变压器保护及原理.ppt

变压器保护及其工作原理,变压器的故障类型和不正常工作状态 变压器保护的配置及原理,讲解内容：,变压器,变压器是一种静止电器，它把一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的交流电能。,一、变压器的故障类型和不正常工作状态,变压器的故障类型 变压器的不正常状态,变压器的故障类型,内部故障：指油箱内的短路故障 变压器绕组的相间短路 变压器绕组的匝间短路 中性点接地侧的单相接地短路 外部故障：指油箱外引出线的短路故障 相间短路 单相接地短路,变压器不正常工作状态,外部短路引起的过电流 油箱漏油造成油面降低 外部接地短路引起中性点过电压 过负荷 绕组过电压 频率降低引起的过励磁 油温过高等,变压器处于不正常工作状态时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。,值班人员处理措施,二、变压器保护的配置及原理,应装设哪些的继电保护 各保护的配置及原理,应装设的继电保护装置,1）防止变压器油箱内各种短路故障和油面降低的瓦斯保护（重瓦斯 跳闸 / 轻瓦斯 信号) 2）防止变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的纵差保护或电流速断保护 3）防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护（或电流速断保护）后备的过电流保护（或复合电压启动的过电流保护或复序过流保护）,4）防止大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电 流保护 5）防止变压器对称过负荷的过负荷保护 6）防止变压器过励磁的过励磁保护 7）防止变压器中性点非有效接地侧的单相接地故障 8）防止变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷 却系统故障,应装设的继电保护装置,变压器主保护,变压器的主保护： 为满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择的切除被线路保护设备和线路故障的保护。 主保护包括： 差动保护、瓦斯保护、差流速断保护,1、差动保护,它用以保护变压器内部、套管及引出线上的各种短路故障，为实现这一保护，需要在变压器两侧装设电流互感器TA1和TA2，并按环流法连接。保证在正常负荷情况下或外部短路故障时，通过继电器的电流为两侧电流差，当保护范围内发生故障时，通过继电器的电流为两侧电流之和。保护动作瞬时断开两侧的断路器QF1和QF2，保护的范围为TA1和TA2之间一次回路各电器元件。,差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。,2、差流速断保护,差流速断保护主要是为了在变压器差动内发生严重短路故障时快速切除变压器，以确保变压器的安全。为了保证装置的正确动作，速断电流的定值应按以下原则选取： 躲过变压器空载投入或区外故障切除时可能产生的最大励磁涌流。 躲过变压器差动区外端部故障时穿越电流造成的最大不平衡电流。 以上电流按基波值选取。 原理很简单，即当差动电流大于整定值，瞬时动作跳闸,差流速断保护的原理很简单，它其实就是差动保护，只是现在的差动保护为了防止因为空载合闸产生的励磁涌流和外部故障时因为电流互感器饱和而发生保护误动，而采取了二次谐波制动，以及差动保护启动电流值随着不平衡电流大小而改变的比率制动原理。差流速断保护就是一个没有采取制动措施，也不会根据不平衡电流大小而改变启动值，只要故障电流达到它的整定值，它就动作。可以把差流速断保护看成是有差动保护范围的电流速断保护，其实它就是最原始的差动保护。,一般差动保护启动值不超过5A，而差流速断保护为2040A。由于它不用判断是否需要闭锁保护启动，所以它的动作时间比差动保护还快，而设置它的目的，就是要快速的切除故障，当变换到电流互感器二次的值达到几十安的时候，可以说肯定是内部故障而且是很严重的故障，所以根本不用考虑是不是需要制动的问题了。,3、变压器的瓦斯保护,瓦斯保护，又称为气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本保护装置。 瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而对变压器外部端子上的故障情况则无法反应。不能单独作为变压器的主保护，可与纵差动保护相互配合。,瓦斯保护原理,当变压器发生内部故障时产生大量气体将聚集在瓦斯继电器的上面，使油面下降，当油面降低到一定程度时，上浮筒下沉使水银接点接通，发轻瓦斯动作信号。如果是严重故障时，油箱内的压力增大使油流冲击挡板，挡板克服弹簧阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动使水银接点闭合接通跳闸回路。,反应变压器油箱内部故障产生的气体而动作，主要由瓦斯继电器构成，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸,瓦斯保护原理及构成,瓦斯保护的主 要元件是瓦斯 继电器，它安 装在变压器的 油箱和油枕之 间的连接管道 中。,瓦斯继电器装设在变压器油枕之间的联通管上。变压器安装时应取1%1.5%的倾斜度(使气体能够进入瓦斯继电器和油枕）；联通管对油箱的油箱与顶盖也有2%4%的倾斜度(防止储存气体，同时保证瓦斯保护的可靠动作）。,瓦斯保护基本原理： 正常运行时，气体继电器充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点断开。当变压器内部故障时，故障点局部发热，引起附近的变压器油膨胀，油内溶解的空气被逐出，形成气泡上升，同时油和其他材料材料在电弧和放电等作用下电离产生气体。当故障轻微时，排除的气体缓缓地上升而进入气体继电器，使油面下降，开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动，使干簧触点接通，发出信号。 当变压器内部故障严重时，产生强烈的气体，使变压器内部压力突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击挡板，挡板客服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使干簧触点接通，作用于跳闸。,轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸(跳开变压器两侧断路器)。 在充油或变压器修理后重新灌油时，为了防止误动作，将重瓦斯切换至动作用于信号，一般约为两、三天。在瓦斯继电器试验时也应切换至信号。 注意：保护的出口中间继电器必须是自保持中间继电器KM，因为重瓦斯是靠油流的冲击而动作的，油流的速度不恒定(即不稳定)，且断路器跳闸有它的固有动作时间，为了防止短时闭合造成动作不可靠。出口中间继电器KM 采用“自保持”回路。,瓦斯保护的运行,瓦斯保护的接线,变压器为什么需要装有瓦斯保护,在电网的变压器中，差动保护和瓦斯保护一起构成变压器的主保护，差动保护是用首末两端的对比判断故障然后动作的，保护的是变压器的绕组、套管、到CT侧，差动保护属于电气量保护。瓦斯保护是属于非电气量保护，装在油箱和油枕之间，分过气流和过油流，如果变压器内部发生短路，那么短路电流会分解变压器油而产生气体，让瓦斯继电器发出告警信号（轻瓦斯保护），短路严重的时候，气温很高，会让油面上升，冲到瓦斯继电器的动作位置，发出跳闸信号（重瓦斯保护），由于瓦斯保护可以保护到差动保护所保护不到的位置铁芯。所以差动和瓦斯一起构成变压器的主保护。,差动、瓦斯特点分析,瓦斯保护的主要优点是结构简单，灵敏性高，能反应变压器油箱内的各种故障。特别是能反应轻微匝间短路。它也是油箱漏油或绕组、铁芯烧毁的唯一保护。 差动保护能反应油箱外（变压器套管和引出线的）故障，抗外部振动干扰能力强。,瓦斯保护能反应变压器油箱内的任何故障，包括铁芯过热烧伤，油面降低，但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路，虽然短路匝内短路电流很大，会造成局部绕组严重过热，产生强烈的油流，向油枕方向冲击，但表现在相电流上却并不大，因此，差动保护没有反应，但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应。 差动保护与瓦斯保护在保护范围上有一定互补性，不能相互代替，一起作为变压器的主保护。,后备保护：主保护或开关拒动时，用来切除故障的保护。后备保护分为远后备和近后备两种。 远后备保护：当主保护或开关拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。 近后备保护：主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。 后备保护包括：过电流保护、相间阻抗保护、复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、过负荷保护等。,变压器的后备保护,为反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，变压器应装设过电流保护。过电流保护既可作本级变压器的近后备保护，又可作下级线路的远后备保护。,1、过电流保护,动作电流整定,动作电流：躲过变压器的最大负荷电流,可靠系数 ，DL取1.21.3， 返回系数 ，DL取0.85。,最大负荷电流的计算：,（2）降压变压器,电动机自起动系数， 35kV取1.52， 610 kV取1.52.5。,（1）并列运行的m台变压器，考虑切除一台后,接线,只当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继电器，经过预定的延时后，起动出口中间继电器动作于跳闸。,2、低电压起动的过流保护,动作电流整定,低电压元件的作用是保证在上述一台变压器突然切除或电动机自起动时不动作，因而电流元件的整定值就可以不再考虑可能出现的最大负荷电流，而是按大于变压器的额定电流整定,动作电压整定,低电压元件的起动值应小于在正常运行情况下母线上可能出现的最低工作电压，同时外部故障切除后，电动机自起动的过程中，它必须返回。根据运行经验，通常采用 Uop=0.7UTN UTN变压器的额定电压。,3、复合电压起动的过电流保护,整定计算,动作电流： 低电压继电器动作电压： 负序电压继电器动作电压：,4、复压闭锁过流保护,复压是指相间电压低或负序电压高，当系统发生短路时，往往伴随着电压降低和电流增大的情况，为了防止系统正常时而电流保护误动，因此我们在过流保护的基础上加装电压闭锁元件，这样就构成了复压闭锁过流保护。,（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Kre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。,动作原理,5、间隙零序保护,分级绝缘变压器零序保护组成 由零序电压保护、零序电流保护、间隙零序电流保护共同构成 分级绝缘变压器零序保护原理 当系统发生一点接地，中性点接地运行的变压器由其零序电流保护动作于切除。若高压母线上已没有中性点接地运行的变压器，而故障仍然存在时，中性点电位将升高，发生过电压而导致放电间隙击穿，此时中性点不接地运行的变压器将由反应间隙放电电流的零序电流保护瞬时动作于切除。如果中性点过电压值不足以使放电间隙击穿，则可由零序电压保护带0.30.5S的延时将中性点不接地运行的变压器切除。,过负荷一般情况下都是对称的，因此只装一相，延时动作于预告信号 对双绕组升压变，装于低压侧；对双绕组降压变，装于高压侧。 对一侧无电源的三绕组升压变压器应装于发电机电压侧和无电源侧。对三侧有电源的绕组升压变压器，二侧均应装设。对仅一侧有电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相等，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。对两侧都有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设备侧的过负荷保护。,6、过负荷保护,比后备保护大t以上，一般取910 秒。,可靠系数 ，取1.05， 返回系数 ，取0.85。,动作电流整定,动作时限整定,7、温度高保护,主要测量和启动元件： 变压器温度继电器（油温表） 主要功能： 1、根据变压器温度的变化控制变压器冷却器工作状态。 2、当变压器温度较高时，发出报警或跳闸信号。 温度计主要结构： 温包、PT100电阻、毛细管、波纹管、表头、压力式继电器,8、变压器防爆保护,保护测量和启动元件： 变压器压力释放阀 动作原理： 压力释放阀可使变压器在油箱内部发生故障、压力升高至压力释放阀的开启压力时，压力释放阀在2ms内迅速开启，使变压器油箱内的压力很快降低。当压力降到压力关闭值时，压力释放阀便可靠关闭，使变压器邮箱内永远保持正压，有效地防止外部空气、水分及其他杂质进入油箱。,压力释放阀的特性： 1、快速开启性能 2、自动复位功能 3、自动发信功能 压力释放阀的释放压力： 压力释放阀是机械式的释压装置，为适应变压器全密封运行的特殊性，释放口径只能达到130mm，此口径的压力释压阀设计泄压能力只能保护变压器内故障压力速率低于15kPa/ms时的故障产生的压力，故障压力速率超过此限值易造成变压器油箱损坏。,谢谢观赏！,