变压器继电保护2

变压器的继电保护第一节变压器的故障类型不正常运行状态及其保护方式变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的元件，因此需要根据变压器容量和重要程度装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。1.变压器内部故障油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁心烧损等.油箱外部故障：套管和引出线上发生相间短路和接地短路油箱内部故障非常危险，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，还会使变压器油绝缘分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果油箱内故障油箱外部故障2.变压器不正常运行状态主要包括：1)由于变压器外部相间短路引起的过电流（相间短路——过电流）2)由于变压器外部接地短路引起的过电流和中性点过电压（接地短路——过电流、中性点过电压）3)由于负荷超过额定容量引起的过负荷（过负荷）4)由于漏油等原因而引起的油面降低（油面降低）5)在过电压或低频率等异常运行方式下，发生变压器的过励磁（过励磁）变压器的不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。变压器不正常运行时，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。3.保护方式1)瓦斯保护特点：动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。反应油箱内的各种故障，不反应油箱外部的故障。对变压器油箱内的各种故障、应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中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。装设范围：800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器。2)纵差动保护或电流速断保护特点：反应变压器油箱内外故障对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差动保护或电流速断保护。纵差动保护范围：6300kVA以上并列运行的变压器；10000kVA以上单独运行的变压器；容量为6300kVA以上的发电厂厂用变压器和工业企业中的重要变压器。电流速断的保护适用：10000kVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5s时。纵差动保护和电流速断动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。3)外部相间短路时，应采用的保护对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护：a、过电流保护：用于降压变压器，保护的整定值考虑在事故状态下可能出现的过负荷电流b、复合电压（负序电压和线电压）起动的过电流保护：用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上c、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：用于大容量升压变压器和系统联络变压器d、阻抗保护：对升压变压器和系统联络变压器当采用b、c的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，采用阻抗保护。4)外部接地短路时，应采用的保护a、中性点直接接地电力网内，应装设零序电流保护b、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，应增设零序方向元件。5)过负荷保护对400kVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。6)过励磁保护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的升高，应装设过励磁保护。（在变压器过励磁允许的范围内，保护作用于信号，超过允许值，可动作于跳闸）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，应装设可作用于信号或动作于跳闸的保护装置。第二节变压器纵差动保护主要是变压器内部绕组故障、外部套管及引出线故障1.构成变压器纵差动保护的基本原则双绕组变压器Ｉ-Ｉ高压侧低压侧1I2I'2I'12II1I1TAn2TAnTn为变压器两侧的一次电流参考方向均由母线指向变压器2I1I、分别为两侧电流互感器的变比。1TAn2TAn则流入差动继电器KD的电流为：12rIII因此纵差动保护的动作判据为：rsetII'1I'2I为相应的电流互感器二次电流设变压器的变比为:忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时有:12/TnUU.21TInIＩ-Ｉ高压侧低压侧1I2I'2I'12II1I1TAn2TAnTn21211211221(1)rTATATTATTATATAIIInnnIInnInnn则差动电流可表示为：若选择电流互感器的变比，使之满足:21TATTAnnn122TrTAnIIIn则有：正常运行和变压器外部故障时，差电流为零，保护不会动作；由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为确保纵差动保护的正常工作，必须适当选取电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，即应使：'1212122211TATATATTAIIIInnnInnI或其中：高压侧电流互感器变比1TAn2TAnTn：变压器的变比：低压侧电流互感器变比要实现变压器的纵差保护，必须适当的选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比，即Tn21TATTAnnn由于变压器常采用Y，d11的接线方式，因此，其两侧电流的相位差为，若两侧电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，也会有一个差电流流入继电器，为消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后，即可把二次电流的相位校正过来。30Ｉ-ＩＩ-ＩＩ-ＩYAIdAI1TAn2TAn'dAI''YAYBII变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形YCIYBIdCIdBIdaIdbIdcI'YAI'YBI'YCI'dAI'dBI'dCIYAIYBIYCI星形侧一次电流dAIdBIdCI30三角形侧一次电流'YAI'YBI'YCI''YAYBII''YBYCII''YCYAII星形侧二次电流'dAI'dBI'dCI三角形侧二次电流星形侧差动臂二次电流...'''.()BrYBYCdBIIII要使A相的继电器在正常运行及外部故障时不动作，需满足：.dATYAInI由于：.'2dAdATAIIn而流入三个差动继电器的差动电流为：...'''.()ArYAYBdAIIII...'''.()CrYCYAdCIIII...'''YAYBdAIII....'''133YAYAYBYATAIIIIn又由于：即有：..123YAdATATAIInn所以213TATTAnnn按相差动Y式中、、是流入三个差动继电器的差电流。这样就可以消除两侧电流相位不一致的影响。由于侧采用了两相电流差，相当于变压器的变比增加了倍，因此电流互感器变比的选择应该满足：.ArI.BrI.CrI3213TATTAnnn模拟式的差动保护都是采用这种接线方式，对于数字式差动保护，也可以将星形侧的三相电流直接接入保护装置内，由计算机的软件实现相位调整功能，以简化接线。三绕组变压器Ｉ－Ｉ1I2I1I'2I3I'3I'''123rIIII电力系统中常常采用三绕组变压器。三绕组变压器的纵差动保护原理与双绕组变压器是一样的。接入纵差动继电器的差电流为：高压侧中压侧低压侧正常运行时由高压侧、中压侧同时向低压侧提供功率13Tn23Tn设变压器的1－3侧和2－3侧的变比为和，考虑到正常运行和区外故障时变压器各侧电流满足:13Tn23Tn电流互感器变比的选择应该满足:31313TATTAnnn变压器高中压侧采用星形接线,低压侧采用三角形接线三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择也要参照Y,d11双绕组变压器的方式进行调整，即Δ侧互感器用Y接线方式；两个Y侧互感器则采用Δ接线方式。32323TATTAnnn高压侧电流折算到低压侧中压侧电流折算到低压侧...12313230TTnInII2.差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方法变压器的纵差保护同样需要躲开流过差动回路中的不平衡电流，产生不平衡电流的原因和消除方法如下：I.由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流II.由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流IV.由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流III.由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流1）由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流由于两侧电流互感器都是根据产品目录选取标准变比，而变压器的变比也是一定的，因此，三者之间很难满足:（或）的要求，此时差动回路中将有不平衡电流流过。21TATTAnnn213TATTAnnn令变比差系数为：121TATzaTAnnfn理论上应有：21TATTAnnn则由：21211211221(1)rTATATTATTATATAIIInnnIInnInnn在正常运行和外部故障时有：..120TnII可得:11zaunbTAfIIn上式即为由计算变比与实际变比不同而在差动回路产生的不平衡电流。高压侧电流折算到低压侧如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，并忽略Δfza的影响，则区外故障时变压器两侧电流相等，即I=I2=nTI1,但方向相反，I称为区外故障时变压器的穿越电流。设Ik.max为区外故障时最大的穿越电流，则由电流互感器和变压器变比不一致产生的最大不平衡电流为：.max.maxunbzakIfI如无特殊说明，变压器各侧电流都是折算到二次侧从二次侧来看是同一个电流从一侧流入从另一侧流出2）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流调整变压器分接头是电力系统中常用的调压方法，改变分接头也就是改变了变压器的变比nT，分接头的改变，就会产生一个新的不平衡电流。应在纵差保护的整定值中予以考虑。由此产生的最大不平衡电流为:.max.maxunbkIUI式中ΔU为由变压器分接头改变引起的相对误差，考虑到电压可以正负两个方向进行调整，一般取可调整范围的一半。（△U=2×2.5%)3）由电流互感器传变误差而产生的不平衡电流由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性，励磁电流也不同，故在差动回路中产生的不平衡电流就很大。（根据第四章，电流互感器误差不会超过10%，最大可能值）采用电流互感器同型系数Kat（同型号取0.5，不同型号取1，对于变压器一般取1）。.maxmax10%unbatkIKI对于变压器的纵差动保护，两侧电流互感器的变比不一样，互感器的型号肯定不同，故Kat=1。TA等效电路1I'1I1I一次电流中的一部分消耗在绕组励磁上其二次电流为：1L111III电流互感器的传变误差就是励磁电流1I根据等效电路可得：1111111111ZIIILjLZjZZL包括了电流互感器的漏抗和二次负载阻抗，一般电阻分量占优，在定性分析时可以当作纯电阻处理。ZL区外故障时变压器两侧的一次电流为(折算到二次侧)，故由电流互感器传变误差引起的不平衡电流为:.1122//TATAInIn1221unbIIIII不平衡电流实际上就是两个电流互感器励磁电流之差。并且励磁电流总是落后于一次电流，故与之间的相位差不会超过90o，它们是相互抵消的。假设比较大，不平衡电流将小于。若两个电流互感器的型号相同，它们的参数差异性小，不平衡电流也比较小；反之，不平衡电流比较大。通常采用同型系数来表示互感器型号对不平衡电流的影响，即.1I.2I.1I.1I1unbatIKI4）由变压器励磁涌流ILY所产生的不平衡电流变压器的励磁电流Iμ仅流经变压器的某一侧，故通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡掉，正常情况下此电流很小，一般不超过额定电流的2%~10%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，影响就更小。励磁电流的大小取决于励磁电感Lμ的数值，也就是取决于变压器铁