电力系统继电保护原理PPT 6变压器保护

电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)6-1电力变压器的继电保护一、电力变压器的故障、不正常工作状态及保护配置电力变压器是电力系统中的重要电气设备。变压器保护是保护变压器免受短路故障损坏的重要自动装置。当变压器内部短路故障时，继电保护装置在很短的时间（20ms）内发出动作命令，保护变压器免受短路电流的损坏。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)变压器的故障类型电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线与电网相连的高压出线端电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)大型变压器电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)大型变压器的内部结构HV高压LV低压MV中压Tap调压绕组排列电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)大型变压器的内部结构电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)变压器的内部故障类型：1.油箱内部故障a、变压器绕组相间短路（d1）；b、变压器绕组匝间短路（d2）；c、变压器绕组接地短路（d3）。变压器油箱内部故障产生巨大短路电流，不仅会烧坏变压器绕组和铁心，而且由于绝缘油汽化，可能引起变压器爆炸。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)变压器的内部故障类型：（2）油箱外部故障a、绝缘套管的相间短路与接地短路；b、引出线上的发生的相间短路和接地短路；电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)变压器的不正常工作状态：（1）由于外部短路引起的过电流；（2）由于电动机自起动、并联工作变压器被切除、尖峰负荷等原因引起的过负荷；（3）油箱漏油造成的油面降低；（4）变压器中性点电压升高；（5）由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁；（6）变压器铁心多点接地；（铁心涡流，引起局部过热或烧伤变压器铁心）对于这些不正常工作状态，变压器保护也必须能够反应。当变压器发生不正常工作状态时，变压器保护只发告警信号，或延时跳闸。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)针对上述故障和不正常工作状态，变压器应配置的保护（1）主保护反应变压器油箱内部短路故障，主保护快速跳闸a、纵联差动保护（变压器差动保护）b、瓦斯保护c、电流速断保护（2）后备保护反应变压器的不正常工作状态，或作为主保护的后备。后备保护一般发告警信号，或延时跳闸。a、相间短路的后备保护b、接地短路的后备保护c、过负荷保护d、过励磁保护e、其它非电气量保护（反映变压器油温、冷却系统）电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)二、变压器的瓦斯保护在油浸式变压器油箱内发生故障时，短路点电弧使变压器油及其它绝缘材料分解，产生气体（含瓦斯成分），从油箱向油枕流动，反应这种气体与油流而动作的保护成为瓦斯保护瓦斯保护的测量元件是气体继电器。气体继电器安装在变压器油箱和油枕的通道上。轻瓦斯保护动作，一般只发告警信号。重瓦斯保护动作，发跳闸命令。瓦斯保护能够反应油箱内部各种故障，且灵敏度高。瓦斯保护不能反应油箱外的引出线和绝缘套管上的短路故障电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)三、变压器的差动保护电流差动保护原理由于其极强的选择性，使它获得了广泛使用。电流差动原理应用于变压器就构成了变压器差动保护。内部故障时，外部故障时，正常运行时，022NMJIII022NMJIII022NMJIII所以，变压器差动保护的工作原理：当时，即认为是内部故障，发跳闸命令。022NMcdJIIII电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)变压器的差动保护主变压器差动保护是变压器设备最重要的保护之一。能够保护的范围：两侧电流互感器之间所限定的区域。包括：变压器本体，绝缘套管、两侧引线。能够反映的故障类型：（1）相间短路；（2）主变高压侧接地短路；（3）主变绕组匝间短路。主变差动保护瞬时动作于停机/跳闸。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)变压器的差动保护的特点影响变压器差动保护性能的5个因素：（1）变压器励磁涌流；（2）变压器两侧绕组接线组别不同；（3）电流互感器的实际变比与计算变比不同；（4）两侧电流互感器型号不同；（5）变压器调节分接头改变。变压器差动保护中不平衡差动电流较大，必须采取措施躲过不平衡差动电流或设法减少不平衡电流的影响。NMcdIII22电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)（1）变压器励磁涌流的特点及减小其对纵差保护影响的措施。当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁心中的磁通急剧增大，使变压器铁心瞬时饱和，出现数值很大的励磁涌流。励磁涌流可达变压器额定电流的5～10倍，如不采取措施变压器纵差保护将会误动。ΨΨm线性区饱和区0im电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)励磁涌流的特征：1、数值很大，在励磁涌流初始期间，可达额定电流的5～10倍。随时间而衰减，对于大型变压器经过约2s后，励磁电流就衰减为额定电流的0.25～0.5倍。2、励磁涌流中含有很大的二次谐波分量，一般大于基波分量的20%。3、励磁涌流的波形中有间断，间断角度α一般大于60°。励磁涌流波形电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)克服励磁涌流对变压器差动保护影响的措施一般都是采用励磁涌流闭锁。励磁涌流闭锁：当确认差动电流的增大是由励磁涌流引起的，则闭锁差动保护，不使其动作。励磁涌流闭锁关键是要识别差动电流的增大是由内部短路还是由励磁涌流引起，即识别变压器内部短路和励磁涌流。识别变压器内部短路和励磁涌流的方法：1、励磁涌流中含有很大的二次谐波分量，一般大于基波分量的20%。内部短路的差动电流中基本没有二次谐波分量。2、励磁涌流的波形中有间断，间断角度α一般大于60°。内部短路的差动电流中基本没有间断角，即α0°变压器内部短路时差流波形电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)（2）变压器两侧绕组接线组别不同的影响及克服措施ACBacbaYIbYIcYIaIbIcIY/△－11点接线aYIbYIcYIaIbIcI30Y/△－11点接线变压器两侧线电流的相位相差30°，必须要进行相位调整。克服措施：必须对两侧线电流的相位进行补偿，保证经过补偿后两侧电流相位相同。ccYcdIIIaI经过幅值折算，变成。aIaIcdI电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)（4）两侧互感器型号不同变压器两侧的电压等级和额定电流不同，因而采用的电流互感器的型号不同，它们的特性差别较大，故引起较大的不平衡差动电流。克服措施是增大动作电流门槛值。（5）变压器调压分接头改变带负荷调压分接头变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就改变了变压器的变比，出现不平衡差流。克服措施是增大动作电流门槛值。（3）计算变比与实际变比不同在变压器保护中对变压器两侧一次电流进行幅值折算时需要应用变压器变比，但折算变比有可能与实际变比不同，从而引起不平衡差动电流。克服措施是增大动作电流门槛值。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)4变压器的接地保护在中性点直接接地电网中的变压器，在其高压侧装设接地保护（零序电流保护），用来反应接地故障。作为变压器绕组接地故障的后备，也可以作为高压线路接地故障的远后备保护。setII03接地保护（零序过电流保护）工作原理：是零序电流动作整定值。setI,接地保护的动作时限一般较长。保护Ⅰ段延时动作于母线解列，保护Ⅱ段延时动作于停机。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)变压器中性点直接接地时的零序电流保护（主变接地保护）该保护的电流互感器接在中性线处电流互感器的二次侧。Ⅰ段动作时间：st0.1~5.01ttt12Ⅱ段动作时间：时间大于相邻零序后备动作1tttt34电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)中性点不接地变压器的接地保护（零序电流和电压保护保护）对于多台并联运行的变电站，通常采用一部分变压器中性点接地，而另一部分不接地的运行方式。使接地故障电流水平限制在合理范围内，也使整个电力系统零序电流的大小和分布情况尽量不受影响。T1需要装设中性点不接地运行方式下的接地保护，或需要与T2、T3的保护配合切除。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)全绝缘变压器的接地保护（主变不接地保护）系统发生单相接地故障的同时中性点不接地，绝缘不会受到威胁。但零序过电压会危及其它电力设备，需装设零序电压保护将变压器切除。零序电流保护作为中性点接地接地时的接地保护。零序电压保护作为中性点不接地时的接地保护。st5.0~3.0中性点不接地变压器的接地保护（零序电流和电压保护保护）电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)分级绝缘变压器的接地保护（主变不接地保护）对于220kV及以上电压等级的大型分级绝缘变压器，在单相接地故障且失去中性点接地时，其绝缘将受到破坏。为此可在变压器中性点装设放电间隙。如隔离开关闭合，则中性点接地变压器零序电流保护。如隔离开关断开，则通过放电间隙零序电流反映。中性点不接地变压器的接地保护（零序电流和电压保护保护）电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)5变压器的过电流保护反应外部短路引起的变压器过电流不正常工作状态，并作为变压器内部故障的后备，变压器需要装设过电流保护。（1）过电流保护动作条件：是变压器的线电流，一般setIII,TNsetII)0.3~0.2(电流整定值为：max.LrerelsetIKKI＝厂用变压器低压侧分支过流保护延时动作于跳开低压侧断路器。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)（2）单相低电压起动的过电流保护动作条件：a、是变压器的线电流，b、是变压器的相电压，setIII,setUUU,（3）复合电压起动的过电流保护动作条件：a、是变压器的线电流。b、是变压器的相电压。c、是负序电压，setIII,setUUU,setUU.222,UNsetUU06.0.2NsetUU)6.0~5.0(TNsetII)3.1~2.1(电气工程与自动化学院(S