變壓器保護(hù)原理

變壓器保護(hù)原理主講：劉娟liujuan1606@163.com

變壓器的故障和保護(hù)配置

變壓器是一種靜止電器，它把一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的交流電能。繞組的相間短路繞線的匝間短路繞組引線與外殼發(fā)生單相接地短路鐵芯燒損引出線間的各相間短路故障引出線單相接地故障過(guò)電流；過(guò)負(fù)荷；油面降低；過(guò)勵(lì)磁其它異常狀態(tài)繞組的相間短路繞線的匝間短路繞組引線與外殼發(fā)生單相接地短路鐵芯燒損瓦斯保護(hù)差動(dòng)保護(hù)引出線間的各相間短路故障引出線單相接地故障差動(dòng)保護(hù)過(guò)電流；過(guò)負(fù)荷；油面降低；過(guò)勵(lì)磁其它異常狀態(tài)（二）變壓器保護(hù)的配置瓦斯保護(hù)容量在0.8MVA及以上的油浸式變壓器和戶(hù)內(nèi)0.4MVA及以上的變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)反映變壓器內(nèi)部故障和漏油造成的油面降低，同時(shí)還反應(yīng)開(kāi)焊故障縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)10MVA及以上容量、6.3MVA及以上并聯(lián)運(yùn)行的變壓器或工業(yè)企業(yè)的重要變壓器裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)用來(lái)反映變壓器繞組的相間短路、繞組的匝間、中性點(diǎn)接地側(cè)繞組的接地故障以及引出線故障反應(yīng)相間短路故障的后備保護(hù)根據(jù)變壓器的容量和在系統(tǒng)中的作用，可分別采用過(guò)電流、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流（方向）保護(hù)、阻抗保護(hù)用作變壓器外部相間故障和作為變壓器內(nèi)部繞組、引出線相間短路的后備保護(hù)反應(yīng)接地故障的后備保護(hù)中性點(diǎn)直接接地：用零序（方向）保護(hù)作為變壓器外部接地故障和中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組、引出線接地故障的后備保護(hù)中性點(diǎn)不接地：可用零序電壓保護(hù)、中性點(diǎn)的間隙零序電流保護(hù)作為變壓器接地故障的后備保護(hù)過(guò)負(fù)荷用來(lái)反映容量在0.4MVA及以上變壓器的對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷。過(guò)負(fù)荷保護(hù)只需要用一相電流延時(shí)作用于信號(hào)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)在超高壓變壓器上才裝設(shè)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)具有反時(shí)限特性以充分發(fā)揮變壓器的過(guò)勵(lì)磁能力非電量變壓器本體和有載調(diào)壓部分的油溫保護(hù)；壓力釋放保護(hù)，啟動(dòng)風(fēng)冷過(guò)載閉鎖帶負(fù)荷調(diào)壓的保護(hù)?；貞浺幌拢胍幌胱儔浩饕话銘?yīng)裝設(shè)哪些保護(hù)？瓦斯保護(hù)能不能代替差動(dòng)保護(hù)？差動(dòng)保護(hù)能不能代替瓦斯保護(hù)？變壓器保護(hù)原理接地保護(hù)相間后備保護(hù)變壓器保護(hù)原理縱差動(dòng)保護(hù)非電量保護(hù)變壓器縱差動(dòng)保護(hù)一、變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的工作原理及保護(hù)范圍二、變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的特殊問(wèn)題三、數(shù)字縱差動(dòng)保護(hù)的基本元件變壓器縱差動(dòng)保護(hù)

一、變壓器縱差保護(hù)的原理及保護(hù)范圍1.縱差保護(hù)的接線變壓器兩側(cè)都裝設(shè)電流互感器，其二次繞組按環(huán)流法接線。2.工作原理：比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位。

正常運(yùn)行和外部短路時(shí)內(nèi)部短路時(shí)3.保護(hù)范圍

主保護(hù)保護(hù)區(qū)是構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)電流互感器之間包圍的部分。包括變壓器本身、電流互感器與變壓器之間的引出線。

正常運(yùn)行時(shí)不平衡電流變壓器不平衡電流產(chǎn)生的原因1.變壓器勵(lì)磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流；2.變壓器兩側(cè)接線不同產(chǎn)生的不平衡電流；3.

由電流互感器變比誤差產(chǎn)生的不平衡電流；4.由計(jì)算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同產(chǎn)生的不平衡電流；5.帶負(fù)荷調(diào)整變壓器分接頭位置改變產(chǎn)生的不平衡電流。二、變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問(wèn)題勵(lì)磁涌流

當(dāng)變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)中由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和。此時(shí)的勵(lì)磁電流可達(dá)5～10倍額定電流。1.勵(lì)磁涌流變壓器的勵(lì)磁電流正常情況下：(0.02~0.05)IN電壓突然增加（空載投入變壓器或外部故障切除后電壓恢復(fù)）時(shí)：5~10IN→勵(lì)磁涌流在穩(wěn)態(tài)的情況下鐵心中的磁通應(yīng)滯后于外加電壓90°，在電壓瞬時(shí)值u=0瞬間合閘，鐵芯中的磁通應(yīng)為-Φm。但由于鐵心中的磁通不能突變，因此將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通+Φm，這樣經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后鐵心中的磁通將達(dá)到2Φm。(1)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因（a)-φmφmuφu,φ0ωt（b)u2φm

+φsφωtu,φ0出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)，變壓器保護(hù)應(yīng)不應(yīng)該動(dòng)？勵(lì)磁涌流，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)有什么影響？有什么方法消除其影響？有很大成分的非周期分量；有大量的高次諧波，尤以二次諧波為主；

(2)勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)偏于時(shí)間軸的一側(cè)，在一個(gè)周期內(nèi)正半波與負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)波形經(jīng)削去負(fù)波后出現(xiàn)間斷。勵(lì)磁涌流是衰減的

(3)數(shù)字式變壓器保護(hù)躲過(guò)勵(lì)磁涌流的實(shí)現(xiàn)1）二次諧波制動(dòng)原理。二次諧波制動(dòng)原理是利用流過(guò)差動(dòng)元件差電流中的二次諧波電流作為制動(dòng)量，區(qū)分出差流是內(nèi)部短路還是勵(lì)磁涌流，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁涌流閉鎖的。2）間斷角原理：按間斷角原理構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，是根據(jù)差動(dòng)電流波形是否有間斷角及間斷角的大小來(lái)區(qū)分故障電流與勵(lì)磁涌流的。3）波形原理：采用波形對(duì)稱(chēng)算法，將勵(lì)磁涌流同變壓器故障電流區(qū)分開(kāi)來(lái)。和應(yīng)涌流:當(dāng)電網(wǎng)中空投一臺(tái)變壓器時(shí)，在相鄰的并聯(lián)或級(jí)聯(lián)運(yùn)行變壓器中產(chǎn)生的。過(guò)勵(lì)磁：勵(lì)磁電流超過(guò)額定勵(lì)磁電流時(shí)叫過(guò)勵(lì)磁。

變壓器過(guò)勵(lì)磁

在運(yùn)行中，由于電源電壓的升高或頻率的降低，可能使變壓器過(guò)勵(lì)磁。變壓器過(guò)勵(lì)磁后，其勵(lì)磁電流大大增加，使變壓器縱差保護(hù)中的不平衡電流大大增加，可能導(dǎo)致縱差保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)于超高壓大型變壓器，為防止過(guò)勵(lì)磁動(dòng)行時(shí)縱差保護(hù)誤動(dòng)，設(shè)置過(guò)勵(lì)磁閉鎖元件。變壓器過(guò)勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流中的五次諧波分量大大增加，所以可以采用五次諧波制動(dòng)元件作為變壓器縱差保護(hù)的過(guò)勵(lì)磁閉鎖元，當(dāng)差流中的五次諧波分量大于某一值時(shí)，將差動(dòng)保護(hù)閉鎖。什么情況下會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流？如何消除？回憶一下，想一想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30o。此時(shí)，如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，會(huì)有一個(gè)差電流流入繼電器。Y/Δ-11聯(lián)接變壓器兩側(cè)接線不同產(chǎn)生的不平衡電流2．由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流通常都是將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形。如何消除這種不平衡電流的影響？相位補(bǔ)償法

微機(jī)變壓器保護(hù)中可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)相位校正，因此變壓器兩側(cè)TA可以均接成星形。（內(nèi)轉(zhuǎn)角）相位校正方法一:

以d側(cè)電流相位為基準(zhǔn)，用Y側(cè)電流進(jìn)行移相

方法二:以Y側(cè)電流相位為基準(zhǔn)，用d側(cè)電流進(jìn)行移相問(wèn)題:YN,d11的變壓器，當(dāng)高壓側(cè)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)有沒(méi)有可能誤動(dòng)？分析原因。消除零序電流進(jìn)入差動(dòng)元件的措施

對(duì)于YN，d接線而且高壓側(cè)Y側(cè)中性點(diǎn)接地的變壓器，當(dāng)高壓側(cè)線路上發(fā)生接地故障時(shí)，（對(duì)縱差保護(hù)而言是區(qū)外故障），高壓側(cè)Y側(cè)有零序電流流過(guò)，而且由于變壓器低壓側(cè)繞組為d聯(lián)結(jié)，在變壓器的低壓側(cè)d接線外無(wú)零序電流輸出，兩側(cè)零序電流不能平衡，這樣若不采取相應(yīng)措施，縱差保護(hù)將誤動(dòng)。對(duì)于Y側(cè)移相的變壓器縱差保護(hù)無(wú)論是用軟件還是用差動(dòng)TA的三角形接線實(shí)現(xiàn)，由于從Y側(cè)通入各相差動(dòng)元件的電流已經(jīng)是相應(yīng)的兩相電流之差了，故已將零序電流濾去了，所以沒(méi)必要再采取其他措施了。

消除零序電流進(jìn)入差動(dòng)元件的措施

對(duì)于軟件在變壓器d側(cè)進(jìn)行移相的變壓器縱差保護(hù)，應(yīng)對(duì)Y側(cè)的零序電流進(jìn)行補(bǔ)償，Y側(cè)流入各相差動(dòng)元件的電流:

將兩個(gè)大小不等的電流折算成作用完全相同電流的折算系數(shù)，將該系數(shù)稱(chēng)作為平衡系數(shù)。

根據(jù)變壓器的容量，接線組別、各側(cè)電壓及各側(cè)差動(dòng)TA的變比，可以計(jì)算出差動(dòng)兩側(cè)之間的平衡系數(shù)。幅值校正設(shè)有三繞組變壓器，其接線為Y，y，d11，其各側(cè)的額定電壓及差動(dòng)TA的變比，分別為Uh，nh，Um，nm，Ul，nl，若以變壓高壓側(cè)為基準(zhǔn)側(cè)，則各側(cè)流入差動(dòng)保護(hù)某相的電流分別為式中

SN——變壓器額定容量（kVA），取最大容量側(cè)的容量

Km,kl——接線系數(shù)，星形時(shí)為1，三角形時(shí)為。設(shè)以高壓側(cè)電流為基準(zhǔn)，計(jì)算其它兩側(cè)平衡調(diào)整系數(shù)Kb

引入平衡系數(shù)后差動(dòng)電流的計(jì)算方法為

例：平衡系數(shù)的計(jì)算3.變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本元件（1）裝置啟動(dòng)元件（2）比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)元件（3）差動(dòng)速斷保護(hù)元件（4）勵(lì)磁涌流判別元件（5）TA斷線閉鎖元件（6）其它(2)比率制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作值隨著外部短路電流的增大而自動(dòng)增大。靈敏可靠，優(yōu)點(diǎn)顯著，應(yīng)用廣泛。差動(dòng)電流或動(dòng)作電流制動(dòng)電流拐點(diǎn)電流起動(dòng)電流動(dòng)作區(qū)制動(dòng)區(qū)制動(dòng)線斜率K制動(dòng)區(qū)動(dòng)作電流的選取:制動(dòng)電流的選取:動(dòng)作方程：例：第一次試驗(yàn)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)測(cè)得高壓側(cè)電流為0.27A，中壓側(cè)電流為0.3A；第二次試驗(yàn)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)測(cè)得高壓側(cè)電流為0.455A，中壓側(cè)電流為0.6A，求制動(dòng)斜率K差動(dòng)元件的比率制動(dòng)曲線動(dòng)作區(qū)制動(dòng)區(qū)三段折線式差動(dòng)（3）差動(dòng)電流速斷元件為什么設(shè)置差動(dòng)速斷元件？

（3）差動(dòng)電流速斷元件

在空投變壓器和變壓器區(qū)外短路切除時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流，為了防止縱聯(lián)差動(dòng)誤動(dòng)作設(shè)置了涌流閉鎖元件，但是判斷“波形畸變”或諧波分量“需要時(shí)間，這樣造成變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)不能迅速切除的不良后果，此外變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)如果TA飽和，TA二次電流保護(hù)的波形將發(fā)生嚴(yán)重畸變，并含有大量的諧波分量，從而使涌流判別元件誤判斷成勵(lì)磁涌流，致使差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，造成變壓器嚴(yán)重?fù)p壞。為克服縱差保護(hù)上述缺點(diǎn)，設(shè)置了差動(dòng)速斷元件。它的動(dòng)作電流整定值很大，比最大勵(lì)磁涌流值還大，依靠定值來(lái)躲勵(lì)磁涌流。這樣差動(dòng)速斷元件可以不經(jīng)勵(lì)磁涌流判據(jù)閉鎖，也不經(jīng)過(guò)過(guò)勵(lì)磁判據(jù)、TA飽和判據(jù)的閉鎖。所以對(duì)于變壓器內(nèi)部的嚴(yán)重故障只要差動(dòng)電流大于電流定值就可以快速跳閘。

（5）差動(dòng)保護(hù)的TA斷線閉鎖TA二次回路斷線閉鎖判據(jù)ε1ε2---門(mén)檻值，可根據(jù)不平衡電流的大小確定。3Ⅰ0---另一個(gè)TA的三倍零序電流值，TA二次值目前，在微機(jī)型保護(hù)裝置中，還有采用根據(jù)電流變化情況、變化趨勢(shì)及電流量值大小來(lái)判斷TA斷線。（6）其它a.分側(cè)差動(dòng)b.零序比率差動(dòng)c.工頻變化量差動(dòng)

相間后備保護(hù)一、過(guò)電流保護(hù)二、低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)三、復(fù)合電壓閉鎖的（方向）過(guò)電流保護(hù)四、阻抗保護(hù)反應(yīng)外部故障引起的變壓器繞組過(guò)電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護(hù)的后備和變壓器內(nèi)部故障時(shí)主保護(hù)的后備。

一、過(guò)電流保護(hù)過(guò)流元件的動(dòng)作判據(jù)其工作原理與線路定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)相同。保護(hù)動(dòng)作后，跳開(kāi)變壓器兩側(cè)的斷路器。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，起動(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(mǎn)足要求。低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)

過(guò)電流保護(hù)二、低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)

二、低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)原理：電壓回路斷線——發(fā)信號(hào)短路——跳各側(cè)斷路器并發(fā)信號(hào)適用：雙側(cè)電源變壓器或多臺(tái)并列運(yùn)行變壓器特點(diǎn)：為提高保護(hù)裝置靈敏度，可采用兩套低電壓繼電器（高、低壓側(cè)線電壓）→接線復(fù)雜復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)三、復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù)過(guò)流元件的動(dòng)作判據(jù)復(fù)合電壓閉鎖元件的動(dòng)作過(guò)流元件的動(dòng)作&復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流復(fù)合電壓閉鎖元件的動(dòng)作判據(jù)復(fù)合電壓閉鎖的方向過(guò)電流保護(hù)1.功率方向元件的基本原理接線方式接入繼電器電流Ⅰg接入繼電器電壓UgA相功率方向元件ⅠAUBCB相功率方向元件ⅠBUCAC相功率方向元件ⅠCUABⅠg動(dòng)作區(qū)a90°－aⅠg落在方向上最靈敏靈敏角一般為-30°或-45°2、以正序電壓為極化量方向元件的基本原理現(xiàn)在微機(jī)型的復(fù)合電壓閉鎖的方向元件過(guò)流保護(hù)中，方向元件一般采用以正序電壓為極化量的方向元件，該方向元件用0°接線方式，用同名相的正序電壓與相電流作相位比較，用于保護(hù)正方向短路的正方向元件，其最大靈敏角取為45°。它的動(dòng)作方程為：方向指向變壓器方向指向系統(tǒng)變壓器接地保護(hù)反應(yīng)接地故障，作為變壓器主保護(hù)的接地近后備保護(hù)和相鄰元件的接地故障遠(yuǎn)后備保護(hù)。反應(yīng)的電氣量：零序電流零序電壓1.變壓器中性點(diǎn)直接接地時(shí)的零序電流保護(hù)中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行變壓器零序電流保護(hù)原理框圖

二、變壓器中性點(diǎn)間隙保護(hù)和零序電壓保護(hù)為了避免系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)不接地的變壓器由于某種原因中性點(diǎn)電壓升高成中性點(diǎn)絕緣的損壞，在變壓器中性點(diǎn)安裝一個(gè)放電間隙，放電間隙的另一端接地。當(dāng)中性點(diǎn)電壓升高至一定值時(shí)，放電間隙處將流過(guò)一個(gè)電流。該電流由于是在相當(dāng)于中性點(diǎn)接地的線上流過(guò)，所以3Ⅰ