第七章_電力變壓器的繼電保護

1、根本要求學習內(nèi)容思考題第七章 變壓器保護Power Transformer Protection本 章 基 本 要 求了解變壓器可能產(chǎn)生的故障類型和不正常運行狀態(tài)，掌握變壓器應有的保護方式。熟悉掌握變壓器縱差保護的根本工作原理。掌握在差動保護中產(chǎn)生不平衡電流的原因及減小不平衡電流的措施。了解電流、電壓保護在變壓器中的應用。第七章 變壓器保護第一節(jié) 電力變壓器的故障類型，不正常運行狀態(tài)和應加裝的保護第二節(jié) 變壓器的差動保護第三節(jié) 變壓器的后備保護一 電力變壓器的故障類型，不正常運行狀態(tài)變壓器故障 油箱內(nèi)部故障 油箱外部故障 相間短路 繞組的匝間短路 單相接地短路 引線及套管處會產(chǎn)生各種相間短路

2、接地故障 變壓器的不正常狀態(tài)由于外部短路故障引起的過電流油箱內(nèi)部油面降低過勵磁變壓器應裝設如下保護： (1) 為反響變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低，對于及以上的油浸式變壓器和戶內(nèi)以上變壓器應裝設瓦斯保護。(2) 為反響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)繞組和引線接地短路及繞組匝間短路，應裝設縱差保護或電流速斷保護。 (3) 為反響外部相間短路引起的過電流和作為瓦斯、縱差保護(或電流速斷保護)的后備，應裝設過電流保護、復合電壓過流保護或負序過流保護。 (4) 為反響大接地電流系統(tǒng)外部接地短路，應裝設零序電流保護。(5) 為反響過負荷應裝設過負荷保護。 (6) 為反響變壓

3、器過勵磁應裝設過勵磁保護。 主保護后備保護主要優(yōu)點：主要缺點：因此瓦斯保護可作為變壓器的主保護之一，與縱差動保護相互配合、相互補充，實現(xiàn)快速而靈敏地切除變壓器油箱內(nèi)、外及引出線上發(fā)生的各種故障。 動作迅速、靈敏度高、安裝接線簡單、能反響油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障。瓦斯保護 不能反響油箱以外的套管及引出線等部位上發(fā)生的故障。 由于短路點電弧的作用，將使變壓器油和其他絕緣材料分解，產(chǎn)生氣體。氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，利用氣體的數(shù)量及流速構(gòu)成瓦斯保護。輕瓦斯保護,動作于信號;重瓦斯保護,動作于跳閘.工作原理：一、變壓器縱聯(lián)差動保護的原理二、變壓器縱聯(lián)差動保護中引起不平衡電流的原因及減小不平衡電流的措施

4、第二節(jié) 變壓器的差動保護三、變壓器縱聯(lián)差動保護的整定原那么一、變壓器縱聯(lián)差動保護的原理 縱聯(lián)差動保護是反響被保護變壓器各端流入和流出電流的相量差。對雙繞組變壓器實現(xiàn)縱差動保護的原理接線如下圖。為了保證縱聯(lián)差動保護的正確工作，應使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等，差回路電流為零。在保護范圍內(nèi)故障時，流入差回路的電流為短路點的短路電流的二次值，保護動作。 由于受不平衡電流Iunb影響，正常運行及保護范圍外部短路時差回路中的電流不為零?；蚨⒆儔浩骺v聯(lián)差動保護在穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流在正常運行及保護范圍外部短路穩(wěn)態(tài)情況下流入縱聯(lián)差動保護差回路中的電流叫穩(wěn)態(tài)不平衡電流Iunb。差動保護的動作

5、電流應大于最大不平衡電流，以保證保護范圍外部短路時差動保護不動作。不平衡電流增大，將使保護的靈敏度降低。1由變壓器勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流 變壓器的勵磁電流IL僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，通過電流互感器反響到差動回路中不能被平衡。正常情況下，此電流很小，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，它的影響就更小。但是當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，那么可能出現(xiàn)數(shù)值很大的勵磁電流(又稱為勵磁涌流)。 （a )-mmuu,0t（b)u2m +stu,00U,uU,u00如果空載合閘時，正好在u=0時接通，那么鐵芯中該具有磁通-m。但由于鐵芯中的磁通不能突

6、變，將出現(xiàn)一個非周期分量其磁通為+m。半個周期后鐵芯中的磁通就到達了2m。如果鐵芯中有剩余磁通s。那么總的磁通將為2m+ s，那么變壓器鐵芯嚴重飽和，勵磁電流將急劇增大，稱為變壓器的勵磁涌流IL。+m變壓器的勵磁涌流，其數(shù)值最大可達額定電流的68倍，同時包含有大量的非周期分量和高次諧波分量。 勵磁涌流的大小和衰減時間與外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向，電源容量的大小，回路阻抗以及變壓器容量的大小等都有關(guān)。勵磁涌流具有以下特點：(1)包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時間軸的一側(cè)；(2)包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主；(3)波形之間出現(xiàn)間斷，如下圖，在一個周期中間斷角為。

7、在變壓器縱差動保護中防止勵磁涌流影響的方法有： (1)采用具有速飽和鐵心的差動繼電器； (2)利用二次諧波制動而躲開勵磁涌流；(3)用比較波形間斷角來鑒別短路電流和勵磁涌流； 2由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流由于變壓器常常采用Y,dll的接線方式, 因此, 其兩側(cè)電流的相位差30。此時，如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，那么二次電流由于相位不同，會有一個差電流流入繼電器。通常都是將變壓器星形側(cè)的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個電流互感器接成星形。如何消除這種不平衡電流的影響？ 由變壓器兩側(cè)相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流nl1nl2ABCabcI-II-I303

8、0當電流互感器采用上述聯(lián)接方式以后，在互感器接成三角形側(cè)的差動一臂中，電流又增大了 31/2 倍。如何保證在正常運行及外部故障情況下差動回路中應沒有電流？ 由變壓器兩側(cè)相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流 將該側(cè)電流互感器的變比加大 倍，以減小二次電流，使之與另一側(cè)的電流相等，故此時選擇變比的條件是 由變壓器兩側(cè)相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流3由兩側(cè)電流互感器的誤差引起的不平衡電流 變壓器兩側(cè)電流互感器有電流誤差I(lǐng)，在正常運行及保護范圍外部故障時流入差回路中的電流不為零，為什么？原因：電流互感器的電流誤差和其勵磁電流的大小、二次負載的大小及勵磁阻抗有關(guān)，而勵磁阻抗又與鐵芯特性和飽和程度有關(guān)。 當被保護變壓器

9、兩側(cè)電流互感器型號不同，變比不同，二次負載阻抗及短路電流倍數(shù)不同時都會使電流互感器勵磁電流的差值增大。 為什么在正常運行時，不平衡電流很小 ？鐵芯飽和、勵磁電流很小，不平衡電流很小為什么當外部故障時，不平衡電流增大？短路電流很大，使兩側(cè)電流迅速飽和,勵磁電流很大，不平衡電流很大原因：4由計算變比與實際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流 兩側(cè)的電流互感器、變壓器是不是一定滿足 或的關(guān)系？很難滿足上述關(guān)系。 因此，差動回路將有電流流過，此時可采用具有速飽和鐵心的差動繼電器，利用平衡電流Wpb來消除此差動電流的影響。例:以一臺Y,dll的接線的容量為，電壓為的變壓器為例。計算變壓器上下側(cè)的二次回路電流，計算

10、結(jié)果如下：額定電壓(kV)115kV側(cè) (高壓)10.5kV側(cè)(低壓)額定電流(A)變壓器接線方式Y(jié)TA接線方式Y(jié)TA計算變比nTA.jsTA實際變比nTA.sj流入差回路的電流 (A)4由計算變比與實際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流 Wcd( )=Wph利用平衡線圈Wph來消除此差電流的影響。假設在區(qū)外故障時 ，如以下圖所示，那么差動線圈中將流過電流 ，由它所產(chǎn)生的磁勢為Wcd( )。為了消除這個差動電流的影響，通常都是將平衡線圈Wph接入二次電流較小的一側(cè)， 應使減少這種不平衡電流影響的措施：5帶負荷調(diào)變壓器的分接頭產(chǎn)生的不平衡電流在電力系統(tǒng)中為什么采用帶負荷調(diào)壓的變壓器會產(chǎn)生不平衡電流？ 改

11、變分接頭的位置不僅改變了變壓器的變比，也破壞了變壓器兩側(cè)電流互感器變比的比等于變壓器變比的條件，故會產(chǎn)生不平衡電流。原因：調(diào)整分接頭產(chǎn)生的最大不平衡電流為在穩(wěn)態(tài)情況下：10% 電流互感器容許的最大相對誤差Ktx 電流互感器的調(diào)整系數(shù)取1u 由負荷調(diào)壓引起的相對誤差fza 由于所采用的互感器變比或平衡線圈線 圈的實際值與計算值不同時所引起的相 對誤差。 保護范圍外部最大短路電流歸算到二次 側(cè)的值。v 變壓器縱聯(lián)差動保護的整定計算的原那么 整定原那么 在正常運行情況下為防止電流互感器二次回路 斷線時引起差動保護誤動作，保護裝置的起動 電流應大于變壓器的最大負荷電流I。當 負荷電流不能確定時，可采用

12、額定電流IN， 并引入可靠系數(shù)Krel，Krel。Iset = KrelI 躲開保護范圍外部短路時最大不平衡電流IsetJ = KrelIv 變壓器縱聯(lián)差動保護的整定計算的原那么 整定原那么 無論上述哪一個原那么考慮起動電流都必須能夠 躲開變壓器勵磁涌流的影響。 當差動保護采用波形鑒別式二次諧波制動的原那么構(gòu)成時，它本身就具有躲開勵磁涌流的性能，一般無需另外考慮。 另一種方式采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器來躲避勵磁涌流的影響。v 變壓器縱聯(lián)差動保護的整定計算的原那么 縱聯(lián)差動保護靈敏系數(shù)的校驗I 保護范圍內(nèi)部故障時，流過繼電器的 最小短路電流 單側(cè)電源供電時，系統(tǒng)最小運行方式下，Ksen2。當

13、不能滿足要求時需采用具有制動特性的差動繼電器。第三節(jié) 變壓器的后備保護為反響變壓器外部故障引起變壓器繞組過電流以及變壓器內(nèi)部故障時作為差動保護和瓦斯保護的后備保護應設過電流保護。為滿足靈敏度要求，可裝設過電流保護、低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護，負序過電流保護，甚至阻抗保護。 變壓器的過電流保護 起動電流按躲開變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流I來整定。 變壓器的過電流保護 并列運行的變壓器應考慮突然切除一臺時出現(xiàn)的 過負荷。當各臺變壓器容量相同時可按下式計 算：1DL2DLIt信號跳1DL跳2DL+-n 并列運行變壓器的最 小臺數(shù);IN 每臺變壓器的額定電流。啟動電流：過電流保護

14、裝置應裝于變壓器的電源側(cè)，保護動作后，跳開變壓器兩側(cè)斷路器。 變壓器的過電流保護 對降壓變壓器應考慮低壓側(cè)負荷電動機自起動時 的最大電流，其起動電流按下式進行選?。篕rel = 1.21.3 Kss= 1.52.5 Kre = 0.85其中：其動作時限與定時限過電流保護相同。 按上述條件選擇的起動電流其值一般較大，往往不能滿足作為相鄰元件后備保護的要求，為此采取下述各種保護方式以提高靈敏度。 低壓啟動的過電流保護 只有當電流元件和電壓元件同時動作后，才能起動時間繼電器，經(jīng)延時后，通過出口繼電器動作于跳閘。2DL1DLYHLH+-abc電壓回路斷線信號跳1DL跳2DLIII信號UUUt當過電流保

15、護不能滿足靈敏度要求時，怎么辦？時不動作，因而電流元件的啟動電流可按躲開變壓器的額定電流整定。不再考慮自起動系數(shù)。 低壓測量元件的作用是保證外部故障切除后，電動機自起 2DL1DLYHLH+-abc電壓回路斷線信號跳1DL跳2DLIII信號UUUt 低壓啟動的過電流保護 低壓測量元件的啟動值應小于正常運行情況下母線上可能最低工作電壓值。同時，外部故障切除后自啟動過程中保護必須返回。 2DL1DLYHLH+-abc電壓回路斷線信號跳1DL跳2DLIII信號UUUt 低壓啟動的過電流保護低壓測量元件的啟動值按照運行經(jīng)驗選?。篣 最大運行方式下，相鄰元件末端三相金屬 性短路時，保護安裝處的最大電壓。UN 變壓器額定線電壓； 低壓啟動的過電流保護 復合電壓起動的過電流保護 將三個低電壓繼電器改由一個負序電壓繼電器由過電壓繼電器4接于負序電壓過濾器上組成和一個接于線電壓上的低電壓繼電器5組成。1DL2DLLHYHabc電壓回路斷線信號跳1DL跳2DL信號U2過濾器IIIU U2t123456 7 -8 9 -+復合電壓起動的過電流保護的電流元件和低電壓元件的整定同低壓啟動過電流保護。負序電壓繼電器的動作電壓根據(jù)運行經(jīng)驗為 Uset=(0.060.12) UN靈敏度