变压器继电保护

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电力变压器的继电保护,1,1,、变压器的故障,油箱内的故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。 油箱外的故障：主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。,2,、变压器的不正常运行状态主要有：,由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压； 由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。 大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式的过励磁故障,2,3,、变压器的保护方式。,（,1,）瓦斯保护 瓦斯保护作用：反应变压器油箱内的各种故障以及油面的降低 瓦斯保护基本原理：反应油箱内部所产生的气体或油流而动作。 瓦斯保护分类：轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。（,2,）纵差动保护或电流速断保护 作用 ：反应变压器绕组、套管及引出线上的故障。 上述各保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。（,3,）反应外部相间短路时引起的过电流和作为变压器的后备保护 过电流保护 复合电压起动的过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器上 负序电流及单相式低电压起动的过电流保护 阻抗保护,3,（,4,）外部接地短路时， 对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。 对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，增设零序方向元件。 当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压跳开后，中性点不接地的变压器,(,低压侧有电源,),仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护，中性点装放电间隙加零序电流保护等。 （,5,）过负荷保护 （,6,）过励磁保护 （,7,）其它保护 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设作用于信号或动作于跳闸的装置。,4,变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等。变压器油箱内的故障十分危险，由于油箱内充满了变压器油，故障后强大的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性气体（瓦斯），很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器不正常的运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等。,5,根据继电保护与安全自动装置的运行条例，针对变压器的上述故障和不正常运行状态，电力变压器应装设以下保护。,瓦斯保护:,800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反应变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。,纵差保护或电流速断保护:,6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中6300KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。10000KVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于,0.5s,。对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。纵差保护用于反应电力变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器。,6,相间短路的后备保护:,相间短路的后备保护用于反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。,接地短路的零序保护:,对于中性点直接接地系统中的变压器，应装设零序保护，零序保护用于反应变压器高压侧（或中压侧），以及外部元件的接地短路。,过负荷保护:,对于400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相，其动作时限较长，延时动作于发信号。,其他保护:,高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高，应装设变压器过励磁保护。对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行标准要求，应装设相应的保护装置。,7,瓦斯保护的概念和作用,1,、瓦斯保护基本原理：,在变压器油箱内部发生故障,(,包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻的接地短路,),时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当严重故障时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障的上述特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置，瓦斯保护的主要元件是气体继电器，气体继电器安装在变压器邮箱与储油柜之间的连接管道中。,8,9,瓦斯保护的主要元件,10,瓦斯保护的接线,11,接线原理： 上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延时发出报警信号。下面的触点表示“重瓦斯保护”，动作后起动变压器保护的总出口，使断路器跳闸。 ,KOM,作用： 当油箱内部发生 严重故障时，由于油流的不稳定可能造成干簧触点的抖动，此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器,KOM,，动作后由断路器的辅助触点来解除出口回路的自保持。 切换片,XS,作用：为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸可利用切换片,XS,将跳闸回路切换到信号回路。,瓦斯保护的评价,:,瓦斯保护能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵敏性高、接线简单，但不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。故不能作为变压器唯一的主保护，须与差动保护配合共同作为变压器的主保护 。,12,压力保护,压力保护是变压器油箱内部的主保护，还压力和压力突变量保护。,作用原理与重瓦斯保护基本相同，但他是反映变压器油的压力。,压力继电器又称压力开关，由弹簧和触电构成，置于变压器本体邮箱上部。当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀压力增高，弹簧动作带动继电器动触点闭合，切除变压器。,13,温度及油位保护,温度保护是反应邮箱油温异常的保护。当变压器温度升高时，温度保护动作发出报警信号。,油位保护是反应邮箱油位异常的保护。运行时，因变压器漏油或其他原因使油位降低时动作，发出报警信号。,冷却器全停保护,为提高传输能力，对于大型变压器均配置有各种冷却系统。在运行中，若冷却系统全停，变压器的温度将升高。若不及时处理，可能导致变压器绕组绝缘损坏。,冷却器全停保护在变压器运行中冷却器全停时动作，动作后立即发出报警信号，并经长延时切除变压器。,14,电力变压器电流速断保护,对于容量较小的变压器，当其过电流保护的动作时限大于0.5s时，可在电源侧装设电流速断保护。,保护动作电流:,）按大于变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短路电流,2)躲过变压器空载投入时的励磁涌流,15,取上述两条件较大值为整定值。,要求在保护安装处,K2,点发生两相金属性短路进行校验：,16,6.3 电力变压器的纵差保护,1、变压器纵差保护的基本原理,纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。,17,正常运行和外部短路时，流过差动继电器的电流为 ，由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平稳电流。,变压器内部故障时，流如差动继电器的电流为 ，该电流大于,KD,的动作电流时，,KD,动作。,由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，为了保证其纵联差动保护正确动作，必须适当选择各侧电流互感器的变比,18,2、变压器纵联差动保护的特点,1）电流互感器型号不同而产生的不平衡电流,解决办法：应按误差的要求选择两侧的电流互感器 ，确定差动保护的动作电流时，引入一个同型系数,K,st,。,2）计算变比与标准变比不同,用自耦变流器升流；用,差动继电器的,平衡,线圈,办法。,19,20,3）变压器带负荷调整接头而产生的不平衡电流,调整分接头实际上就是改变变压器的变比，其结果必然将破坏电流互感器二次电流的平衡关系，产生了新的不平衡电流。,解决办法：用提高保护动作电流的方法来躲过这种不平衡电流的影响。,4）变压器接线组别的影响,三相变压器的接线组别不同时，其两侧的电流相位关系也就不同。,21,d11,接线变压器差动保护的接线方式及其有关电流的相量图,22,采用了相位补偿接线后，在电流互感器绕组接成三角形的一侧，流入差动臂中的电流要比电流互感器的二次电流大,倍。可通过适当选择电流互感器变比来消除。,变压器星形侧变比：,变压器三角形侧变比：,23,5)励磁涌流的影响,由于变压器的励磁电流只流经它的电源侧，故造成变压器两侧电流不平衡，从而在差动回路内产生不平衡电流。,当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁涌流，其值可达变压器额定电流的68倍。可能造成保护误动作.,所谓励磁涌流，就是变压器空载合闸时的暂态励磁电流。,24,若空载合闸正好在电压瞬时值,u=0,的瞬间接通电路，则铁芯中就具有一个相应的磁通，而铁芯中的磁通又是不能突变的，所以在合闸时必将出现一个的磁通分量。因非周期性磁通分量的衰减比较慢，经过半个周期后，它与稳态磁通相叠加的结果，将使铁芯中的总磁通达到的数值,2max,，如果铁芯中还有方向相同的剩余磁通,res,，则总磁通将为,2max,+,res,。由于铁芯高度饱和，使励磁电流剧烈增加，从而形成了励磁涌流 。,25,变压器励磁涌流的波形具有以下几个明显的特点： ）含有很大成分的非周期分量，使曲线偏向时间轴的一侧；,）含有大量的高次谐波，其中二次谐波所占比重最大；,）涌流的波形削去负波之后将出现间断，称为间断角。,26,为了消除励磁涌流的影响，在纵联差动保护中通常采取的措施是：,1）接入速饱和变流器。为了消除励磁涌流非周期分量的影响，通常在差动回路中接入速饱和变流器,T,sat,。当励磁涌流进入差动回路时，其中很大的非周期分量使速饱和变流器的铁芯迅速严重饱和，励磁阻抗锐减，使得一、二次之间的传变性能变差，差动继电器的电流很小，保护不起动。,2,）采用以二次谐波制动原理构成的纵联差动保护装置。,3,）采用鉴别波形间断角原理构成的差动保护。,4,）采用差动电流速断保护。利用励磁涌流随时间衰减的特点，借保护固有的动作时间，躲开最大的励磁涌流。,27,带速饱和变流器接线：,28,3 、用带加强型速饱和变流器的差动继电器构成的纵联差动保护,1）,DCD2,型差动继电器构成原理,它由加强型速饱和变流器和电流继电器,KA,组成。加强型速饱和变流器是一个三柱铁芯，中间柱的截面积比两边柱、的截面积大一倍。在中间柱上除绕有差动线圈和两个平衡线圈,Wb1,和,Wb2,外，还绕有短路线圈 。在,A,柱上，绕有 。在,C,柱上绕有二次绕组,W2。,29,当在差动线圈,Wd,上仅有周期分量电流 时，,B,柱上的磁通分别通过,A,柱和,C,柱，并在短路绕组中感生电势，产生电流 。如果 ，则,，当铁芯未饱和时，相当于短路绕组不存在 。,当铁芯饱和后，磁阻变大，传变性能变坏，在短路绕组中感应电势减小，由 产生的磁通也减小。值的注意的是，,A、B,柱上磁通减小的程度不同，,A,柱减小更多，对,C,柱而言呈去磁作用，进一步使二次绕组感生电势减小。,30,DCD-2,差动继电器结构图,31,2）用,DCD-2,差动继电器构成的纵差保护接线,32,3)用,BCH-2,构成的差动保护整定计算,基本侧确定,计算一次额定电流:,选择电流互感器变比:,确定基本侧:,33,动作电流计算值确定,躲励磁涌流条件：,躲断线条件：,躲外部短路最大不平衡电流条件：,34,若是双绕组变压器，则,保护动作电流计算值取上述三条件最大值。,确定基本侧工作绕组,35,根据选用工作绕组，按下式求出保护动作电流：,工作绕组等于,36,确定非基本侧平衡绕组,三绕组变压器：,双绕组变压器：,整定：根据计算值按四舍五入法进行确定平衡平衡绕组匝数。,37,相对误差校验,要求： 0.05 。若条件不满足，应重新确定保护动作电流。,灵敏度,38,变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护或负序电流保护等。,一、过电流保护,1,、变压器过电流保护、速断保护统称为电流保护装置，对于小容量变压器的电流保护装置，可以在电源侧装设电流速断保护，作为电源侧线圈、套管以及引出线故障的主保护。用限时过电流保护，可保护变压器的全部，并作为下一元件的后备保护。变压器过电流保护的单相原理接线如图所示。,变压器相间短路后备保护及过负荷保护,39,2,、保护的起动电流按躲过变压器的最大负荷电流整定,3,、变压器的最大负荷电流的确定,（,1,）对并联运行的变压器，应考虑切除一台变压器后的负荷电流。当各台变压器的容量相同时，可按下式计算：,（,2,）对降压变压器，应考虑负荷中电动机自起动时的最大电流。,I,L.max,=K,ast,I,T.N,K,ast-,自启动系数，对,35KV,负荷取,1.52,；对,610KV,负荷取,1.52.5,40,4,、保护的灵敏系数按下式校验：,要求：作为近后备保护，取变压器低压侧母线为校验点，要求,K,sen,1.5,；作为远后备保护，取相邻线路末端为校验点，要求,K,sen,1.2,。,5,、保护的动作时限,应比相邻元件保护的最大动作时限大一个阶梯时限,t,。,二、低电压启动的过电流保护,1,、当过电流保护不能满足灵敏度要求时可采用低电压启动的过电流保护，原理接线如下图所示。,41,42,2,、低电压启动的过电流保护工作原理,保护的启动元件包括电流继电器和低电压继电器，只要当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继电器经预定时间后，起动出口中间继电器动作与跳闸。低压测量元件的作用是保证外部故障切除后电动机自启动时不动作。,3,、低电压启动的过电流保护整定计算,（,1,）电流元件的起动电流按躲过变压器的额定电流整定,（,2,）低电压元件的起动电压应小于正常运行时最低工作电压，同时，外部故障切除后，电动机起动的过程中，它必须返回。根据运行经验，通常用,4,、灵敏系数校验,（,1,）电流元件的灵敏系数校验与过电流的校验相同（,2,）电压元件的灵敏系数按下式校验,：,43,5,、中间继电器,KM,的作用,为防止电压互感器二次回路断线后保护误动作。,三、,复合电压启动的过电流保护,1,、在低电压启动的过电流保护的低电压继电器灵敏系数不满足要求时，可以采用复合电压启动的过电流保护。这种保护是低电压启动过电流保护的一个延伸，它由负序电压滤过器、过电压继电器及低电压继电器组成复合电压启动回路。复合电压启动的过电流保护的原理接线如下图所示。,44,45,2,、保护由三部分组成：,电流元件、电压元件（含负序电压继电器,KVN,和低电压继电器,KV,）、时间元件。,3,、装置动作情况如下：,（,1,）当发生不对称短路时，故障相电流继电器动作，同时负序电压继电器动作，其动断触点断开，致使低电压继电器,KV,失压，动断触点闭合，起动闭锁中间继电器,KM,。相电流继电器通过,KM,常开触点起动时间继电器,KT,，经整定延时起动信号和出口继电器，将变压器两侧断路器断开。（,2,）当发生对称短路时，由于短路初始瞬间也会出现短时的负序电压，,KVN,也会动作，使,KV,失去电压。当负序电压消失后，,KVN,返回，动断触点闭合，此时加于,KV,线圈上的电压已是对称短路时的低电压，只要该电压小于低电压继电器的返回电压,KV,不致于返回，而且,KV,的返回电压是其起动电压的,Kre,（大于,1,）倍，因此，电压元件的灵敏度可提高低电压继电器的返回系数倍。复合电压启动的过流保护在对称短路和不对称短路时都有较高的灵敏度。,46,4,、负序电压继电器的起动电压整定,负序电压继电器的起动电压按躲开正常运行情况下负序电压滤过器输出的最大不平衡电压整定。根据运行经验，取,5,、复合电压启动的过电流保护的优点：,(1),由于负序电压继电器的整定值较小，因此对于不对称短路，其灵敏系数较高。,(2),对于对称短路，电压元件的灵敏性可提高,1.15,1.2,倍。,(3),由于保护反应负序电压，因此对于变压器后的不对称短路，与变压器的接线方式无关。,四、负序过电流保护,1,、变压器负序过电流保护的原理接线图,47,对于大容量的发电机变压器组，由于额定电流很大，在相邻元件末端两相短路时短路电流可能很小，电流元件往往不能满足作为相邻元件后备保护对灵敏度的要求，这时可以采用复习过电流保护，以提高不对称短路时的灵敏度。负序过电流保护由反应不对称短路时故障的负序电流元件和反应对称短路故障的单相式低压过电流保护组成。,48,2,、保护装置组成,由电流继电器和负序电流滤过器,Z,以及一套低电压启动的过电流保护组成。,3,、负序电流保护的起动电流按以下条件选择。,(1),躲开变压器正常运行时负序电流滤过器出口的最大不平衡电流，其值一般为,(0.1,0.2)I,N.T,(2),躲开线路一相断线时引起的负序电流。,(3),与相邻元件上的负序电流保护在灵敏度上配合。 为简化计算，可暂取,4,、保护的灵敏系数校验,49,三绕组变压器后备保护的配置原则,对于变压器的后备保护，它的配置与被保护变压器电气主接线方式及各侧电源情况有关，当变压器邮箱内部故障时，应断开各侧断路器，当邮箱外部故障时，只应断开近故障点侧的变压器断路器，是变压器其余侧继续运行。,（,1,）对于双绕组变压器。相间短路后备保护应装于主电源侧，根据主接线情况可以带一段或两段时限，以较短时限跳开母联或者分段断路器，以便缩小故障影响范围，以较长时限跳开各侧断路器。,（,2,）对于单侧电源的三绕组变压器，可装设两套后备保护，分别装在电源侧和负荷侧。,（,3,）对于多侧电源的三绕组变压器，应在三侧都装设过电流保护，作为本侧母线保护的后备保护，主电源侧的过电流保护也作为变压器主保护的后备保护。,50,电源侧的过电流作为变压器保护主保护和母线,II,段保护的后备，为在外部故障时尽量缩小故障影响范围，所以电源侧过电流保护带两级时限，并以较小时限跳开变压器,II,侧断路器,QF3,，以较大时限断开变压器各侧断路器。负荷侧的过电流保护只作为母线,III,段保护的后备，动作时限按比该侧母线所连接的元件保护的最大动作时限大一个阶梯时限选择。,单侧电源三绕组变压器后备保护装置图,51,五、过负荷保护,1,、变压器的过负荷保护：,只用一个电流继电器，接于任一相电流中，经延时动作于信号。,2,、过负荷保护的安装方式：,(1),对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。,(2),对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。,(3),对三侧有电源的三绕组升压变压器，三侧均应装设。,(4),对于双绕组降压变压器，装于高压侧。,(5),仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组的容量相等，只装于电源侧；若三侧绕组的容量不等，则装于电源侧及绕组容量较小侧。,(6),对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。,3,、负荷保护的动作信号,均经过同一时间继电器作用于信号。,52,4,、过负荷保护的动作电流整定,应按躲开变压器的额定电流整定，即,5,、过负荷保护动作时限,应比变压器的后备保护动作时限大一个,t,。一般取,510,秒。,53,电力变压器接地保护,要求：,大电流接地系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地（零序）保护。作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。,对只有一台变压器的升压变电站，变压器都采用中性点直接接地运行方式。,有若干台变压器并联运行的变电站，则采用一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运行的方式。,1、中性点直接接地变压器的零序电流保护,54,保护的动作电流按与被保护侧母线引出线零序电流保护后备段在灵敏度上相配合的条件来整定,保护的灵敏系数按后备保护范围末端接地短路校验，灵敏系数应不小于1.2。保护的动作时限应比引出线零序电流后备段的最大动作时限大一个阶梯时限,t。,为了缩小接地故障的影响范围及提高后备保护动作的快速性，通常配置为两段式零序电流保护，每段各带两级时限。较短时限断开母联或分段断路器，较长时间段开变压器断路器。,55,2、中性点可能接地或不接地变压器的接地保护,如图所示两台升压变压器并列运行，其中,T1,中性点接地运行，,T2,中性点不接地运行。,对于中性点有两种运行方式的变压器，需要装设两套相互配合的接地保护装置：零序过电流保护用于中性点接地运行方式；零序过电压保护用于中性点不接地运行方式。,按下列原则来构成保护：对于分级绝缘变压器应先切除中性点不接地运行的变压器，后切除中性点接地运行的变压器；对于全绝缘变压器应先切除中性点接地运行的变压器，后切除中性点不接地运行的变压器。,56,1,）,分级绝缘变压器,系统正常运行时，系统无零序电流、电压，因此零序电流继电器,KA,和,KV,均不动作，整套保护不动；当繁盛接地故障时，中性点不接地运行变压器,TAN,屋零序电流，,KA,不动作，保护不启动，,KV,因为,3U,而动作，而发生故障后，中性点接地处出现零序电流，中性点接地运行变压器的零序电流继电器,KA,动作，将操作电源送到中性点不接地运行变压器的零序电压保护，因此中性点不接地变压器的零序电压保护先经,KT2,的延时跳中性点不接地变压器，再经,KT1,延时跳中性点接地变压器。,57,2）全级绝缘变压器,这种变压器的接地保护除了设置两段零序过电流保护外，还应增设零序过电压保护，用于变压器中性点不接地时，所连接的系统发生单相接地故障同时又失去接地中性点的情况。发生此种故障对中性点全绝缘的变压器，虽然不致造成危害，但对中性点直接接地的其他电气设备的绝缘将构成威胁，因此，靠零序过电压保护切除故障。,58,