tL，則： 系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，將先由中性點(diǎn)接地T的零流保護(hù)動(dòng)作，先切除中性點(diǎn)接地T。 若接地點(diǎn)不在被切除的T中，則單相接地故障仍存在，形成中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)帶接地點(diǎn)運(yùn)行（對(duì)側(cè)變電所已被線路接地保護(hù)切除） 中性點(diǎn)零序過壓 損壞T的中性點(diǎn)絕緣。 故必需使：零壓保護(hù)tY 零流保護(hù)tL 保證接地故障時(shí)： 零序電壓保護(hù)先動(dòng)， 先切除中性點(diǎn)不接地T。 * 零序電壓保護(hù)出口必須滿足以下三個(gè)條件： 本臺(tái)T的零壓保護(hù)啟動(dòng)。 本臺(tái)T的零流保護(hù)不啟動(dòng)（中性點(diǎn)接地T零流保護(hù)動(dòng)作 則閉鎖本T的