变电二次设备原理与认知一(张勇).

变电二次设备原理与认知(一)主讲：张勇13837098311变电站继电保护及二次回路的相关知识变压器的结构及变压器保护的配置变压器保护的基本原理变压器保护的调试方法及注意事项~发电机升压变隔离开关断路器220kV母线高压输电线路#1变压器电流互感器#1变高压侧开关220kV母线电压互感器高压配电线路220kV母线110kV母线发电厂一次设备简图系统介绍220kV变电站一次设备简图当电力系统中的电力元件或其本身发生故障或异常时，能够及时向值班员发出告警信号或直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的设备什么是继电保护装置？可靠性选择性速动性灵敏性电力系统对继电保护的基本要求计量保护A柜保护B柜直流电源测控直流回路信号回路交流回路二次回路简述控制回路220kV母线10kV母线变压器的故障和保护配置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。变压器主变虎踞创效益银线条条连四方绕组的相间短路绕线的匝间短路绕组引线与外壳发生单相接地短路铁芯烧损引出线间的各相间短路故障引出线单相接地故障变压器的故障引出线间相间短路外部故障变压器故障内部故障引出线单相接地短路绕组相间短路绕组与铁芯间的短路绕组断线故障绕组引线与外壳单相接地绕组匝间短路过电流；过负荷；油面降低；过励磁其它绕组的相间短路绕线的匝间短路绕组引线与外壳发生单相接地短路铁芯烧损瓦斯保护差动保护引出线间的各相间短路故障引出线单相接地故障差动保护（二）变压器保护的配置瓦斯保护容量在0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA及以上的变压器应装设瓦斯保护反映变压器内部故障和漏油造成的油面降低，同时还反应开焊故障纵差保护10MVA及以上容量、6.3MVA及以上并联运行的变压器或工业企业的重要变压器装设差动保护用来反映变压器绕组的相间短路、绕组的匝间、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线故障反应相间短路故障的后备保护根据变压器的容量和在系统中的作用，可分别采用过电流、复合电压起动的过电流（方向）保护、阻抗保护用作变压器外部相间故障和作为变压器内部绕组、引出线相间短路的后备保护反应接地故障的后备保护中性点直接接地：用零序（方向）保护作为变压器外部接地故障和中性点直接接地侧绕组、引出线接地故障的后备保护中性点不接地：可用零序电压保护、中性点的间隙零序电流保护作为变压器接地故障的后备保护过负荷用来反映容量在0.4MVA及以上变压器的对称过负荷。过负荷保护只需要用一相电流延时作用于信号过励磁保护在超高压变压器上才装设过励磁保护过励磁保护具有反时限特性以充分发挥变压器的过励磁能力非电量变压器本体和有载调压部分的油温保护；压力释放保护，启动风冷过载闭锁带负荷调压的保护。瓦斯保护能不能代替差动保护？差动保护能不能代替瓦斯保护？电量保护/非电量保护电量保护由电气量反映的故障动作或发信号的保护。保护的判据是电量：电流、电压、频率、阻抗等。非电量保护由非电气量反映的故障动作或发信号的保护。保护的判据是非电气量，如瓦斯保护（通过油速整定）、温度保护（通过温度高低）、压力保护等。4.1.1电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路短路故障应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。4.1.1.1主保护主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。4.1.1.2后备保护主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种。a）远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。b）近后备是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的保护。4.1.1.3辅助保护为了补充主保护和后备保护的功能而增设的简单保护。失灵保护三相不一致保护充电、过流保护4.1.1.4异常运行保护异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。变压器保护原理接地保护相间后备保护变压器保护原理纵差动保护非电量保护变压器纵差动保护一、变压器纵差动保护的工作原理及保护范围二、变压器纵差动保护的特殊问题三、数字纵差动保护的基本元件变压器纵差动保护一、变压器纵差保护的原理及保护范围1.纵差保护的卡线变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流法接线。2.工作原理：比较变压器各侧电流的大小和相位。正常运行和外部短路时内部短路时KKDIIII21021IIIKD现场案例J高压侧低压侧'2I1I'1I2I变压器正常运行或外部故障时，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应动作。TA极性接反会造成什么后果呢？110kV柘城变#2主变保护综自改造3.保护范围主保护保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间包围的部分。包括变压器本身、电流互感器与变压器之间的引出线。正常运行时不平衡电流unbKDIIII21变压器不平衡电流产生的原因1.变压器励磁涌流所产生的不平衡电流；2.变压器两侧接线不同产生的不平衡电流；3.各侧电流互感器的误差产生的不平衡电流；4.由计算变比与标准变比不同产生的不平衡电流；5.带负荷调整变压器分接头位置改变产生的不平衡电流。变压器绕组接线组别对差动保护的影响由于变压器常常采用Y,dll的接线方式,因此,其两侧电流的相位差30º。此时，如果两侧的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，会有一个差电流流入继电器。AIaI'IaCIcI'Ic-I'ac-I'IBI'bb-I'°30°30°30bIY/Δ-11联接变压器两侧接线不同产生的不平衡电流2．由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流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。如何消除这种不平衡电流的影响？Anl1nl2ABCabcA1IB1IC1IA2IB2IC2IA1IB1IC1IA2IB2IC2IA2IB2A2I-II-II-IYd11相位补偿法ahIbhIchIblIalIclIahIbhIchIBHIAHICHI相位校正方法一:以d侧电流相位为基准，用Y侧电流进行移相用软件对高压侧电流进行移相ahchCHchbhBHbhahAHIIIIIIIIIahIbhIchIblIalIclI333blclClalblBlclalALIIIIIIIIIALIBLICLIblIalIclI方法二:以Y侧电流相位为基准，用d侧电流进行移相用软件对低压侧电流进行移相将两个大小不等的电流折算成作用完全相同电流的折算系数，将该系数称作为平衡系数。根据变压器的容量，接线组别、各侧电压及各侧差动TA的变比，可以计算出差动两侧之间的平衡系数。思考题已知变压器的接线组别为Yn/Δ-11,电压变比为n，低压侧a、b、c电流分别为Ia，Ib，Ic，试写出高压侧A、B、C三相的数学表达式。例题IAIBICIbIaIcnnnIIIIIIIIIbcabca3)(3)(3)(CBA二、变压器差动保护的特殊问题励磁涌流当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复中由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和。此时的励磁电流可达5～10倍额定电流。1.励磁涌流变压器的励磁电流􀁺正常情况下：(0.02~0.05)IN􀁺电压突然增加（空载投入变压器或外部故障切除后电压恢复）时：5~10IN→励磁涌流决定励磁涌流大小的因素1、电压合闸角；2、电源电压；3、剩磁；4、其它（如：变压器的结构、铁芯材料等）。励磁涌流波形图变压器的励磁涌流图1励磁涌流波形图2波形中的间断角间断角α励磁涌流波形的特点1、偏于时间轴的一侧，涌流中含有很大的直流分量；2、波形是间断的，且间断角很大，一般大于60°；3、含有很大的二次谐波分量；4、在同一时刻三相涌流之和近似等于零；5、励磁涌流是衰减的。励磁涌流波形图差动保护躲励磁涌流措施利用涌流的各种特征量1、二次谐波制动原理2、间断角原理3、波形对称原理2122%100KIIKz为二次谐波制动定值为基波电流为二次谐波电流212KIIδiδB闭锁保护，δi＜δB开放保护δi：间断角，δB：闭锁角思考一下•变压器差动保护压板在变压器充电试运行时应该在何时投入和退出。变压器过励磁在运行中，由于电源电压的升高或频率的降低，可能使变压器过励磁。变压器过励磁后，其励磁电流大大增加，使变压器纵差保护中的不平衡电流大大增加，可能导致纵差保护误动。对于超高压大型变压器，为防止过励磁动行时纵差保护误动，设置过励磁闭锁元件。变压器过励磁时，励磁电流中的五次谐波分量大大增加，所以可以采用五次谐波制动元件作为变压器纵差保护的过励磁闭锁元件，当差流中的五次谐波分量大于某一值时，将差动保护闭锁。过励磁：励磁电流超过额定励磁电流时叫过励磁。3.变压器纵差动保护的基本元件（1）装置启动元件（2）比率制动式差动保护元件（3）差动速断保护元件（4）励磁涌流判别元件（5）TA断线闭锁元件（6）其它1、提高内部故障的动作灵敏度2、可靠躲过外部故障的不平衡电流比率制动特性差动元件配置目的(2)比率制动式纵差动保护比率制动式纵差动保护的动作值随着外部短路电流的增大而自动增大。灵敏可靠，优点显著，应用广泛。差动电流或动作电流制动电流拐点电流起动电流动作区制动区制动线斜率K制动区0dzIdIzdI0zdImzdimizdIIIIII211,max21或为各侧电流的标量和动作电流的选取:为各侧电流的相量和imidzII1制动电流的选取:000)(dzzdzdzdzdzdzIIIKIII100zdzdzdzdzdIIIII动作方程：差动元件的比率制动曲线)()()(12010000zdzdzzdzdzldzdzdzzdzdzldzdzdzIIKIIKIIIIIKIIIzdzdzdzdzdzdzdIIIIIII1100dzI0dzI1zdI0zdI2zK1zK动作区制动区三段折线式差动（3）差动电流速断元件为什么设置差动速断元件？（3）差动电流速断元件在空投变压器和变压器区外短路切除时会产生很大的励磁涌流，为了防止纵联差动误动作设置了涌流闭锁元件，但是判断“波形畸变”或谐波分量“需要时间，这样造成变压器内部严重故障时差动保护不能迅速切除的不良后果，此外变压器内部严重故障时如果TA饱和，TA二次电流保护的波形将发生严重畸变，并含有大量的谐波分量，从而使涌流判别元件误判断成励磁涌流，致使差动保护拒动，造成变压器严重损坏。为克服纵差保护上述缺点，设置了差动速断元件。它的动作电流整定值很大，比最大励磁涌流值还大，依靠定值来躲励磁涌流。这样差动速断元件可以不经励磁涌流判据闭锁，也不经过过励磁判据、TA饱和判据的闭锁。所以对于变压器内部的严重故障只要差动电流大于电流定值就可以快速跳闸。（5）差动保护的TA断线闭锁TA二次回路断线闭锁判据201033IIIIIcbaε1ε2---门槛值，可根据不平衡电流的大小确定。3Ⅰ0---另一个TA的三倍零序电流值，TA二次值目前，在微机型保护装置中，还有采用根据电流变化情况、变化趋势及电流量值大小来判断TA断线。J高压侧低压侧'2I1I'1I2I0'22IIIJ1、正常运行时0IΣ2、TA断线时（高压侧一相断线为例）发生TA断线怎么办？TA断线闭锁原理1、正常运行时Ia+Ib+Ic=02、正常运行时,TA二次回路中一相、两相断线Ia+Ib+Ic=03、TA二次回路断线闭锁判据│Ia+Ib+Ic+3I0│ε1│3I0│≤ε2ε1、ε2门槛值，根据不平衡电流大小整定3I0另一个TA