搜索
1变压器保护2第1节变压器故障类型和不正常工作状态•变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。•油箱内部故障主要包括变压器油箱内绕组的相间短路、匝间短路等。变压器油箱内部故障是很危险的，因为故障点的电弧不仅会损坏绕组绝缘与铁芯，而且会使绝缘物质和变压器油箱中的油剧烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。•油箱外部最常见的故障主要是变压器绕组引出线和套管上发生的相间短路和接地短路等。3第1节变压器故障类型和不正常工作状态•变压器的不正常工作状态主要有：•负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；•外部短路引起的过电流；•外部接地短路引起的中性点过电压；•油箱漏油引起的油面降低或冷却系统•故障引起的温度升高；•大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况下导致变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。•变压器处于不正常运行状态时，继电器应根据其严重程度，发出警告信号，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。4第1节变压器故障类型和不正常工作状态•变压器油箱内部发生故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。•因此，变压器的保护也就分为电量保护和非电量保护两种。非电量保护装设在变压器内部。5第2节变压器的纵差保护变压器纵差保护的基本原理电流纵差保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，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。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。6变压器纵差保护的基本原理•正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差，欲使这种情况下流过继电器的电流基本为零，则应恰当选择两侧电流互感器的变比。•若上述条件满足，则当正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为•当变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为7变压器纵差保护的接线方式•实际电力系统都是三相变压器，并且通常采用Y,d11的接线方式，这样的接线方式造成了变压器一、二次电流的不对应，以A相为例，正常运行时，三角形侧超前星形侧30度。•可以通过改变纵差保护的接线方式消除这个电流，就是将引入差动继电器的Y侧电流也采用两相电流差，这样就消除了两侧电流不对应。8变压器纵差保护的接线方式•由于Y侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增加了倍，为此，该侧电流互感器的变比也要相应增大倍。339变压器纵差保护的接线方式•为了消除电流差，变压器两侧电流互感器采用不同的接线方式，三角侧采用Y，d12的接线方式，将各相电流直接接入差动继电器内；Y侧采用Y，d11的接线方式，将两相电流差接入差动继电器。•模拟式差动保护都是采用上图所示的接线方式；对于数字式保护，一般将Y侧的三项电流直接接入保护装置，由计算机软件实现电流移向功能，以简化接线。10变压器纵差保护的不平衡电流•变压器的纵差保护同样需要躲过差动回路的不平衡电流，下面讨论不平衡电流产生的原因。•1.稳态情况下的不平衡电流1)变压器正常运行时由励磁电流引起的不平衡电流变压器正常运行时，励磁电流为额定电流的3%～5%。当外部短路时，由于变压器电压降低，此时的励磁电流更小，因此，在整定计算中可以不考虑。2)变压器各侧电流互感器型号不同由于变压器各侧电压等级和额定电流不同，所以变压器各侧的电流互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流(归算至同一侧)也就不同，从而在差动回路中产生较大的不平衡电流。11变压器纵差保护的不平衡电流3)电流互感器计算变比与实际变比不同为满足正常运行或外部短路时，流入继电器差回路的电流为零，则应使高、低压侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但实际上由于电流互感器在制造上的标准化，往往选出的是与计算变比相接近且较大的标准变比的电流互感器。这样，由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。4)变压器带负荷调节分接头改变分接头就是改变变压器的变比。纵差保护只能按照某一变比整定。在调压抽头改变时，一般不可能对纵差保护的电流回路重新操作，因此会出现不平衡电流。不平衡电流的大小与调压范围有关。12变压器纵差保护的不平衡电流•2.暂态情况下的不平衡电流•纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲的。因此，暂态过程中的不平衡电流对它的影响必须给予考虑。在暂态过程中，一次侧的短路电流含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难变换到二次侧，而主要成为互感器的励磁电流，从而使铁芯更加饱和。•本来按10%误差曲线选择的电流互感器在外部短路稳态时，已开始处于饱和状态，加上非周期分量的作用后，则铁芯将严重饱和。因而电流互感器的二次电流的误差更大，暂态过程中的不平衡电流也将更大。•变压器励磁涌流就是一种暂态电流，对纵差保护回路不平衡电流的影响更大。13纵差保护的整定计算1)躲过电流互感器二次回路断线时引起的差动电流。变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次电流全部流入差动继电器中，此时引起保护误动。有的纵差保护采用断线识别的辅助措施，在互感器二次回路断线时将纵差保护闭锁。若没有断线识别措施，则纵差保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流。2)躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流14纵差保护的整定计算3)躲过变压器的最大励磁涌流由于变压器的励磁涌流很大，实际的纵差保护通常采用其他措施来减少它的影响，一种是通过鉴别励磁涌流和故障电流，出现励磁涌流时将纵差保护闭锁；另一种是采用速饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流。2.纵差保护动灵敏系数的校验式中，Ikmin为各种运行方式下变压器内部故障时，流经差动继电器的最小差动电流。灵敏系数一般不小于2。当不能满足要求时，则需采用具有制动特性的差动继电器。15第4节变压器相间短路的后备保护•变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护。除主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。•后备保护的作用是为了防止由外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件保护的后备以及在可能的情况下作为变压器内部故障时主保护的后备。•变压器的后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等。16第5节变压器接地短路的后备保护•电力系统中，接地故障是最常见的故障形式。接于中性点直接接地系统的变压器，一般要求在变压器上装设接地保护作为变压器主保护和相邻元件接地保护的后备保护。•发生接地故障时，变压器中性点将出现零序电流，母线将出现零序电压，变压器的接地后备保护通常都是由反应这些电气量构成的。•大接地电流系统发生单相或两相接地短路时，零序电流的分布和大小与系统中变压器中性点接地的数目和位置有关。17变压器接地短路的后备保护•当系统发生单相接地短路时，不接地运行的变压器，应能够承受加到中性点与地之间的电压。•因此，采用这种变压器，可以安排一部分变压器接地运行，另一部分变压器不接地运行，从而可把电力系统中接地故障的短路容量和零序电流水平限制在合理的范围内，同时也是为了接地保护本身的需要。•故变压器零序保护的方式就与变压器中性点的绝缘水平和接地方式有关，应分别予以考虑。18中性点直接接地变压器的零序电流保护•这种变压器接地短路的后备保护毫无例外地采用零序电流保护，通常采用两段式零序电流保护。•零序电流保护I段作为变压器及母线的接地故障后备保护，其动作电流和延时t1应与相邻元件单相接地保护I段相配合。•零序电流保护II段作为引出线接地故障的后备保护，其动作电流和延时t3应与相邻元件接地后备段相配合。19第6节变压器零序电流差动保护•前述变压器纵差保护采用的电流是相电流，因此变压器内部单相接地故障时灵敏度比较低。若单相接地故障时灵敏度不足，可以增设零序电流差动保护。•对于三绕组的普通变压器，可以在中性点直接接地的两侧分别装设零序电流差动保护。•零序电流差动保护的动作判据与一般差动保护一样，整定原则为：•(1)躲过外部单相接地故障时的不平衡电流。•(2)躲过励磁涌流和外部三相故障时的不平衡电流。•零序电流差动保护的动作电流比一般电流差动保护要小，因此在变压器内部单相接地故障时灵敏度较高。20变压器保护配置原则•1．瓦斯保护•变压器内部故障时，由于故障点电流和电弧的作用，使得变压器油及其他绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，因而从油箱流向油枕的上部。•当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量气体，此时将有大量的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。•利用变压器内部故障时的这一特点构成的保护装置称为瓦斯保护。21变压器保护配置原则•如果变压器内部发生严重漏油或匝数很少的匝间短路、铁芯局部烧损、线圈断线、绝缘劣化和油面下降等故障时，往往纵差保护等其他保护均不能动作，而瓦斯保护却能够动作。•瓦斯保护是变压器内部故障最有效的一种主保护。•瓦斯保护主要由瓦斯继电器来实现，它是一种气体继电器，安装在变压器油箱与油枕之间的连接导油管中。这样，油箱内的气体必须通过瓦斯继电器才能流向油枕。22变压器保护配置原则•轻微故障时，油箱内气体较少且速度慢，其他沿管道上升，使气体继电器内油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告。•严重故障时，故障点周围温度迅速增高而产生大量气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从油箱经管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到油速达到动作门槛时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器23变压器保护配置原则•对变压器油箱内部的各种故障及油面的降低，应装设瓦斯保护。对800kVA及以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。•瓦斯保护动作后，应从瓦斯器上部排气口收集气体，进行分析。根据气体的数量、颜色、化学成分、可燃性等，判断保护动作的原因和故障的性质。•瓦斯保护能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵敏性高、接线简单，但不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。故不能作为变压器唯一的主保护，须与纵差保护配合共同作为变压器的主保护。24变压器保护配置原则•2．纵差保护或电流速断保护•对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应根据容量的不同，装设纵差保护或电流速断保护。保护瞬时动作，断开变压器各侧的断路器。•(1)对6.3MVA及以上并列运行的变压器和10MVA单独运行的变压器以及6.3MVA以上厂用变压器应装设纵差保护。•(2)对10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时间大于0.5s时，应装设电流速断保护。•(3)对2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵差保护。25变压器保护配置原则•(4)对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重纵差保护。•(5)对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的纵差保护。当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW及以下发电机与变压器组共用纵差保护；100MW以上发电机，除发电机变压器组共用纵差保护外，发电机还应单独装设纵差保护。对200MW～300MW的发电机变压器组也可在变压器上增设单独的纵差保护，即采用双重快速保护。26变压器保护配置原则•3.外部相间短路时的保护•反应变压器外部相间短路并作瓦斯保护和纵差保护(或电流速断保护)后备的过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流保护和阻抗保护，保护动作后应带时限动作于跳闸。•(1)过电流保护宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。•(2)复合电压启动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不满足灵敏性要求的降压变压器。27变压器保护配置原则•(3)负序电流和单相式低电压启动的过电流保护，一般用于63MVA及以上升压变压器。•(4)对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述(2)、(3)的保护不能满