第6章 电力变压器的继电保护

1电力系统继电保护PowerSystemRelayProtection主讲教师：韩成春电气工程及其自动化专业教研室2第六章电力变压器的继电保护基本要求学习内容习题与思考题3本章基本要求掌握电力变压器的速断保护；掌握电力变压器的差动保护；掌握电力变压器的电流和电压保护；了解电力变压器的瓦斯保护；返回4第一节电力变压器的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式油箱内：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁芯的烧损等1.变压器的内部故障油箱外：套管和引出线上发生相间短路、接地短路5外部相间短路引起的过电流外部接地短路引起的过电流中性点过电压负荷超过额定容量引起的过负荷漏油等原因引起的油面降低2.变压器的不正常运行状态63.变压器的保护方式变压器保护分类非电量保护：瓦斯保护电量保护：（根据变压器容量及电压等级来配置）变压器保护配置主保护：差动保护、电流速断保护、瓦斯保护后备保护：过电流保护，零序过电流，零序过电压等。7瓦斯保护反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。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特点：动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。8纵差动保护或电流速断保护反应于变压器的绕组、套管及引出线上的故障，可反应变压器油箱内外的故障。纵联差动保护：并列运行：容量6300kVA单独运行：容量10000kVA发电厂等：容量6300kVA电流速断保护：容量10000kVA、且过电流保护0.5s9外部相间短路时，应采用的保护(1)过电流保护：用于降压变压器，整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流(2)负荷电压启动的过电流保护：用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的过负荷电流10(4)阻抗保护：对于升压变压器和系统联络变压器，当采用(2)(3)的保护不能满足灵敏性和选择性要求时采用。(3)负序电流及单相式低电压启动的过电流保护：用于大容量升压变压器和系统联络变压器11外部接地短路时，应采用的保护对中性点接地电力网内：外部接地短路引起过电流，应装设零序电流保护对自耦变压器和高中压侧中性点直接接地的三相变压器：有选择性要求时，应增设零序方向元件12过负荷保护对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行作为其他负荷的备用电源时，应过负荷保护过励磁保护高压侧电压为500kVA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，应设过励磁保护13与瓦斯保护相配合，反应变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。第二节变压器的电流速断保护14电源侧直接接地：采用完全星形接线电源侧非直接接地：采用不完全星形接线动作电流计算：(1)按大于变压器负荷侧母线上d1点短路时流过保护器的最大短路电流计算，即max1dkdzIKI15(2)按大于变压器空载投入的励磁涌流计算通常取eBdzII)5~3(应取两者的最大值。灵敏系数：2)2(min2dzdlmIIK按d2点最小两相短路电流校验，即161.变压器纵差动保护的基本原理第三节变压器的纵差动保护17由于变压器的高压侧和低压侧的额定电流不同，必须适当选择两侧电流互感器的变比。211122''llnInIIIB1112n'IInnll或※变压器的差动保护必须考虑变压器变比的影响。182.变压器纵差动保护的特点需要躲过差动回路中的不平衡电流(1)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：在正常情况下：(2%-10%)IN外部故障：励磁电流减小空载投入或外部故障切除后恢复：励磁电流大（4~8）IN19当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流，又称为励磁涌流。稳态情况下，磁通与电压的关系20励磁涌流的产生及变化曲线变压器铁心的磁化曲线21励磁涌流的特点：包含有很大成分的非周期分量包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主波形之间出现间断22励磁涌流的影响因素：外加电压的相位对于单相变压器，当初相位0°合闸时，涌流最严重。当初相位90°合闸时，将不产生涌流。铁芯中剩磁的大小和方向电源容量的大小回路的阻抗变压器容量的大小铁芯性质等23防止励磁涌流影响的方法：采用具有速饱和铁芯的差动继电器鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别利用二次谐波制动等24(2)由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流Y,d11联结CTCTYjYdiffnIneII303)3(30CTCTYTCTYjYnnnneI正常运行时的差动电流为从而，两侧CT变比要满足03CTCTYTnnn3CTTCTYnnn即25具体方法：Y侧CT接成三角形，三角形侧接成Y形△形Y形Y,d11联结YBYAII222AI26(3)由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流原因：电流互感器是按标准变比生产的电流互感器的计算变比与标准变比不同解决方法：采用自耦合变流器利用差动继电器的平衡线圈予以补偿27利用速饱和变流器的平衡线圈消除差电流影响短路线圈：提高差动继电器躲过励磁涌流的能力。28(4)由两侧电流互感器型号不同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、励磁电流也就不同，因此在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。当两个电流互感器型号相同时，电流互感器同型号系数取Ktx=0.5；否则Ktx=1。29(5)由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流改换分接头实际上就是改变变压器的变比，其结果破坏了电流互感器二次电流的平衡关系，产生了新的不平衡电流。30小结：在稳态情况下需要被消除的不平衡电流有电流互感器误差，变压器调节分接头及平衡线圈的计算匝数与整定匝数不一致产生的不平衡电流，即要保证差动保护在正常运行及保护范围外部故障时不误动，差动保护的动作电流要躲开最大不平衡电流进行整定。1maxmax/)%10(nIfUKIdzatxbp313.变压器纵联差动保护的整定原则1）纵联差动保护启动电流的整定原则(1)在正常运行情况下，为防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作，保护装置的启动电流应大于变压器的最大负荷电流Ifmax。maxfkdzIKIeBkdzIKI当负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流IeB，引入可靠系数Kk，则保护装置的启动电流为32(2)躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流，此时继电器的启动电流应为maxbpkdzJIKIIbpmax包括电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感器传变误差引起的最大不平衡电流。maxmax)1.0(kstnpzabpIKKUfI1maxmax/)%10(nIfUKIdzatxbp33(3)考虑变压器纵差动保护的启动电流，都还必须要能够躲开变压器励磁涌流的影响。当变压器纵差动保护采用波形鉴别或二次谐波制动的制动的原理构成时，它本身是具有励磁涌流的性能一般无需再另作考虑。当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，其启动电流需整定IdzJ1.3IeB/n1条件下，才能躲开励磁涌流的影响。NkdzJIKKI342）纵差动保护灵敏系数的校验变压器纵联差动保护的灵敏系数dzJJdlmIIKminIdminJ应采用保护范围内部故障时，流过继电器的最小短路电流。采用在单侧电源供电时，系统在最小运行方式下变压器发生短路时的最小短路电流，按照要求灵敏系数一般不应低于2。354.具有制动特性的差动继电器1）差动继电器的制动特性制动特性的数学表达式为)()()(00gdrdzgdrgdrdzdzJIIIIIKIIII36最小动作的电流Idz0:按躲过变压器在正常运行条件下产生的不平衡电流整定。rLHzakdzIKUfKI)(0edzII)5.0~2.0(037拐点电流Igd:egdII)1.1~6.0(制动特性斜率K:gdrdzdzIIIIKmax0max382）差动继电器在内部故障时的动作行为39情形之一：两端电源情况，假设取一侧故障电流作为制动电流假设两端提供的故障电流相同resIRI0maxsetIminsetIgresIbcc122122RresIIII对应图中曲线1，实际启动电流为minsetI40情形之二：一端电源情况，假设取负荷侧电流作为制动电流resIRI0maxsetIminsetIgresIbcc122无制动，实际启动电流为minsetI0resI41情形之三：一端电源情况，假设取电源侧电流作为制动电流resIRI0maxsetIminsetIgresIbcc122差动电流和故障电流关系对应图中曲线2，实际启动电流为minsetIdiffresII42情形之四：重负荷情况下内部弱故障，假设取电源侧电流作为制动电流resIRI0maxsetIminsetIgresIbcc122差动电流不变，负荷电流的存在使得制动电流有所增大，动作特性对应图中曲线2’，实际启动电流率大于minsetI43小结：1.采用制动特性后差动保护内部故障的实际启动电流近似为，远小于最大不平衡电流，所以制动特性大大提高了差动保护队内部故障的灵敏度2.制动电流应采用负荷侧或弱电源侧的电流resIRI0maxsetIminsetIgresIbcc122minsetI44外部故障而引起的变压器绕组过电流内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备第四节变压器的电流和电压保护过电流保护低电压启动的过电流保护负荷电压启动的过电流保护负序过电流保护保护方式：451.变压器的过电流保护maxfhkdzIKKI46(1)对并列运行的变压器，应考虑突然切除一台时所出现的过负荷，当各台变压器容量相同时，可按下式计算eBfInnI1max此时保护装置的启动电流应整定为eBhkdzInnKKI147(2)对降压变压器，应考虑低压侧电动机自启动时的最大电流，此时启动电流整定为eBhzqkdzIKKKIzqK110kV降压变压器的6-11kV侧：1.5-2.5110kV降压变压器的35kV侧：1.5-2.0482.低电压启动的过电流保护49正常时：低压继电器的触点全部断开。中间继电器无电流，故其触点断开。50相间短路：低压继电器1的触点闭合，中间继电器有电流，电流继电器1、2动作，跳闸回路有信号输出。51eBdzUU7.0eBhkdzIKKI电路元件、电压元件的整定：52低电压继电器的动作电压整定：(1)按躲开正常运行时可能出现的最低工作电压整定hkdzKKUUminUmin：最低工作电压，一般取0.9UeBKk：可靠系数，取1.1-1.2Kh：返回系数，取1.15-1.2553(2)按躲开电动机自启动时的电压整定edzUU)6.0~5.0(当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时edzUU7.054对低电压元件灵敏系数的校验，应为maxddzlmUUKUdmax：最大运行方式下，相邻元件末端三相金属性短路时，保护安装处的最大线电压。553.复合电压启动的过电流保护负序电压过滤器eBdzUU）（12.0~06.0256正常时：无负序电压，继电器4的触点闭合，继电器5的触点断开，继电器6无电流，触头断开，无跳闸信号。57不对称短路：有负序电压，继电器4的触点断开，继电器5动作，电流继电器动作，启动时间继电器7，预定时限后跳闸。58三相短路：短时出现负序电压，继电器4动作，继电器5动作，待负序电压消失后，继电器4返回，继电器5仍处于动作状态，相当于低电压启动的过电流保护。59复合电压启动的过电流保护的优点：(1)由于负序电压继电器的整定值小。因此在不对称短路时，电压元件的灵敏系数高。(2)当经过变压器后发生不对称短路时，电压元件的工作情况与变压器采用的接线方式无关；(3)当三相短路时，如果由于瞬间出现负序电压，使继电器4和5动作，则在负序电压消失后