《供配電技術(shù)》課件6.8電力變壓器繼電保護(hù)

省級(jí)職業(yè)教育專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)成果教材新時(shí)代職業(yè)教育課證融通新形態(tài)一體化教材供配電技術(shù)主編

申九菊

喬志杰

趙曉東6.8電力變壓器繼電保護(hù)項(xiàng)目6

供配電系統(tǒng)的二次回路6.8.1電力變壓器保護(hù)裝置的設(shè)置1.電力變壓器容易發(fā)生的故障和異常狀態(tài)電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生故障和異常狀態(tài)，對(duì)工廠和企業(yè)的安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。因此，必須根據(jù)其容量大小和重要程度裝設(shè)合適的保護(hù)裝置。電力變壓器的故障分為內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路和單相接地；外部故障主要是變壓器引出線上絕緣套管的故障。變壓器的異常狀態(tài)主要包括外部短路引起的過(guò)電流、長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷和油面降低及油溫升高。變壓器的過(guò)負(fù)荷和油溫升高將使絕緣材料迅速老化，降低絕緣強(qiáng)度，除會(huì)影響變壓器的使用壽命以外，還會(huì)引起其他故障。6.8.1電力變壓器保護(hù)裝置的設(shè)置2.電力變壓器的保護(hù)裝置（1）帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)裝置：反映變壓器外部短路故障，同時(shí)作為變壓器速斷保護(hù)的后備保護(hù)，一般變壓器均應(yīng)裝設(shè)帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)裝置。（2）電流速斷保護(hù)裝置：反映變壓器內(nèi)、外部故障。如果帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間大于0.5～0.7s，那么均應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)裝置。（3）瓦斯保護(hù)裝置：反映變壓器內(nèi)部故障和油面降低。對(duì)于800kVA及以上油浸式電力變壓器和400kVA及以上車(chē)間內(nèi)油浸式電力變壓器均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)裝置。通常輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯動(dòng)作于跳閘。（4）過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置：反映因過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流。應(yīng)根據(jù)過(guò)負(fù)荷的可能情況裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置，一般過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置動(dòng)作于信號(hào)。（5）溫度保護(hù)裝置：反映變壓器的上層油溫，一般溫度保護(hù)裝置動(dòng)作于信號(hào)。6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)1.變壓器的過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)（1）變壓器的過(guò)電流保護(hù)。變壓器的過(guò)電流保護(hù)裝置，無(wú)論是定時(shí)限還是反時(shí)限，一般都裝設(shè)在變壓器的電源側(cè)。變壓器過(guò)電流保護(hù)裝置的組成、工作原理與電力線路過(guò)電流保護(hù)裝置完全相同，變壓器過(guò)電流保護(hù)裝置的原理接線圖如圖所示。變壓器過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流整定公式與電力線路過(guò)電流保護(hù)基本相同，即變壓器過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定應(yīng)按“階梯原則”，與電力線路過(guò)電流保護(hù)完全相同。對(duì)于車(chē)間變電所，變壓器過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可整定為最小值0.5s。6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)（2）變壓器的電流速斷保護(hù)。變壓器電流速斷保護(hù)裝置的組成、工作原理與電力線路電流速斷保護(hù)裝置的組成、工作原理完全相同。變壓器電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流的整定公式與電力線路電流速斷保護(hù)基本相同，即變壓器電流速斷保護(hù)的靈敏度，按其保護(hù)裝置安裝位置在電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路的短路電流

來(lái)檢驗(yàn)，要求靈敏度Sp≥2。變壓器電流速斷保護(hù)，與電力線路電流速斷保護(hù)一樣，也存在“死區(qū)”（不能保護(hù)變壓器的全部繞組）。彌補(bǔ)“死區(qū)”的措施是裝設(shè)帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)裝置。6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)（3）變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)用來(lái)反映變壓器在正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷情況，只在變壓器有可能過(guò)負(fù)荷的情況下予以裝設(shè)，一般動(dòng)作于信號(hào)。變壓器的過(guò)負(fù)荷在大多數(shù)情況下三相對(duì)稱(chēng)，因此過(guò)負(fù)荷保護(hù)只需在一相上裝設(shè)一個(gè)電流繼電器。當(dāng)變壓器過(guò)負(fù)荷時(shí)，首先電流繼電器動(dòng)作，然后經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，最后接通信號(hào)繼電器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按躲過(guò)變壓器一次側(cè)額定電流I1N.T來(lái)整定，計(jì)算公式為6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)2.變壓器的瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)又稱(chēng)氣體繼電保護(hù)，是保護(hù)油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種常用的繼電保護(hù)裝置。通常輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯動(dòng)作于斷路器跳閘。瓦斯保護(hù)的主要元件是瓦斯繼電器，安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中，瓦斯繼電器在變壓器上的安裝方式如圖所示。為了讓變壓器油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體順利通過(guò)連接管道流入油枕，應(yīng)保證連接管對(duì)變壓器油箱頂蓋有2%～4%的傾斜度，變壓器安裝應(yīng)有1%～1.5%的傾斜度。6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)（1）瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。瓦斯繼電器主要有浮筒式和開(kāi)口杯式兩種類(lèi)型。由于浮筒式瓦斯繼電器的接點(diǎn)可靠性較差，目前廣泛采用開(kāi)口杯式瓦斯繼電器，開(kāi)口杯式瓦斯繼電器的基本結(jié)構(gòu)如左圖所示，開(kāi)口杯式瓦斯繼電器的動(dòng)作說(shuō)明如右圖所示。變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，上開(kāi)口杯3及下開(kāi)口杯7都浸在油內(nèi)，均受到浮力作用。因?yàn)橄掠捅胶忮N12的重量產(chǎn)生的力矩大于開(kāi)口杯一側(cè)的力矩，所以開(kāi)口杯處于向上傾斜的位置，此時(shí)上下兩對(duì)觸點(diǎn)斷開(kāi)。6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)（2）變壓器瓦斯保護(hù)的接線方式。變壓器瓦斯保護(hù)的接線方式如圖所示。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障（輕瓦斯）時(shí)，瓦斯繼電器KG的上觸點(diǎn)1-2閉合，接通信號(hào)繼電器KS2，發(fā)出輕瓦斯信號(hào)；瓦斯繼電器KG的上觸點(diǎn)3-4閉合，接通信號(hào)繼電器KS1，發(fā)出輕瓦斯信號(hào)，同時(shí)接通中間繼電器KM，KM通電動(dòng)作，中間繼電器KM的下觸點(diǎn)3-4閉合，接通跳閘線圈YR，使斷路器QF跳閘。中間繼電器KM的上觸點(diǎn)1-2作為KM的“自保持”觸點(diǎn)，作用是防止當(dāng)發(fā)生重瓦斯故障時(shí)可能出現(xiàn)的“抖動(dòng)”現(xiàn)象，當(dāng)重瓦斯動(dòng)作時(shí)，通過(guò)中間繼電器KM的上觸點(diǎn)1-2保持通電，確保斷路器可靠跳閘。6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)（3）變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作后的故障分析。變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作后，可根據(jù)蓄積在瓦斯繼電器內(nèi)的氣體性質(zhì)來(lái)分析故障產(chǎn)生的原因和處理方式，瓦斯繼電器動(dòng)作后的故障原因和處理方式如表所示。6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)3.變壓器的差動(dòng)保護(hù)（1）變壓器差動(dòng)保護(hù)的工作原理。如圖所示為變壓器差動(dòng)保護(hù)的單相原理圖。變壓器差動(dòng)保護(hù)的工作原理：在正常運(yùn)行或外部發(fā)生故障時(shí)，流入繼電器的電流為不平衡電流，在合理選擇好兩側(cè)電流互感器的電流比和接線方式的條件下，不平衡電流值很小，且小于差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，差動(dòng)保護(hù)裝置不動(dòng)作；在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障，流入繼電器的電流大于差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作于跳閘。由于差動(dòng)保護(hù)不需要與相鄰元件的保護(hù)在整定值和動(dòng)作時(shí)間上進(jìn)行配合，因此可以構(gòu)成無(wú)延時(shí)速斷保護(hù)。變壓器差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)區(qū)為變壓器一、二次側(cè)所裝電流互感器之間。6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)（2）變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的整定。變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流Iop(d)應(yīng)滿(mǎn)足以下3個(gè)條件。①動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外發(fā)生短路時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流Idsp.max，即Iop(d)=KrelIdsp.max②動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)變壓器的勵(lì)磁涌流，即Iop(d)=KrelI1N.T③當(dāng)電流互感器二次回路斷線且變壓器處于最大負(fù)荷時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)作，因此需滿(mǎn)足以下要求Iop(d)=KrelIL.max6.8.2電力變壓器的繼電保護(hù)（3）變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘后的檢查和處理。①檢查變壓器有無(wú)異常，檢查差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)的瓷瓶是否有閃絡(luò)、損壞，引線是否存在短路。②如果變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)的設(shè)備無(wú)明顯故障，那么應(yīng)檢查繼電保護(hù)及二次回路是否存在故障，直流回路是否存在兩點(diǎn)接地。③經(jīng)以上檢查發(fā)現(xiàn)無(wú)異常時(shí)，應(yīng)在切除負(fù)荷后立即試送一次，試送后若跳閘，則不得再送。④若是因繼電器或二次回路故障、直流兩點(diǎn)接地造成的誤動(dòng)作，則應(yīng)將差動(dòng)保護(hù)退出運(yùn)行，將變壓器送電后，再處理二次回路故障及直流接地。⑤差動(dòng)保護(hù)和重瓦斯保護(hù)同時(shí)動(dòng)作使變壓器跳閘，如果不通過(guò)內(nèi)部檢查和試驗(yàn)，則不允許將變壓器投入運(yùn)行。6.8.3電力變壓器的單相保護(hù)當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生單相短路時(shí)，可采取下列措施中的任意一種。（1）在變壓器低壓側(cè)裝設(shè)三相都帶過(guò)電流脫扣器的低壓斷路器，低壓斷路器既可作低壓主開(kāi)關(guān)，也可用來(lái)保護(hù)低壓側(cè)的相間短路和單相短路，操作方便。（2）在變壓器低壓側(cè)裝設(shè)熔斷器，同樣可用來(lái)保護(hù)低壓側(cè)的相間短路和單相短路，但熔斷器不能當(dāng)作開(kāi)關(guān)用，并且熔斷器熔斷后需更換熔體才能繼續(xù)恢復(fù)供電，因此熔斷器只適用于不重要負(fù)荷的變壓器。采用兩相三繼電器式或三相三繼電器式的接線方式，可以提高保護(hù)靈敏度。（3）在變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)引出線上裝設(shè)零序電流保護(hù)，如下圖所示。這種單相短路保護(hù)，當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生單相短路時(shí)，可使變壓器高壓側(cè)的斷路器跳閘。零序電流保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按躲過(guò)變壓器低壓側(cè)的最大不平衡電流來(lái)整定，整定公式為6.8.3電力變壓器的單相