電力變壓器的故障不正常運行狀態(tài)及其相應(yīng)的保護方式.ppt

1、第九章變壓器保護，第一節(jié)電力變壓器故障異常運行狀態(tài)及其相應(yīng)的保護方式，變壓器內(nèi)部故障，油箱故障，油箱故障，繞組相間短路，繞組接地短路，繞組匝間短路，鐵芯燒損，套管與出線間相間短路，套管與出線間接地短路，由于額定運行時的磁通密度相當接近鐵芯的飽和磁通密度， 在過電壓或低頻、變壓器過勵磁故障、變壓器運行狀態(tài)異常、變壓器外部相間短路引起的過電流和中性點過電壓、負荷超過額定容量引起的過載、漏油引起的油位下降等異常運行方式下。 變壓器應(yīng)配備以下保護： 1。氣體保護，反映油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體。其中，輕氣體保護作用于信號，重氣體保護作用于跳閘變壓器各供電側(cè)的斷路器。帶負荷調(diào)節(jié)的油浸式變壓器的調(diào)壓裝置也應(yīng)安裝氣體

2、保護裝置，如車間800千伏安及以上的油浸式變壓器和400千伏安及以上的油浸式變壓器。2.縱向差動保護或電流速斷保護縱向差動保護適用于：容量大于6300千伏安的變壓器并聯(lián)運行；當容量超過10000千伏安時，變壓器獨立運行；當發(fā)電廠輔助工作變壓器和工業(yè)企業(yè)重要變壓器的容量超過6300千伏安時。電流速斷保護用于10000千伏安以下的變壓器，過流保護的時限大于0.5秒。對于2000千伏安以上的變壓器，當電流速斷保護的靈敏度不能滿足要求時，還應(yīng)安裝縱差保護。3.后備保護1)過流保護：一般用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應(yīng)考慮事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過載電流。2)復(fù)合電壓啟動過流保護：一般用于過流保護靈敏度不

3、符合要求的升壓變壓器、接入變壓器和降壓變壓器。3)負序電流和單相低壓啟動過流保護：一般用于容量63MVA及以上的升壓變壓器。4)阻抗保護：對于升壓變壓器和系統(tǒng)接線變壓器，當2)和3)中的保護不能滿足靈敏度和選擇性要求時，可以采用阻抗保護。4.外部接地短路時應(yīng)采取的保護措施：如果變壓器中性點接地，應(yīng)安裝零序電流保護。在高、中壓側(cè)中性點直接接地的自耦變壓器和三繞組變壓器中增加零序方向元件。電網(wǎng)中一些變壓器中性點接地時，應(yīng)根據(jù)具體情況安裝特殊保護裝置，如零序過壓保護、中性點充放電間隙加零序電流保護等。5.過載保護對于400千伏安以上的變壓器，當多個變壓器并聯(lián)運行或獨立運行并作為其他負載的備用電源時，

4、應(yīng)根據(jù)可能的過載情況安裝過載保護。過載保護連接到一相電流，并作為信號延遲。對于沒有固定值班人員的變電站，過載保護可在必要時自動降低負荷或跳閘。過勵磁保護是反映變壓器因頻率降低和電壓升高而產(chǎn)生的過勵磁，因此應(yīng)安裝過勵磁保護。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。7、其它保護因變壓器溫度和油箱壓力升高而冷卻系統(tǒng)失靈時，應(yīng)按現(xiàn)行變壓器標準的要求，裝上信號或動作于跳閘裝置。第9章變壓器保護，第2節(jié)變壓器氣體保護，1。氣體保護的概念和作用：定義：安裝：使頂蓋沿氣體繼電器方向與水平面保持1%1.5%的上升斜率，并要求導(dǎo)油管的上升斜率不小于2%二、氣體繼電器的結(jié)構(gòu)和

5、工作原理：1正常情況下：2變壓器內(nèi)部有輕微故障時；3當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時：1重瓦斯保護出口中間繼電器必須具有自維護功能：由于重瓦斯與油流流量發(fā)生反應(yīng)，在故障過程中油流流量往往不穩(wěn)定，因此必須有自維護回路，以確保一旦重瓦斯觸點閉合，無論氣體繼電器觸點是否更新，KOM都開始自維護。2.XB開關(guān)功能：改變重瓦斯出口方式。變壓器換油、氣體繼電器試驗、新安裝或大修后投入運行時，保護通過XB切換到電阻R回路，防止重瓦斯保護誤動作和跳閘。3、氣體保護動作后，應(yīng)從氣體繼電器的上排氣口收集氣體進行分析。根據(jù)數(shù)量、顏色、化學(xué)成分、易燃性等。判斷保護動作的原因和故障的性質(zhì)。4氣體保護能反映油箱內(nèi)的各種故障，動

6、作迅速，靈敏度高，接線簡單，但不能反映油箱外出線和外殼的故障。三。氣體保護的設(shè)置氣體保護的動作值用氣體體積表示。氣體體積的設(shè)定范圍一般為250300mm2。對于容量超過10WVA的變壓器，使用250mm2以上。氣體體積的調(diào)節(jié)可以通過改變重物的位置來實現(xiàn)。重氣保護的動作值用油流速度表示。一般設(shè)定范圍為0.61.5米/秒，是指導(dǎo)油管內(nèi)的油流速度。調(diào)節(jié)QJ1-80氣體繼電器的油流量時，可先松開調(diào)節(jié)螺釘14，然后改變彈簧9的長度，一般設(shè)定在1米/秒左右。第9章電力變壓器保護，第3節(jié)變壓器縱差保護，1。變壓器差動保護的基本原理和接線圖1)接線圖2)基本原理1)電流互感器的變比根據(jù)互感器兩側(cè)的額定電流來選

7、擇，即流入差動繼電器的電流為2。正常運行和外部短路時，流入差動繼電器的電流為：3變壓器內(nèi)部故障時，流入差動繼電器的電流為：為了保證動作的選擇性，差動繼電器的動作電流應(yīng)根據(jù)避免外部短路時的最大不平衡電流來設(shè)定，即2。變壓器縱差保護的特點區(qū)域外短路時變壓器縱差保護的不平衡電流大于線路縱差保護的不平衡電流。變壓器差動保護也會受到浪涌電流的影響。1、勵磁涌流的產(chǎn)生和特征勵磁涌流：變壓器空載合閘或從外部故障斷開后，系統(tǒng)電壓恢復(fù)時產(chǎn)生的勵磁電流可達額定電流的68倍。原因是變壓器鐵芯嚴重飽和，大大降低了勵磁阻抗。假設(shè)鐵芯中沒有剩磁，當瞬時電壓為零時，變壓器投入運行。圖中顯示了鐵芯中磁通量的變化以及勵磁涌流I

8、M和磁通量之間的關(guān)系。從圖中可以看出，磁通量滯后于電壓900。瞬時電壓值u=0時的磁通量。由于變壓器鐵芯中的磁通量不會突然變化，所以鐵芯中會出現(xiàn)非周期分量磁通量，其幅度為。如果忽略非周期和周期分量磁通的衰減，半周后總磁通的幅值為0，鐵芯嚴重飽和。表9-1顯示了浪涌電流的特性：其最大值非常大，可達額定電流的68倍。波形有不連續(xù)的角度(切斷負波后)。其波形向時間軸側(cè)傾斜，因此包含大量DC分量(約為基波的80%)和高次諧波分量，其中二次諧波分量所占比例最大(約為基波的20%)。2降低勵磁涌流的措施采用帶快速飽和變換器的差動繼電器。基于非連續(xù)型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器差動保護采用二次諧波制動差動繼電器正常

9、情況下，變壓器兩側(cè)的TA相位不同，Y側(cè)電流比側(cè)電流滯后300，會產(chǎn)生不平衡電流。2)由于TA實際與計算值之差引起的不平衡電流，例如：額定容量為31.5毫伏的變壓器，其比率為115/10.5，Y-11接線，兩側(cè)電流互感器的不平衡電流為，3)不同TA型號引起的不平衡電流，4)變壓器調(diào)壓抽頭變化引起的不平衡電流，2，使鐵芯更加飽和，TA誤差較大。其特點是瞬態(tài)不平衡電流包含大量非周期分量，并偏離時間軸的一側(cè)。瞬態(tài)不平衡電流最大值出現(xiàn)的時間滯后于初級側(cè)最大電流出現(xiàn)的時間。根據(jù)這一特點，通過保護延時避免暫態(tài)不平衡電流將不可避免地影響保護的快速性，甚至使變壓器差動保護不可接受。3.降低不平衡電流的措施1。減

10、少穩(wěn)態(tài)不平衡電流變壓器差動保護每側(cè)使用的電流互感器應(yīng)為專用的D級電流互感器。2.降低TA二次負荷的常用方法是：降低控制電纜的電阻(適當增加導(dǎo)線的截面，盡可能縮短控制電纜的長度)；弱電控制采用TA(二次額定電流為lA)等。3.氣隙小的鉭芯剩磁小。當一次側(cè)電流較大時，TA不易飽和，因此勵磁電流較小，有利于減小不平衡電流。同時，TA的暫態(tài)特性也得到了改善。變壓器兩側(cè)電流相位不同引起的電流不平衡，變壓器Y側(cè)的TA二次繞組通過相位補償?shù)姆椒ń尤隮，變壓器側(cè)的TA二次繞組接入Y，補償300的相位差。同時，為了使正常情況下每相兩臂的電流相等，電流互感器的比例應(yīng)加倍，即互感器側(cè)的電流互感器的比例為，相位由微機

11、保護中的軟件校正。5.由實際比率和計算的TA比率之差引起的不平衡電流采用數(shù)值補償法。1)利用自耦變壓器消除不平衡電流。自耦變壓器連接到變壓器二次電流小的一側(cè)，如圖(A)所示。在圖(B)中，差動線圈和平衡線圈的匝數(shù)被適當選擇，使得差動繼電器中的電流為0，不平衡電流被補償。3)變壓器微機保護軟件采用補償系數(shù)，使差動回路不平衡電流最小。不同TA模型引起的不平衡電流：整定計算中引入了同態(tài)系數(shù)KSS，模型相同時為0.5，模型不同時為1。7.整定計算中應(yīng)考慮變壓器調(diào)壓分接頭變化引起的不平衡電流。變壓器縱差保護整定時應(yīng)避免的最大不平衡電流為：一般為1.31.5，1，電壓調(diào)節(jié)范圍的一半，初始計算為0.05，8

12、，減少了暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響。用于差動保護的中間轉(zhuǎn)換器具有快速飽和特性。然而，差動保護的運行速度變慢(約12個周期)，直到非周期分量衰減很大時才能正常運行。或者利用具有制動特性的差動繼電器或不連續(xù)角原理的差動繼電器來解決暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響。3.差動保護使用BCH-2差動繼電器1。差動保護采用BCH-2型差動繼電器結(jié)構(gòu)和工作原理快速飽和變換器的核心：SB=2SC=2SA原理：C柱中的磁通量有，方向與方向相反，起到退磁作用；方向與的方向相同，起到輔助磁性的作用。因此，C柱中的總磁通量和短路線圈的內(nèi)部布線如圖913所示。(1)短路線圈是開路的，沒有短路線圈產(chǎn)生的磁通量，短路線圈

13、是速度飽和的差動繼電器(2)短路線圈連接后，如果周期性分量電流被引入到NOP中，并且2NK1=NK2被保持(只要具有相同字母的抽頭被用于連接)，那么短路線圈產(chǎn)生的樣本輔助相當于退磁，這意味著短路線圈沒有效果。繼電器的動作磁勢與沒有短路線圈的相同。如果NK2的匝數(shù)單獨增加，即增長率NK2/NK1的比值增加，由于磁輔助的增強，其將增加，而電流繼電器的工作電流是恒定的，并且繼電器在工作時需要減小(即安培匝數(shù))。相反，如果單獨增加NK1的匝數(shù)，磁勢將大于60安培匝數(shù)。如果Nop被供給包含DC分量的電流，則DC分量電流飽和鐵芯，這惡化了轉(zhuǎn)換器的傳輸性能，并且降低了次級線圈中的感應(yīng)電勢，而短路線圈將進一步

14、降低次級線圈的感應(yīng)電勢。當鐵芯飽和時，NK1和NK2的匝數(shù)將增加，雖然它將保持2NK1=NK2，但短路線圈的磁勢將增加，因此避免非周期分量的能力將增強。因此，NK1和NK2的匝數(shù)應(yīng)根據(jù)以下條件選擇：對于小型變壓器，由于勵磁涌流的倍數(shù)大，內(nèi)部故障時非周期分量衰減快，對保護動作時間要求低，一般選擇較大的匝數(shù)，如C1C2和D1D2。對于中型變壓器，由于浪涌電流倍數(shù)小，非周期分量衰減慢，保護動作時間短，一般選擇較小的匝數(shù)，如A1A2和B1B2。BCH二號差動繼電器各線圈的功能如下：a .差動線圈與TA二次回路相連，產(chǎn)生差動磁通。平衡線圈是為了補償變壓器兩側(cè)電流互感器計算值與實際值之差引起的不平衡電流。

15、短路線圈的作用是加強DC分量的磁效應(yīng)，提高繼電器避免非周期分量的能力。d、次級線圈的作用是產(chǎn)生次級電勢，使執(zhí)行機構(gòu)勵磁。(2)由BCH-2型差動繼電器組成的差動保護和由BCH-1型差動繼電器組成的縱差保護的接線。由次級線圈N2的兩個部分中的不同磁通量分別感應(yīng)的電勢在幅度上和方向上相等。因此，NOP與Nbal1和Nbal2之間存在互感，當流入差動電路的電流達到啟動值時，可以使繼電器動作。制動磁通brk是一個由兩列組成的閉環(huán)，因此在Nbrk和NOP、Nbal1和Nbal2之間沒有互感。然而，次級線圈中由brk感應(yīng)的電勢大小相等，方向相反，并且相互抵消，因此在Nbrk和N2之間沒有互感。當不考慮制動

16、線圈時，差動線圈和二次線圈相當于一個快速飽和變換器，可以消除不平衡電流和涌流中非周期分量的影響。2)繼電器的工作原理當制動線圈中沒有電流時，電流被引入差動線圈，由該電流產(chǎn)生的磁通量在次級線圈中感應(yīng)出一定的電勢E20，這使得繼電器的致動器動作。當Nbrk中有電流時，它將在磁芯的兩側(cè)產(chǎn)生磁通量brk，這將使磁芯飽和并降低磁導(dǎo)率。從而削弱了NOP中周期分量向N2的傳輸。此時，有必要增加NOP中的電流，以使線圈N2中感應(yīng)的電勢E20，并使繼電器的致動器動作。結(jié)論：繼電器的啟動電流隨著制動電流的增加而增加。繼電器的啟動電流Ik acto和制動電流Ibrk之間的關(guān)系，即Ik acto=f(IbRk)，稱為制動特性曲線。對于多側(cè)電源變壓器區(qū)的故障，如果制動曲線過于向上，繼電器可能會拒絕運行。制動系數(shù)從原點到制動特性曲線的切線與橫軸的夾角為，tg稱為制動系數(shù)。為了保證內(nèi)部故障時繼電器的可靠運行，制動系數(shù)一般不大于0.50.6。接線：3)靈敏度最不利的情況是單個電力變壓器有內(nèi)部故障，制動線圈和差動線圈有相同的電流。關(guān)系曲線如圖9-19中的直線5所示。制動線圈連接在哪邊，原理確定如下：當區(qū)域外有故障時，制