國家電網(wǎng)繼電保護培訓課程----變壓器保護

1、變壓器的故障率及保護動作情況變壓器的故障率及保護動作情況1）2001年全國共有220KV變壓器3048臺，全年共發(fā)生83次故障，其中30次本體故障，53次外部故障。故障率為2.723%。2）“九五”期間，220kV及以上系統(tǒng)繼電保護正確動作率平均達97.21，2000年已超過98.5；但2001年220KV及以上變壓器保護動作總次數(shù)為252次，正確動作208次，誤動43次，拒動1次，正確動作率82.54%，變壓器差動保護的正確動作率更變壓器差動保護的正確動作率更低，約在低，約在60%左右左右。嚴重威脅系統(tǒng)的安全。造成這一結(jié)果的原因是多方面的，有管理的不足；有技術(shù)的缺陷；有當前工作人員的素質(zhì)問題

2、，包括設計、制造、整定調(diào)試、運行維護諸方面的失誤。 變壓器的保護種類：變壓器的保護種類：1）瓦斯保護；2）電流速斷保護；3）縱差保護；4）零差保護；5）過流保護（低壓閉鎖過流保護、復合電壓閉鎖過流、負序電流保護和單相式低電壓起動過電流保護、零序電流電壓保護）；6）過負荷保護；7）過勵磁保護。 瓦斯保護瓦斯保護：是反應故障時的氣體而構(gòu)成的保護，是油箱內(nèi)部故障的主保護，800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內(nèi)油浸變壓器均應裝設瓦斯保護。有載調(diào)壓開關(guān)亦應裝設瓦斯保護。瓦斯保護對變壓器內(nèi)部故障反應較為靈敏，因而它是變壓器內(nèi)部故障的主保護。但它不能保護變壓器本體外的故障，因此，需要設

3、置差動保護，以確保變壓器安全、正常地運行。變壓器局部發(fā)生擊穿或短路故障時，常常是破壞絕緣或變壓器油產(chǎn)生氣體。監(jiān)視氣體發(fā)生的速度，分析氣體的各種特征及成份，可以間接地推測故障發(fā)生的原因、部位和嚴重程度，在變壓器出現(xiàn)突然性嚴重故障時自動報警或切斷電源。瓦斯保護主要由氣體繼電器構(gòu)成，瓦斯保護主要由氣體繼電器構(gòu)成，氣體繼電器在安裝時，應該使變壓器內(nèi)貯存空氣及在故障時使空氣迅速可靠地進入氣體繼電器，保證正確動作。瓦斯保護分為兩種：瓦斯保護分為兩種：一是輕瓦斯保護動作于信號，另一種是一是輕瓦斯保護動作于信號，另一種是重瓦斯保護動作于斷路器跳閘。重瓦斯保護動作于斷路器跳閘。當箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時

4、，動作于信號，當產(chǎn)生大量瓦斯時，動作于跳閘。輕瓦斯保護動作，通常有下列原因輕瓦斯保護動作，通常有下列原因：(1)因進行濾油、加油和啟動強油循環(huán)裝置而使空氣進入變壓器。(2)因溫度下降或漏油致使油面緩慢低落。(3)因變壓器輕微故障而產(chǎn)生少量氣體。(4)由于外部穿越性短路電流的影響。(5)因直流回路絕緣破壞或接點劣壞引起的誤動作。引起重瓦斯保護動作跳閘的原因引起重瓦斯保護動作跳閘的原因：可能是由于變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障，油面劇烈下降或保護裝置二次回路故障，在某種情況下，如檢修后油中空氣分離的太快，可能導致瓦斯保護動作于跳閘。定時限過電流保護：定時限過電流保護：定時限過電流保護是指起動電流按照躲開最

5、大負荷電流來整定的一種保護。它在正常運行時不動作。而在有故障時，則反應電流的增大而動作。三繞組變壓器過流保護的特點：三繞組變壓器過流保護的特點：在發(fā)生外部短路時，要求只斷開故障一側(cè)的斷路器，而使變壓器的另外兩側(cè)仍然可以繼續(xù)運行，以提高供電可靠性。1）對單側(cè)電源的變壓器應裝設兩套過流，一套裝在負荷側(cè)，時間為t1，動作于本側(cè)斷路器，另一套裝在電源側(cè)，有二個時限為t2和t3，分別動作于另一負荷側(cè)和變壓器三側(cè)，時限配合為t1t2t3。2）對二側(cè)電源的三繞組變壓器應裝設三側(cè)過流，在動作時限較小的一個電源側(cè)加方向，以保證選擇性。 過勵磁保護：過勵磁保護：由于變壓器發(fā)生過勵磁故障時并非每次都造成設備明顯破壞

6、，往往容易被人忽視。當過勵磁發(fā)生時，鐵芯飽和，勵磁電流急劇增加，鐵損增加，鐵芯溫度上升，加速絕緣老化，使繞組的絕緣強度和機械性能惡化，還可能造成繞組對鐵芯的主絕緣損壞，而且油箱內(nèi)壁油漆熔化還會使變壓器油污染。繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程DL400-91規(guī)定高壓側(cè)電壓為500KV的變壓器，對頻率降低和電壓升高引起的變壓器工作磁密過高，應裝設過勵磁保護，保護由兩段組成，低定值段動作于信號，高定值段動作于跳閘。負序電流保護和單相低電壓起負序電流保護和單相低電壓起動過電流保護：動過電流保護：一般用于63MVA及以上的升壓變壓器。不對稱短路后備保護采用負序保護，對稱短路后備保護采用單相低電壓起動過電流

7、保護。接地保護：接地保護：在大接地電流系統(tǒng)中的變壓器，一般要求在變壓器上裝設接地（零序）保護，以作為變壓器本身主保護的后備保護和相鄰元件接地短路的后備保護，系統(tǒng)接地短路時，零序電流的大小和分布與系統(tǒng)中變壓器中性點接地的數(shù)目和位置有很大關(guān)系。考慮變壓器中性點接地的位置和數(shù)目時，一般應使零序電流的分布盡可能保護不變，保護零序保護有足夠的靈敏度和不使變壓器承受危險過電壓。1）在多電源系統(tǒng)中，每個發(fā)電廠至少有一臺變壓器的中性點接地，以防止發(fā)生由于接地短路引起的危險過電壓。2）在發(fā)電廠和低壓側(cè)有電源的變電所的變壓器多于一臺時，應該將部分變壓器的中性點接地。當接地的變壓器檢修或由于其它原因停運時，可將另一

8、臺變壓器接地，以保持變壓器接地數(shù)目不變，從而保持零序電流的分布基本不變。采用部分變壓器中性點接地方式后，當接地變壓器跳閘后，低壓側(cè)有電源的不接地變壓器仍電接地故障運行，高壓側(cè)就成為不接地系統(tǒng)，從而產(chǎn)生危險的過電壓。故應有保護將中性點不接地變壓器也切除。3）低壓無電源的變壓器的中性點多采用不接地運行，以提高保護的靈敏度和簡化保護接線（可不裝設方向元件）。(P204)并聯(lián)運行變壓器部分中性點接地時的零序保護：并聯(lián)運行變壓器部分中性點接地時的零序保護：當變電所有兩臺以上變壓器并聯(lián)運行時，通常只有一部分變壓器中性點接地，而另一部分變壓器的中性點則不接地。這時，中性點不接地的變壓器上無法實施零序電流保護

9、，而且在發(fā)生接地故障時，對分接絕緣變壓器還可能帶來危害。所以，在變壓器部分接地的變電所中，發(fā)生接地短路后，應先切除中性點不接地的變壓器。目前廣泛采用的一種由零序電流元件和零序電壓元件組成的零序保護。零序電壓保護是變壓器中性點不接地運行方式下的零序保護,動作時間為t2，零序電流保護用作變壓器中性點接地運行方式下的零序保護，動作時間為t1。為了保證發(fā)生單相接地短路時，先切除中性點不接地的變壓器，t1應比t2大一個時間級差。此外，在這種零序保護中還設有一個小母線M，任何一臺中性點接地變壓器的零序電流保護動作后，將正電源加到這個小母線上，以便向中性點不接地變壓器的零主觀性電壓保護提供操作電源。變壓器差

10、動保護原理：變壓器差動保護原理：差動保護是按環(huán)流原理設計的。差動保護采集的模擬量輸入I1、I2、I3：三側(cè)二次電流，由(Il十I2十I3)構(gòu)成差動電流，作為保護的動作量，即(Il十I2十I3)整定值時，差動保護就動作，跳變壓器各側(cè)斷路器。1)正常運行和外部故障時，接于變壓器兩側(cè)電流互感器都有電流流過，高壓側(cè)電流I1、I2與低壓側(cè)電流I3，大小相等，方向相反，因而在差動保護中流過的電流為0，保護不會動作。2)差動保護的保護范圍發(fā)生短路等故障時，只有接于高壓側(cè)互感器流過短路故障電流，而低壓一、二次側(cè)電流均為零。此時流入差動保護內(nèi)的電流為短路電流 若此值大于保護動作整定值，則差動保護動作。 差動保護

11、的保護范圍為變壓器各側(cè)安裝差動電流差動保護的保護范圍為變壓器各側(cè)安裝差動電流互感器之間的一次電氣部分互感器之間的一次電氣部分： 1)變壓器引出線及變壓器線圈發(fā)生多相短路； 2)變壓器線圈單相嚴重的匝間短路；3)在大電流接地系統(tǒng)中變壓器線圈與鐵芯及引出線上的接地故障。當變壓器的差動保護動作于跳閘時，如有備用變壓器、應首先將備用變壓器投入，然后對差動保護范圍內(nèi)各部分進行檢查。主要進行下列檢查：(1)檢查變壓器套管是否完整，連接變壓器的母線上是否有閃絡的痕跡。(2)檢查電纜頭是否有損傷，電纜是否有移動現(xiàn)象。 若檢查結(jié)果沒有上述現(xiàn)象，則應查明變壓器內(nèi)部是否有故障。當變壓器內(nèi)部有損傷時，則不允許將變壓器

12、合閘送電。有時，差動保護在其保護范圍外部發(fā)生短路時，可能會誤動作，如果變壓器沒有損傷的跡象時，則應檢查差動保護的直流回路。若沒有發(fā)現(xiàn)變壓器故障，就可空載合閘試送電；合閘后，經(jīng)檢查正常時，方可與其它線路接通。若跳閘時，一切都正常時，則可能為保護誤動作。此時應將各側(cè)的斷路器和隔離開關(guān)斷開，由試驗人員試驗差動保護的整套裝置。若差動保護動作正確時則必須將故障找出。并消除后，方允許將變壓器投入運行。差動保護一般應用差動保護一般應用1、并列運行的變壓，容量為6300kVA以上時；2、單獨運行的變壓器，容量為10000kVA以上時；3、發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)用的重要變壓器，容量為6300KVA以上時

13、。變壓器差動保護的關(guān)鍵：變壓器差動保護的關(guān)鍵：1）區(qū)外故障時最大不平衡電流與內(nèi)部故障時靈敏度間的矛盾。2）正確識別勵磁涌流和內(nèi)部故障時的短路電流。解決第一個問題的方法主要解決第一個問題的方法主要是采用比率制動原理，其制動特性可以是三折線段組成；此外還可以采用故障分量比率差動原理、標積制動原理和相角比較式差動原理。解決第二個問題解決第二個問題主要采用二次諧波制動、鑒別電流波形間斷角大小原理和波形對稱原理?？v差保護值得注意的幾個問題縱差保護值得注意的幾個問題1、Y/變壓器的相位變換2、變壓器帶負荷調(diào)壓3、互感器誤差4、互感器斷線5、互感器飽和6、勵磁涌流 二次諧波制動原理的優(yōu)勢二次諧波制動原理的優(yōu)

14、勢是對采樣速率和測量要求相對較低，算法上容易實現(xiàn)；二次諧波特征量容易提取。不足：不足：由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)逐步向高電壓大容量發(fā)展，線路變壓器組接線方式普通的采用。變壓器低壓側(cè)由于靜止無功補償器的大量使用。所以在變壓器內(nèi)部故障時也會產(chǎn)生大量二次諧波分量，延緩差動保護的動作速度。易受系統(tǒng)其它因素產(chǎn)生的諧波的影響，如超高壓輸電線的分布電容，變壓器低壓例的串補電容，變電所電纜電容以及CT飽和產(chǎn)生的諧波。導致變壓器內(nèi)部故障時仍含有較大諧波分量。由于采用三相或制動方式，會出現(xiàn)故障變壓器空投時非故障相閉鎖故障相的現(xiàn)象，導致變壓器保護延時動作，由于勵磁涌流的衰減與變壓器合閘回路的電阻電感等參數(shù)相關(guān)，其時間常數(shù)可

15、能較大，因而不利于迅速切除故障。間斷角制動原理的比率差動保護間斷角制動原理的比率差動保護目前在高電壓等級的變壓器保護中使用日益廣泛，其主要優(yōu)勢是能提高差動保護的動作速度，特別是對于空投變壓器的內(nèi)部故障的切除，其速度大大快于以二次諧波制動原理構(gòu)成的比率差動保護，但因間斷角存在縮小和消失的情況，所以其對采樣速率和測量精度要求比較高。目前間斷角原理構(gòu)成的比率差動保護普遍采用每周波48點的高采樣速率，使用AD采樣變換原理的已經(jīng)普遍采用14位AD；另外CT飽和會導致二次側(cè)勵磁涌流的畸變，造成間斷角消失，而變壓器剩磁倍數(shù)的大小與間斷角的大小也存在一定的關(guān)系。當剩磁倍數(shù)大于0.6時間斷角極小，難于判斷，這些因素均會造成間斷角制動原理的比率差動保護難以