電力變壓器的繼電保護培訓教材課件

1、5、1 變壓器的故障 、不正常工作狀態(tài)及保護配置變壓器的故障油箱內(nèi)故障:繞組的相間短路、繞組的匝 間短路、繞組的接地短路。油箱外故障：套管和引出線的相間短路 與接地短路 變壓器的不正常工作狀態(tài)主要包括：由于外部短路引起的過電流；由于電動機自起動或并聯(lián)工作的變壓器被斷開及尖峰負荷等原因引起的過負荷；油箱漏油造成的油面降低；變壓器中性點電壓升高；由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵磁等。第1頁，共39頁。1、縱差動保護或電流速斷保護：反映變壓器繞阻、引出線及套管的 故障。2、瓦斯保護；是防御油箱內(nèi)部故障的主要保護，重瓦斯保護動作于 跳閘，輕瓦斯保護動作于發(fā)信號。 帶負荷調(diào)壓的油浸式變壓器的調(diào)壓裝置

2、，亦應裝設(shè)瓦斯保護。3、相間故障的后備保護：防止外部相間短路引起的過電流及作為變壓器內(nèi)部故障 的后備保護，應采用下列保護。（1）對于降壓變壓器，宜采用過電流保護。（2）對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過電流保護不滿足靈敏性要求的降變壓器，可采用復合電壓起動的過電流保護。（3）對于63000KVA及以上的降壓變壓器，可采用負序電流保護及單相式低電壓啟動的過電流保護。（4）對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當采用上述（2）、（3）保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。4、接地短路的后備保護：110KVA及以上中性點直接接地電網(wǎng)中，應裝設(shè)零序保護作為變壓器主保護的后備及相鄰元件接地保護的后

3、備保護。5、過負荷保護： 對于110KVA及以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應裝設(shè)過負荷保護，反映對稱過負荷6、過勵磁保護：大容量變壓器，由于額定磁密接近于飽和磁密，過電壓或低頻率時容易引起過勵磁，可采用過勵磁保護，動作于信號或斷開變壓器。變壓器配置的保護裝置第2頁，共39頁。變壓器常見的故障有哪些（1）芯體發(fā)生故障：各部分絕緣老化，繞組層間、匝間發(fā)生短路。銅線質(zhì)量不好形成局部過熱，繞組絕緣受潮，系統(tǒng)短路使繞組造成機械損傷，沖擊電流造成機械損傷等。（2）變壓器油故障：絕緣油因高溫運行而氧化，吸收空氣中的水分造成電氣絕緣性能下降，油泥沉積阻塞油道使散熱性能變壞，

4、油絕緣性能降低造成閃路放電等。（3）磁路故障：芯片間絕緣老化，穿芯螺絲或軛鐵夾碰接鐵芯，壓鐵松動引起電磁振動和噪音，芯片疊裝不良造成鐵損增加等。（4）結(jié)構(gòu)方面故障：分接頭接觸不良而局部過熱，分接頭之間因油泥造成相間短路或表面閃絡(luò)，油箱漏油，油溫指示失靈，防爆管故障使油受潮等。（5）檢查瓦斯繼電器中有無氣體產(chǎn)生，如有氣體，應從顏色、氣味及化學成分等方面分析故障和產(chǎn)生部位。第3頁，共39頁。 電力變壓器的瓦斯保護一、瓦斯保護：反應變壓器油箱內(nèi)部氣體量的多少和油流速度而動作的保護，保護變壓器油箱內(nèi)各種短路故障，特別是對繞組的相間短路和匝間短路。并且是變壓器鐵芯燒損的唯一保護方式。由于短路點電弧的作用

5、，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。第4頁，共39頁。二、構(gòu)成和工作原理1、氣體繼電器的結(jié)構(gòu)1罩；2頂針；3氣塞；4永久磁鐵；5開口杯；6重捶；7探針；8開口銷；9彈簧；10擋板；11永久磁鐵；12螺桿；13干簧觸點（重）；14調(diào)節(jié)桿；15干簧觸點（輕）；16套管；17排氣口第5頁，共39頁。2、氣體繼電器的工作原理a)變壓器正常運行時上下兩對觸點都斷開，不發(fā)出信號第6頁，共39頁。b)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障上觸點接通信號回路，發(fā)出音響和燈光信號，這稱之為“輕瓦斯動作”第7頁，共39頁。c)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴重故障下觸

6、點接通跳閘回路，使斷路器跳閘，同時發(fā)出音響和燈光信號，這稱之為“重瓦斯動作”第8頁，共39頁。d)變壓器油箱漏油上觸點接通，發(fā)出報警信號；下觸點接通，使斷路器跳閘，同時發(fā)出跳閘信號。 第9頁，共39頁。3、氣體繼電器的安裝安裝在油箱與油枕之間的連接管道上。為什么變壓器是斜著的？為了不妨礙氣體的流通，變壓器安裝時應使頂蓋沿瓦斯繼電器的方向與水平面具有11.5的升高坡度，通往繼電器的連接管具有24的升高坡度。第10頁，共39頁。主要優(yōu)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。瓦斯保護和差動保護不能互相取代

7、。 動作迅速、靈敏度高、安裝接線簡單、能反應油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障。四、對瓦斯保護的評價： 不能反應油箱以外的套管及引出線等部位上發(fā)生的故障。 主要缺點：第11頁，共39頁。 變壓器差動保護 勵磁涌流具有如下特點： (1)其值在初始很大，可達額定電流的5一10倍。 (2)含有大量非周期分量和高次諧波分量，且隨時間衰減。 在起始瞬間，勵磁涌流衰減的速度很快，對于一般的中小型變壓器，經(jīng)0.51秒后，其值不超過額定電流的0.250.5倍，大型變壓器勵磁涌流的衰減速度較慢，衰減到上述值要23s，即變壓器的容量越大，衰減越慢，完全衰減需要十幾秒時間（3）其波形有間斷角，第12頁，共39頁。第13頁，共3

8、9頁。第14頁，共39頁。 減小勵磁涌流影響的措施 在變壓器差動保護中，如不采取有效措施消除勵磁涌流的影響，必將導致保護的誤動，根據(jù)勵磁涌流的特點，可采取下列措施。（1）利用延時動作或提高保護動作值來躲過勵磁涌流，但前者失去速動的優(yōu)點，后者降低了保護動作的靈敏度。（2）利用勵磁涌流中的非周期分量，采用具有速飽和變流器的差動繼電器構(gòu)成差動保護。（3）利用勵磁涌流中波形間斷的特點，采用能有鑒別間斷角的差動繼電器構(gòu)成差動保護。（4）采用二次諧波制動的差動繼電器。第15頁，共39頁。（二）變壓器兩側(cè)接線組別不同引起的不平 衡電流及消除措施 電力系統(tǒng)中常用的Y，dll接線的變壓器，由于三角形側(cè)的線電流比

9、星形側(cè)的同一相線電流相位超前300，因此如果兩側(cè)電流互感器都按通常接線方式接成星形，則即使變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的數(shù)值相等，在差動保護回路中也會出現(xiàn)不平衡電流 為了消除此不平衡電流，可采用相位補償法。即將變壓器星形側(cè)的電流互感器的二次側(cè)接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的電流互感器二次側(cè)接成星形，從而將電流互感器二次測的電流相位校正過來。第16頁，共39頁。第17頁，共39頁。第18頁，共39頁。第19頁，共39頁。所謂比率制動原理，即是根據(jù)發(fā)電機正常運行時的不平衡電流曲線，作出一條躲過不平衡電流的動作邊界曲線，這條曲線叫做比率制動曲線，在短路電流小于起始制動電流時，保護裝置處于無制動狀態(tài)，

10、其動作電流很?。ㄐ∮陬~定電流），保護具有較高的靈敏度。當外部短路電流增大時，保護的動作電流又自動提高，使其可靠不動作。 Id Isd 比率制動曲線 Iq 不平衡電流曲線 Ig Iz比率制動特性曲線第20頁，共39頁。差動保護的主要功能及技術(shù)要求： (1)采用比率制動的原理,能可靠防止區(qū)外故障時保護裝置誤動。新型變壓器保護差動保護的動作特性，是把傳統(tǒng)的比率制動特性抬高，稱高值比率特性，用特性躲過區(qū)外故障電流互感器的飽和的影響；新增加了靈敏變斜率比率制動曲線, 為防止該特性在區(qū)外故障時TA的暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)飽和時可能引起的穩(wěn)態(tài)比率差動保護誤動作，裝置采用各相差電流的綜合諧波作為TA飽和閉鎖動作的判據(jù)，靈

11、敏的抗電流互感器飽和的變斜率比率制動曲線可以保證區(qū)外嚴重故障不誤動，區(qū)內(nèi)輕微故障可靠動作。第21頁，共39頁。圖A所示是區(qū)內(nèi)故障，高值比率差動動作，可發(fā)跳閘令。 圖B所示是區(qū)內(nèi)嚴重故障，差動速斷動作，可發(fā)跳閘令。第22頁，共39頁。2差動保護中的差動速斷的作用 當變壓器內(nèi)部故障電流過大時，變壓器差動保護用的電流互感器將要飽和，電流互感器飽和時將產(chǎn)生各種高次諧波，其中包含二次諧波分量。而變壓器差動保護的涌流閉鎖功能，目前大部分采用二次諧波閉鎖，當電流互感器飽和時，電流中的二次諧波分量將會使差動保護閉鎖，不能動作出口。這時，只能靠差動速斷保護動作出口，因為涌流不閉鎖速斷。因此，變壓器差動保護中要設(shè)

12、置速斷保護。根據(jù)差動速斷保護的特點，要求差動速斷保護滿足以下兩點要求：（1）動作電流應能躲過最大勵磁涌流電流。（2）區(qū)內(nèi)發(fā)生最大短路電流故障時，應有足夠的靈敏度（一般這種故障都是發(fā)生在高壓套管引線上）。第23頁，共39頁。 差動保護與瓦斯保護的區(qū)別當發(fā)生變壓器內(nèi)部故障時，根據(jù)保護的特點，差動保護比瓦斯保護動作速度要快。但是，當變壓器發(fā)生匝間短路時，由于短路的匝數(shù)不同，電流變化不一定很大，又因為變壓器的流進、流出電流的方向不會改變，因此，差動保護很可能不會動作。而匝間短路故障如不及時解決、處理，將導致更大的故障，造成更大的損失。所以，這時依靠瓦斯保護動作將變壓器從電網(wǎng)中斷開。所以，差動保護和瓦斯

13、保護不能互相替代。 變壓器過激磁對差動保護的影響當系統(tǒng)電壓過高，將引起變壓器過激磁，當變壓器過激磁時，變壓器鐵芯將飽和，鐵芯飽和后，變壓器的傳變特性會變壞，造成變壓器輸入輸出電流不成比列，從而導致差動保護誤動。因此當這種現(xiàn)象出現(xiàn)時應將差動保護閉鎖。根據(jù)分析，過激磁時，電流中的5次諧波分量較大，用5次諧波分量將差動保護閉鎖，防止保護誤動。第24頁，共39頁。差動保護的一些基本概念1.1差動保護CT二次極性的接線方式 CT二次極性的接線方式有180度接線和0度接線兩種。0接線，如圖所示：第25頁，共39頁。180度接線，如圖所示：第26頁，共39頁。差動保護CT接線的時候，一定要先確定CT二次極性

14、，否則保護將該動作的時候拒動，不該動作的時候誤動。校差動保護的時候亦要注意這點，否則就南轅北轍了。1.2差動保護補償系數(shù)問題，補償系數(shù)主要與以下幾個方面有關(guān)。1.2.1 CT變比CT變比有600/5、1200/5、4000/5等等。由于變壓器高低壓側(cè)電流大小不等，為了在正常運行時，使變壓器高低壓二次側(cè)電流大小相等，不產(chǎn)生差流，從而選取不同變比的CT，對二次側(cè)電流幅值進行補償。1.2.2 平衡系數(shù) 很多情況下，僅通過CT變比對二次側(cè)電流幅值進行補償是不能完全消除差流的，還要有平衡系數(shù)的參與，以達到設(shè)備在正常運行情況下CT二次側(cè)完全消除差流的目的。第27頁，共39頁。1.2.3 星角矢量匹配方式在

15、微機差動保護裝置中，無論CT一次側(cè)為Y型接線或是型接線，差動CT二次側(cè)均為Y型接線。因為Y型接線與型接線之間有相角差，不能直接進行電流相減做差比較，所以就要對差動保護二次側(cè)電流進行星角矢量匹配，矢量匹配有兩種方式，一種為在Y側(cè)矢量匹配，一種為在側(cè)矢量匹配，矢量匹配中要注意幅值變化的問題。第28頁，共39頁。1.2.4變壓器的接線方式變壓器的接線方式有Ynd11接線方式、Dyn1接線方式、Dyn11接線方式等。認清變壓器的接線方式和差動保護裝置應用的星角匹配方式，才能準確的校驗出差動保護的制動特性.1.3差動電流、制動電流與制動系數(shù)差動電流、制動電流與制動系數(shù)是差動保護制動特性的3個重要參數(shù)，每

16、種差動保護裝置規(guī)定的差動電流、制動電流與制動系數(shù)的計算公式都有差異，要仔細閱讀保護裝置說明書，按照公式要求進行試驗。第29頁，共39頁。以主變壓器差動保護為例2.1.1主變壓器接線方式為Ynd11接線，矢量匹配在Y側(cè)如相量圖：第30頁，共39頁。第31頁，共39頁。如圖可知Y側(cè)匹配公式：IA= IAY/3=(IAY-IBY)/3 IB= IBY/3= (IBY-ICY)/3Ic= ICY/3= (ICY-IAY)/3IA IB IC為轉(zhuǎn)換后的Y側(cè)電流第32頁，共39頁。2.1.2裝置顯示值與通入值之間的關(guān)系用（單相法試驗）此保護裝置顯示值是標么值形式高壓Y側(cè)： IA=(IAY/3Ie) 平衡系

17、數(shù) IB=(IBY3 Ie) 平衡系數(shù) Ic=(ICY3 Ie) 平衡系數(shù)低壓側(cè)： Ia=Ia/ Ie平衡系數(shù)Ib=Ib/ Ie平衡系數(shù)Ic=Ic/ Ie平衡系所以單相加量的時候要考慮 IDZ3/ 平衡系數(shù)第33頁，共39頁。2.1.3 試驗時補償相通入原則(此差動保護CT二次接線方式為180接線)由匹配公式得知當用單相法做試驗時，在Y側(cè)通入A相電流時，裝置自動產(chǎn)生C相電流，且與A相方向相反，所以要在側(cè)C相通入等幅值電流進行補償，以抵消Y側(cè)C相電流。其他相以此類推?，F(xiàn)在以A相為例：高壓Y側(cè)通入IAY (0) 自產(chǎn)IC(180) 低壓側(cè)通入Ia(180)低壓側(cè)補償Ic(0)以抵消高壓Y側(cè)自產(chǎn)IC(180)第34頁，共39頁。變壓器接線方式為Dyn1接線，矢量匹配在Y側(cè)第35頁，共39頁。如圖可知Y側(cè)匹配公式：IA= IAY/3 =(IAY-IBY)/3IB= IBY/3 =(IBY-ICY)/3 Ic= ICY/3 =(ICY-IAY)/3 （IA IB IC為轉(zhuǎn)換后的Y側(cè)電流）2.2.3裝置顯示值與通入值之間的關(guān)系（單相法試驗）高壓側(cè)：Ia=Ia平衡系數(shù)Ib=Ib平衡系數(shù)Ic=Ic平衡系數(shù)低壓Y側(cè)：IA=(IAY/3Ie) 平衡系數(shù)IB=(IBY/3 Ie) 平衡系數(shù)Ic=(ICY/3 Ie) 平衡系數(shù)第36頁，共39頁。 試驗時補償相通入原則(此差動保護CT二