第六章-變壓器保護(hù)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院第六章變壓器保護(hù)變壓器的故障：

各項(xiàng)繞組之間的相間短路油箱內(nèi)部故障 單項(xiàng)繞組部分線匝之間的匝間短路 單項(xiàng)繞組或引出線通過(guò)外殼發(fā)生的單相 接地故障

引出線的相間短路絕緣套管閃爍或破壞引出線通過(guò)外殼發(fā)生的單相接地短路油箱外部故障變壓器不正常工作狀態(tài)：外部短路或過(guò)負(fù)荷油箱漏油造成油面降低變壓器中性點(diǎn)接地外加電壓過(guò)高或頻率降低、過(guò)勵(lì)磁等應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置瓦斯保護(hù)：防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低重瓦斯：跳閘輕瓦斯：信號(hào)縱差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù) 防御變壓器繞組和引出線的多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路相間短路的后備保護(hù)：作為1.2.的后備過(guò)電流保護(hù)復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)負(fù)序過(guò)電流零序電流保護(hù)：防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器 外部接地短路過(guò)負(fù)荷保護(hù)：防御變壓器對(duì)稱過(guò)負(fù)荷過(guò)勵(lì)磁保護(hù)：防御變壓器過(guò)勵(lì)磁變壓器縱差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原則正常運(yùn)行或外部故障時(shí)所以兩側(cè)的CT變比應(yīng)不同，且應(yīng)使即：或即：按相實(shí)現(xiàn)的縱差動(dòng)保護(hù)，其電流互感器變比的選擇原則是兩側(cè)CT變比的比值等于變壓器的變比。不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法理論上，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，Ij=I1"-I2"=0

。實(shí)際上，很多因素使Ij=Ibp≠0。（Ibp為不平衡電流）下面討論不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法：由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流：（Y/Δ-11）Y.d11接線方式——兩側(cè)電流的相位差30°。消除方法：相位校正。變壓器Y側(cè)CT（二次側(cè)）：Δ形。Y.d11變壓器Δ側(cè)CT（二次側(cè)）：Y形。Y.Y12

可見(jiàn),差動(dòng)臂中的

同相位了,但為使正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí),Ij=0,則應(yīng)使

即:高壓側(cè)電流互感變比應(yīng)加大√3倍.該項(xiàng)不平衡電流已清除.

由于兩側(cè)電流互感器的誤差引起的不平衡電流

變壓器兩側(cè)電流互感器的型號(hào)不同、變比不同，二次負(fù)載阻抗及短路電流倍數(shù)不同時(shí)導(dǎo)致互感器勵(lì)磁電流的差值增大。正常時(shí)：不平衡電流很小。故障時(shí)：勵(lì)磁電流很大，不平衡電流很大。

因此，選電流互感器時(shí)，按10%誤差曲線為依據(jù)和最大短路電流時(shí)：Ktx—分支系數(shù)鐵芯飽和、勵(lì)磁電流很小，短路電流很大，使兩側(cè)電流迅速飽和

計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流難滿足或

因此，差動(dòng)回路將有電流流過(guò)，此時(shí)可采用具有速飽和鐵心的差動(dòng)繼電器，利用平衡電流Wpb來(lái)消除此差動(dòng)電流的影響。

帶負(fù)荷調(diào)變壓器的分接頭產(chǎn)生的不平衡電流

電力系統(tǒng)中經(jīng)常采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器，通過(guò)調(diào)整變壓器分接頭的位置來(lái)滿足系統(tǒng)的運(yùn)行電壓。

改變變壓器的分接頭不僅改變了變壓器的變比，也破壞了變壓器兩側(cè)電流互感器的變比之間的關(guān)系從而產(chǎn)生不平衡電流。一般變壓器的調(diào)節(jié)范圍：產(chǎn)生的最大不平衡電流：在穩(wěn)態(tài)情況下：10%—電流互感器容許的最大相對(duì)誤差Ktx—電流互感器的調(diào)整系數(shù)取1Δu—由負(fù)荷調(diào)壓引起的相對(duì)誤差Δfza—由于所采用的互感器變比或平衡線圈線

圈的實(shí)際值與計(jì)算值不同時(shí)所引起的相

對(duì)誤差?！Ｗo(hù)范圍外部最大短路電流歸算到二次

側(cè)的值。v

暫態(tài)情況下的不平衡電流及減小其影響

的措施由變壓器勵(lì)磁電流ILY所產(chǎn)生的不平衡電流

變壓器的勵(lì)磁電流IL僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)通過(guò)電流互感器反應(yīng)到差動(dòng)回路中不能被平衡。

正常情況下，此電流很小，一般不超過(guò)額定電流的2%~10%。

外部故障時(shí)，由于電壓降低，此電流減小，影響更小。

變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，可能出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流（又稱為勵(lì)磁涌流）。0U,uU,u00如果空載合閘時(shí)，正好在u=0時(shí)接通，則鐵芯中該具有磁通-Φm。但由于鐵芯中的磁通不能突變，將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量其磁通為+Φm。半個(gè)周期后鐵芯中的磁通就達(dá)到了2Φm。如果鐵芯中有剩余磁通Φs。則總的磁通將為2Φm+

Φs，則變壓器鐵芯嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流將急劇增大，稱為變壓器的勵(lì)磁涌流ILY。

勵(lì)磁涌流的數(shù)值最大可達(dá)到額定電流的6~8倍，同時(shí)含有大量的非周期分量和高次諧波分量。

勵(lì)磁涌流的大小和衰減時(shí)間與外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向，電源容量的大小，回路阻抗以及變壓器容量的大小等都有關(guān)。+Φm

勵(lì)磁電流ILY的特點(diǎn)0iL

含有很大成分的非周期分量，使勵(lì)磁涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè)；

含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主；

波形之間出現(xiàn)間斷；

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，若以基波為100%，則二次諧波最高可達(dá)50%，三次諧波最高達(dá)10%，直流80%。0

在變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)中防止勵(lì)磁涌流的方法

采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器；

鑒別短路電流和勵(lì)磁電流波形的差別；

利用二次諧波制動(dòng)等；v

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算的原則

整定原則

在正常運(yùn)行情況下為防止電流互感器二次回路

斷線時(shí)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，保護(hù)裝置的起動(dòng)

電流應(yīng)大于變壓器的最大負(fù)荷電流If.max。當(dāng)

負(fù)荷電流不能確定時(shí)，可采用額定電流Ie.B，

并引入可靠系數(shù)KK，KK=1.3。IdZ=KK·If.max

躲開(kāi)保護(hù)范圍外部短路時(shí)最大不平衡電流IdZ·J

=KK·Ibp.maxv

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算的原則

整定原則

無(wú)論上述哪一個(gè)原則考慮起動(dòng)電流都必須能夠

躲開(kāi)變壓器勵(lì)磁涌流的影響。

當(dāng)差動(dòng)保護(hù)采用波形鑒別式二次諧波制動(dòng)的原則構(gòu)成時(shí)，它本身就具有躲開(kāi)勵(lì)磁涌流的性能，一般無(wú)需另外考慮。

另一種方式采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器來(lái)躲避勵(lì)磁涌流的影響。v

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算的原則

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)Id.min.J—保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，流過(guò)繼電器的

最小短路電流

單側(cè)電源供電時(shí)，系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，Klm≥2。當(dāng)不能滿足要求時(shí)需采用具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器。v

具有制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)

利用外部故障時(shí)的短路電流來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng),使繼電器的起動(dòng)電流隨制動(dòng)電流的增加而增加?？煽康囟汩_(kāi)外部故障時(shí)的不平衡電流，并提高內(nèi)部故障時(shí)的靈敏性。a213

如果采用制動(dòng)特性即動(dòng)作電流隨外部短路電流而變化的曲線：Idz.J=f(Id)并讓曲線通過(guò)a點(diǎn)：并使此曲線始終在直線Ibp=f(Id)的上方，則任何大小的外部短路，繼電器的實(shí)際起動(dòng)電流均應(yīng)大于相應(yīng)的不平衡電流，繼電器不誤動(dòng)。此種特性的差動(dòng)繼電器在內(nèi)部故障時(shí)起靈敏度較高。如果無(wú)制動(dòng)電流，Idz.J=KKIbp.max，IBAW2W2WgWphWzhWzh

變壓器內(nèi)部故障，B側(cè)無(wú)電源時(shí)，Wzh中無(wú)電流，工作線圈Wg中為A側(cè)電源供給

的短路電流（折算到二次側(cè)），由于

Izh=0繼電器起動(dòng)電流為Idz.J0

變壓器內(nèi)部故障，A、B兩側(cè)供

給的電流相等時(shí)，Wzh中流過(guò)的

電流為Wg中的一半。Ig=2Izh與

制動(dòng)曲線交于b點(diǎn)，此交點(diǎn)即為繼

電器實(shí)際需要的起動(dòng)電流Idz.J在

b點(diǎn)以后，制動(dòng)電流在增加，但

位于曲線3以上，因此繼電器均

能動(dòng)作。(無(wú)制動(dòng))4532bca

變壓器內(nèi)部故障，A側(cè)無(wú)電源時(shí)，W2h中流過(guò)的電

流與工作線圈Wg中的相同，即Ig=Izh,為繼電器最不

利的工作情況。若下圖中曲線5與曲線3交于C點(diǎn)。

繼電器實(shí)際起動(dòng)電流為Idz.J.2在C點(diǎn)以上的繼電器

均能動(dòng)作。(無(wú)制動(dòng))4532結(jié)論：

起動(dòng)電流比無(wú)制動(dòng)的起動(dòng)電

流小的多；

有制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)比無(wú)

制動(dòng)的靈敏系數(shù)高，其靈敏

度系數(shù)為：bcav

具有比率制動(dòng)和二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)繼電器

利用二次諧波制動(dòng)原理可以有效地防止勵(lì)磁涌流的影響。

穿越電流制動(dòng)回路由DKB1、BZ1、C3和R1構(gòu)成

正常及外部故障時(shí)，W1中兩部分電流

和

方向相同，在DKB1的二次線圈中可產(chǎn)生電壓，該電壓正比于一次側(cè)電流，可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的作用，稱為穿越電流制動(dòng)。與穿越電流的大小成正比。因而使繼電器的起動(dòng)電流隨著制動(dòng)電流的增大而自動(dòng)增加。（兩者之比稱為制動(dòng)系數(shù)）。又稱比率制動(dòng)。執(zhí)行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

穿越電流制動(dòng)回路由DKB1、BZ1、C3和

R1構(gòu)成

內(nèi)部故障時(shí)，其中一側(cè)的電流要改變方向W1中兩部分的電流方向相反，二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小。制動(dòng)作用隨之減弱，當(dāng)兩部分電流相等時(shí)，制動(dòng)作用消失。動(dòng)作最靈敏。DKB1的二次電壓BZ1C3R1輸出Uzh1（制動(dòng)電壓）其中，可通過(guò)R1改變制動(dòng)系數(shù)的大小。執(zhí)行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

二次諧波制動(dòng)回路由DKB2、BZ2、C2、C4和R2構(gòu)成

DKB2的一次線圈W1接在差動(dòng)回路中，正常幾外部故障時(shí)W1中的電流是不平衡電流，內(nèi)部故障時(shí)是故障電流。

DKB2的一次線圈的勵(lì)磁阻抗與C2組成一個(gè)對(duì)二次諧波的并聯(lián)諧振回路，對(duì)二次諧波分量呈現(xiàn)的阻抗很大，因而輸出電壓很高。利用Uzh2實(shí)現(xiàn)二次諧波的制動(dòng)。

其中，可通過(guò)R2調(diào)節(jié)二次諧波分量的制動(dòng)效果。執(zhí)行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

總制動(dòng)回路總制動(dòng)電壓：Uzh=Uzh1+Uzh2其中:Uzh1—外部故障時(shí)，

Uzh1起主要制動(dòng)作用Uzh2—空載合閘時(shí)，

Uzh2起主要制動(dòng)作用

工作回路由DKB3、L1、C1、BZ3、C5、和R3

構(gòu)成50Hz的串聯(lián)諧振回路

該回路對(duì)基波分量的電壓具有最大的輸出，而對(duì)不平衡電流中的非周期分量和高次諧波分量起濾波作用。輸出電壓Ug為工作電壓。

其中，可通過(guò)R3改變起動(dòng)電流的大小。執(zhí)行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

執(zhí)行回路

反應(yīng)于Uzh和Ug幅值比較的結(jié)果而動(dòng)作。因此，可采用高靈敏度的極化繼電器、晶體管直流放大器或運(yùn)算放大器構(gòu)成的電平檢測(cè)器等來(lái)實(shí)現(xiàn)。v

繼電器的工作特點(diǎn)

正常運(yùn)行及外部故障

∵

DKB1的二次電壓正比于變壓器一次側(cè)的電流；Uzh1很大。

又

∵

DKB3僅反應(yīng)于差動(dòng)回路中的不平衡電流。Ug很小。不會(huì)誤動(dòng)。執(zhí)行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3v

繼電器的工作特點(diǎn)

勵(lì)磁涌流的作用

勵(lì)磁涌流作用時(shí)只在變壓器的一側(cè)有電流，DKB1（半邊），DKB2和DKB3的一次線圈中流過(guò)相同的電流。

∵勵(lì)磁涌流中含有很大的二次諧波分量；Uzh2很大。不會(huì)誤動(dòng)。執(zhí)行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3v

繼電器的工作特點(diǎn)

雙側(cè)電源保護(hù)范圍內(nèi)部故障Uzh1、Uzh2都很小，而Ug的數(shù)值正比于內(nèi)部故障的短路電流，數(shù)值很大，