ACE继电保护-61变压器课件

第 六 章变压器保护变压器保护1电力变压器是电力系统中的重要电气设备。电力变压器是电力系统中的重要电气设备。大容量变压器造价十分昂贵，其故障会对供电可大容量变压器造价十分昂贵，其故障会对供电可靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。因靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。因此，应根据变压器容量和重要程度装设性能良好、此，应根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。动作可靠的继电保护装置。2 2第一节第一节 故障类型、不正常运行状态故障类型、不正常运行状态及其保护方式及其保护方式3 3（1 1）油箱内部故障）油箱内部故障 a、变压器绕组、变压器绕组 相间短路相间短路；b、变压器绕组、变压器绕组 匝间短路匝间短路；c、变压器绕组、变压器绕组 接地短路接地短路 变压器油箱内部故障变压器油箱内部故障产生较大的短路电流，产生较大的短路电流，不仅会烧坏变压器绕组不仅会烧坏变压器绕组和铁心，而且由于绝缘和铁心，而且由于绝缘油汽化，可能引起变压油汽化，可能引起变压器爆炸。器爆炸。一、变压器故障类型一、变压器故障类型4 4（2 2）油箱外部故障）油箱外部故障 a a、绝缘套管的相间短路与接地短路；、绝缘套管的相间短路与接地短路；b b、引出线上发生的相间短路和接地短路。、引出线上发生的相间短路和接地短路。5 5变压器的不正常工作状态：变压器的不正常工作状态：（1 1）由于外部短路引起的）由于外部短路引起的过电流过电流；（2 2）负荷长时间超过额定容量引起的）负荷长时间超过额定容量引起的过负荷过负荷；（3 3）油箱漏油造成的）油箱漏油造成的油面降低油面降低；（4 4）由于外加电压过高或频率降低引起的）由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁过励磁。对于不正常工作状态，变压器保护也必须能够反对于不正常工作状态，变压器保护也必须能够反应应发告警信号，或延时跳闸。发告警信号，或延时跳闸。6 6 三、变压器的保护配置三、变压器的保护配置1.瓦斯保护瓦斯保护2.2.轻瓦斯轻瓦斯（信号）和（信号）和重瓦斯重瓦斯（跳闸）（跳闸）针对针对油箱内油箱内的各种故障及油面降低。的各种故障及油面降低。优点：油箱内部所有故障，有较高灵敏性。优点：油箱内部所有故障，有较高灵敏性。缺点：缺点：1 1）动作时间较长；）动作时间较长；2 2）不能反应油箱外部的故障。）不能反应油箱外部的故障。2.2.纵差保护或电流速断保护纵差保护或电流速断保护3.3.特点：瞬时动作切除故障特点：瞬时动作切除故障主主保保护护7 7电力变压器的瓦斯保护电力变压器的瓦斯保护1、瓦斯继电器的构成和动作原理当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其它绝缘材料分解，从而产生大量的可燃性气体，人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体。8 8气体继电器安装：气体继电器结构：9 92.2.纵差保护或电流速断保护纵差保护或电流速断保护3.3.（根据变压器容量选择）（根据变压器容量选择）4.4.主要反应绕组、套管及引主要反应绕组、套管及引出线上的相间短路出线上的相间短路，并在一定，并在一定程度上反应绕组内部匝间短路程度上反应绕组内部匝间短路及中性点接地侧的接地短路。及中性点接地侧的接地短路。5.5.特点：瞬时动作切除故障特点：瞬时动作切除故障10103.外部相间短路的后备保护外部相间短路的后备保护1）过电流保护）过电流保护2）复合电压起动的过流保护）复合电压起动的过流保护3）负序电流保护和单相式低压起动的）负序电流保护和单相式低压起动的过电流保护过电流保护4）阻抗保护）阻抗保护4.外部接地短路的后备保护外部接地短路的后备保护1）零序电流保护（若中性点接地）零序电流保护（若中性点接地）2）零序过电压保护、）零序过电压保护、在中性点装放电间隙加零序电流保护在中性点装放电间隙加零序电流保护5.过负荷保护过负荷保护6.过励磁保护过励磁保护7.其它非电气量保护其它非电气量保护（油箱内温度、压力升高、冷却系统故障）（油箱内温度、压力升高、冷却系统故障）延时跳闸或发信号1111第二节第二节 变压器差动保护变压器差动保护一、一、变压器纵差保护原理变压器纵差保护原理 基本原理仍然是：基尔霍夫电流定律。使正常运基本原理仍然是：基尔霍夫电流定律。使正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流为行及外部故障时，流过差动继电器的电流为0 0。1212 该式表明了两侧该式表明了两侧TA变比与变比与变压器变比之间的理想关系变压器变比之间的理想关系(未考虑变比的未考虑变比的 关系关系)。1313 二、变压器纵差保护的不平衡电流（影响因素）二、变压器纵差保护的不平衡电流（影响因素）引起变压器纵差保护不平衡电流的引起变压器纵差保护不平衡电流的主要因素主要因素有：有：（1 1）变压器两侧绕组接线方式不同；）变压器两侧绕组接线方式不同；（2 2）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比 不同；不同；（3 3）变压器带负荷调节分接头；）变压器带负荷调节分接头；（4 4）电流互感器传变误差的影响；）电流互感器传变误差的影响；（5 5）变压器励磁电流产生的不平衡电流；）变压器励磁电流产生的不平衡电流；（6 6）变压器励磁涌流。）变压器励磁涌流。1414（1 1）接线方式不同）接线方式不同（2 2）TATA变比不同变比不同（3 3）调压分接头）调压分接头（4 4）TATA传变误差传变误差（5 5）不平衡电流）不平衡电流（6 6）变压器励磁涌流变压器励磁涌流 二次修正。二次修正。二次修正。二次修正。定值考虑。定值考虑。定值考虑。定值考虑。定值考虑。定值考虑。识别识别（仍然研究）（仍然研究）微机保护微机保护易于实现易于实现微机保护识别涌流的能力提高了很多微机保护识别涌流的能力提高了很多减小不平衡电流的主要措施：减小不平衡电流的主要措施：15151 1变压器两侧绕组接线方式不同产生的不平衡变压器两侧绕组接线方式不同产生的不平衡 相位变化引起的相位变化引起的YAI&YBI&YCI&DAI&DBI&DCI&aI&bI&cI&YAI&YBI&YCI&DAI&DBI&aI&bI&cI&1616TA接法：接法：变压器变压器Y形侧形侧接成接成形；形；变压器变压器形侧形侧接成接成Y形。形。非微机保护，通非微机保护，通过过TATA的二次接线，的二次接线，完成相位修正：完成相位修正：17172 2、TATA的计算变比与实际变比不同产生的不平衡的计算变比与实际变比不同产生的不平衡 实际工程中，变压器的变比、实际工程中，变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产电流互感器的变比都是根据产品目录确定的标准变比，有时品目录确定的标准变比，有时难以满足：难以满足：由此产生了误差。由此产生了误差。1818克服措施：克服措施：对不平衡电流进行补偿。对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。传统的方法之一如右图。1919克服措施：克服措施：对不平衡电流进行补偿。对不平衡电流进行补偿。传统的方法之一如右图。传统的方法之一如右图。20203.3.变压器带负荷调整分接头产生的不平衡变压器带负荷调整分接头产生的不平衡 带负荷调压分接头变压器在运行中常常需要改变分带负荷调压分接头变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就改变了接头来调电压，这样就改变了n nT T，出现不平衡差流。，出现不平衡差流。克服措施：克服措施：整定时增大动作电流门槛值。整定时增大动作电流门槛值。21212 2）暂态不平衡电流）暂态不平衡电流 外部故障时，短路电流中还含有非周期暂态分量，外部故障时，短路电流中还含有非周期暂态分量，非周期分量按一定的时间常数衰减，是低频分量，大非周期分量按一定的时间常数衰减，是低频分量，大部分流经励磁支路，增加了部分流经励磁支路，增加了TATA的传变误差，导致不平的传变误差，导致不平衡电流增大。衡电流增大。克服措施：克服措施：选用具有较好暂态传变特性的选用具有较好暂态传变特性的TATA；增大动作电流门槛值。增大动作电流门槛值。4.4.两侧电流互感器传变误差产生的不平衡两侧电流互感器传变误差产生的不平衡 1 1）稳态不平衡电流）稳态不平衡电流 变压器两侧电流互感器的型变压器两侧电流互感器的型号不同，励磁特性差别较大。号不同，励磁特性差别较大。2222 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使变压程中，由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使变压器铁芯瞬时饱和，出现数值很大的器铁芯瞬时饱和，出现数值很大的励磁涌流励磁涌流。励磁。励磁涌流可达变压器额定电流的涌流可达变压器额定电流的 6 68 8 倍，如不采取措倍，如不采取措施变压器纵差保护将会误动。施变压器纵差保护将会误动。5.5.变压器励磁涌流的影响变压器励磁涌流的影响涌流产生原因：涌流产生原因：铁芯中的磁通不能突变。铁芯中的磁通不能突变。2323 铁芯中的磁通达到最大值铁芯中的磁通达到最大值 变压器变压器严重饱和严重饱和励磁阻抗降低励磁阻抗降低对应的励磁电流很大对应的励磁电流很大类似于类似于“涌动的潮流涌动的潮流”，故，简称，故，简称“励磁涌流励磁涌流”。在电压为峰值（或谷值）时合闸，则涌流最小。在电压为峰值（或谷值）时合闸，则涌流最小。2424Power System Protective Relaying励磁涌流特点励磁涌流特点 有很大的直流分量有很大的直流分量.有很大的谐波分量有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主尤以二次谐波为主.波形间出现间断波形间出现间断.(削去负波后削去负波后)措施措施:（1 1）采用具有速饱和铁芯的差动继电器）采用具有速饱和铁芯的差动继电器;（2 2）间断角原理的差动保护间断角原理的差动保护;（3 3）利用二次谐波制动利用二次谐波制动。2525 励磁涌流的特征励磁涌流的特征 1 1、偏向一侧、偏向一侧 2 2、谐波分量大、谐波分量大3 3、波形中有间断、波形中有间断 为了克服励磁涌流对变压器差动保护的影响，一为了克服励磁涌流对变压器差动保护的影响，一般采用：般采用：励磁励磁涌流闭锁涌流闭锁措施。措施。对策对策 波形对称原理波形对称原理 二次谐波制动原理二次谐波制动原理 间断角制动原理间断角制动原理 其中，二次谐波制动（闭锁）原理应用的最多，其中，二次谐波制动（闭锁）原理应用的最多，也最成熟。也最成熟。2626三、比率制动式纵三、比率制动式纵差保护差保护纵差动保护纵差动保护的主要问题是克服区外短的主要问题是克服区外短路故障时差动回路的路故障时差动回路的不平衡电流不平衡电流，以及变，以及变压器空载投入时压器空载投入时励磁涌流励磁涌流的影响，同时还的影响，同时还要保证内部短路故障时差动保护的灵敏性要保证内部短路故障时差动保护的灵敏性和快速性。和快速性。2727流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故障时的障时的穿越电流穿越电流有关，穿越电流越大，不平衡电有关，穿越电流越大，不平衡电流越大。流越大。比率制动差动保护，利用反应变压器穿越电流比率制动差动保护，利用反应变压器穿越电流大小的制动电流，大小的制动电流，使保护动作电流随制动电流而使保护动作电流随制动电流而变化，当外部短路穿越电流增大，制动电流随之变化，当外部短路穿越电流增大，制动电流随之增加，增强了外部故障时的制动作用，有效地防增加，增强了外部故障时的制动作用，有效地防止了不平衡电流引起的误动，同时提高了内部故止了不平衡电流引起的误动，同时提高了内部故障时的灵敏度。障时的灵敏度。变压器低压侧故障时，高压侧反映出来的故障电流叫穿越性故障电流。2828具有制动特性的差动继电器具有制动特性的差动继电器外部故障时，外部故障时，I I2 2I I1 12929 制动特性曲线制动特性曲线：1）当当Ires很很小小时时，铁铁芯芯还还未未饱饱和和，起起动动电电流流变变化化不不大大，制制动动特特性性起始部分比较平缓。起始部分比较平缓。2）当当Ires很很大大时时，铁铁芯芯严严重重饱饱和和，启启动动电电流流迅迅速速增增加加，特特性性曲曲线线上翘。上翘。3 3）制动系数：从原点作特性曲线的切线的斜率。）制动系数：从原点作特性曲线的切线的斜率。3030目前广泛应用的数字式变压器纵差动保护，目前广泛应用的数字式变压器纵差动保护，普遍使用两折线或三折线比率制动特性。普遍使用两折线或三折线比率制动特性。动作判据：动作判据：3131四、差动电流速断保护四、差动电流速断保护在变压器严重在变压器严重内部故障内部故障时，短路电流水平较高，时，短路电流水平较高，使得电流互感器饱和，其二次电流中高次谐波分量增使得电流互感器饱和，其二次电流中高次谐波分量增大，可能影响到比率差动保护的快速动作，因此，大，可能影响到比率差动保护的快速动作，因此，变变压器纵差动保护压器纵差动保护应配置应配置差动电流速断保护，差动电流速断保护，作为辅助作为辅助保护加快内部严重故障时保护的动作速度，其实质是保护加快内部严重故障时保护的动作速度，其实质是反应差动电流的电流瞬时速断保护。反应差动电流的电流瞬时速断保护。3232五、零序电流差动保护五、零序电流差动保护变压器零序电流差动保护变压器零序电流差动保护由变压由变压器中性点侧零序电流互感器和变压器中性点侧零序电流互感器和变压器星形侧电流互感器的零序回路构器星形侧电流互感器的零序回路构成成。优点：优点：不受励磁涌流、电压分接不受励磁涌流、电压分接头调整的影响头调整的影响。对对YNd11接线变压器，构成纵差保接线变压器，构成纵差保护时，护时，YN侧侧TA接成角型，接成角型，D侧接成侧接成星型，星型，YN侧二次电流两两相减，消侧二次电流两两相减，消除零序电流，除零序电流，可以防止外部接地短路可以防止外部接地短路时，纵差保护的误动时，纵差保护的误动，但对内部单相但对内部单相接地短路灵敏度不足甚至拒动接地短路灵敏度不足甚至拒动。但是，中性点但是，中性点TA特性不理想。特性不理想。3333后备保护的作用：后备保护的作用：防止外部故障引起的变压器绕组防止外部故障引起的变压器绕组 过电流，并作为相邻元件（母线过电流，并作为相邻元件（母线 或线路）保护的后备，以及在可或线路）保护的后备，以及在可 能条件下作为变压器内部故障时能条件下作为变压器内部故障时 主保护的后备。主保护的后备。第三节第三节 变压器后备保护变压器后备保护主要包括：主要包括：相间短路后备保护、接地短路后备保护。相间短路后备保护、接地短路后备保护。后备保护主要以各种相电流、零序电流、负序后备保护主要以各种相电流、零序电流、负序电流电流+延时构成。延时构成。3434一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护相间后备保护用以防止变压器外部短路引起变压器相间后备保护用以防止变压器外部短路引起变压器绕组的过电流及作为变压器本身差动保护和瓦斯保护绕组的过电流及作为变压器本身差动保护和瓦斯保护的后备，当变压器所连接母线未装设专用母线保护时的后备，当变压器所连接母线未装设专用母线保护时也作为母线的保护。也作为母线的保护。相间后备保护可选用相间后备保护可选用过电流保护、复合电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护过电流保护以及负序过电流保护等。等。35351 1、过电流保护、过电流保护（类似于电流保护中的第（类似于电流保护中的第段）段）按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定：按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定：需要分别考虑躲过并列运行的变压器切除一台时需要分别考虑躲过并列运行的变压器切除一台时产生的过负荷电流，躲过电动机负荷的自起动电流产生的过负荷电流，躲过电动机负荷的自起动电流等，动作时限和灵敏度需要与相邻元件的过电流保等，动作时限和灵敏度需要与相邻元件的过电流保护相配合。护相配合。36362 2、复合电压启动、复合电压启动 的过电流保护的过电流保护动作电流按按躲过变压器额定电流整定动作电流按按躲过变压器额定电流整定 ：负序过电压继电器作为不对称故障的电压保护，而低电压负序过电压继电器作为不对称故障的电压保护，而低电压继电器作为三相短路的电压保护。继电器作为三相短路的电压保护。负序电压过电压继电器的动作电压按躲过正常运行时出现负序电压过电压继电器的动作电压按躲过正常运行时出现的最大不平衡电压整定：的最大不平衡电压整定：37373 3、负序过电流保护、负序过电流保护负序电流保护灵敏度较高，但整定计算相对复杂，负序电流保护灵敏度较高，但整定计算相对复杂，由于负序电流不反应三相对称短路，所以必须加装由于负序电流不反应三相对称短路，所以必须加装一套低电压启动的过电流保护来反应三相对称短路。一套低电压启动的过电流保护来反应三相对称短路。用负序电流代替过流保护中的电流测量元件。用负序电流代替过流保护中的电流测量元件。3838对对110kV110kV及以上中性点直接接地电网（大接及以上中性点直接接地电网（大接地电流系统）中的变压器，对外部接地短路引地电流系统）中的变压器，对外部接地短路引起的过电流，起的过电流，应装设零序保护，应装设零序保护，作为变压器主作为变压器主保护的后备和相邻元件接地故障的后备。保护的后备和相邻元件接地故障的后备。二、接地短路的后备保护二、接地短路的后备保护变压器零序保护的方式与变压器中性点运变压器零序保护的方式与变压器中性点运行方式有关。行方式有关。3939变压器中性点是否接地运行与变压器中性点变压器中性点是否接地运行与变压器中性点的绝缘水平有关。的绝缘水平有关。220KV220KV及以上大型变压器，及以上大型变压器，高压绕组一般采用分级绝缘，中性点绝缘有两高压绕组一般采用分级绝缘，中性点绝缘有两种：种：500KV500KV变压器中性点绝缘水平变压器中性点绝缘水平38KV38KV，必须直，必须直接接地运行；接接地运行；220KV220KV变压器中性点绝缘水平变压器中性点绝缘水平110KV110KV，可以直接接地也可以在系统中不失去，可以直接接地也可以在系统中不失去接地点情况下不接地运行。接地点情况下不接地运行。变压器中性点不同的运行方式，接地保护的变压器中性点不同的运行方式，接地保护的配置也不尽相同。配置也不尽相同。40401 1、中性点直接接地变压器的零序电流保护、中性点直接接地变压器的零序电流保护 由两段式零序过电流保护构成，通常以较短时限由两段式零序过电流保护构成，通常以较短时限动作于缩小故障范围，以较长时限动作于断开变压动作于缩小故障范围，以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。器各侧断路器。41412 2、中性点可能接地或不接地变压器的零序电流、电、中性点可能接地或不接地变压器的零序电流、电压保护压保护 对于有多台变压器并列运行的情况，通常只有部分变压器对于有多台变压器并列运行的情况，通常只有部分变压器中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地。当相邻母中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地。当相邻母线或线路发生接地故障，故障元件保护拒动时，则中性点接地线或线路发生接地故障，故障元件保护拒动时，则中性点接地变压器的零序电流保护动作，将中性点接地变压器切除，变压器的零序电流保护动作，将中性点接地变压器切除，此时此时中性点不接地变压器可能产生过电压。中性点不接地变压器可能产生过电压。42421 1）全绝缘变压器）全绝缘变压器 全绝缘变压器绕组各处的绝缘水平相同，在系统发生接全绝缘变压器绕组各处的绝缘水平相同，在系统发生接地故障时，允许后断开中性点不接地运行的全绝缘变压器。地故障时，允许后断开中性点不接地运行的全绝缘变压器。4343零序电流保护作为零序电流保护作为变压器中性点接地运行变压器中性点接地运行时的接地保护时的接地保护;零序电压保护作为零序电压保护作为变压器中性点不接地运变压器中性点不接地运行时的接地保护。行时的接地保护。动作电压躲过部分中性点接地电网发生接动作电压躲过部分中性点接地电网发生接地故障时，出现的最大零序电压，同时在发地故障时，出现的最大零序电压，同时在发生接地故障且失去接地中性点时具有足够灵生接地故障且失去接地中性点时具有足够灵敏度。一般取为敏度。一般取为 1.8Un 4444p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日