6变压器保护

第五章变压器保护变压器是电力系统重要的主设备之一在发电厂通过升压变压器将发电机电压升高，而由输电线路将发电机发出的电能送至电力系统中；在变电所通过降压变压器将电压降压，并将电能送至配电网络。变压器的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行产生严重的影响。因此，变压器应配置性能完善的继电保护装置第一节变压器的故障类型、不正常运行状态及其保护配置变压器的故障类型变压器的不正常运行状态变压器常用的保护配置一、变压器的故障变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。•油箱外的故障：套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。•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。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。实践表明，变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障类型，变压器油箱内发生相间短路的情况比较少。二、变压器的不正常运行状态变压器的不正常运行状态主要包括：•（1）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等。变压器不正常运行时，继电保护装置应根据其严重程度，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。三、变压器保护常用的保护配置变压器主保护：•（1）气体保护：反应变压器油箱内部的各种故障以及油面降低。•（2）纵差动保护或电流速断保护：反应变压器绕组、套管及引出线上的各种短路故障。变压器后备保护和过负荷保护：•（1）过电流保护：反应外部相间故障引起的变压器过电流，并作为变压器主保护的后备保护。•（2）零序保护：反应中性点直接接地变压器高压侧绕组接地短路故障，以及高压侧系统的接地短路故障，并作为变压器主保护及相邻元件接地故障的后备保护。•（3）过负荷保护：反应400kVA及以上变压器的三相对称过负荷。其他非电量保护第二节变压器的气体保护当变压器油箱内部发生故障时，由于短路电流产生电弧使变压器油和绝缘介质受热分解，产生大量气体，而且故障越严重，产生的气体越多，从油箱流向油枕的气流和油流的速度也越快，反应这种气体而动作的保护称气体保护（瓦斯保护）。规程规定，容量在800kVA及以上的油浸式变压器和容量在400kVA及以上的车间内油浸式变压器，应装设气体保护。一、变压器气体保护的工作原理气体保护的主要元件是气体继电器（瓦斯继电器），它安装在油箱和油枕之间的连接管道上。气体继电器有两个输出接点，一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障，称为“轻气体”；另一个反应变压器的严重故障，称为“重气体”。轻气体动作于信号，使运行人员能够迅速发现故障并及时处理；重气体动作于跳开变压器各侧断路器。二、变压器气体保护的原理接线在变压器正常运行时，气体继电器两对触点都是断开的。当变压器油箱内部发生轻微故障时，“轻气体触点”接通，。当变压器油箱内部发生严重故障时，“重气体触点”接通。如果变压器油箱漏油，“轻气体触点”与“重气体触点”会先后接通。bRKSKCOXBKGR号信号信时延至他保护来由变压器其三、变压器气体保护的优缺点变压器气体保护的保护范围为变压器油箱内部，能反应变压器油箱内部的各种故障，以及铁芯过热烧伤、油面降低等。变压器气体保护具有动作迅速、结构简单、灵敏度高等优点，特别是当绕组匝间短路很少时，或严重漏油时，反应电流的各种保护不能动作，而气体保护能动作。但是，变压器气体保护不能反应变压器油箱外部的套管和引出线上故障，且运行中正确动作率不够理想。因此，气体保护不能作为变压器各种故障的唯一主保护（气体保护需要与差动保护共同使用）。第二节变压器的纵差动保护变压器的纵联差动保护是用来反应变压器绕组和引出线的相间短路、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，是变压器最重要的保护之一。规程规定，容量在10000kVA以上单独运行变压器、容量在6300kVA以上并列运行变压器或企业中的重要变压器、容量在2000kVA以上且电流速断保护灵敏度不满足要求的变压器，应装设纵差动保护。一、变压器纵差动保护的工作原理纵差动保护的基本原理是比较各侧电流的大小和相位。（1）在正常运行和外部故障时，理论上流入差动继电器的电流为零，保护不动作；（2）当内部故障时，流入差动继电器的电流是短路电流，若此值大于整定值则保护动作于跳闸。纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛地用作变压器的主保护。二、YNd11变压器纵差动保护的三相原理接线对于常规变压器纵差动保护，两侧TA采用相位补偿接线。此时，两侧TA的变比选择应满足：312TTATAnnn三、变压器的励磁涌流当变压器空载投入或外部短路故障切除电压恢复时，励磁电流可达额定电流的6~8倍，这称为励磁涌流。由于励磁涌流数值很大，若用动作电流来躲过其影响，纵差动保护在变压器内部故障时灵敏度将会很低。因此，一般要通过其它措施来防止励磁涌流引起纵差动保护的误动，这也是变压器纵差动保护的核心问题。1.励磁涌流的特点励磁涌流数值很大，随时间衰减，衰减速度与变压器容量有关，变压器容量大则衰减慢；励磁涌流中含有明显的非周期分量，波形偏向时间轴的一侧；励磁涌流中含有明显的高次谐波分量，其中二次谐波分量比例最大；励磁涌流波形呈非正弦特性，波形不连续，出现间断角。2.防止励磁涌流影响的措施采用带有速饱和变流器的差动继电器构成变压器纵差动保护。利用励磁涌流中含有明显的非周期分量的特征，用非周期分量电流破坏周期分量电流变换。采用二次谐波制动原理构成变压器纵差动保护。利用励磁涌流中含有明显二次谐波分量而短路电流中不含有二次谐波分量的特征，应用二次谐波制动原理，使出现励磁涌流时制动保护，出现短路电流时不制动(开放)保护。采用鉴别波形间断原理构成变压器纵差动保护。利用励磁涌流波形间断而短路电流波形连续的特征，当保护差动回路电流波形间断角超过整定值时闭锁保护，间断角小于整定值时开放保护。四、变压器纵差动保护的不平衡电流当变压器通过穿越电流(正常运行或外部故障)时，流入差动继电器的电流是不平衡电流，此时差动保护不应动作。因此，需要克服或减小差动回路不平衡电流对保护的影响。产生不平衡电流的主要因素：•（1）电流互感器变比标准化；•（2）两侧电流互感器二次阻抗不匹配；•（3）变压器分接头调整等。TA变比标准化产生的不平衡电流电流互感器是定型产品，其变比已标准化，电流互感器实际选择的标准变比和计算变比很难一致，即：•因此，在差动回路产生不平衡电流。由电流互感器变比标准化产生的不平衡电流，可以通过电流变换器对电流互感器二次电流数值进一步变换，使最终引入差动继电器的两个电流数值尽可能接近，并在整定计算时给予考虑。TTATATTATAnnnnnn3/12121或两侧TA二次阻抗不匹配产生的不平衡电流变压器两侧电压等级不同，额定电流数值不同，因而实际选用的电流互感器型号不同，他们的饱和特性、励磁电流、剩磁不同，两侧电流互感器二次阻抗不完全匹配，使电流变换出现相对误差。因此在外部短路故障时，并计及非周期分量电流后，差动回路有较大的不平衡电流。由两侧电流互感器二次阻抗不匹配产生的不平衡电流，可以在整定计算时引入电流互感器同型系数、电流互感器变比误差系数、非周期分量系数加以考虑。变压器分接头调整产生的不平衡电流变压器分接头调整是维持系统电压的一种有效方法。当变压器分接头调整时，改变了变压器的变比，造成变压器两侧电流关系改变，因此破坏了电流互感器二次电流的平衡关系，在差动回路产生不平衡电流。由变压器分接头调整产生的不平衡电流，可以在整定计算加以考虑。五、变压器纵差动保护的整定计算原则动作电流按以下三个条件整定，并选取其中最大者作为整定值。•（1）躲过外部短路故障时的最大不平衡电流•（2）躲过变压器最大的励磁涌流•（3）躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流灵敏系数的校验：当按上述原则整定的动作电流不能满足灵敏度要求时，可采用具有制动特性的差动继电器。2min.setksenIIK小结变压器差动保护的动作电流应按躲过外部短路时的最大不平衡电流整定；而灵敏度应按内部短路时的最小短路电流校验，并要求Ksen≥2。变压器差动保护的保护范围为保护用电流互感器之间，能反应变压器绕组、套管及引出线的各种短路故障，但不能反应变压器发生少数匝数的匝间短路、铁芯过热烧伤、油面降低等。不论是差动保护和气体保护，都不能互相取代，即变压器需要同时装设差动保护和气体保护共同作为变压器的主保护。第四节变压器相间短路的后备保护变压器相间短路后备保护的作用：•防止由外部故障引起的变压器绕组过电流；•作为相邻元件保护的后备；•在可能条件下作为内部故障时主保护的后备。变压器电流、电压保护的类型：•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•负序过电流保护•阻抗保护一、过电流保护过电流保护主要由电流元件和时间元件构成，保护动作后跳开变压器两侧断路器。过电流保护的动作电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定，即max.LrerelsetIKKI二、低电压起动的过电流保护对低电压起动的过电流保护：•只有在电流元件和电压元件同时动作后，才能启动时间继电器，经过预定的延时后动作于跳闸。三、复合电压起动的过电流保护复合电压启动元件由一个负序过电压继电器和一个接于线电压上的低电压继电器组成。•负序过电压继电器作为不对称故障的电压保护•低电压继电器则作为三相短路故障时的电压保护。复合电压启动的过电流保护在不对称故障时电压继电器的灵敏度高，并且接线比较简单。因此应用比较广泛。四、三绕组变压器相间短路后备保护的特点三绕组变压器发生外部短路时，要求只断开故障一侧的断路器，而使变压器的另外两侧仍然可以继续运行，以提高供电可靠性。三绕组变压器相间短路的后备保护在作为相邻元件的后备时，应该有选择性地只跳开近故障点一侧的断路器，保证另外两侧继续运行，尽可能的缩小故障影响范围；而作为变压器内部故障的后备时，应该跳开三侧断路器，使变压器退出运行。1.对单侧电源的三绕组变压器可以只装设两套过电流保护：•一套装在电源侧，另一套装在负荷侧。•负荷侧的保护只作为母线Ⅲ保护的后备，动作后只跳开断路器QF3。动作时限（tⅢ）应该与母线Ⅲ保护的动作时限相配合。•电源侧的过电流保护作为变压器主保护和母线Ⅱ保护的后备。采用两个时间元件，以较小的时限（tⅠ）跳开断路器QF2，以较大的时限（tT）跳开三侧断路器QF1、QF2和QF3。为了提高外部故障时保护的灵敏度，负荷侧过电流保护应该装设在容量较小的一侧，对于降压变压器通常是低压侧。2.对多侧电源的三绕组变压器若II侧也带有电源，应该在三侧分别装设过电流保护。主电源侧的过电流保护兼作变压器主保护的后备，其它各侧过电流保护仅作为本侧母线保护的后备。假设Ⅰ侧为主电源。Ⅱ侧的过电流保护还增设一个方向元件，方向指向母线Ⅱ。Ⅰ侧的过电流保护也增设一个方向指向母线的方向元件，并设置两个动作时限。过电流元件和方向元件同时启动时，经短时限跳开断路器QF1。过电流元件启动，但方向元件不启动时，经长时限跳开变压器三侧断路器。各种故障下保护的动作情况：•母线Ⅲ故障时，虽然三侧保护的电流元件都启动，Ⅱ侧和Ⅲ侧方向元件不会启动，Ⅲ侧保护先动作跳开QF3，Ⅰ侧和Ⅱ侧继续运行；•母线Ⅱ故障时，Ⅰ侧和Ⅱ侧都启动，但Ⅰ侧的方向元件不启动，Ⅱ侧过流保护先动作跳开QF2，变压器仍能运行；•母线Ⅰ故障时只跳开QF1，变压器也能运行。变压器内部故障时，则跳开三侧断路器。五、变压器的过负荷保护变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤。对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，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护反应变压器对称