变压器的故障和保护配置

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,*,变压器的故障以及不正常运行工况,一、变压器的故障分类,变压器的故障可分为,内部故障,和,外部故障,两种,内部故障：,变压器油箱里面,发生的各种故障,主要包括：,1、,各相绕组,之间发生的,相间短路,2、,单相绕组部分线匝之间,发生的,匝间短路,3、,单相绕组,或,引出线通过外壳发生的单相接地故障,等,外部故障：变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生,的各种故障,主要包括：,1、绝缘套管,闪络,或,破碎,而发生的,单相接地(通过外壳),短路,2、,引出线之间,发生的相间故障等,变压器的故障以及不正常运行工况,变压器的故障和保护配置,二、变压器的不正常运行工况,主要包括：,1、由于,外部短路,或,过负荷引起,的过电流,2、,油箱漏油,造成的,油面降低,3、变压器,中性点电压升高,4、由于,外加电压过高,或,频率降低引起,的过励磁等,变压器的继电保护配置,一、瓦斯保护：,a、,0.4MVA及以上户内,油浸式变压器,b、,0.8MVA及以上,油浸式变压器,保护范围,范围包括：,变压器本体,，,有载调压,等部分,基本要求,a、,内部故障,和,漏油造成,的油面降低。,b、,变压器油温,、,绕组温度过高,及,油箱压力过高,和,冷却系统故障,。,c、,绕组的开焊故障,以及,匝数很小的短路故障,。,当,壳内故障产生轻微瓦斯,或,油面下降时,，,应瞬时动作于信号,；,当,壳内故障产生大量瓦斯时,，应,瞬时动作于断开变压器各侧断路器,变压器的继电保护配置,常见的瓦斯保护：,1、本体轻瓦斯：,一般要求发告警信号,2、本体重瓦斯：,要求跳主变各侧开关,3、调压重瓦斯：,要求跳主变各侧开关,4、压力释放:,要求跳主变各侧开关,5、油温高:,发告警信号或者延时跳开主变各侧开关,6、油位低：,一般要求发告警信号,变压器的继电保护配置,二、差动保护：,适用范围,a、,10MVA容量及以上,的,单独运行,的变压器,b、,6.3MVA容量及以上,的,并联运行,的变压器,c、,重要变压器,，,当电流速断保护灵敏度不符合要求时,保护范围,变压器,内部绕组的,相间,短路故障,变压器内部绕组的,匝间,短路故障,基本要求,a、应能,躲过励磁涌流,和,外部短路产生,的不平衡电流；,b、在变压器,过励磁时不应误动作,；,c、在,电流回路断线时应发出断线信号,，并有条件的,闭锁差动,保护；,d、在正常情况下，纵联差动保护的保护范围应包括,变压器套管和引出线,，如不,能包括引出线时,，应采取,快速切除故障,的辅助措施。,变压器的继电保护配置,变压器一次接线,变压器内桥,变压器的继电保护配置,变压器一次接线,变压器外桥,变压器的继电保护配置,变压器一次接线,变压器扩大内桥,变压器的继电保护配置,比率差动保护的动作方程,额定电流,中压侧的平衡系数,低压侧的平衡系数,变压器的继电保护配置,2、分相差动保护,分相差动保护的差动电流制动电流取自自藕变压器高压侧、自藕变压器中压侧、公共绕组的电流CT。,关于自藕变压器,自耦变压器是,只有一个绕组的变压器,，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝,作为二次绕组,；当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的部分线匝上。通常把,同时属于一次和二次的那部分绕组,称为,公共绕组,，其余部分称为,串联绕组,，同容量的自藕变压器与普通变压器相比，不但,尺寸小，而且效率高,，并且变压器,容量越大，电压越高时这个优点就越加突出,。因此随着电力系统的发展、电压等级的提高和输送容量的增大，自藕变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。,变压器的继电保护配置,自藕变压器,1、中压侧电压从绕组抽头中引出，与高压侧电压,有直接的电的联系。,2、高压侧与中压侧的公用部分，称为公共绕组。,3、为了平衡3次谐波，低压侧采用电磁耦合方式,接线上采用三角形接线。,变压器的继电保护配置,和普通双绕组变压器相比，自耦变压器有以下主要特点：,（1)由于自耦变压器的计算容量小于额定容量所以在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料(硅钢片和导线)和结构材料(钢材)都相应减少，从而降低了成本。有效材料的减少使得铜耗和铁耗也相应减少，故自耦变压器的效率较高。同时由于主要尺寸的缩小和质量的减小，可以在容许的运输条件下制造单台容量更大的变压器。,(2)由于自耦变压器的短路阻抗标幺值比双绕组变压器小，故电压变化率较小，但短路电流较大。,变压器的继电保护配置,(3)由于自耦变压器一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时会引起低压侧严重过电压。为了避免这种危险，一、二次都必须装设避雷器，不要认为,一、二次绕组是串联的，一次已装、二次就可省略,。,(4)在一般变压器中。有载调压装置往往连接在,接地的中性点上,，这样,调压装置的电压等级可以比在线端调压时低,。而自耦变压器中性点调压侧会带来,所谓的相关调压问题,。因此，,要求自耦变压器有载调压时，只能采用线端调压方式。,变压器的继电保护配置,平衡系数的计算,中压侧的平衡系数,公共绕组的平衡系数,分相差动保护的动作方程,变压器的继电保护配置,平衡系数的计算,中压侧的平衡系数,公共绕组的平衡系数,零序差动保护的动作方程,变压器的继电保护配置,变压器CT接线,1、微机保护要求主,变各侧接线为Y接线,，,相位调整由软件完成,（新品保护可以选择）,2、原则上主变的,CT极性同时指向主变和母线都可以满足要求,，但是现代的微机保护差动与后备保护有些同属一台装置，且,公用同一组CT,，由于后备保护具有方向功能，因此必须确定CT极性。,大多数主变保护要求CT极性以指向,母线为极性端,3、对于,内桥式接线,，差动保护要求,桥开关电流作为主变一侧来接入保护,。,4、对于低压侧带分支的情况，,低压2侧作为主变其中的一侧来处理,变压器的继电保护配置,关于主变激磁涌流的一些说明,变压器,空载合闸,或,外部故障切除后电压恢复过程中,，励磁涌流将,流入差动保护的差动回路,，若差动保护,不能够躲过这一电流,，就会误动作。因此，当前变压器差动保护的,核心问题是如何正确地识别励磁涌流和内部故障电流,。,励磁涌流是由于,变压器铁芯磁通饱和所引起的冲击电流,，其,大小与变压器等值阻抗,、,合闸初相角,、,剩磁大小,、,绕组接线方式,、,铁芯结构及材质等因素有关,。,在变压器的铁芯磁通未饱和时，励磁绕组电感很大，励磁电流很小甚至可忽略不计；而当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，由于磁链不能突变，会产生自由直流分量，导致变压器铁芯磁通饱和，变压器励磁绕组电感降低，将出现数值很大的励磁电流，也就是我们所说的励磁涌流。,变压器的继电保护配置,激磁涌流的特点,1、,励磁涌流幅值很大且衰减，含有非周期分量，当合闸初相角改变时，,对各相别的励磁涌流影响不同,。,对于中小变压器：,励磁涌流可以达到额定电流的10倍以上，且衰减很,快。,对于大型变压器：,励磁涌流一般不超额定电流的4-5倍，衰减慢，有,时可达到1分钟。,2、波形呈间断特性：,短路电流波形对称并且连续，励磁涌流不连续。,变压器的继电保护配置,短路电流,对称激磁涌流,不对称激磁涌流,w,、,d,分 别 为 差 动 电 流 的 波 宽 与 间 断 角。,变压器的继电保护配置,对称涌流：,波形不连续，出现间断，波形上,下对称。,严重情况下,w.max=120,j.max=50.8,非对称涌流,：波形偏于时间轴一侧，波形上出,现间断，,严重情况下,w.max=155.4,j.max=80,w,、,d,分 别 为 差 动 电 流 的 波 宽 与 间 断 角。,变压器的继电保护配置,分析和实践表明,1、,Y/,-,11,Y0/,-,11,接线的励磁涌流中，差动回路中有一相对称涌流，另外两相呈非对称性涌流，且这两相非对称性涌流其中一相为正极性，另一相呈负极性,变压器的继电保护配置,分析和实践表明,2、大容量变压器在某些情况下,涌流中的二次谐波含量仅为7%,，而在有,串补电容,的高压系统,或,含有电力电缆的,高压系统中的变压器发生,内部故障时的,故障电流，,其二次谐波含量可超过15%,变压器的继电保护配置,1、基于面积的波形对称原理,S1=AB曲线与DC曲线构成的构成的面积,S2=AB直线与DC直线构成的构成的面积,S+=AB曲线与X轴所构成的面积,S-=DC曲线与X轴所构成的面积,K=|S1-S2|/MAX（S+，S-）,区分变压器的励磁涌流和内部短路的几种方法,变压器的继电保护配置,对主变的差流求导之后所得到的波形进行波形对称性分析。从而区分是否为故障状态的一种方法。,基本思路是：在一周波加一点的数据窗内，首先用向前微分法 求得差流的导数波形，目的是去除直流分量，之后将差流导数波形的前半波和后半波做比较,k=1，2，3.n,一周采样点为2n,2、电流导数波形对称原理,变压器的继电保护配置,将一周波数据窗内的波形用适当的方法重组为两个部分。比较通过这两部分波形的相关性实现涌流与故障的区分。,3、电流波形相关法原理,变压器的继电保护配置,4、间断角原理,采 用 测 量 差 动 电 流 的,间 断 角,与,导 数 波 宽判,别 励 磁 涌 流，判 据 如 下：,d,间断角定值,w65,或,w140,时，判为,涌流情况,，,闭锁比率差动,保护；,当,d140,时，判为,变压器内部故障,，,开放比率差动,保 护,变压器的继电保护配置,关于CT极性以及相位校正,TA接线方法,变压器各侧电流互感器采用星形接线（也可采用常规接线），二次电流直接接入本装置，均以母线侧为极性端。以母线指向变压器为正方向指向。,采用微机保护时TA的相位校正,变压器各侧TA二次电流相位由软件自校正，采用在Y侧进行校正相位。例如对于Y0/-11的接线，其校正方法如下：,*,*,*,*,*,*,变压器的继电保护配置,三、过激磁保护,过激磁的产生,变压器过激磁是设计、制造与运行中常遇到的现象。产生过激磁的原因很多，主要为：,(1)铁心结构上原因,目前都采用硅钢片作为铁心导磁材料，铁心为全斜45接缝的叠片方式，接缝分两处并有一搭接距离.使有效厚度减少了，导致实际截面降低，故在接缝处有过激磁出现。,(2)恒磁通调压的变压器带有负载时，为保持不同负载下的输出电压为恒定值就必须补偿阻抗压降，必须通过分接位置的变换或增加外施电压。当外施电压大于分接电压时或增加外施电压时会产生过激磁。,变压器的继电保护配置,(3)自耦变压器采用中点调压方式时，在铁心中有过激磁现象。自耦变压器的电压比越接近，过激磁越严重。一般是电压比大于等于2时的自耦变压器才能采用中点调压方式。,(4)空载变压器在合闸瞬间的过渡过程有过激磁。当铁心中有剩磁通时，且在外施电压过零时的瞬间合闸，过激磁最大，是最不利的空载合闸状态。这是变压器固有特性所引起的瞬时过激磁现象。当fn=50Hz时，在0.01s内磁通达最大值。,现正发展电子型电压达峰值时合闸的断路器以减少合闸瞬间过激磁。,(5)三相三柱式铁心，Yyn0接法变压器，由于负载不平衡引起中点电压浮动，此时铁心中也会过激磁。,.,变压器的继电保护配置,(6)发电机甩负载时会在变压器与发电机联接端子上出现过电压，并引起过激磁。当fn=50Hz时，磁通可在0.02s内达最大值。,(7)在中点接地系统中，在单相接地故障的异常工况下，健全相的相电压会增加，110kV及以上系统，此电压会增加1.3倍。故障期间，铁心会过激磁。,(8)当电网频率低于额定频率时，当感性电压不变时，频率的降低会引起铁心中磁通的增加，会有过激磁。,.,变压器的继电保护配置,铁心中产生过激磁时会影响：,1、空载损耗会增加；,2、变压器的噪声水平将增加；,3、空载电流中高次谐波含量增加；,4、涌流会大于空载电流，引起较大的机械力；,5、过激磁时杂散磁通会离开主磁路，引起结构件中附加损耗；,6、铁心的温升会增加；,7、过激磁的同时还有过电压，绝缘结构应能承受住这一过电压,。,因此，在IEC761标准上对过