變壓器保護基本原理概述

關于變壓器保護基本原理概述第1頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器在系統(tǒng)中的地位及特點電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設備，其廣泛應用于不同電壓等級的變電站中。電力變壓器屬于連續(xù)運行的靜止設備，相對于輸電線路和發(fā)電機來說，雖然運行比較可靠，發(fā)生故障機會較少，但是大部分變壓器安裝在戶外，受自然條件影響大，還受到連接負荷和電力系統(tǒng)故障影響，特別是現(xiàn)代電力系統(tǒng)，越來越多的采用大容量電力變壓器，電壓等級高，造價昂貴，結構復雜，如果因故障而遭到損壞，將造成很大的經濟損失。另外，變壓器故障不僅影響供電可靠性，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行擾動也很大，影響范圍大。第2頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器保護概括變壓器保護對電力變壓器的安全運行和電網可靠供電起著極其重要的作用。近年來我國數字式變壓器保護研制水平和制造技術不斷提高，數字式變壓器保護已經得到推廣應用，數字式保護裝置在硬件可靠性和保護性能方面有了較大提高，但與線路保護等相比較，實際運行中變壓器保護的正確動作率仍然偏低。變壓器故障分析理論和變壓器保護中勵磁涌流等問題仍然是需要研究的重要內容。第3頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器故障變壓器故障分為本體內部故障和外部故障。本體內部故障是變壓器油箱內發(fā)生的故障，它包括繞組間的相間短路、繞組或引線的單相接地短路及繞組的匝間短路，還有由于各種原因在變壓器油中產生的間歇性電弧或局部過熱，在發(fā)展過程中也可能引起各種故障。外部故障主要是油箱外部引出線的各種相間短路或單相接地短路。變壓器的故障，特別是內部故障電弧，不僅會損壞繞組絕緣、燒壞鐵芯，還可能產生大量汽化氣體，引起油箱爆炸。因此變壓器發(fā)生故障時，保護裝置應迅速將故障變壓器切除。第4頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器現(xiàn)場故障情況電壓等級220kV330kV500kV合計次數%次數%次數%次數%本體內部故障匝間故障1130.5611002401433.33鐵芯故障12.7812.38相間接地故障822.22819.04套管故障1233.331201330.95分接開關故障411.11240614.28小計361001100510042100外部故障501354合計862896變壓器總臺數37211614414323本體故障變壓器臺數361542故障率（次/百臺·年）0.960.621.130.972004年全國220kV及以上大型變壓器故障統(tǒng)計

第5頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器主要故障類型現(xiàn)場變壓器所發(fā)生故障的統(tǒng)計情況反映，變壓器內部匝間故障、相間接地故障、套管故障以及變壓器外部引線各種短路故障是變壓器的主要故障類型。第6頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器不正常運行狀態(tài)變壓器不正常工作狀態(tài)主要包括：由于變壓器外部相間短路引起的過電流，外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓，冷卻系統(tǒng)故障和過負荷，大容量變壓器在過電壓和低頻率等異常工況下的過勵磁。變壓器長時間不正常運行會造成繞組和鐵芯過熱以及絕緣損壞，保護應及時發(fā)出告警信號，并采取相應措施。第7頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器保護配置原則瓦斯保護用于反映并消除變壓器油箱內部各種短路及油面降低。對于0.4MVA及以上車間內油浸式變壓器和0.8MVA及以上油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。帶負荷調壓變壓器充油調壓開關，亦應裝設瓦斯保護。1、瓦斯保護對于變壓器運行中可能出現(xiàn)的各種故障和異常運行狀態(tài)，GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》（以下簡稱規(guī)程）對各種電力變壓器一般應裝設的保護作出了規(guī)定。第8頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器保護配置原則縱差動保護或電流速斷保護作為變壓器內部、套管及引出線短路故障的主保護。對于電壓在10kV及以下、容量在10MVA及以下變壓器采用電流速斷保護。電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上變壓器采用縱差動保護。對于10kV重要變壓器，也可采用縱差動保護。而電壓為220kV及以上變壓器采用數字式保護時，應采用雙重化保護配置（非電量保護除外）。2、縱差動保護或電流速斷保護

第9頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器保護配置原則反映外部相間短路引起的變壓器過電流，并作為瓦斯保護和縱差動保護的后備，35kV~66kV及以下中小容量降壓變壓器宜采用過電流保護，110kV~500kV降壓、升壓和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器宜采用復合電壓起動的過電流保護或復合電流保護。3、相間短路后備保護

第10頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器保護配置原則對110kV及以上中性點直接接地電網中各種變壓器，當變壓器中性點可能接地運行或不接地運行時，為反映外部單相接地短路引起的過電流，以及因失去接地中性點引起的變壓器中性點升高，應裝設相應的零序過電流保護和零序過電壓保護。4、接地短路后備保護

第11頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器保護配置原則應裝設反映變壓器各側繞組過負荷情況的過負荷保護。5、過負荷保護

對于高壓側為330kV及以上電壓等級的變壓器，應裝設過勵磁保護。應裝設能夠反映變壓器油溫、繞組溫度及油箱內壓力升高，或冷卻系統(tǒng)故障的保護。6、過勵磁保護

7、其它保護

第12頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護變壓器差動保護是變壓器的主保護之一。通常其保護范圍包括了各側電流互感器以內區(qū)域，可以保護變壓器繞組的相間短路、匝間短路、各側引出線短路和中性點接地側變壓器繞組和引出線上的單相接地短路。然而與線路、發(fā)電機差動保護不同，變壓器一般具有兩個或更多個電壓等級，變壓器原副邊電氣量反映的是變壓器各側磁耦合關系，因此變壓器差動保護不平衡電流產生的因素更多，特別是變壓器勵磁涌流、過勵磁均對保護有影響，需要采取相應措施防止保護誤動。概述

第13頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護差動保護原理基于基爾霍夫電流定律，下圖為雙繞組變壓器縱差動保護原理接線圖。****基本原理

第14頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護差動保護的動作量為差動電流，差動電流為變壓器各側電流相量和，變壓器區(qū)內故障時，差動電流為流入故障點的電流，當差動電流大于保護的動作電流時，差動保護動作。在變壓器正常運行和外部故障時，變壓器各側流入和流出的一次電流之和為零，保護不會動作。但變壓器差動保護在實際正常運行和外部短路時，由于變壓器各側電流幅值和相位不同，以及勵磁電流的存在，使得差動回路中穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)不平衡電流顯著增加，從而造成影響差動保護動作行為的特殊問題?；驹?/p>

第15頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護1）變壓器各側電流相位不同。變壓器各側繞組接線組別不同，使各側電流存在相位差，常規(guī)保護通過各側電流互感器的不同二次接線校正和補償這種電流相位差，數字式保護可由軟件校正相位差。2）計算變比與標準變比不同。電流互感器選擇的標準變比與計算變比不匹配，也會產生不平衡電流，需要進行變比誤差的幅值補償，電磁型差動繼電器采用平衡繞組實現(xiàn)一定的補償，靜態(tài)型差動繼電器利用電抗變換器二次電壓調平衡，數字式保護可由軟件計算進行各側幅值的補償。特殊問題

第16頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護5）變壓器勵磁涌流。變壓器勵磁電流僅流入變壓器一側，反映為差動回路不平衡電流。變壓器穩(wěn)態(tài)勵磁電流較小，但當變壓器空載投入或外部短路故障切除電壓恢復時，將出現(xiàn)數值很大的勵磁電流，稱為勵磁涌流，差動保護需要采取措施防止勵磁涌流造成保護誤動。由于變壓器縱差動保護的上述特點，變壓器差動保護構成比較復雜，需要采取各種方法和措施減小這些不平衡電流的影響，還需要專門的勵磁涌流和過勵磁判據防止差動保護的誤動作。特殊問題

第17頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護勵磁涌流是變壓器縱差動保護的一個主要問題。勵磁涌流的出現(xiàn)有三種情況，當投入空載變壓器時產生空投勵磁涌流，當外部故障切除電壓恢復時產生恢復勵磁涌流，當兩臺并聯(lián)變壓器，一臺正常運行，另一臺空載合閘時，不僅合閘變壓器有勵磁涌流，另一臺并聯(lián)運行變壓器中會出現(xiàn)和應涌流。對于后二種涌流，由于變壓器是部分勵磁，因此均比空投勵磁涌流小。勵磁涌流及其特點

第18頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護勵磁涌流是由于變壓器鐵芯嚴重飽和產生的。下圖為三繞組變壓器空載合閘勵磁涌流。勵磁涌流及其特點

第19頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護對于空投勵磁涌流，當空載變壓器合閘時，某一側突然加上電源電壓，由于鐵芯中磁通不能突變，因此出現(xiàn)非周期分量磁通，從而增大的暫態(tài)鐵芯磁通使鐵芯嚴重飽和，變壓器勵磁電感降低，相應出現(xiàn)數值很大的勵磁電流。勵磁涌流的大小與空載合閘電壓初相角，電源電壓和系統(tǒng)阻抗大小、鐵芯材質和型式、剩磁大小和方向及飽和磁通大小、TA傳變特性有關，對于三相變壓器還與三相繞組的接線方式等有關。大量文獻和現(xiàn)場實際數據分析表明，勵磁涌流具有如下特點：勵磁涌流及其特點

第20頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護1）勵磁涌流波形明顯偏于時間軸一側，含有很大的非周期分量電流，勵磁涌流數值大且隨時間衰減，衰減時間與變壓器和電網時間常數有關，中小變壓器涌流倍數大，衰減較快（可達10Ie，衰減時間0.5~1s），大型變壓器涌流倍數較小，衰減慢（4~6Ie，2~3s，甚至1min）2）勵磁涌流中含有大量的高次諧波分量，其中以二次諧波分量電流為主。對于三相變壓器，三相二次諧波大小不同，但總有至少一相的二次諧波較大。但也有一相可能出現(xiàn)近似對稱性涌流，諧波含量很低。勵磁涌流及其特點

第21頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護3）勵磁涌流呈現(xiàn)尖頂波，相鄰兩個波形之間出現(xiàn)間斷，波形間斷的寬度為間斷角，間斷角大小與鐵芯飽和磁通和剩磁大小有關。勵磁涌流將造成差動保護誤動，因此，在考慮變壓器縱差動保護的各種方案時，需要根據勵磁涌流的上述特點，采取相應的防止保護誤動的措施。勵磁涌流及其特點

第22頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護勵磁涌流判別一直是變壓器保護研制和運行的主要問題，多年來進行了大量研究和探索，迄今具有現(xiàn)場運行經驗的勵磁涌流判別原理可歸納為以下幾類：1）常規(guī)BCH型具有速飽和變流器的差動繼電器，利用非周期分量使速飽和變流器迅速飽和，抑制涌流傳變，防止差動保護誤動作。但在變壓器內部故障時，非周期分量的存在也使縱差動保護延遲動作。在三相勵磁涌流中，可能有一相沒有非周期分量，必須通過提高差動繼電器動作值來躲過涌流，使得保護靈敏度較低。勵磁涌流判別方法

第23頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護2）二次諧波電流是勵磁涌流的顯著特點，二次諧波制動方法判別差動電流中二次諧波分量與基波分量的比值，大于整定值時閉鎖差動保護，一般二次諧波比的整定值為15～20%。二次諧波制動是運行經驗最多，應用最為廣泛的避越勵磁涌流的方法。勵磁涌流判別方法

第24頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護現(xiàn)代大型變壓器采用冷軋硅鋼片，飽和磁密較高，剩磁較大，使勵磁涌流中二次諧波含量減少。三相差動電流中某一相可能會出現(xiàn)對稱性涌流，但三相涌流中至少有兩相或一相二次諧波比能達到定值，因此，二次諧波制動采用三相“或”門閉鎖方式，只要有一相二次諧波含量達到定值，就閉鎖縱差動保護。試驗和分析表明，在內部故障電流中有較大的二次諧波分量時，差動保護的動作速度會受到影響，特別是當空載合閘于故障變壓器上，非故障相呈現(xiàn)勵磁涌流，差動保護可能被閉鎖，隨著涌流衰減，保護動作時間長達幾百毫秒。勵磁涌流判別方法

第25頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護3）采用波形間斷角原理判別勵磁涌流，當差動電流波形的間斷角大于整定值時，可判別為勵磁涌流，閉鎖差動保護。由于電流互感器傳變可能導致間斷角消失，因此需采取一定補償措施恢復間斷角。與二次諧波制動不同的是，間斷角原理采用三相獨立的閉鎖方式，因而在內部故障，特別是空投于變壓器內部故障時，保護有較高的動作速度。但對數字式保護而言，間斷角原理在采樣速率等方面對硬件要求高，加之受電流互感器等影響較大，處理上較復雜，目前未能得到推廣應用。勵磁涌流判別方法

第26頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護4）基于波形判別原理判別勵磁涌流，是數字式保護中應用較多的一類新方法。其中典型的一種判別方法是比較一周電流波形中前后半波波形的對稱性，對于故障電流，前后半波呈現(xiàn)正弦對稱波形，而勵磁涌流的前后半波則不對稱，這種原理本質上是利用電流中的偶次諧波分量來制動的。由于對硬件要求不高，實現(xiàn)方式較為簡便，一般采用三相獨立出口的閉鎖方式，因此在數字式保護中得到應用。勵磁涌流判別方法

第27頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護盡管隨著對勵磁涌流的深入研究，各種新的勵磁涌流判別原理不斷被提出，但國內實際應用的數字式縱差動保護，仍然以二次諧波制動和波形判別原理為主要的勵磁涌流判別方法。勵磁涌流判別方法

第28頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護縱差動保護的主要問題是克服區(qū)外短路故障時差動回路的不平衡電流，以及變壓器空載投入時勵磁涌流的影響，同時還要保證內部短路故障時差動保護的靈敏性和快速性。比率制動縱差保護原理第29頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護流入差動繼電器的不平衡電流與變壓器外部故障時的穿越電流有關，穿越電流越大，不平衡電流越大。如果差動保護的動作電流按照躲過最大穿越電流下的不平衡電流整定，將會降低內部故障的靈敏度。比率制動差動保護，利用反應變壓器穿越電流大小的制動電流，使保護動作電流隨制動電流而變化，當外部短路穿越電流增大，制動電流隨之增加，增強了外部故障時的制動作用，有效地防止了不平衡電流引起的誤動，同時提高了內部故障時的靈敏度，較好地解決了區(qū)外短路故障不平衡電流影響與內部短路故障靈敏度間的矛盾。比率制動縱差保護原理第30頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護目前廣泛應用的數字式變壓器縱差動保護，普遍使用兩折線或三折線比率制動特性。比率制動縱差保護原理IopIop.minIres.oIop.maxIres.maxIres第31頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護兩折線比率制動差動保護動作判據為：比率制動縱差保護原理其中：為保護動作電流，為差動電流，為制動電流，為最小動作電流，為保護起始制動電流，為動作特性折線的斜率。

當

當第32頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護對于雙繞組變壓器，差動電流，制動電流。對于多繞組變壓器，差動電流仍為變壓器各側電流矢量之和，即 ，但制動電流有不同的選擇和計算方法。數字式變壓器保護中常用的制動電流選取方法有三種，它們是：比率制動縱差保護原理（A）（B）（C）

第33頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護制動電流的選擇要考慮到對外部故障穿越性短路電流的制動作用最大，同時在內部故障情況下，其制動作用最小，使保護靈敏動作。在正常運行和外部故障情況下，以上三種制動電流的制動作用是等效的，但在大部分內部故障情況下，采用制動電流（C）的保護較為靈敏。需指出的是，上式中用于差動電流、制動電流計算的各側電流，均已進行了各側電流相位校正和幅值平衡補償。比率制動縱差保護原理第34頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護兩折線比率制動特性中三個參數需要整定，即無制動作用下保護的最小動作電流 ，保護起始制動電流 ，以及折線的斜率S。比率制動縱差保護整定計算第35頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護變壓器在某些情況下，如超高壓長距離輸電線路甩負荷時會造成變壓器短時過電壓?，F(xiàn)代大型變壓器飽和磁密較高，在過電壓作用下易造成鐵芯飽和，使勵磁電流大大增加，容易發(fā)生過勵磁，勵磁電流成為差動保護的不平衡電流，可能引起差動保護誤動作。當過電壓為120%－140%額定電壓時，應閉鎖差動保護以防止誤動。對于可能發(fā)生過勵磁的超高壓大型變壓器，根據過勵磁電流中含有顯著的五次諧波分量，閉鎖差動保護。通常選擇差動電流中五次諧波分量與基波分量比值大于35%作為閉鎖判據，防止差動保護誤動。過勵磁閉鎖第36頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護在變壓器嚴重內部故障時，短路電流水平較高，使得電流互感器飽和，其二次電流中高次諧波分量增大，可能影響到比率差動保護的快速動作，因此，變壓器縱差動保護應配置差動電流速斷保護，作為輔助保護加快內部嚴重故障時保護的動作速度，其實質是反應差動電流的電流瞬時速斷保護。差動電流速斷保護第37頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護對于220～500kV大型變壓器，單相接地短路是主要故障形式之一。為提高切除自耦變壓器內部單相接地短路故障的可靠性，可增設零序差動保護。變壓器零序電流差動保護由變壓器中性點側零序電流互感器和變壓器星形側電流互感器的零序回路構成，可以采用比率制動特性或標積制動特性，比率制動特性通常采用兩折線動作特性，零序電流作為制動量，保護最小動作電流應躲過外部三相短路最大不平衡電流。比率制動零序差動保護也可以采用高中壓側相電流作為制動量，有利于防止外部三相短路時的誤動作，保護最小動作電流躲過正常時三相TA誤差不一致產生的三相不平衡電流，保護靈敏度較高。零序電流差動保護第38頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護該保護具有不受勵磁涌流直接影響，不受電壓分接頭調整影響的特點，對于單相接地故障，比相間縱差動保護有更高的靈敏度，因此在大型變壓器特別是500kV自耦變壓器中得到應用。對于零序差動保護，側三相電流互感器均二次并聯(lián)，發(fā)生單相故障時，健全相互感器將從故障相互感器汲出電流，對零序差動保護靈敏度有降低作用，但內部單相接地故障時，其靈敏度仍然比相間差動保護高。另外，零序電流互感器極性校驗比較困難，難以用變壓器負荷電流進行檢驗。零序電流差動保護第39頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護零序電流差動保護接線示意圖~Iod~~Iod~(a)普通變壓器(b)自耦變壓器第40頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護分側縱聯(lián)差動保護是在變壓器星形側的每一相繞組裝設縱聯(lián)差動保護，也稱為分相差動保護。分側縱聯(lián)差動保護可用于自耦變壓器，此時變壓器高壓側、中壓側和中性點側應采用同類型相同變比的電流互感器。分側差動保護的整定計算原則與發(fā)電機差動保護相同。分側差動保護不受勵磁涌流、過勵磁電流影響，也不受電壓分接頭調整及電流互感器變比不同的影響，對于變壓器繞組接地故障有較高的靈敏度，但不能反應匝間短路。由于要求裝設保護的每一個繞組均有兩個引出端，通常的三相變壓器無法裝設分側差動保護。分側差動保護第41頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器瓦斯保護變壓器內部故障，包括輕微的匝間短路等，可能故障電流比較小，反應電氣量的保護靈敏度不滿足要求。電力變壓器通常利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質。當變壓器油箱內故障時，在故障電流和故障點電弧的作用下，絕緣油和其它絕緣材料會因受熱而分解，產生大量氣體，氣體的多少與流速，與故障嚴重程度有關，利用氣體動作的保護裝置為瓦斯保護。瓦斯保護第42頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器瓦斯保護瓦斯繼電器安裝在變壓器本體油箱與油枕之間的連接管道中。瓦斯保護包括二種保護，一個是反應變壓器內部不正常情況或輕微故障時氣體容積大小的輕瓦斯保護，動作于信號，另一個是反應變壓器嚴重故障時油流速度的重瓦斯保護，動作于跳開故障變壓器。瓦斯保護能反應繞組輕微匝間短路、鐵芯局部燒損、繞組內部斷線、絕緣逐漸劣化、油面下降等故障，但對變壓器外部套管及引線故障不能反應，對絕緣突發(fā)性擊穿的反應不如差動保護快，因此瓦斯保護作為變壓器的主保護之一，與縱差動保護相互配合，相互補充，共同構成快速靈敏的變壓器保護主保護。瓦斯保護第43頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護變壓器后備保護主要包括相間短路后備保護、接地短路后備保護，以及過勵磁保護和過負荷保護。1、相間短路后備保護相間后備保護用以防止變壓器外部短路引起變壓器繞組的過電流及作為變壓器本身差動保護和瓦斯保護的后備，當變壓器所連接母線未裝設專用母線保護時也作為母線的主要保護。相間后備保護可選用過電流保護、復合電壓（負序電壓和線間電壓）啟動的過電流保護、或復合電流保護（負序電流和單相式電壓啟動的過電流保護）。第44頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護1、相間短路后備保護對于兩側或三側有電源的雙繞組變壓器和三繞組變壓器，各側相間短路后備保護可帶兩段或三段時限，以短時限縮小故障范圍，長時限切除故障變壓器。為滿足選擇性的要求或為降低后備保護的動作時間，相間短路后備保護可帶方向，方向宜指向各側母線，但斷開變壓器各側斷路器的后備保護不帶方向。相間后備保護宜分別裝設于各側，為了提高復合電壓啟動的靈敏度，可以同時利用變壓器的各側復合電壓去啟動過電流保護。第45頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護1、相間短路后備保護作為電氣主設備的繼電保護，其基本功能是保證主設備的運行安全。變壓器繞組的過電流是影響變壓器安全的一個重要因素，當變壓器外部短路故障長期未被切除（例如低壓母線故障），變壓器將因較長時間通過短路大電流導致嚴重內部故障，甚至造成變壓器的損壞。因此相間后備保護在每一側配置一段不帶方向元件的過電流保護，斷開變壓器各側斷路器，其定值獨立整定，可以作為設備自身對內部及外部故障保護的最后一道防線，能夠最終切除故障，從而保證設備和系統(tǒng)的安全。第46頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護1、相間短路后備保護對于變壓器低壓側無專用母線保護，而且變壓器高壓側相間短路后備保護，對低壓側母線相間短路靈敏度不夠時，可在低壓側配置兩套相間短路后備保護，以提高切除低壓側母線故障的可靠性。第47頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護2、接地短路后備保護接地故障是電力系統(tǒng)的主要故障形式，對110kV及以上中性點直接接地電網連接的各種變壓器，對外部單相接地短路引起的過電流，應裝設接地短路后備保護。變壓器接地故障的零序保護由零序過電流保護，零序過電壓保護、間隙零序過電流保護構成。按照變壓器中性點接地方式的不同，接地后備保護分別考慮如下。第48頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護2、接地短路后備保護1）變壓器中性點直接接地的零序保護由兩段式零序過電流保護構成，通常以較短時限動作于縮小故障范圍，以較長時限動作于斷開變壓器各側斷路器。對自耦變壓器和高、中壓側均接地的三繞組變壓器，為滿足選擇性要求，可增設零序方向元件，方向指向各側母線。第49頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護2、接地短路后備保護2）對于中性點可能接地運行或不接地運行的變壓器，應配置兩種接地保護。一種接地保護用于變壓器中性點接地運行狀態(tài)，通常設置兩段式零序過流保護。另一種接地保護用于變壓器中性點不接地運行狀態(tài)，需按照變壓器的不同情況分別考慮。a)全絕緣變壓器。除了裝設兩段式零序過電流保護，以滿足變壓器中性點直接接地運行要求，還應增設零序過電壓保護，以適應變壓器所連接電力網失去接地中性點時出現(xiàn)中性點過電壓的保護。第50頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護2、接地短路后備保護b)分級絕緣變壓器。中性點應裝設放電間隙，可以對中性點絕緣薄弱部分起到過電壓保護作用。此時，除了用于中性點直接接地運行變壓器的兩段式零序過電流保護外，還要增設反應間隙放電的零序電流保護和零序過電壓保護，當變壓器所接電力網失去接地中性點，又發(fā)生單相接地故障時，反應間隙放電的零序過電流保護和零序過電壓保護動作，經短延時跳開變壓器各側斷路器。兩段式零序過流保護、零序過電壓保護的整定同上。根據經驗，間隙零序過電流保護其一次動作電流可取為100。保護動作延時取0.3s。第51頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護3、變壓器過勵磁保護按照變壓器的工作原理，變壓器的工作磁密B與變壓器外加電壓U及其頻率f具有以下關系：B=k(U/f)，式中k為常數。相對于額定值的電壓升高和頻率降低，將造成磁密超過額定工作磁密，出現(xiàn)過勵磁現(xiàn)象。過勵磁導致變壓器鐵芯的嚴重飽和，伴隨產生過量的渦流損耗，使鐵芯及附近的金屬構件發(fā)熱、絕緣老化，甚至損傷變壓器。與系統(tǒng)并列運行的變壓器在系統(tǒng)解列突然甩負荷時使變壓器電壓升高，或由鐵磁諧振引起過電壓，或由于誤操作或變壓器分接頭調整不當，而大型變壓器工作磁密較低，在這些情況下，均可造成變壓器的過勵磁，發(fā)電機變壓器組中升壓變壓器，由于發(fā)電機低速運行或轉速下降，導致頻率較低，也會使變壓器過勵磁。第52頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三變壓器后備保護3、變壓器過勵磁保護對于超高壓大型