光伏電站繼電保護系統(tǒng)簡介

光伏電站繼電保護系統(tǒng)簡介

1.1輸電線路保護配置與整定計算保護的類型

1、主保護：

反映整個保護元件上的故障并能以最短的延時有選擇地切除故

障的保護稱為主保護。

2、后備保護：

主保護拒動時，用來切除故障的保護，稱為后備保護。

3、輔助保護：

為補充主保護或后備保護的不足而增設(shè)的簡單保護。

1.1.1線路上的故障類型及特征

a.相間短路（二相相間短路、二相相間短路）

b.接地短路（單相接地短路、二相接地短路、三相接地短路）

其中，三相相間短路故障產(chǎn)生的危害最嚴(yán)重；單相接地短路最常

見。相間短路的最基本特征是：故障相流動短路電流，故障相之間的

電壓為零，保護安裝處母線電壓降低。接地短路的特征：

1、中性點不直接接地系統(tǒng)

特點是：

①全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓，且零序電玉全系統(tǒng)均相等。

②非故障線路的零序電流由本線路對地電容形成，零序電流超前

零序電壓90°o

③故障線路的零序電流由全系統(tǒng)非故障元件、線路對地電容形成,

零序電流滯后零序電壓90°o顯然，當(dāng)母線上出線愈多時，故障線

路流過的零序電流愈大。

④故障相電壓（金屬性故障）為零，非故障相電壓升高為正常運

行時的相間電壓。

⑤故障線路與非故障線路的電容電流方向和大小不相同。

因此中性點不直接接地系統(tǒng)中，線路單相故障可以反應(yīng)零序電壓

的出現(xiàn)構(gòu)成零序電壓保護；可以反應(yīng)零序電流的大小構(gòu)成零序電流保

護；可以反應(yīng)零序功率的方向構(gòu)成零序功率方向保護。

中性點直接接地系統(tǒng)

接地時零序分量的特點：

①故障點的零序電壓最高，離故障點越遠(yuǎn)處的零序電壓越低，中

性點接地變壓器處零序電壓為零。

②零序電流的分布，主要決定于輸電線路的零序阻抗和中性點接

地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置無關(guān)。

③在電力系統(tǒng)運行方式變化時，如果輸電線路和中性點接地的變

壓器數(shù)目不變，則零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。但電力系統(tǒng)

正序阻抗和負(fù)序阻抗要隨著系統(tǒng)運行方式而變化，將間接影響零序分

量的大小。

④對于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率方向與正序功率方向相反,

零序功率方向?qū)嶋H上都是由線路流向母線的。

二、保護的配置

小電流接地系統(tǒng)（35KV及以下）輸電線路一般采用三段式電流

保護反應(yīng)相間短路故障；由于小電流接地系統(tǒng)沒有接地點，故單相接

地短路僅視為異常運行狀態(tài)，一般利用母線上的絕緣監(jiān)察裝置發(fā)信號,

1.1.2三段式電流保護的整定計算

1、瞬時電流速斷保護

整定計算原見：躲開本條線路末端最大短路電流

整定計算公式：/

〃_/Tj_KB.max

1op.1—八rCB.max1k.act~

nTA

式中:——繼電器動作電流

KB.max

Ikm——保護的接線系數(shù)

Kc——最大運行方式下，保護區(qū)末端B母線處三相相間短路

時，流經(jīng)保護的短路電流。

!

Krel——可靠系數(shù)，一般取1.2?1.3。

Z4.i一一保護動作電流的一次側(cè)數(shù)值。

nTA一一保護安裝處電流互感器的變比。

靈敏系數(shù)校驗：L=_L（色且一X）

minY）rIsmax^

AI17opl

式中：X,一一線路的單位阻抗，一般0.4。/KM；

Xs.n京一系統(tǒng)最大短路阻抗。

要求最小保護范圍不得低于15%?20%線路全長，才允許使用。

限時電流速斷保護

整定計算原見:

不超出相鄰下一元件的瞬時速斷保護范圍。所以保護1的限時

電流速斷保護的動作電流大于保護2的瞬時速斷保護動作電流，且為

保證在下一元件首端短路時保護動作的選擇性，保護1的動作時限應(yīng)

該比保護2大°故:

式中:K。一一限時速斷保護可靠系數(shù)，一般取1.1?1.2；

M——時限級差,一般取0.5S；

保護區(qū)末端最小兩相相間短路電流計算值

靈敏度校驗:

保護裝置的動作值

規(guī)程規(guī)定：Kse21.3?1.5

3、定時限過電流保護

定時限過電流保護一般是作為后備俁護使用。要求作為本線路

主保護的后備以及相鄰線路或元件的遠(yuǎn)后備。動作電流按躲過最大負(fù)

荷電流整定。

式中：Kre[----可靠系數(shù)，一般取1.15?1.25；

Kr--一電流繼電器返回系數(shù)，一般取0.85?0.95；

Kss一一電動機自起動系數(shù)，一般取1.5?3.0；

動作時間按階梯原則。

k〃/k

UI_A八ssJ

jp——/(.max

Are

靈敏度分別按近后備和遠(yuǎn)后備進行計算。

K_'K.min

de”一[HI

式中，”.min——保護區(qū)末端短路時，流經(jīng)保護的最小短路電流。

即：最小運行方式下，兩相相間短路電流。

要求：作近后備使用時，^>1.3~1.5

作遠(yuǎn)后備使用時，Ksen>1.2

注意：作近后備使用時，靈敏系數(shù)校驗點取本條線路最末端；

作遠(yuǎn)后備使用時，靈敏系數(shù)校驗點取相鄰元件或線路的最末端。

1.2四、距離保護的整定計算

相間距離保護多采用階段式保護，三段式距離保護整定計算原

則與三段式電流保護基本相同。

相間距離1段保護的整定

相間距離保護第I段動作阻抗為：

Z：m=Ki"

其可靠系數(shù)取0.8~0.85o

若被保護對象為線路變壓器組，則動作阻抗為：

如果整定阻抗角與線路阻抗角相等，則保護區(qū)為被保護線路全

長的80%—85%o

“右產(chǎn)詼―乙.

相間距離II段保護的整定0,=―—

乙NP1十乙加2

相間距離II段應(yīng)與相鄰線路相間距離第I段或與相鄰元件速

動保護配合。

與相鄰線路第I段配合動作阻抗為：

7〃_r〃7_i_k7/

/jop.\~Krel7JAB十八自八玩min/Zp.2

式中：用河皿一一最小分支系數(shù)。

K5——可靠系數(shù)，一般取0.8。

關(guān)于分支系數(shù):

A、助增分支（保護安裝處至故障點有電源注入，保護測量阻

B、汲出分支（保護安裝處至故障點有負(fù)荷引出，保護測量阻

抗將減小。）

Z$M+ZMN+Z.w

ZsN

N屋2P

-

M

miMN-

回I旦隊

4

卜

ZNP\——引出負(fù)荷線路全長阻抗

ZNP2——被影響線路全長阻抗

一一被影響線路距離段保護整定阻抗

setI

汲出系數(shù)是小于1的數(shù)值。

C、助增分支、汲出分支同時存在時總分支系數(shù)為助增系數(shù)與汲

出系數(shù)相乘。

3、相間距離m段保護的整定

整定計算原則?：按躲過最小負(fù)荷阻抗整定

A、按躲過最小負(fù)荷阻抗整定

ylH_Id.min7_

勿jy"yZrf.minj

人力八w八ss7y/2.max

可靠系數(shù)取L2?1.3；全阻抗繼電器返回系數(shù)取1.15?1.25。

若測量元件采用方向阻抗繼電器：

7

Z〃/_________乙/4.min_______________

“K胃KreKs'OSWh〃一殖d)

5m一一方向阻抗繼電器靈敏角5d一一負(fù)荷阻抗角

B、靈敏度校驗

7111

近后備時：K2=萬衛(wèi)要求21.3?1.5

NAn

遠(yuǎn)后備時：K，"二Z篇要求21.2

-ZAB+K〃皿

注意：以卜.動作阻抗為一次側(cè)計算信，工程實踐中還應(yīng)換算成

繼電器的整定值：ZLX

set.k=2AZset

1.2.1階段式零序電流保護的整定

TA

三段式零序電流保護原理接線圖：

1、零序電流速斷保護

與反應(yīng)相間短路故障的電流保護相似，零序電流保護只反應(yīng)電流

中的零序分量。躲過被保護線路末端接地短路時，保護安裝處測量到

的最大零序電流整定。

—Kre13/omax

由于是保護動作速度很快，動作值還應(yīng)與“斷路器三相觸頭不同

時閉合”、“非全相運行伴隨振蕩”等現(xiàn)象產(chǎn)生的零序電流配合，以保

證選擇性。按非全相且振蕩條件整定定值可能過高，靈敏度將不滿足

要求。

措施：通常設(shè)置兩個速斷保護，靈敏I段按條件①和②整定；

不靈敏I段按條件③整定。在出現(xiàn)非全相運行時閉鎖靈敏I段。

2、限時零序電流速斷保護

基本原理與相間短路時階段式電流保護相同，不再贅述。當(dāng)靈敏

度不滿足要求時：可采用與相鄰線路的零序II段配合，其動作電流、

動作時間均要配合。

3、零序過電流保護

動作電流整定條件：A、躲過下級線路相間短路時最大不平衡電

流I111=

1op\一八re1'unb.max

B、零序in段保護之間在靈敏度上要逐級配合

rill_k1

7opl—reI10.cal

1.3電力變壓器非電量保護電力變壓器非電量保護概況

為提高設(shè)備運行可靠性，保證設(shè)備的安全，大型電力變壓器均設(shè)

置了電量和非電量保護。變壓器內(nèi)部故障時如果這些保護能正確運作,

及時切斷電源，便限制了電能轉(zhuǎn)化為熱能和化學(xué)能，也限制了油體積

的劇烈膨脹及絕緣紙和絕緣油分解成氣體。這樣就可以將故障控制在

允許的范圍內(nèi)，有效保護主變，避免故障擴大，減少損失。由于電量

保護本身固有的特點，當(dāng)故障在電量保護的靈敏度或故障種類之外時,

就必須依靠非電量保護來保證主變的安全。表1是根據(jù)所反應(yīng)的物理

量不同劃分的幾種非電量保護。

表1非電量保護的種類

保護名稱反映的物理量對應(yīng)的變壓器故障

內(nèi)部放電、鐵心多點接地、內(nèi)

輕瓦斯保護氣體體積

瓦斯保護部過熱、空氣進入油箱等

重瓦斯保護流速、油面高度嚴(yán)重的匝間短路、對地短路

內(nèi)部壓力升高、嚴(yán)重的匝間短

壓力釋放閥壓力

路及對地短路

壓力突變保護壓力內(nèi)部壓力瞬時升高

溫度控制器保護溫度冷卻系統(tǒng)失效、溫度升高

油位計油位油位過高、過低

1.3.1瓦斯保護原理及運行維護注意事項

電力變壓器的電量型繼電保護，如差動保護、電流速斷保護、零

序電流保護等對變壓器內(nèi)部故障是不靈敏的，這主要是內(nèi)部故障從匝

間短路開始的，短路匝內(nèi)部的故障電流雖然很大，但反映到線電流卻

不大，只有故障發(fā)展到多匝短路或?qū)Φ囟搪窌r才能切斷電源。變壓器

內(nèi)部故障的主保護是瓦斯保護，它能瞬間切除故障設(shè)備，但氣體繼電

器的靈敏度卻取決于整定值(流速)。

1、輕瓦斯保護

(1)保護原理

內(nèi)部故障比較輕微或在故障的初期，油箱內(nèi)的油被分解、汽化，

產(chǎn)生少量氣體積聚在瓦斯繼電器的頂部，當(dāng)氣體量超過整定值時，發(fā)

出報警信號，提示維護人員進行檢查，防止故障的發(fā)展。

(2)設(shè)置原則

氣體容積動作整定值一般為250?300mL,其動作接點應(yīng)接入報

警信號。

2、重瓦斯保護

(1)保護原理

變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，油箱內(nèi)的油被分解、汽化，產(chǎn)生大

量氣體，油箱內(nèi)壓力急劇升高，氣體及油流迅速向油枕流動，流速超

過重瓦斯的整定值時，瞬間動作切除主變。

(2)設(shè)置原則

由于變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生電弧時，故障點附近的油將被高溫分解,

由液態(tài)的高分子電離分解為氣態(tài)的氫氣及燒類氣體。少量氣體首先溶

于變壓器油中，當(dāng)產(chǎn)氣速率大于溶解速率時，就在故障區(qū)域產(chǎn)生氣泡。

分解的氣體占了變壓器油的空間，必定有同體積的變壓器油被擠向儲

油柜。油流和氣體是同時發(fā)生的，一定的產(chǎn)氣速率必定有一定的油流

速通過瓦斯繼電器，而產(chǎn)氣的速率則取決于燃弧功率：因此為把故障

范圍限制在盡可能小的區(qū)域內(nèi)，通過變壓器瓦斯繼電器油的流速整定

值就應(yīng)該小于最小故障功率的產(chǎn)氣速率。所以，瓦斯繼電器流速的整

定應(yīng)考慮最小的故障功率以及地震和強迫油循環(huán)變壓器油泵同時全

部啟動的影響，并考慮壓力釋放閥保護與重瓦斯保護的配合。3、氣

體繼電器

以雙浮子氣體繼電器為例說明其工作原理。

(1)氣體集聚

當(dāng)局部過熱引起液體和固體絕緣逐漸分解而生成氣體：上浮子

落下達其整定位置，發(fā)出報警信號；下浮子位置保持不動。

(2)絕緣液體流失

當(dāng)滲漏造成絕緣液體流失；上浮子下降達其整定位置，發(fā)出報

警信號；液面下降造成下浮子位置下降直至達其整定位置時，發(fā)出跳

閘信號。

(3)絕緣液體涌流

內(nèi)部高能量放電產(chǎn)生快速甚至強烈的分解氣體。由此產(chǎn)生的壓力

波引起液體沖向儲油柜的強力涌流：強力涌流沖向油路中的擋板，將

浮子強力的推到整定位置致使接點動作。跳閘信號被釋放。通常當(dāng)變

壓器＞100MVA,0NAN,0NAF整定值為LOM/S；對于OFAF,整定值為

1.2M/So

4、氣體繼電器運行維護中的注意事項

(1)繼電器應(yīng)通過氣塞反復(fù)排出變壓器本體內(nèi)的氣體。

(2)變壓器運行時瓦斯保護裝置應(yīng)接信號和跳閘，有載分接開

關(guān)的重瓦斯保護應(yīng)接跳閘。同時應(yīng)確保信號和跳閘回路的絕緣性能良

好。

（3）氣體繼電器應(yīng)結(jié)合變壓器停電進行二次回路電氣絕緣試驗

及輕瓦斯動作準(zhǔn)確度校驗，在變壓器檢修時或有條件時應(yīng)拆下繼電器

進行動作特性校驗，并做好記錄。

（4）繼電器應(yīng)具備防振、防雨和防潮功能。

（5）變壓器在運行時，繼電器應(yīng)根據(jù)不同的運行、檢修方式及

時調(diào)整繼電器的保護方式，并盡快恢復(fù)原狀。

（6）變壓器在運行中濾油、補油、換潛油泵或更換凈油器的吸

附劑時，應(yīng)將其重瓦斯改接信號，此時其它保護裝置仍應(yīng)接跳閘。

（7）當(dāng)油位計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，應(yīng)先將重瓦斯改接信號。

（8）在地震預(yù)報期間，應(yīng)根據(jù)變壓器的具體情況和氣體繼電器

的抗震性能，確定重瓦斯保護的運行方式。地震引起重瓦斯動作停運

的變壓器，在投運前應(yīng)對變壓器及瓦斯保護進行檢查試驗，確認(rèn)無異

常后方可投入。

（9）當(dāng)氣體繼電器發(fā)信或動作跳閘時，應(yīng)進行相應(yīng)電氣試驗，

并取氣樣進行必要的分析，綜合判斷變壓器故障性質(zhì)，決定是否投運。

（10）有載分接開關(guān)氣體繼電器出現(xiàn)積氣現(xiàn)象時應(yīng)及時檢查分析。

重視繼電器內(nèi)游離炭的積累，將引起接線端子的絕緣下降或接地現(xiàn)象,

應(yīng)及時排出。

（11）在繼電器內(nèi)有氣體需要進行取氣樣或排氣時，先擰松導(dǎo)氣

盒底部的放油塞，放出部分變壓器油，繼電器內(nèi)的氣體隨油面下降通

過銅管進入導(dǎo)氣盒，就可以通過導(dǎo)氣盒上的放氣塞進行放氣或取氣。

（12）運行時必須注意導(dǎo)氣盒各接頭的密封情況。

1.3.2壓力釋放閥的保護原理及運行維護注意事項

1、保護原理

為提高設(shè)備運行可靠性，早期投運的大型電力變壓器，逐步將變

壓器的安全氣道（防爆管）更換為壓力釋放閥。作為變壓器非電量保

護的安全裝置，壓力釋放閥是用來保護油浸電氣設(shè)備的裝置，即在變

壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時.，油箱內(nèi)的油被分解、氣化，產(chǎn)生大量氣體，

油箱內(nèi)壓力急劇升高，此壓力如不及時釋放，將造成變壓器油箱變形、

甚至爆裂。安裝壓力釋放閥可使變壓器在油箱內(nèi)部發(fā)生故障、壓力升

高至壓力釋放閥的開啟壓力時，壓力釋放閥在2ms內(nèi)迅速開啟，使變

壓器油箱內(nèi)的壓力很快降低。當(dāng)壓力降到關(guān)閉壓力值時，壓力釋放閥

便可靠關(guān)閉，使變壓器油箱內(nèi)永遠(yuǎn)保持止壓，有效地防止外部空氣、

水分及其他雜質(zhì)進入油箱，且具有動作后無元件損壞，無需更換等優(yōu)

點，目前已被廣泛應(yīng)用。

2、設(shè)置原則及運行要求

壓力釋放閥的開啟壓力設(shè)置應(yīng)結(jié)合變壓器的結(jié)構(gòu)考慮，應(yīng)區(qū)分有

升高座和直接裝在油箱頂上的差異及心式變壓器和殼式變壓器的差

異等，盲目地降低開啟壓力，容易造成壓力釋放閥保護誤動，壓力釋

放閥的微動開關(guān)因受潮或振動短路，會引起跳閘，必須盡量避免非電

量保護誤動作引起的跳閘事故。由于大多數(shù)變壓器廠家規(guī)定壓力釋放

閥接點作用于跳閘，曾多次因壓力釋放閥的二次回路絕緣降低引起跳

閘停電事故。為此，變壓器運行規(guī)程（DL/'T572—95）規(guī)定“壓力釋

放閥接點宜作用于信號”。但當(dāng)壓力釋放閥動作而變壓器不跳閘時，

可能會引發(fā)變壓器的缺油運行而導(dǎo)致故障擴大。為此，可采用雙浮子

的瓦斯繼電器與之相配合來保護變壓器：當(dāng)壓力釋放閥動作導(dǎo)致油位

過低時，瓦斯繼電器的下部浮子下沉導(dǎo)通，發(fā)出跳閘信號。

3、壓力釋放閥運行維護應(yīng)注意的事項

（1）變壓器的壓力釋放閥接點宜作用于信號。

（2）定期檢查壓力釋放閥的閥芯、閥蓋是否有滲漏油等異?，F(xiàn)

象。

（3）定期檢查釋放閥微動開關(guān)的電氣性能是否良好，連接是否

可靠，避免誤發(fā)信。

（4）采取有效措施防潮、防積水、防小鳥做窩。

（5）結(jié)合變壓器大修應(yīng)做好壓力釋放閥的校驗工作。

（6）釋放閥的導(dǎo)向裝置安裝和朝向正確，確保油的釋放通道暢

通并避免釋放出的油噴到周圍其他設(shè)備及帶電部位。

（7）運行中的壓力釋放閥動作后，應(yīng)將釋放閥的機械電氣信號

手動復(fù)位。

1.3.3壓力突變保護原理及運行維護注意事項

1、保護原理

感應(yīng)特定故障下油箱內(nèi)部壓力的瞬時升高，根據(jù)油箱內(nèi)由于事故

造成的動態(tài)壓力增長來動作的。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，油室內(nèi)壓力

突然上升，當(dāng)上升速度超過一定數(shù)值，壓力達到動作值時，壓力開關(guān)

動作，發(fā)出信號報警或切斷電源使變壓器退出運行。該保護比壓力釋

放閥動作速度更快，但不釋放內(nèi)部壓力。

2、設(shè)置原則

其動作接點應(yīng)接入主變的報警或跳閘信號，動作值應(yīng)根據(jù)變壓器

廠家提供的值進行整定和校驗。

3、運行維護中應(yīng)注意的事項

(1)速動油壓(壓力突變)繼電器通過一蝶閥安裝在變壓器油

箱側(cè)壁上，與儲油柜中油面的距離為1?3m。裝有強油循環(huán)的變壓器，

繼電器不應(yīng)裝在靠近出油管的區(qū)域，以免在啟動和停止油泵時，繼電

器出現(xiàn)誤動作。

(2)速動油壓繼電器必須垂直安裝，放氣塞在上端。繼電器安

裝正確后，將放氣塞打開，直到少量油流出，然后將放氣塞擰緊。

(3)速動油壓繼電器動作壓力整定值應(yīng)參考JB10430-2004《變

壓器用速動油壓繼電器》5.3節(jié)速動油壓繼電器動作特性，一般為

25kPa/s±20%o

(4)應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定、具有良好運行業(yè)績的速動油壓繼電器，

變壓器投運前需對保護回路進行傳動試驗，傳動信號直接來自速動油

壓繼電器的內(nèi)部接點。由于目前對速動油壓繼電器的動作情況尚缺乏

足夠運行經(jīng)驗，因比宜投信號。

1.3.4溫控器保護原理及運行維護注意事項

為保護變壓器的安全運行，其冷卻介質(zhì)及繞組的溫度要控制在規(guī)

定的范圍內(nèi)，這就需要溫度控制器來提供溫度的測量、冷卻控制等功

能。當(dāng)溫度超過允許范圍時，提供報警或跳閘信號，確保設(shè)備的壽命。

溫度控制器包括油面溫度控制器和繞組溫度控制器。

1、測溫原理

（1）油面溫控器的測溫原理

溫控器主要由彈性元件、毛細(xì)管和溫包組成，在這三個部分組成

的密閉系統(tǒng)內(nèi)充滿「感溫液體，當(dāng)被測溫度變化時，由于液體的“熱

脹冷縮”效應(yīng)，溫包內(nèi)的感溫液體的體積也隨之線性變化，這一體積

變化量通過毛細(xì)管遠(yuǎn)傳至表內(nèi)的彈性元件，使之發(fā)生相應(yīng)位移，該位

移經(jīng)齒輪機構(gòu)放大后便可指示該被測溫度，同時觸發(fā)微動開關(guān)，輸出

電信號驅(qū)動冷卻系統(tǒng)，達到控制變壓器溫升的目的。

（2）繞組溫度控制器的測溫原理

變壓器油面溫度是可以直接測量出來的，但繞組由于處于高壓下

而無法直接測量其溫度，其溫度的測量是通過間接測量和模擬而成的。

繞組和冷卻介質(zhì)之間的溫差是繞組實際電流的函數(shù)，電流互感器的二

次電流（一般用套管的電流互感器）和變壓器繞組電流成正比。電流互

感器二次電流供給溫度計的加熱電阻，產(chǎn)生一個顯示變壓器負(fù)載的讀

數(shù)，它相當(dāng)于實測的銅一油溫差（溫度增量）。這種間接測量方法提供

一個平均或最大繞組溫度的顯示即所謂的熱像。

（3）測量值的遠(yuǎn)程顯示原理

為了將測量值傳送到控制室作遠(yuǎn)程指示，溫度控制器將銅或箱電

阻傳感器阻值的變化或溫度變化產(chǎn)生的機械位移變?yōu)榛€變阻的阻

值變化，模擬輸出為4?20mA電信號，在遠(yuǎn)方轉(zhuǎn)化為數(shù)字或模擬顯示。

使用滑線變阻的形式，其優(yōu)點是接線比較簡單，對于較長的傳輸途徑

不需要補償線路，電流信號對雜散磁場和溫度干擾不敏感。

2、設(shè)置原則

大型電力變壓器應(yīng)配備油面溫度控制器及繞組溫度控制器，并有

溫度遠(yuǎn)傳的功能，為能全面反映變壓器的溫度變化情況，一般還將油

面溫度控制器配置雙重化，即在主變的兩側(cè)均設(shè)置油面溫度控制器。

為防止非電量保護誤動作引起跳閘事故，許多單位規(guī)定溫度控制

器的接點不接入跳閘：但實際上是否接入跳閘應(yīng)考慮變壓器的結(jié)構(gòu)形

式及變電站的值班方式，如由于殼式變壓器結(jié)構(gòu)的特殊性，當(dāng)變電站

為無人值班時.，其油面溫度控制器的跳閘接點應(yīng)嚴(yán)格按廠家的規(guī)定接

入跳閘。而對于冷卻方式為強迫油循環(huán)風(fēng)冷的變壓器一般應(yīng)接入跳閘,

對于冷卻方式為自然油浸風(fēng)冷的變壓器則可僅發(fā)信號。變壓器溫度高

跳閘信號必須采用溫度控制器的硬接點，不能使用遠(yuǎn)傳到控制室的溫

度來啟動跳閘：在某220kV變電站中，由于采用遠(yuǎn)傳的溫度來啟動

跳閘，在電阻溫度計回路斷線或接觸電阻增大時，反映到控制室的溫

度急劇升高，超過150%則引起誤動跳閘。

要發(fā)揮溫度控制器對變壓器的保護作用，關(guān)鍵在于保證控制器的

準(zhǔn)確性。某220kV變電站因?qū)⒂蜏貑永鋮s器接點與跳閘接點的回路

對調(diào)，導(dǎo)致變壓器運行中油溫升高，達到啟動冷卻器的溫度值時引起

變壓器誤跳閘。所以溫度控制器必須按規(guī)程進行定期校驗，并保證接

點回路接線的正確，防止因接線錯誤導(dǎo)致變壓器的誤跳閘。

3、溫控器運行維護中應(yīng)注意的事項

(1)變壓器應(yīng)裝設(shè)溫度保護，如有指示曾經(jīng)到過的最高溫

度的指針，安裝時，必須將該指針放在與顯示實時溫度重登的位置。

(2)變壓器必須定期檢查、記錄變壓器油溫及曾經(jīng)到過的最高

溫度值。應(yīng)按照頂層油溫來控制冷卻裝置的投切、溫度過高發(fā)信。

(3)變壓器投入運行后現(xiàn)場溫度計指示的溫度、控制室溫度顯

示裝置、監(jiān)控系統(tǒng)的溫度三者基本保持一致，相差一般不超過5℃。

(4)溫度計座內(nèi)應(yīng)注有適量的變壓器油。

(5)繞組溫度計變送器的電流值必須與變壓器用來測量繞組溫

度的套管型電流互感器電流相匹配。由于繞組溫度是通過間接測量換

算而來，故宜投信號，在運行中僅作參考。

(6)應(yīng)結(jié)合停電，定期校驗溫度計。

4、變壓器的幾種常見冷卻方式

(1)ONAN：片散中油和空氣均自然循環(huán)。

(2)ONAF：片散中油自然循環(huán)，風(fēng)扇強迫空氣循環(huán)。

(3)OFAF：在片散或冷卻器中，油通過泵強迫循環(huán)；空氣通過

風(fēng)扇強迫循環(huán)。

(4)ODAF：在片散或冷卻器中，油流通過油箱內(nèi)部的集油腔盒

導(dǎo)向孔流入繞組，油流通過油泵強迫循環(huán)，空氣通過風(fēng)扇強迫循環(huán)。

5、冷卻裝置運行中應(yīng)注意的事項

(1)自然油循環(huán)風(fēng)冷、強迫油循環(huán)冷卻變壓器，應(yīng)裝設(shè)冷卻系

統(tǒng)故障保護，當(dāng)冷卻系統(tǒng)部分故障時應(yīng)發(fā)信號。

(2)對強迫油循環(huán)冷卻的變壓器，應(yīng)裝設(shè)冷卻器全停保護，當(dāng)

冷卻系統(tǒng)全停時應(yīng)按下述要求整定出口跳閘。當(dāng)冷卻系統(tǒng)故障切除全

部冷卻器時，允許帶額定負(fù)載運行20min。如20min后頂層油溫尚未

達到75℃,則允許上升到75℃,但在這種狀態(tài)下運行的最長時間不

得超過Iho

(3)變壓器冷卻系統(tǒng)必須有兩個相互獨立的系統(tǒng)電源，并裝有

自動/手動切換裝置。

(4)對有兩臺或多臺冷卻油泵的變壓器，應(yīng)具備自動逐臺延時

啟停功能。

(5)用油面溫度計和負(fù)荷電流兩個參數(shù)控制風(fēng)扇和油泵的啟停,

任何一個參數(shù)大于整定值時啟動風(fēng)扇或油泵，二個參數(shù)均小于整定值

時方停用風(fēng)扇或油泵。對無人值班變電所，冷卻裝置起停應(yīng)結(jié)合油溫、

負(fù)荷、冷卻方式來確定。

(6)油流繼電器宜投信號。

1.3.5油位計的保護原理及運行維護注意事項

1、油位計原理

指針式油位表通過連桿將油面的上下線位移變成角位移信號使

指針轉(zhuǎn)動，間接顯示油位。

2、運行維護中應(yīng)注意的事項

(1)變壓器本體應(yīng)設(shè)置油面過高和過低信號，有載調(diào)壓開關(guān)宜

設(shè)置油面過高和過低信號。

(2)高、低油位通常整定值為10、0。由于設(shè)計原因，當(dāng)指針

在0?2.5范圍內(nèi)時，容易出現(xiàn)卡澀，此時指示的油位是不準(zhǔn)確的。

(3)新變壓器投運前需進行油位過高和過低保護的模擬傳動試

驗和接點絕緣電阻測試。

問題及措施：

(1)二次信號連接電纜若有破損，易引發(fā)事故。現(xiàn)變壓器采用

專用引出接頭及不銹鋼橋架至端子箱的全封閉措施可杜絕事故隱患。

(2)壓力釋放閥的接線柱受雨水澆淋銹蝕易誤動作，現(xiàn)采用防

雨導(dǎo)向罩可防止此類現(xiàn)象發(fā)生。

(3)在氣體繼電器及油流繼電器上裝置防雨罩。

(4)注意所有二次線連接可靠無破損。

(5)注意變壓器運行時電流互感器二次側(cè)不得開路

1.4主變差動保護

主變縱差保護作為變壓器的主保護，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，已成功地應(yīng)用了多

年。

對于百萬級機組的主變壓器，由于運輸?shù)确矫娴脑?，很多工?/p>

將會選用單相變壓器，其每一個繞組均有兩個引出端，這就為裝設(shè)單

獨的分側(cè)縱差保護創(chuàng)造了必要條件，對于相間短路和高壓側(cè)接地故障

均有很好的保護效果隨著單相變壓器的應(yīng)用，相間短路的幾率大大降

低，接地短路的幾率相對增加，配置零序差動保護可加強接地故障的

靈敏度。零差保護在自耦變壓器上己經(jīng)有成功的應(yīng)用。

L4.1變壓器差動護的特點

兩側(cè)電流互感器TAI和TA2之間的區(qū)域為差動保護的保護范圍,

保護動作于斷開兩側(cè)斷路器QFI、QF2o

1.4.2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(yán)重故障不誤動，區(qū)內(nèi)

輕微故障可靠動作。

圖B所示是區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障，差動速斷動作，可發(fā)跳閘令。

⑵具有電流互感器(TA)斷線判別功能，并能閉鎖差動或報警,

當(dāng)電流大于額定電流時應(yīng)自動解除閉鎖并可動作出口跳閘，同時發(fā)出

斷線信號。雖然，差動保護具有上述功能，但是，從安全考慮，當(dāng)差

動保護發(fā)生TA斷線時\應(yīng)允許差動保護動作跳閘，而不應(yīng)閉鎖保護，

因為即使繼續(xù)運行，處理也不安全。

(3)為防止由于故障電流過大時，電流互感器飽和導(dǎo)致差動保護

拒動，在差動保護中裝設(shè)有差動電流速斷保護，能夠有效保證在區(qū)內(nèi)

發(fā)生各種短路故障時，保護裝置可靠動作。

(4)由于各側(cè)電流互感器的變比和接線方式可能不同，有平衡差

動保護各側(cè)電流幅值和電流相位角的功能。

(5)對于變壓器的差動保護有涌流閉鎖功能。

1.4.3差動保護中的差動速斷的作用

當(dāng)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(dāng)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

涌流閉鎖不閉鎖速斷。因此，變壓器差動保護中要設(shè)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(yīng)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(yīng)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）。

1.4.4差動保護與瓦斯保護的區(qū)別

當(dāng)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(dāng)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(dǎo)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，差動保護和瓦斯保護

不能互相替代。

1.4.5變壓器過激磁對差動保護的影響

當(dāng)系統(tǒng)電壓過高，將引起變壓器過激磁，當(dāng)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(dǎo)致差動保護誤動。因此當(dāng)這種現(xiàn)象

出現(xiàn)時應(yīng)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。

注：變壓器差動保護其差動回路中的不平衡電流大，必須采取措

施躲開不平衡電流或設(shè)法減小不平衡電流的影響。

1、變壓器勵磁涌流的特點及減小其對縱差保護影響的措施

a、勵磁涌流的產(chǎn)生及特點：變壓器的勵磁電流只通過變壓器的

原邊線圈，它通過電流互感器進入差動回路形成不平衡電流，在正常

運行情況下，其值很小，一般不超過變壓器額定電流3%?5%。當(dāng)

發(fā)生外部短路時，由于電壓降壓，勵磁電流更小，因此這些情況下對

差動保護的影響一般可以不考慮。當(dāng)變壓器空載合閘或外部故障切除

后電壓恢復(fù)過程中，由于變壓器鐵心中的磁通量的突變，使鐵心瞬間

飽和，這時將出現(xiàn)數(shù)值很大的勵磁電流，可達5?10倍的額定電流,

稱為勵磁涌流。此耳流通過差動回國，如不采取措施，縱差動保護將

會誤動作。

b、勵磁涌流的特

其值在初始很大，可達額定電流的5—10倍。

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)0.5?

1秒后，其值不超過額定電流的0.25?0.5倍，大型變壓器勵磁涌流

的衰減速度較慢，衰減到上述值要2?3s,即變壓器的容量越大，衰

減越慢，完全衰減需要十幾秒時間。

其波形有間斷角。

c、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(dǎo)致保護的誤動，根據(jù)勵磁涌流的特點，可采取下列措施。

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。

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C

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。

采用二次諧波制動的差動繼電器。

變壓器兩側(cè)接線組別不同引起的小平衡電流及消除措施。

電力系統(tǒng)中常用的Y,dll接線的變區(qū)器，由于三角形側(cè)的線電

流比星形側(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。

電流互感器的實際變比與計算變比不等引起的不平衡電流及減

小影響的措施

兩側(cè)互感器型號不同產(chǎn)生的不平衡電流及采取的措施

此不平衡電流是由兩側(cè)互感器的相對誤差引起的，型號相同的相

對誤差較小，型號不同則相對誤差就會較大。此不平衡電流應(yīng)在保

護的整定計算中予以考慮，既適當(dāng)增加保護的動作電流。計算時引入

同型系數(shù)Kss.若同型Kss取0。5,若不同型Kss取1。

變壓器調(diào)壓分接頭改變產(chǎn)生的不平衡電流及解決的方法

帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器在運行中常常需要改變分接頭來調(diào)電壓，這

樣就改變了變壓器的變比.原已調(diào)整平衡的差動保護；又會出現(xiàn)新

的不平衡電流。此不平衡電流采用提高動祚電流來解決。

1.5變壓器后備保護

為了反映外部短路引起的過電流，以及作為變壓器內(nèi)部短路的后

備，變壓器均應(yīng)裝設(shè)電流保護作為后備，根據(jù)變壓器容量大小及短路

電流水平，考慮到保護靈敏度的要求，變壓器相間短路的后備保護一

般設(shè)置為過流保護、復(fù)合電壓起動的過流保護、負(fù)序過流和單元件電

壓起動過流保護及方向過流保護，這些配置中，除了單純電流保護外,

其他都涉及到電壓元件作為閉鎖或起動元件。

變壓器相間短路的后備保護既是變壓器主保護的后備保護，又是

相鄰母線或線路的后備保護。

過電流保護

使用條件：過電流保護宜用于降壓變壓器。安裝地點：電源側(cè)。

動作電流確定：1叩=卬小降壓變壓器：=K/：

叩KreL.max八ss’Lma

最大電流確定：（并列變壓器）/小皿='\/2

m-\

保護原理接線

1.5.1二、復(fù)合電壓起動的過電流保護

1.5.2負(fù)序電流和單相式低壓過電流保護

對于大容量的發(fā)電機變壓器組，由于額定電流大，電流元件往往

不能滿足遠(yuǎn)后備靈敏度的要求，可采用負(fù)序電流保護。負(fù)序電流元件

和反應(yīng)對稱短路故障的單相式低壓過電流保護組成。

負(fù)序電流保護靈敏度較高，且在星、三角接線的變壓器另一側(cè)發(fā)

生不對稱短路故障時，靈敏度不受影響，接線也較簡單。

4、三繞組變壓器后備保護的配置原則

1.5.3變壓器的過負(fù)荷保護

過負(fù)荷保護反應(yīng)變壓器對稱過負(fù)荷引起的過電流。保護用一個電

流繼電器接于一相電流，經(jīng)延時動作于信號。

過負(fù)荷保護的安裝側(cè)，應(yīng)根據(jù)保護能反應(yīng)變壓器各側(cè)繞組可能過

負(fù)荷情況來選擇:

1、對雙繞組升壓變壓器，裝于發(fā)電機電壓側(cè)。

2、對一側(cè)無電源的三繞組升壓變壓器，裝于發(fā)電機電壓側(cè)和無

電源側(cè)。

3、對三側(cè)有電源的三繞組升壓變壓器，三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)。

4、對于雙繞組降壓變壓器，裝于高壓側(cè)。

5、僅一側(cè)電源的三繞組降壓變壓器，若三側(cè)的容量相等，只裝

于電源側(cè)；若三側(cè)的容量不等，則裝于電源側(cè)及容量較小側(cè)。

6、對兩側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器，三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)。

過負(fù)荷保護動作電流：/_§包/

Kre

1.610KV母線保護

以RCS-915AB型微機母線保護裝置為例，其適用于各種電壓等

級的單母線、單母分段、雙母線等各種主接線方式，母線上允許所接

的線路與元件數(shù)最多為21個（包括母聯(lián)），并可滿足有母聯(lián)兼旁路運

行方式主接線系統(tǒng)的要求。

圖1RCS-915AB母線保護接線圖

1.6.110KV母線保護裝置配置功能

a、母線差動保護；

b、母聯(lián)充電保護；

c、母聯(lián)死區(qū)保護；

d、母聯(lián)失靈保護；

e、母聯(lián)過流保護；

3母聯(lián)非全相保護；

g、斷路器失靈保護；

h、母線運行方式識別；

i、CT斷線檢測；

j、PT斷線檢測;

k、刀閘位置告警；

1、電壓切換功能；

母線差動保護

母線差動保護由分相式比率差動元件組成。

由圖1可見，TA極性要求支路TA同名端在I母側(cè)。差動回路包

括母線大差回路和各段母線小差回路。母線大差是指除母聯(lián)開關(guān)和分

段開關(guān)以外所有支路電流所構(gòu)成的差動回路。某段母線的小差是指該

段母線上所連接的所有支路（包括母聯(lián)和分段開關(guān)）電流所構(gòu)成的差

動回路。母線大差比率差動用于判別母線區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，小差比率

差動用于故障母線的選擇。

母聯(lián)充電保護

當(dāng)任一組母線檢修后再投入之前，利用母聯(lián)斷路器對該母線進行

充電試驗時可投入母聯(lián)充電保護，當(dāng)被試驗?zāi)妇€存在故障時，利用充

電保護切除故障。

母聯(lián)充電保護有專門的起動元件。在母聯(lián)充電保護投入時，當(dāng)母

聯(lián)電流任一相大于母聯(lián)充電保護整定值時，母聯(lián)充電保護起動元件動

作去控制母聯(lián)充電保護部分。

母聯(lián)過流保護

當(dāng)利用母聯(lián)斷路器作為線路的臨時保護時可投入母聯(lián)過流保護。

母聯(lián)過流保護有專門的起動元件。在母聯(lián)過流保護投入時，當(dāng)母

聯(lián)電流任一相大于母聯(lián)過流整定值，或母聯(lián)零序電流大于零序過流整

定值時，母聯(lián)過流起動元件動作去控制母聯(lián)過流保護部分。

母聯(lián)過流保護在任一相母聯(lián)電流大于過流整定值，或母聯(lián)零序電

流大于零序過流整定值時，經(jīng)整定延時跳母聯(lián)開關(guān)，母聯(lián)過流保護不

經(jīng)復(fù)合電壓元件閉鎖。

1.6.2五、母聯(lián)失靈與母聯(lián)死區(qū)保護

當(dāng)保護向母聯(lián)發(fā)跳令后，經(jīng)整定延時母聯(lián)電流仍然大于母聯(lián)失靈

電流定值時，母聯(lián)失靈保護經(jīng)兩母線電壓閉鎖后切除兩母線上所有連

接元件。通常情況下，只有母差保護和母聯(lián)充電保護才起動母聯(lián)失靈

保護。當(dāng)投入“投母聯(lián)過電流啟動母聯(lián)失靈”控制字時，母聯(lián)過電流

保護也可以啟動母聯(lián)失靈保護。

如果希望通過外部保護起動本裝置的母聯(lián)失靈保護，應(yīng)將系統(tǒng)參

數(shù)中的“投外部起動母聯(lián)失靈”控制字置“1”。裝置檢測到“外部起

動母聯(lián)失靈”開入后，經(jīng)整定延時母聯(lián)電流仍大于母聯(lián)失靈電流定值

時，母聯(lián)失靈保護經(jīng)兩母線電壓閉鎖后切除兩母線上所有連接元件。

若母聯(lián)開關(guān)和母聯(lián)TA之間發(fā)生故障，斷路器側(cè)母線跳開后故障

仍然存在，正好處于TA側(cè)母線小差的死區(qū)，為提高保護動作速度，

專設(shè)了母聯(lián)死區(qū)保護。

1.6.3母聯(lián)非全相保護

當(dāng)母聯(lián)斷路器某相斷開，母聯(lián)非全相運行時，可由母聯(lián)非全相保

護延時跳開三相。

1.6.4斷路器失靈保護

斷路器失靈保護由各連接元件保護裝置提供的保護跳閘接點起

動，輸入本裝置的跳閘接點有兩種：一種是分相跳閘接點；另一種是

每個元件都有的三跳接點。

1.6.5母線運行方式識別

針對不同的主接線方式，應(yīng)整定不同的系統(tǒng)主接線方式控制字。

若主接線方式為單母線，則應(yīng)將“投單母線主接線”控制字整定為“1”；

若主接線方式為單母線分段，則應(yīng)將“投單母線分段主接線”控制字

整定為1;若該兩控制字均為0,則裝置認(rèn)為當(dāng)前的主接線方式為雙

母線。

L6.6交流電壓斷線檢查

1、母線負(fù)序電壓3U2大于12V,延時1.25秒報該母線TA斷線。

2、母線三相電壓幅值之和小于Un,且母聯(lián)或任一出線的任一相

有電流(>0.04In)或母線任一相電壓大于0.3Un,延時1.25秒延時

報該母線TA斷線。

3、當(dāng)用于中性點不接地系統(tǒng)時，將“投中性點不接地系統(tǒng)”控

制字整定為1，此時TV斷線判據(jù)改為3U2>12V或任一線電壓低于70Vo

4、三相電壓恢復(fù)正常后，經(jīng)10秒延時后全部恢復(fù)正常運行。

5、當(dāng)檢測到系統(tǒng)有擾動或任一支路的零序電流大于0.lln時不

進行TA斷線檢測，以防止區(qū)外故障時誤判。

6、若任一母線電壓閉鎖條件開放，延時3秒報該母線電壓閉鎖

開放。

1.7逆變器保護

保護類型判斷條件保護方式跳脫時間恢復(fù)時間

電網(wǎng)過壓保護

線電壓〉310V（默自動脫開電網(wǎng)，逆變器進

（設(shè)置范圍：0.2秒2分鐘

認(rèn)值）入停止模式并報錯

297V-324V）

電網(wǎng)欠壓保護

線電壓<216V（默自動脫開電網(wǎng)，逆變器進

（設(shè)置范圍：2秒2分鐘

認(rèn)值）入停止模式并報錯

210V-245V）

電網(wǎng)過頻保護

自動脫開電網(wǎng)，逆變器進