電力系統(tǒng)繼電保護課件第七章-電力變壓器保護

電力系統(tǒng)繼電保護原理

主講教師:焦彥軍華北電力大學電自教研室6/6/2023第七章電力變壓器保護7-1變壓器的故障、異常狀態(tài)及保護配置7-2變壓器縱差保護7-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法7-4變壓器相間故障的后備保護7-5變壓器接地短路的后備保護6/6/20237-1變壓器的故障、異常狀態(tài)及保護配置1.變壓器的故障1）油箱內(nèi)部故障：繞組的相間短路繞組的匝間短路單相繞組通過外殼發(fā)生的單相接地短路6/6/2023（1）瓦斯保護變壓器的主保護反應油箱內(nèi)部的氣流和油流防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低分重瓦斯和輕瓦斯，重瓦斯瞬時動作于跳開各電源側(cè)斷路器，輕瓦斯動作于信號不能反映油箱外部的短路故障3.變壓器的保護配置6/6/2023（2）縱差動保護或電流速斷保護變壓器的主保護防御變壓器繞組及引出線的相間短路、繞組的匝間短路、中性點接地側(cè)繞組的單相接地短路及引出線上的單相接地短路瞬時動作于跳開各電源側(cè)斷路器不能反應繞組匝數(shù)很少的匝間短路和油面降低6/6/2023用作相鄰元件相間短路和變壓器內(nèi)部相間短路的后備保護可采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護和負序電流、單相式低電壓起動的過電流保護以及阻抗保護等（3）相間短路的后備保護

6/6/2023（4）接地短路的后備保護反映變壓器的對稱過負荷，接于一相電流上，延時作用于信號（5）過負荷保護

變壓器外部接地短路和中性點直接接地側(cè)繞組、引出線接地短路的后備保護中性點直接接地的變壓器：零序電流保護中性點不接地的變壓器：零序過電壓保護中性點經(jīng)過放電間隙接地的變壓器：間隙電流保護和零序電壓保護6/6/2023（6）過勵磁保護壓力釋放保護—防御變壓器油箱內(nèi)部故障溫度及油位保護油溫升高時溫度保護動作發(fā)告警信號油位降低時油位保護動作發(fā)告警信號冷卻器全停保護—變壓器運行中冷卻器全停時動作，立即發(fā)告警信號，并經(jīng)長延時切除變壓器（7）其它非電量保護

高壓側(cè)電壓為500kV及以上的變壓器裝設在變壓器允許的過勵磁范圍內(nèi)，保護作用于信號；當過勵磁超過允許值時，可動作于跳閘6/6/20237-2變壓器縱差保護一、變壓器縱差動保護的基本原理

正常運行時6/6/2023一、變壓器縱差動保護的基本原理

6/6/2023例題：k點發(fā)生BC兩相短路時，分析差動保護動作行為。k假設：N側(cè)無電源；

采用標么值；

不計變壓器勵磁電流；忽略負荷電流；

不考慮所有繞組和各相繞組間的互感；

不考慮電流互感器的誤差；

以一次電流代替二次電流分析。6/6/2023例題：k點發(fā)生BC兩相短路時，分析差動保護動作行為。k6/6/2023例題：k點發(fā)生BC兩相短路時，分析差動保護動作行為。k6/6/2023例題：k點發(fā)生BC兩相短路時，分析差動保護動作行為。k6/6/2023二、微機型變壓器差動保護相位校正方法6/6/2023三、變壓器差動保護不平衡電流分析1.穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流（1）由于變壓器兩側(cè)電流不同相位產(chǎn)生的不平衡電流（2）由于電流互感器的計算變比與實際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流對于Y，y-12接線變壓器對于Y，d-11接線變壓器6/6/2023三、變壓器差動保護不平衡電流分析

例題：某Y，d-11變壓器容量為31.5MVA，變比為115/10.5，選擇電流互感器的變比，并計算額定運行條件下的不平衡電流。158A1730AY300/5=602000/5=4006/6/2023幅值校正--引入電流平衡系數(shù)115kV側(cè)，差動回路相電流以115kV側(cè)為基準的平衡系數(shù)10.5kV側(cè)，差動回路相電流引入電流平衡系數(shù)后的不平衡電流6/6/2023三、變壓器差動保護不平衡電流分析1.穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流（3）帶負載調(diào)壓產(chǎn)生的不平衡電流設

變壓器的調(diào)壓的范圍為

則變壓器的變比為假設計算變比等于實際變比6/6/2023三、變壓器差動保護不平衡電流分析1.穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流（4）由于兩側(cè)電流互感器特性不一致產(chǎn)生的不平衡電流變壓器，計及電流互感器的勵磁電流通常，計及TA的誤差及兩側(cè)TA型號的差異，不平衡電流估算6/6/2023三、變壓器差動保護不平衡電流分析1.穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流

綜上所述，在穩(wěn)態(tài)情況下，

變壓器差動保護中的不平衡電流為

采用微機型變壓器差動保護，可以利用其在線測量及實時計算的特點，通過設置平衡系數(shù)的方法，最大限度地減小穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流。6/6/2023（1）非周期分量的影響產(chǎn)生的不平衡電流2．暫態(tài)條件下的不平衡電流三、變壓器差動保護不平衡電流分析（2）勵磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流綜上所述：雙繞組變壓器不平衡電流的估算式為6/6/2023四、變壓器縱差保護的應用差動電流速斷比率制動勵磁涌流檢測過激磁電流檢測跳閘&6/6/20231.變壓器差動電流速斷保護40~120MVA的變壓器,取3.0~6.0；120MVA以上變壓器,取2.0~5.0。6/6/20232．比率制動特性的差動保護對于雙繞組變壓器：對于三繞組變壓器：6/6/20232．比率制動特性的差動保護006/6/20232．比率制動特性的差動保護006/6/20232．比率制動特性的差動保護00靈敏系數(shù)校驗：6/6/20237-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法6/6/20237-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法06/6/20237-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法1.單相變壓器勵磁涌流產(chǎn)生的物理過程忽略變壓器漏抗和電阻并假設變壓器一次繞組只有1匝設：其中：6/6/20237-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法ABO磁化曲線用OAB近似代替電感L近似為常量6/6/20237-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法磁化曲線勵磁電流波形設：6/6/20237-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法（1）勵磁涌流波形偏向于時間軸的一側(cè)，說明其含有很大的直流分量。2.勵磁涌流的特點（2）勵磁涌流的波形具有間斷角6/6/20237-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法2.勵磁涌流的特點（3）勵磁涌流的波形含有大量的諧波分量，且以二次諧波為主。傅里葉分析

理論分析研究以及勵磁涌流的實際錄波表明，單相變壓器勵磁涌流的二次諧波含量與基波的比值一般大于15%。6/6/20237-3變壓器勵磁涌流及其鑒別方法3.影響涌流特征的因素電源電壓的大小電源電壓越大，勵磁涌流越大合閘時電壓的初相角α

對于單相變壓器而言，當α=0°時合閘，涌流最嚴重。當α=90°時合閘，將不產(chǎn)生涌流。對于三相變壓器而言，三相電壓的相角互差120°，所以無論電壓初相角是多少總會產(chǎn)生勵磁涌流。

鐵芯中剩磁的大小和方向剩磁越大，且與暫態(tài)磁通方向相同時勵磁涌流越大變壓器鐵芯的飽和磁通6/6/20234.變壓器勵磁涌流的鑒別方法（1）二次諧波制動原理（2）間斷角原理（3）波形對稱原理6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護一、變壓器相間短路的后備保護QF1QF2差動保護瓦斯保護跳QF1、QF26/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護一、變壓器相間短路的后備保護QF1QF2差動保護跳QF1、QF26/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護一、變壓器相間短路的后備保護QF1QF2QF1QF2QF1QF2差動保護或瓦斯保護拒動？？？——差動保護、瓦斯保護、相鄰元件保護的后備保護6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護一、變壓器相間短路的后備保護1.過流保護跳閘0靈敏系數(shù)6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護2.低電壓起動的過電流保護跳閘0&&0TV斷線靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護2.復壓起動的過電流保護跳閘0&&0TV斷線靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置1.配置原則（1）66kV及以下變壓器采用過電流保護；（2）110~220kV降壓變壓器、升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，采用過流保護不能滿足靈敏性要求時，采用復壓啟動過流保護或復合電流保護；（3）500kV變壓器采用阻抗保護，作為變壓器部分繞組和母線故障的后備保護。6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置2.配置方式

變壓器相間短路后備保護的配置在具體工程應用中涉及到的問題包括：電流取自變壓器那一側(cè)的電流互感器，即后備保護裝設在那一側(cè)；電壓取自變壓器那一側(cè)的電壓互感器；保護動作的出口方式等。6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF取那一側(cè)的電流有什么區(qū)別？6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF后備保護跳QF1、QF26/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF0后備保護跳QF1、QF26/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF0后備保護跳QF跳QF1、QF206/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF0后備保護跳QF6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF0后備保護跳QF跳QF1、QF206/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置后備保護QF1QF2差動保護母線保護線路保護線路保護QF3QF4QF

對于雙繞組降壓變壓器，相間短路后備保護應裝于主電源側(cè)。設兩個時限，第1時限跳開母聯(lián)或分段開關(guān)，第2時限跳開兩側(cè)斷路器。6/6/20237-4變壓器相間故障的后備保護二、變壓器相間短路后備保護配置分析單電源三繞組變壓器相間短路后備保護配置的合理性：

對于單電源三繞組降壓變壓器，相間短路后備保護應裝于低壓側(cè)和電源側(cè)。低壓側(cè)帶兩個時限，第1時限跳分段或母聯(lián)，第2時限跳低壓側(cè)開關(guān)。高壓側(cè)帶兩個時限，第1時限（與低、中壓側(cè)保護配合）跳中壓側(cè)開關(guān)，第2時限跳各側(cè)。6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護跳QF1、QF2跳QFQFQF1QF200006/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護QFQF1QF2QFQF1QF26/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護

零序電流宜取自中性點接地支路的零序電流互感器，其保護范圍包括了變壓器高壓繞組、引出線、母線及相鄰線路。QFQF1QF26/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護QFHQF1QF2QF3QFM6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護對于對高、中壓側(cè)中性點直接接地的三繞組變壓器，高中壓側(cè)均應裝設零序方向閉鎖的零序電流保護。方向元件所需零序電流取自各斷路器側(cè)CT的自產(chǎn)零序電流。110kV側(cè)無電源時，110kV側(cè)的零序功率方向保護的正方向指向本側(cè)母線，與相鄰線路的零序電流保護配合。220kV側(cè)的零序電流功率方向保護的正方向指向變壓器，與110kV側(cè)的零序電流保護配合，做變壓器和110kV側(cè)線路的后備保護。6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護MN6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護一、中性點直接接地變壓器的接地故障后備保護6/6/2023

也裝設取自中性點電流互感器的無方向零序電流保護，在高壓側(cè)或中壓側(cè)開路時，作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護。

自耦變壓器中性點支路的零序電流與N側(cè)系統(tǒng)的零序阻抗、N側(cè)系統(tǒng)的運行方式有關(guān)。零序電流保護的零序電流不能取自中性點的電流互感器。

需分別在高、中壓側(cè)裝設零序電流保護，且零序電流均取自本側(cè)電流互感器的自產(chǎn)零序電流。

零序電流保護需要經(jīng)方向元件控制，其方向應指向本側(cè)母線。6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護二、中性點可接地或不接地運行的變壓器接地后備保護中性點全絕緣的變壓器中性點半絕緣的變壓器（分級絕緣變壓器）6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護二、中性點可接地或不接地運行的變壓器接地后備保護中性點全絕緣的變壓器——中性點直接接地運行時，應裝設反應接地短路的

兩段式零序電流保護——中性點不接地運行時，應裝設零序電壓保護。分級絕緣的變壓器——中性點接地運行時，裝設兩段式零序電流保護——中性點不接地運行時、裝設間隙零序電流保護和

零序電壓保護。6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護二、中性點可接地或不接地運行的變壓器接地后備保護放電間隙TA避雷器隔離開關(guān)TA計數(shù)器6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護二、中性點可接地或不接地運行的變壓器接地后備保護放電間隙TA避雷器隔離開關(guān)TA計數(shù)器TV保護裝置6/6/20237-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用

在應用零序電流保護、零序電壓保護及間隙零序電流保護構(gòu)成變壓器接地故障的后備保護時，其保護構(gòu)成方案設計應考慮：（1）避免出現(xiàn)全站停電的重大事故；（2）避免因中性點電壓升高而損壞變壓器。6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用有有無有有無有無不定6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用有有無有有無有無不定6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用有有無有無不定有有無變壓器高壓側(cè)和中性點側(cè)不相等6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用有有無有有無有無變壓器高壓側(cè)有，中性點側(cè)無6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用有有無有無不定有有無變壓器高壓側(cè)和中性點側(cè)不相等6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路的后備保護三、變電站中變壓器接地后備保護的應用6/6/2023QFQF1QF2QF37-5變壓器接地短路