電力變壓器保護(張舉)

一、變壓器的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護方式1（一）變壓器的故障

21.油箱內(nèi)部故障（1）各相繞組之間的相間短路。（2）單相繞組的匝間短路。

32.油箱外部故障（1）引出線的相間短路。（2）絕緣套管閃絡(luò)或破壞、引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路。4（二）變壓器的不正常工作狀態(tài)5（1）大容量變壓器的過勵磁;（2）外部相間短路引起的過電流;（3）外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓;（4）過負荷;（5）漏油等原因引起的油面降低;6（三）變壓器應(yīng)裝設(shè)的保護7

（1）重瓦斯保護。1.主保護（2）縱聯(lián)差動保護。（3）電流速斷保護。82.外部相間短路的后備保護（1）過電流保護（2）低電壓起動的過電流保護（3）復(fù)合電壓起動的過電流保護（4）負序電流及單相式低電壓起動的過電流保護（5）阻抗保護93.外部接地短路的后備保護（1）零序電流保護（2）零序電流方向保護（3）零序過電壓保護（4）間隙電流保護和零序電壓保護104.其他保護（1）過負荷保護（2）過勵磁保護11

5.其他非電量保護

輕瓦斯保護、油溫高保護、冷卻器故障、壓力釋放保護等12二、變壓器差動保護的基本原理及其不平衡電流13（一）變壓器縱差動保護的基本原理14****I-I15****I-I16（二）變壓器差動保護的不平衡電流171.由勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流正常情況下，勵磁電流為額定電流的（2%～5%）空載投入變壓器產(chǎn)生勵磁涌流外部故障切除后電壓恢復(fù)產(chǎn)生勵磁涌流18（1）單相變壓器的勵磁涌流分析19

則鐵心中的磁通為：合閘20設(shè)合閘時電壓的初相角經(jīng)過0.01秒，鐵心中磁通達到：21變壓器勵磁涌流的波形圖22例1例2例3例4基波100100100100二次諧波36315023三次諧波76.99.410四次諧波96.25.4-直流66806273勵磁涌流（%）勵磁涌流試驗數(shù)據(jù)舉例23（2）勵磁涌流的特征含有很大的衰減非周期分量；含有大量的高次諧波，其中以二次諧波為主；涌流波形不連續(xù)，有間斷角；涌流波形不對稱；24

（3）影響涌流特征的因素電源電壓的大??；合閘時電壓的初相角α；鐵芯中剩磁的大小和方向；變壓器鐵芯的飽和磁通；25

三相變壓器的接線方式；變壓器的中性點接地方式；三相變壓器鐵芯的結(jié)構(gòu)形式；系統(tǒng)的阻抗大小和相角；26

（4）防止勵磁涌流引起差動保護誤動的方法采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器；采用間斷角原理的差動保護；利用二次諧波制動；利用波形對稱原理的差動保護；272.三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流28Y，d11變壓器接線和向量圖293031I-II-II-I************32333.由計算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同產(chǎn)生的不平衡電流3435363738利用差動繼電器的平衡線圈進行補償****I-I**39平衡線圈通常接在二次電流較小的一側(cè)40其中：在整定計算中不平衡電流按下式計算：41區(qū)外短路的最大短路電流三相電流互感器接線系數(shù)平衡線圈的計算匝數(shù)與整定匝數(shù)不等的相對誤差42平衡線圈的計算匝數(shù)平衡線圈的整定匝數(shù)差動線圈的整定匝數(shù)434.由電流互感器變比誤差產(chǎn)生的不平衡電流理想特性1TA2TA44由電流互感器變比誤差引起的不平衡電流外部短路電流45差動保護的不平衡電流46考慮非周期分量的影響時：47非周期分量影響系數(shù)電流互感器同型系數(shù)電流互感器的幅值誤差，取10%485.有載調(diào)壓變壓器分接頭位置改變產(chǎn)生的不平衡電流或取變壓器調(diào)壓范圍的一半49變壓器差動保護的最大不平衡電流：50(三)具有制動特性的BCH-1型差動繼電器51I-I*********5253制動繞組的接法對差動保護性能的影響：（1）單側(cè)電源變壓器，制動繞組接于負荷側(cè)，外部故障有制動作用，內(nèi)部故障無制動作用。保護的最小動作電流為54（2）單側(cè)電源變壓器，制動繞組接于電源側(cè)，外部故障有制動作用，內(nèi)部故障差電流與制動電流相等。保護的最小動作電流為55（3）雙側(cè)電源變壓器且兩側(cè)電源容量相等，制動繞組接于任一側(cè)，外部故障有制動作用，內(nèi)部故障差電流為制動電流的兩倍。保護的最小動作電流為56(一般取0.3~0.4)無制動57三、比率制動特性的變壓器差動保護58（一）比率制動特性59--最小動作電流--拐點電流--比率制動特性的斜率60動作判據(jù)當(dāng):當(dāng):61（二）比率制動特性的變壓器差動保護的定值整定62631.最小動作電流按躲過變壓器在正常運行條件下產(chǎn)生的不平衡電流整定642.拐點電流3.制動特性的斜率654.變壓器差動保護邏輯框圖A相二次諧波B相二次諧波C相二次諧波五次諧波制動CT二次斷線差流越限告警A相比率制動C相比率制動B相比率制動A相差動速斷B相差動速斷C相差動速斷差動出口斷線信號越限信號&66四、變壓器相間短路的后備保護67（一）過電流保護681.單相原理接線69（1）對并列運行的變壓器（2）對降壓變壓器

2.整定計算70（二）低電壓起動的過電流保護711.單相原理接線QF1QF2tQF1QF2KAKTKS跳跳信號IU<U<電壓回路斷線信號接至低壓側(cè)TV接至高壓側(cè)TVKV1KV2KMKCO72（1）起動電流

（2）動作電壓2.整定計算73（三）復(fù)合電壓起動的過電流保護741.原理接線tQF1QF2KA1KTKS跳QF1跳QF2信號IU2>U<電壓回路斷線信號KV1KV2KMKCOKA2IKA3IU2abc接至母線TV75

負序電壓繼電器的動作電壓，通常取:

2.整定計算76(四)負序過電流保護771.原理接線782.整定計算動作電流的整定原則：（1）躲變壓器正常運行時，負序電流濾過器的最大不平衡電流。?。?9（2）躲過線路一相斷線時引起的負序電流80（3）與相鄰元件上的負序電流保護在靈敏度上配合。在實際工程中可?。?1(五)變壓器的阻抗保護82阻抗保護用于330-500kV大型變壓器上作為變壓器引線、母線及相鄰線路的后備保護。阻抗繼電器采用同名相的電壓、電流：83設(shè)阻抗繼電器取發(fā)電機端的電壓和電流，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生短路。在低壓側(cè)：84測量阻抗：85阻抗繼電器采用正、負序電壓、電流：阻抗繼電器取發(fā)電機端的電壓和電流，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生各種短路時的測量阻抗：8687阻抗保護的整定計算：（1）與相鄰元件的主保護配合（2）按相鄰母線短路有靈敏度整定88五、變壓器的接地保護89（一）中性點直接接地變壓器的零序電流保護90跳QF跳QF1、QF291按與相鄰元件的零序電流保護Ⅰ段配合整定零序電流保護的分支系數(shù)；1.零序一段整定原則92按與相鄰元件的零序電流保護后備段配合相鄰元件的零序電流保護后備段動作電流2.零序二段整定原則93（二）部分變壓器中性點接地的零序電流電壓保護9495

當(dāng)變壓器接地時可采用“（一）中性點直接接地變壓器的零序電流保護”的方法。

1.全絕緣變壓器的接地保護96變壓器不接地時采用零序電壓保護；零序電壓繼電器的動作電壓按躲過部分變壓器接地電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，保護安裝處可能出現(xiàn)的最大零序電壓整定。一般取180V。動作時間取

97跳QF1跳QF982.分級絕緣變壓器的接地保護(1)任一組母線上至少有一臺變壓器中性點接地運行；99零序電流保護二段設(shè)有兩個時限，時限跳開分段斷路器，時限跳開本側(cè)斷路器。配置兩段零序電流保護和零序電壓保護。零序一段設(shè)一個時限。跳母聯(lián)。100跳QF2跳QF101(2)一組母線上只有中性點不接地運行的變壓器102配置零序電流保護和零序電壓保護。零序電流保護只設(shè)一段。零序電流保護閉鎖零序電壓保護。零序電壓保護動作時限與相鄰元件零序保護配合，零序電流保護動作時限與零序電壓保護配合。103跳QF2

104零序電壓保護設(shè)有一個時限。其動作電壓按躲過零序電壓過濾器最大不平衡電壓整定，一般二次值為5V。105為保證先跳開不接地變壓器，時限配合關(guān)系為：106（三）中性點經(jīng)放電間隙接地變壓器的零序電流電壓保護107（１）中性點經(jīng)隔離刀閘直接接地時，配置兩段式零序電流保護；108（２）中性點經(jīng)放電間隙接地時，配置間隙電流保護和零序電壓保護。當(dāng)放電間隙擊穿時有零序電流，當(dāng)放電間隙恢復(fù)后有零序電壓，所以間隙電流與零序電壓保護按或門構(gòu)成，保護經(jīng)短延時跳閘。109跳變壓器各側(cè)斷路器同前同前110間隙電流保護的定值按間隙放電的最小電流整定，一般取一次電流為100A。零序電壓保護的動作電壓取180V。111六、變壓器的過勵磁保護112（一）過勵磁的原因及危害113電壓升高、頻率降低引起過勵磁114空載電流倍數(shù)空載損耗倍數(shù)1.01.01.01.101.76-2.311.27-1.431.71-2.424.45-6.501.201.3015.1-182.86-5.01.4038.0-45.09.0-10.0變壓器空載電流、空載損耗與過勵磁倍數(shù)關(guān)系115（二）過勵磁保護的動作特性1161.兩段定時限過勵磁保護保護設(shè)置兩段：第一段過勵磁倍數(shù)整定為1.18-1.2，動作時間為6S第二段過勵磁倍數(shù)整定為1.10，動作時間為60S1172.反時限過勵磁保護變壓器的過勵磁倍數(shù)與允許運行時間曲線1.41.31.21.11.00.90.8012345678910nT(min)118反時限過勵磁保護動作時間整定時間倍率，取1-63保護啟動倍率過勵磁保護啟動倍率119（三）過勵磁保護裝置1201.U/f的測量電路濾波至執(zhí)行元件1212.反時限過勵磁保護的實現(xiàn)（1）利用集成電路實現(xiàn)（2）利用微機保護實現(xiàn)122七、三繞組變壓器保護的特點123（一）三繞組變壓器差動保護的特點124選擇電流互感器的變比時應(yīng)根據(jù)各側(cè)額定電流及三相繞組的接線方式。如果變壓器各側(cè)容量不同，在計算變壓器各側(cè)額定電流時應(yīng)按最大容量計算。125電流互感器的選擇應(yīng)保證在正?；蛲獠抗收蠒r：......I-I126高壓側(cè)互感器變比與中壓側(cè)互感器變比應(yīng)滿足：設(shè)變壓器的聯(lián)結(jié)組為：127中壓側(cè)互感器變比與低壓側(cè)互感器變比應(yīng)滿足：128高壓側(cè)互感器