三、變壓器保護(hù)

2023/2/52023/2/52023/2/5第一節(jié)變壓器常見故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)配置

一、變壓器常見故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)

內(nèi)部故障：繞組相間短路、單相接地短路、匝間短路。外部故障：絕緣套管及引出線各種相間短路、單相接地短路。

變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)：過負(fù)荷、油箱漏油造成的油面降低、表面油溫過高、外部短路引起的過電流、電壓升高或頻率降低引起的變壓器過勵(lì)磁。2023/2/5變壓器保護(hù)配置（WBH-820A系列

RCS-9600系列）電量保護(hù)1、比率差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)。能反映變壓器內(nèi)部相間短路故障、高壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障。2、差動(dòng)速斷保護(hù)當(dāng)任一相差動(dòng)電流大于差動(dòng)速斷整定值時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作于出口。3、差流越限告警正常情況下監(jiān)視各相差流，如果任一相差流大于差流越限定值(一般設(shè)為最小動(dòng)作電流的1/2)，經(jīng)延時(shí)起動(dòng)告警繼電器。4、TA斷線判別：判斷TA斷線5、過電流保護(hù):外部相間短路引起的變壓器過電流

6、接地保護(hù):反映變壓器及相鄰元件的接地故障7、過負(fù)荷保護(hù):反映變壓器對(duì)稱過負(fù)荷8、過勵(lì)磁保護(hù):反映變壓器過勵(lì)磁2023/2/5非電量保護(hù)設(shè)有：重瓦斯、調(diào)壓重瓦斯、輕瓦斯告警調(diào)壓輕瓦斯溫度保護(hù)、油位高、油位低、壓力釋放、風(fēng)冷消失；非電量插件獨(dú)立完成非電量跳閘，在CPU停用或保護(hù)電源消失時(shí)仍能正確動(dòng)作。2023/2/5關(guān)于變壓器瓦斯保護(hù)基本原理：它是反應(yīng)油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動(dòng)作。作用：反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面降低測量元件：瓦斯繼電器出口方式：重瓦斯:跳開變壓器各側(cè)斷路器(定值：流速一般整定為0.6-1m/s,對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)的變壓器整定為1.1-1.4m/s)輕瓦斯：發(fā)信號(hào)（定值：氣體容積250±10%cm3)2023/2/5瓦斯繼電器安裝示意圖2023/2/5

二、原理接線

2023/2/5優(yōu)點(diǎn)：可以反映變壓器油箱內(nèi)所有的故障,特別是匝間短路,當(dāng)差動(dòng)不能動(dòng)作時(shí),也一樣可以動(dòng)作.瓦斯保護(hù)還具有動(dòng)作迅速、靈敏度高、接線簡單等優(yōu)點(diǎn)。瓦斯保護(hù)的主要缺點(diǎn):不能反應(yīng)變壓器套管及引出線的故障，所以不能作為變壓器內(nèi)部故障的唯一保護(hù)。主要是：

存在誤動(dòng)情況。2023/2/5輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作，通常有下列原因：

(1)因進(jìn)行濾油、加油和啟動(dòng)強(qiáng)油循環(huán)裝置而使空氣進(jìn)入變壓器。

(2)因溫度下降或漏油致使油面緩慢下降。

(3)因變壓器輕微故障而產(chǎn)生少量氣體。

(4)由于區(qū)外穿越性短路電流的影響。

(5)因直流回路絕緣破壞或觸點(diǎn)劣化引起的誤動(dòng)作。

(6)油枕至氣體繼電器間油道閥門不慎關(guān)閉，變壓器油箱內(nèi)油不能通過油枕調(diào)節(jié)而導(dǎo)致信號(hào)誤動(dòng)作。

2023/2/5重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，通常有下列原因：

(1)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障；

(2)油面劇烈下降；(3)二次回路故障或接點(diǎn)損壞；

(4)大量空氣吸入本體內(nèi)，造成重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。（5）外部發(fā)生穿越性故障（6）強(qiáng)烈的震動(dòng)2023/2/5瓦斯保護(hù)的投切原則：1、變壓器運(yùn)行時(shí)，裝置應(yīng)接信號(hào)和跳閘。2、有載調(diào)壓分接開關(guān)的瓦斯保護(hù)應(yīng)接跳閘。3、變壓器在運(yùn)行中濾油、補(bǔ)油、或更換凈油器的吸附劑時(shí)，應(yīng)將其重瓦斯改接信號(hào)。4、當(dāng)油位計(jì)的油面異常升高或呼吸系統(tǒng)有異?，F(xiàn)象，需要打開放氣或放油閥門時(shí)，應(yīng)先將重瓦斯改接信號(hào)。2023/2/5關(guān)于變壓器縱差動(dòng)保護(hù)（1）比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)：比率制動(dòng)+CT斷線閉鎖+二次諧波制動(dòng)跳各側(cè)斷路器，發(fā)動(dòng)作信號(hào)（2）差流速斷保護(hù)：跳各側(cè)斷路器，發(fā)動(dòng)作信號(hào)2023/2/5一、基本原理2023/2/5差動(dòng)保護(hù)的投切原則：1、新變壓器在新投入充電時(shí)，差動(dòng)保護(hù)應(yīng)投入跳閘位置。在充電無異常后，應(yīng)將差動(dòng)保護(hù)撤出，做六角圖檢測，相位，極性無異常后，方可投入跳閘。2、差動(dòng)保護(hù)二次回路上有工作時(shí)，應(yīng)將差動(dòng)保護(hù)撤出運(yùn)行。3、如確屬差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，將主變壓器跳閘，可將差動(dòng)保護(hù)退出，先行試送主變壓器，并對(duì)差動(dòng)保護(hù)回路進(jìn)行檢查、處理。2023/2/5二、變壓器縱差保護(hù)特殊問題——引起不平衡電流增大的因素變壓器高、低壓側(cè)接線組別不同變壓器空載投入時(shí)的勵(lì)磁涌流帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器運(yùn)行中改變分接頭電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同2023/2/5

關(guān)于接線組別：三相變壓器的接線組別不同，其兩側(cè)的電流相位關(guān)系也不同，即使互感器二次電流大小相等，也會(huì)在差動(dòng)回路產(chǎn)生不平衡電流。常規(guī)解決措施：相位補(bǔ)償微機(jī)保護(hù)中：一般將變壓器各側(cè)互感器的二次繞組全接成星形，其相位差，用軟件進(jìn)行Y／△自動(dòng)校正。采用全星形接線方式對(duì)減小電流互感器的二次負(fù)荷和改善電流互感器的工作性能有很大好處。

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1、數(shù)值補(bǔ)償和相位補(bǔ)償

變壓器星形側(cè)電流互感器按三角形接線?；ジ衅髯儽葹椋鹤儔浩魅切蝹?cè)電流互感器按星形接線?；ジ衅髯儽葹椋?/p>

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2、關(guān)于勵(lì)磁涌流：變壓器的勵(lì)磁電流只流經(jīng)它的電源側(cè)，正常時(shí)一般不超過額定電流的3-5%。外部故障時(shí)由于電壓降低，其影響更??；但在變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，可能出現(xiàn)很大的勵(lì)磁涌流，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)：

1、含有很大的非周期分量

2、含有大量的高次諧波，其中二次諧波比重大

3、波形削去負(fù)波之后將出現(xiàn)間斷措施：1、比率制動(dòng)

2、二次諧波制動(dòng)

3、鑒別波形間斷角制動(dòng)

4、波形對(duì)稱識(shí)別2023/2/5（1）和差式比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)原理（雙繞組變壓器）差動(dòng)電流ìd=∣ìH+ìL∣（ìH、ìL分別為變壓器高低兩側(cè)電流）

制動(dòng)電流ìr=∣ìH-ìL∣∕2區(qū)外故障ìH=-ìL，此時(shí)ìr達(dá)到最大，而ìd為最小值，保護(hù)不動(dòng)區(qū)內(nèi)故障ìH和ìL相位一致，ìr為最小，而ìd達(dá)到最大值，保護(hù)將靈敏動(dòng)作。3、關(guān)于比率制動(dòng)式的差動(dòng)保護(hù)原理2023/2/5（2）關(guān)于復(fù)式比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)原理（三圈變壓器）

差動(dòng)電流ìd=∣ìH+ìM+ìL∣（ìH，ìM，ìL分別為變壓器高中低三側(cè)電流）制動(dòng)電流ìr=∣ìd-（∣ìH∣+∣ìM∣+∣ìL∣）內(nèi)部故障時(shí)：ìr近似為0無制動(dòng)量，保護(hù)靈敏動(dòng)作外部故障時(shí)：ìr很大，具有制動(dòng)作用，保護(hù)不動(dòng)。

K為復(fù)式比率制動(dòng)系數(shù)。K=ìd/ìr（定值一般取0.4-0.7），當(dāng)大于定值時(shí)動(dòng)作。A、內(nèi)部故障時(shí)，K很大，滿足K大于定值，保護(hù)動(dòng)作。

B、外部故障時(shí)，K很小，小于定值，這樣裝置不動(dòng)。

2023/2/53、二次諧波制動(dòng)：當(dāng)變壓器空載投入（差動(dòng)區(qū)內(nèi)無故障）或差動(dòng)區(qū)外故障切除后的恢復(fù)時(shí)間，均會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，最大值可達(dá)（6-8）Ie。它含有大量的二次諧波.判據(jù)：引入：K21=I2/I1（K21一般取15%左右，判斷是否大于整定值，大于則制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)）。取三相差動(dòng)電流中二次諧波最大值，作為按相制動(dòng)的判據(jù)。2023/2/5傳統(tǒng)二次諧波判據(jù)的問題三相閉鎖：A相二次諧波越限B相二次諧波越限C相二次諧波越限或門

閉鎖三相

C相空投如有故障，要被制動(dòng)！

如果空投時(shí)某相存在故障，而此時(shí)如果其他相滿足制動(dòng)條件，故障相被制動(dòng)而延長了故障切除時(shí)間2023/2/5WBH-800裝置采用綜合判別，滿足即閉鎖三相為三相中最大的二次諧波為三相中最大的基波空投正常變壓器：等效于傳統(tǒng)二次諧波判據(jù)，可靠閉鎖保護(hù)帶故障空投變壓器：三相最大二次諧波電流遠(yuǎn)小于故障相電流基波含量，它們的比值不可能大于K2，可靠開放保護(hù)2023/2/54、差流速斷：當(dāng)變壓器嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)，短路電流可能會(huì)使CT飽和，使二次電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生一定的二次諧波，當(dāng)二次諧波大于一定值時(shí)，有可能被二次諧波制動(dòng)，造成該動(dòng)時(shí)拒動(dòng)的嚴(yán)重后果，因此引入差流速斷，其實(shí)質(zhì)是反應(yīng)差動(dòng)電流的過電流保護(hù)，其定值較大，一般為（3-8）Ie。用以保護(hù)在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，快速動(dòng)作于跳閘。動(dòng)作時(shí)間一般小于15ms.2023/2/5其中：Id為動(dòng)作電流，Ir為制動(dòng)電流，Icdqd為差動(dòng)電流起動(dòng)值，Kbl為比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)，Ie為變壓器的額定電流，圖中陰影部分為保護(hù)動(dòng)作區(qū)。2023/2/5

1、比率制動(dòng)部分是用于防止外部短路時(shí)，由于不平衡電流影響而造成誤動(dòng)作。2、二次諧波制動(dòng)部分的作用，是防止變壓器空載投入時(shí)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流而造成保護(hù)誤動(dòng)作。3、差動(dòng)電流速斷部分作用，防止變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，差動(dòng)元件拒動(dòng)，從而加快切除故障。2023/2/52023/2/52023/2/5（二）后備保護(hù)1、復(fù)合電壓閉鎖（方向）過流保護(hù)（1）、復(fù)合電壓正序低電壓（對(duì)稱）負(fù)序過電壓（不對(duì)稱）（0.06-0.12）Ue目的：提高保護(hù)的靈敏度。

復(fù)合電壓元件:U2>U2OP

U<UOP過流元件：I>IOP2023/2/5（2）、方向問題采用相間方向元件,算法按900

接線方式（線電壓、相電流）方向元件正方向：從變壓器流向母線的方向?yàn)檎?。保護(hù)裝置的工作原理當(dāng)發(fā)生對(duì)稱短路時(shí)，由于電壓下降，使低電壓元件動(dòng)作；當(dāng)發(fā)生不對(duì)稱短路（如兩相短路）時(shí)，由于負(fù)序電壓的產(chǎn)生，使負(fù)序電壓元件動(dòng)作，且短路相相應(yīng)的電流元件及方向元件動(dòng)作，于是整組保護(hù)動(dòng)作，將變壓器的斷路器跳閘。2023/2/5邏輯圖2023/2/5PT斷線判據(jù)如下：a)正序電壓U1小于30伏，而任一相電流大于0.06In；b)負(fù)序電壓大于8伏；滿足上述任一條件后延時(shí)10秒報(bào)母線PT斷線，發(fā)出裝置異常報(bào)警BJJ，待電壓恢復(fù)保護(hù)也自動(dòng)恢復(fù)正常。在斷線期間，根據(jù)整定控制字選擇是退出經(jīng)方向或復(fù)合電壓閉鎖的各段過流保護(hù)還是暫時(shí)取消方向和復(fù)合電壓閉鎖。當(dāng)各段復(fù)壓過流保護(hù)都不經(jīng)復(fù)壓閉鎖和方向閉鎖時(shí)，不判PT斷線。2023/2/5變壓器的過負(fù)荷保護(hù)過負(fù)荷報(bào)警裝置采用單相式，取三相最大電流作為判別，過負(fù)荷動(dòng)作后給出一付過負(fù)荷報(bào)警接點(diǎn)，并報(bào)運(yùn)行異常信號(hào)(BJJ動(dòng)作)。過負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，應(yīng)比過電流保護(hù)的最大時(shí)限增加一個(gè)時(shí)限階差△t.對(duì)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單臺(tái)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)；對(duì)三圈變壓器，保護(hù)裝置應(yīng)能反映各側(cè)過負(fù)荷的情況。2023/2/5變壓器的接地保護(hù)

零序電流保護(hù)：變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)的接地保護(hù)。間隙零序過流保護(hù)：變壓器中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地時(shí)的接地保護(hù)。零序過電壓保護(hù)：變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)的接地保護(hù)。2023/2/5零序保護(hù)的配置原則：1、在中性點(diǎn)直接接地的110KV及以上電力網(wǎng)中，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)有電源的變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行時(shí)，對(duì)外部單相接地引起的過電流，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。2、零序電流保護(hù)可由兩段組成，每段應(yīng)各帶兩個(gè)時(shí)限，并均以較短的時(shí)限動(dòng)作于縮小故障影響范圍，以較長的時(shí)限有選擇性地?cái)嚅_變壓器各側(cè)斷路器。3、雙線圈及三線圈變壓器的零序電流保護(hù)應(yīng)接到中性點(diǎn)引出線上的電流互感器上。4、對(duì)高壓側(cè)為單電源，低壓側(cè)無電源的降壓變壓器，不宜裝設(shè)專門的零序保護(hù)。2023/2/5零序保護(hù)程序邏輯：1、中性點(diǎn)直接接地保護(hù)方式：采用兩段式零序電流保護(hù)（帶方向或不帶方向，正方向指向母線）零序功率方向元件

3U0=UA+UB+UC

3I0=IA+IB+IC

由兩段式的零序電流構(gòu)成，每段設(shè)兩個(gè)時(shí)限，每段動(dòng)作后都以較短時(shí)限跳母聯(lián)或分段斷路器；以較長時(shí)限跳高壓側(cè)或全跳斷路器。2023/2/52023/2/52、中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行變壓器的接地保護(hù)對(duì)于中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行的每臺(tái)變壓器，其接地保護(hù)需配置兩套，一套作為中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)，另一套用于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)。中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)通常采用兩段式零序過電流保護(hù)，而中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)，通常采用零序過電壓保護(hù)。這種接地保護(hù)的整定計(jì)算、動(dòng)作時(shí)限等與變壓器中性點(diǎn)絕緣水平、過電壓保護(hù)方式及并聯(lián)運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)有關(guān)。2023/2/5

(1)全絕緣變壓器的接地保護(hù)：對(duì)于中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行的全絕緣變壓器，當(dāng)有數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行時(shí)，要求其接地保護(hù)的動(dòng)作行為是，保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)先切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器，后切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器。2023/2/52023/2/5當(dāng)變壓器所連接的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，對(duì)中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器，利用兩段式零序過電流保護(hù)中的較短時(shí)限t1，跳開母線聯(lián)絡(luò)(或分段)斷路器，以較長時(shí)限t2。跳開高壓側(cè)(或各側(cè))斷路器；對(duì)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行變壓器，利用零序過電壓保護(hù)經(jīng)預(yù)定延時(shí)t3后跳開中性點(diǎn)不接地變壓器各側(cè)的斷路器。零序過電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓整定值,按躲過系統(tǒng)失去中性點(diǎn)且發(fā)生單相接地故障時(shí)所接TV二次開口繞組可能出現(xiàn)的最低電壓整定時(shí)，一般二次值取180V。其動(dòng)作時(shí)限只需躲過暫態(tài)過電壓的時(shí)限考慮，無需與其他保護(hù)配合，通常小于O．3s。2023/2/5(2)分級(jí)絕緣且中性點(diǎn)不裝設(shè)放電間隙的變壓器由于分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)處繞組的絕緣水平最低，所以，對(duì)于此類變壓器接地保護(hù)動(dòng)作行為的要求是，保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)先切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器，后切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器。為此，對(duì)于分級(jí)絕緣且中性點(diǎn)不裝設(shè)放電間隙的變壓器，其接地保護(hù)的配置為兩段式零序過電流保護(hù)和零序電流閉鎖的零序電壓保護(hù)。兩段式零序過電流保護(hù)用于中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式，零序電流閉鎖的零序過電壓保護(hù)用于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。

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