35KV變壓器的保護(hù)

1、 淺談變壓器保護(hù)行唐縣供電公司 孫亮核心期刊征稿一、概述電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。變壓器之于變電站就好像心臟之于人體，是變電站中最昂貴的設(shè)備，變壓器故障會(huì)對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此應(yīng)該根據(jù)變壓器容量和重要程度裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的繼電保護(hù)裝置。下面以35kv雙卷變?yōu)槔接懽儔浩鞅Ｗo(hù)。 二、變壓器的故障和異常 變壓器故障可以分為內(nèi)部故障和外部故障（1） 內(nèi)部故障分為三種，如圖： 第一種、變壓器繞組相間短路 ；圖中用d1表示 第二種、變壓器繞組匝間短路 ；圖中用d2表示 第三種、變壓器繞組接地短路 ：圖中用d3表示 （2） 外部故障分為兩種，如圖： 第一種

2、、絕緣套管的相間短路與接地短路；圖中用d1表示 第二種、引出線上發(fā)生的相間短路和接地；圖中用d2表示 其次：變壓器的異常： 第一、由于外部短路引起的過(guò)電流； 第二、負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷； 第三、油箱漏油造成的油面降低； 變壓器的故障要?jiǎng)幼饔诘糸l或動(dòng)作于信號(hào)，對(duì)于異常工作狀態(tài)，變壓器保護(hù)也必須能夠反應(yīng)。發(fā)告警信號(hào)，或延時(shí)跳閘。三、變壓器保護(hù)配置 針對(duì)以上分析結(jié)果，對(duì)于不同類型的故障和異常，設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)，變壓器保護(hù)可以分為主保護(hù)和后備保護(hù)兩種。1、主保護(hù)（包括瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)）（1）瓦斯保護(hù)：本體和有載重瓦、輕瓦。其中輕瓦動(dòng)作于信號(hào)，重瓦動(dòng)作于跳閘 針對(duì)：各種內(nèi)部故

3、障及漏油。 優(yōu)點(diǎn)：油箱內(nèi)部所有故障，有較高靈敏性。 缺點(diǎn)：動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)；保護(hù)范圍小，不能反應(yīng)油箱外部的故障。（2）縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)（反映電氣量的保護(hù)，根據(jù)變壓器容量選擇，一般容量6300kva以上的變壓器裝設(shè)縱差保護(hù)，這也是目前石家莊地區(qū)普遍采用的保護(hù)方式） 縱差保護(hù)反應(yīng)繞組、套管及引出線上的相間短路，在一定程度上反應(yīng)繞組內(nèi)部匝間短路及中性點(diǎn)接地側(cè)的接地短路。 特點(diǎn)：瞬時(shí)動(dòng)作切除故障2、 后備保護(hù) 包括：（1） 過(guò)電流保護(hù) （2）復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)流保護(hù)3、其它非電氣量保護(hù) (1) 油箱內(nèi)溫度（溫度計(jì)，可以將溫度信號(hào)通過(guò)站端遠(yuǎn)傳至調(diào)度，發(fā)報(bào)警信號(hào)） (2) 壓力升高（通過(guò)主變郵箱頂蓋上的防

4、爆閥，當(dāng)內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重短路故障，絕緣油受熱急劇膨脹將通過(guò)防爆閥釋放壓力）上面介紹了變壓器的主后及非電量保護(hù)，我們可以通過(guò)一幅圖來(lái)直觀地對(duì)比各種保護(hù)的保護(hù)范圍：差動(dòng)保護(hù)范圍高后備保護(hù)范圍低后備保護(hù)范圍非電量保護(hù)范圍在主變內(nèi)部，范圍最小；差動(dòng)保護(hù)范圍為兩側(cè)ct之間，高后備保護(hù)范圍可延伸到主變低壓側(cè)，低后備保護(hù)范圍為低壓側(cè)ct以下、母線和出線開(kāi)關(guān)近距離部分，還可作為出線保護(hù)的后備保護(hù)。需要說(shuō)明的是：為了使差動(dòng)保護(hù)范圍最大化，ct差動(dòng)圈選用最外側(cè)的圈，而且將開(kāi)關(guān)包在ct內(nèi)側(cè)。四、變壓器的縱差保護(hù)1、 變壓器縱差保護(hù)原理如圖： 變壓器兩側(cè)ct都以母線側(cè)為同名端，當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，高低壓側(cè)一次電流流向都是

5、從上至下，方向相同，二次電流方向相反，矢量和為零，保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部短路時(shí)低壓側(cè)電流減小，可視為零，高壓側(cè)電流突然增大，流入繼電器的二次電流為不平衡電流這個(gè)值比較大，繼電器動(dòng)作，開(kāi)關(guān)掉閘，故障切除。 變壓器縱差保護(hù)原理簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不容易，有若干種干擾因素產(chǎn)生的不平衡電流，使得正常情況下流入差動(dòng)繼電器的電流不為零：2、引起變壓器縱差保護(hù)不平衡電流的主要因素有： （1）變壓器兩側(cè)繞組接線方式不同； （2）變壓器、電流互感器的計(jì)算變比與實(shí)際變比不同； （3）變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭； （4）電流互感器傳變誤差的影響； （5）變壓器勵(lì)磁電流產(chǎn)生的不平衡電流； （6）變壓器勵(lì)磁涌流 （1） 變

6、壓器兩側(cè)繞組接線方式不同產(chǎn)生的不平衡 圖中為兩卷變中最常見(jiàn)的星三角yd11接線方式，由向量圖可以看出同一相的三角側(cè)比星測(cè)滯后30° 解決辦法：將星側(cè)ct二次側(cè)接為角形，三角側(cè)ct二次接為星型。這種方法現(xiàn)在基本已經(jīng)不用了，目前大多變壓器均采用微機(jī)保護(hù)，兩側(cè)都接成星形，在保護(hù)裝置內(nèi)部進(jìn)行軟件調(diào)整。十分方便。（2） ct的計(jì)算變比與實(shí)際變比不同產(chǎn)生的不平衡 變壓器的變比、電流互感器的變比都是根據(jù)產(chǎn)品目錄來(lái)選擇的標(biāo)準(zhǔn)變比，很難滿足。 比如一臺(tái)10000kva變壓器，額定電壓35/10.5kv，高壓側(cè)額定電流=10000/1.732/35=165a,低壓側(cè)額定電流=10000/1.732/10

7、.5=550a,高壓側(cè)ct變比應(yīng)選165/5，低壓側(cè)ct變比應(yīng)選550/5，實(shí)際并沒(méi)有這種規(guī)格的ct，只能選200/5和600/5。所以應(yīng)該nta2/nta1=165/5/550/5=3.33，也就是變壓器變比，而實(shí)際上ct變比之比=3。（3） 變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生的不平衡 變壓器在運(yùn)行中常常需要改變分接頭來(lái)調(diào)電壓，這樣就改變了變壓器實(shí)際變比，出現(xiàn)不平衡差流。 解決辦法: 定值整定時(shí)增大動(dòng)作電流門(mén)檻值。（4）兩側(cè)電流互感器傳變誤差產(chǎn)生的不平衡 a.穩(wěn)態(tài)不平衡電流 變壓器兩側(cè)電流互感器的型號(hào)不同，勵(lì)磁特性差別較大。 b.暫態(tài)不平衡電流 外部故障時(shí)，短路電流中還含有非周期暫態(tài)分量，非周期分量

8、按一定的時(shí)間常數(shù)衰減，是低頻分量，大部分流經(jīng)勵(lì)磁支路，增加 ct 的傳變誤差，導(dǎo)致不平衡電流增大。 克服措施: a.選用具有較好暫態(tài)傳變特性的ct； b.增大動(dòng)作電流門(mén)檻值；(5) 變壓器勵(lì)磁涌流的影響 當(dāng)變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)過(guò)程中，由于變壓器鐵心中的磁通急劇增大，使變壓器鐵心瞬時(shí)飽和，出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流可達(dá)變壓器額定電流的 68 倍，如不采取措施變壓器縱差保護(hù)將會(huì)誤動(dòng)。這一因素是影響差動(dòng)保護(hù)的重要因素。穩(wěn)態(tài)時(shí)，磁通滯后電壓 90°；當(dāng) u=0 時(shí)投入變壓器，鐵心出現(xiàn)磁通 m ，鐵心中磁通不能突變，必須產(chǎn)生 +m 的非周期分量，以抵消 m ，使得 =0

9、 ，考慮到剩磁sy的影響，半個(gè)周波后，鐵心中的磁通達(dá)到最大值，嚴(yán)重飽和，對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁涌流此時(shí)也達(dá)到最大。單相變壓器勵(lì)磁涌流的特征 a.數(shù)值較大，可達(dá)額定電流的68倍，偏于時(shí)間軸一側(cè)； b.含有較大的直流分量； c.勵(lì)磁涌流中含有大量的諧波分量，其中以二次諧波為主； d.勵(lì)磁涌流的波形中有間斷。 解決方法：采用勵(lì)磁涌流閉鎖措施：（有基于三種原理的閉鎖） a.二次諧波制動(dòng)原理；（目前多采用） b.間斷角制動(dòng)原理； c.波形對(duì)稱原理； 前面我們針對(duì)不同問(wèn)題采取對(duì)應(yīng)措施躲過(guò)了正常情況下的不平衡電流，但還有一種不平衡電流：外部故障時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流，這就引出了一個(gè)概念：“比率制動(dòng)”，下面介紹比率制動(dòng)式縱差

10、保護(hù)：3、比率制動(dòng)式縱差保護(hù) 流入差動(dòng)繼電器的不平衡電流與變壓器外部故障時(shí)的穿越電流有關(guān)，穿越電流越大，不平衡電流越大。比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)，利用反應(yīng)變壓器穿越電流大小的制動(dòng)電流，使保護(hù)動(dòng)作電流隨制動(dòng)電流而變化，當(dāng)外部短路穿越電流增大，制動(dòng)電流隨之增加，增強(qiáng)了外部故障時(shí)的制動(dòng)作用，有效地防止了不平衡電流引起的誤動(dòng)，同時(shí)提高了內(nèi)部故障時(shí)的靈敏度。目前廣泛應(yīng)用的數(shù)字式變壓器縱差動(dòng)保護(hù)，普遍使用兩折線或三折線比率制動(dòng)特性。以兩折線為例：動(dòng)作判據(jù)是：在制動(dòng)電流小于最小制動(dòng)電流時(shí)，動(dòng)作電流應(yīng)大于等于最小動(dòng)作電流，在制動(dòng)電流大于最小制動(dòng)電流時(shí)，考慮制動(dòng)系數(shù)，滿足下面的公式即可，其中id=兩側(cè)ct二次電流的矢量

11、和，制動(dòng)電流采用兩種算法。4、差動(dòng)電流速斷保護(hù) 在變壓器嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)，短路電流較大，使得ct飽和，其二次電流中高次諧波分量增大，可能影響到比率差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作，因此，變壓器縱差動(dòng)保護(hù)應(yīng)配置差動(dòng)電流速斷保護(hù)，作為輔助保護(hù)加快內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作速度，其實(shí)質(zhì)是反應(yīng)差動(dòng)電流的電流瞬時(shí)速斷保護(hù)。按照躲過(guò)勵(lì)磁涌流整定即：（610）ie。五、變壓器的后備保護(hù) 高壓側(cè)后備保護(hù)：用以防止變壓器外部短路引起變壓器繞組的過(guò)電流及作為變壓器本身差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備； 低壓側(cè)后備保護(hù)：當(dāng)變壓器所連接母線未裝設(shè)專用母線保護(hù)時(shí)也作為母線的保護(hù)。還可以作為出線的近距離故障保護(hù)的后備。 后備保護(hù)可選用過(guò)電流保護(hù)或復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。 1. 過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流按躲過(guò)變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定：需要分別考慮躲過(guò)并列運(yùn)行的變壓器切除一臺(tái)時(shí)產(chǎn)生的過(guò)負(fù)荷電流，躲過(guò)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的自起動(dòng)電流等