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河南理工大学毕业设计/论文1绪论电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一，它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性，以及电能质量起着决定性的作用，同时大容量电力变压器的造价也十分昂贵。由于绝缘的老化或风雪雷电，以及设备的缺陷、设计安装和运行维护不当等原因，因此对电力变压器可能发生的各种故障和不正常的运行状态进行分析是十分重要的。电力变压器的保护装置大约有瓦斯保护、纵差保护、电力变压器的温度保护、相间短路的后备保护等等。在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对地绝缘破坏引起的单相接地。变压器油箱内发生的任何一个故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱里流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量的气体产生，此时，回游强烈的油流和气体冲向油枕的上部。利用油箱内部的故障时的这一特点，可以构成反映气体变化的保护装置，称之为瓦斯保护.瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器轻瓦斯动作于发出信号。纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕组、套管及引出线发生的故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器相间短路的后备保护。相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时，变压器的油温将生高。变压器的油温越高，油的劣化速度越快，使用年限少。当油温达115～150℃时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化影香其寿命。电力变压器相间短路的后备保护可根据变压器容量的大小和保护装置对灵敏度的要求，采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护等方式。对于单侧电源的变压器保护装置安装在变压器电源侧，即作为变压器本身故障的后备保护，又反映变压器外部短路引起的过电流。熟练的掌握这些继电保护装置及保护装置的整定计算是十分重要的。因此，需要有专门的技术为电力系统建立一个安全保障体系，其中最重要的专门技术就是继电保护技术。这样就可能保证电力系统的正常运行。河南理工大学毕业设计/论文2第1章电力变压器的继电保护1.1电力变压器的故障类型及保护措施1.1.1电力变压器故障及不正常运行状态电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一，它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性，以及电能质量起着决定性的作用，同时大容量电力变压器的造价也是十分昂贵。因此本节针对电力变压器可能发生的故障和不正常的运行状态进行分析，然后重点研究应装设的继电保护装置，以及保护装置的整定计算。变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路及经铁芯烧毁等。变压器油箱内的故障十分危险，由于变压器内充满了变压器油，故障时的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性气体（瓦斯），很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器不正常和运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过砺磁等。1.1.2电力变压器继电保护的配置为了保证电力变压器的安全运行，根据《继电保护与安全自动装置的运行条例》，针对变压器的上述故障和不正常运行状态，电力变压器应装设以下保护：1．瓦斯保护。800KVA及以上的油浸式变压器的400KVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器轻瓦斯动作于发出信号。2．纵差保护或电流速断保护。6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中6300KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。10000KVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于0.5Ｓ。对于2000KVA以上的变压器,当电流速断保护灵敏度不能满足要求时,也应装设纵差保护。纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕组、套管及引出线发生的故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器相间短路的后备保护。相间短路的后备保护用于反映外部相间河南理工大学毕业设计/论文3短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。3．相间短路的后备保护的形式较多，过电流保护和低电压起动的过电流保护，宜用于中、小容量的降压变压器；复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器和系统联络变压器，以及过电流保护灵敏度不能满足要求的降压变压器；6300KVA及以上的升压变压器，应采用负序电流保护及单相式低电压起动的过电流保护；对大容量升压变压器或系统联络变压器，为了满足灵敏度要求，还可以采用阻抗保护。4．过负荷保护。对于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，应装高过负荷保护。过负荷保护通常只装设在一相其动作进限较长。延时动作于发出信号。5．其他保护。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升高，应装设变压器过励磁保护。对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行标准要求，应装设相应的保护装置。1.2电力变压器的瓦斯保护在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对地绝缘破坏引起的单相接地。变压器油箱内发生的任何一个故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱里流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量的气体产生，此时，回游强烈的油流和气体冲向油枕的上部。利用油箱内部的故障时的这一特点，可以构成反映气体变化的保护装置，称之为瓦斯保护.1.2.1气体继电器的构成和动作原理瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中的气体继电器构成的，如图1-1所示。为了不妨碍气体的流动，在安装具有气体继电器的变压器时，变压器顶盖与水平面应具有1%~1.5%的坡度，通往气体继电器的连接管具有2%~4%的坡度，安装油枕一侧方向向上倾斜。这样，当变压器发生内部故障时，可使气流容易进入油枕，并能防止气泡积聚在变压器的顶盖内。河南理工大学毕业设计/论文4在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。瓦斯继电器有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。目前大多采用QJ-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。所谓瓦斯保护信号动作，即指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合，光字牌灯亮。QJ1—80型气体继电器分轻瓦斯和重瓦斯两部分。轻瓦斯部分主要是由开口杯、固定在开口杯上的永磁铁、干簧触点构成的。重瓦斯部分主要有挡板、固定在挡板的磁铁、重瓦斯干簧触点及流速整定螺杆构成。当变压器正常工作时，气体继电器内充满了油，开口杯内也充满了油，由于开口杯在游内重力所产生的力矩比平衡重锤产生的力矩小，因此开口杯处于向上翘起状态。与开口杯固定在一起的永磁铁处于远离轻瓦斯干簧位置，所以该干簧触点处于断开状态。当变压器内部发生轻微故障时，产生不少气体，逐渐集聚在气体继电器的上部，使继电器内的油面缓慢下降，当油面降到低于开口杯时，开口杯在空气中重力加上杯内油的重力所产生的力矩，大于平衡重锤所产生的力矩，于是开口杯落下来，使固定在开口杯上的永磁铁接近干簧触点。当气体积聚到一定容积时，干簧触点接通，发出轻瓦斯信号。可通过改变轻瓦斯触点动作的气体容积在250~300cm3的范围内调整。正常情况下，重瓦斯挡板在弹簧的作用下垂直位置，固定在挡板的永久磁铁远离重瓦斯干簧触点。当变压器油箱内发生严重事故时，油气流冲击挡板的力量大河南理工大学毕业设计/论文5于弹簧的弹力时，挡板倾斜了一个角度，使固定在挡板上的永久磁铁靠近重瓦斯的干簧触点，干簧触点接通，发出跳闸脉冲。重瓦斯动作的油流速度可利用流速整定螺杆，在0.7~1.5m/s的范围内调整。值得注意是，变压器初次投入运行时，由于换油等工作，油中混入少量的气体，经过一断时间后，这些气体又从油中分离出来，逐渐集聚在气体继电器的上部，迫使开口杯下降，使轻瓦斯动作。此时，可以通过气体继电器顶部放气阀将气体放出。在故障发生后，为了便于分析故障原因及其性质，可以通过放气阀收集气体，以便化验分析瓦斯气体的成分。1.2.2瓦斯保护的原理接线瓦斯保护的原理接线如图1—2所示。气体继电器的轻瓦斯触点KG1由开口杯控制，构成轻瓦斯保护，其动作后发出警报信号，重瓦斯触点KG2由挡板控制，构成重瓦斯保护，其动作或经信号发生器KS启动出口中间继电器KCO，KCO的两端触点分别使断路器1QF、2QF跳闸，从而切断故障电流。为了防止变压器内严重故障时因油速不稳定，造成重瓦斯触点时通时断的不可靠动作，必须选用带自保持电流线圈的出口中间继电器KCO。在保护动作后，借助于断路器的辅助触点1QF1和2QF1来接触出口回路的自保持。在变压器加油或换油后及气体继电器试验时，为了防止重瓦斯误动作，可以利用切片XB，使重瓦斯暂时改接到信号位置，只发信号。瓦斯保护具有灵敏度高，动作迅速，接线简单等优点。但由于瓦斯保护不能单独作为变压器的主保护，所以通常是将瓦斯保护与纵联差动保护配合作为变压器的主保护。1.3电力变压器的纵差保护变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器的主保护。河南理工大学毕业设计/论文6纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。为了实现这种比较，在变压器两侧各装设一组电流互感TA1、TA2，其二次侧按环流法连接，即若变压器两端的电流互感器一次侧的正极性端子均置于靠近母线的一侧，则将它们二次侧的同极性端子相连接，再将差动继电器的线圈按环流法接入，构成纵联差动保护，见图1-3。变压器的纵差保护与输电线的纵联差动相似，工作原理相同，但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为了保证变压器纵差保护的正常运行，必须选择好适应变压器两侧电流互感器的变比和接线方式，保证变压器在正常运行和外部短路时两侧的二次电流等。其保护范围为两侧电流互感TA1、TA2之间的全部区域，包括变压器的高、低压绕组、套管及引出线等。从图1-3可见，正常运行和外部短路时，流过差动继电器的电流为2212IIIr，在理想的情况下，其值等于零。但实际上由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平稳电流。变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为2212IIIr，即为短路点的短路电流。当该电流大于KD的动作电流时，KD动作。由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，因此，为了保护其纵联差动保护正确动作，必须适当选择各侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部短