变压器保护

变压器保护教学目标1、电力系统主接线、变压器结构及工作原理、变压器故障、变压器保护初步认知2、变压器保护的配置（220kV主变为主）；3、变压器主保护（差动保护及瓦斯保护）原理4、变压器后备保护原理5、变压器保护的动作行为及动作对象6、变压器保护检修及初步调试变压器保护的感性认知变压器保护原理综述变压器保护装置初步调试目录~发电机升压变隔离开关断路器220kV母线高压输电线路#1变压器电流互感器#1变高压侧开关220kV母线电压互感器高压配电线路220kV母线10kV母线发电厂一次设备简图系统介绍220kV变电站一次设备简图220KV变电站一次设备简图#1变压器电流互感器#1变高压侧开关220kV母线PT220kV母线110kV母线#1变低压侧开关#2变压器220母联110分段110kV母线PT一次设备是指直接参加发、输、配电能的系统中使用的电气设备，如发电机、变压器、电力电缆、输电线、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等。由这些设备连接在一起构成的电路为一次接线或主接线。二次设备是指对一次设备的工况进行监测、控制、调节、保护，为运行人员提供运行工况或生产指挥信号所需要的电气设备，如测量仪表、继电器、控制及信号器具、自动装置等。这些设备由电流互感器和电压互感器的二次绕组的出线以及直流回路，按着一定的要求连接在一起构成的电路为二次接线或二次回路。变压器外形不惊人内功很深厚油浸式变压器结构套管铁芯绕组散热器储油柜变压器油变压器的故障引出线间相间短路外部故障变压器故障内部故障引出线单相接地短路绕组相间短路绕组与铁芯间的短路绕组断线故障绕组引线与外壳单相接地绕组匝间短路变压器故障相间短路绕组引线与外壳发生单相接地短路铁芯烧损内部故障外部故障相间短路匝间短路单相接地电量保护/非电量保护电量保护由电气量反映的故障动作或发信号的保护。保护的判据是电量：电流、电压、频率、阻抗等。非电量保护由非电气量反映的故障动作或发信号的保护。保护的判据是非电量，如瓦斯保护（通过油速整定）、温度保护（通过温度高低）、压力保护等。信号回路交流回路二次回路计量保护A柜控制回路220kV母线110kV母线保护B柜直流电源测控直流回路变压器保护柜（南瑞继保RCS-978）操作箱电量保护装置非电量保护装置打印机压板变压器保护柜(许继WBH-801A)打印机压板操作箱电量保护装置非电量保护装置变压器保护柜空气开关端子排电流电压回路直流回路保护装置构成软件(保护原理集中体现)硬件1数据采集系统（模拟量输入系统）2数据处理系统（CPU）3开关量输入/输出系统4人机接口（MMI）5通信6电源微机保护的硬件构成框图保护装置插件（WBH-801系列保护）变压器保护原理综述变压器保护基础知识主保护异常运行保护后备保护配置、原理、动作对象基础知识四变压器保护配置三变压器故障及不正常运行方式一变压器的结构二变压器联结组别基础知识四变压器保护配置三变压器故障及不正常运行方式二变压器联结组别一变压器的结构变压器的绕组接线方式Y/Δ-11变压器绕组接线方式1、YNy联结组别：适用于1800kVA以下的小容量变压器。2、YNd联结组别：适用于大容量变压器。在YNd接线的变压器联结组别中，以YNd11为最多，YNd1及YNd5的也有。变压器的联结组别YNd联结组别的含义：1）变压器高压绕组接成Y形，且中性点接地，而低压侧绕组接成d。2）低压侧线电压或线电流分别超前高压侧对应相线电压或线电流30°。变压器的联结组别Y/Δ-11变压器绕组接线方式及两侧电流相量图IcibIa30OIBICIA结论：YNd11接线的变压器，低压侧三相电流分别超前于高压侧相应三相电流30°。四变压器保护配置三变压器故障及不正常运行方式二变压器联结组别一变压器的结构基础知识变压器故障相间短路绕组引线与外壳发生单相接地短路铁芯烧损内部故障外部故障相间短路匝间短路单相接地变压器异常运行状态油位异常、油箱压力过高油温、绕组温度过高冷却系统故障变压器的异常运行方式1）过负荷2）过励磁：系统电压升高或频率降低3）油位异常4）变压器油温、绕组温度过高、油箱压力过高和冷却系统故障基础知识四变压器保护配置二变压器联结组别一变压器的结构三变压器故障及不正常运行方式220kV变压器保护配置图第一纵差保护（二次谐波制动）第二纵差保护（波形对称）瓦斯保护中压侧复压过电流保护高压侧复压过电流（方向）中压侧零序过流（方向）高压侧过负荷中压侧过负荷低压侧过负荷低压侧复压过电流保护其他非电量保护高压侧零序过流（方向）主保护变压器主保护纵差保护瓦斯保护变压器纵差保护二变压器纵差保护需要解决的问题一变压器纵差保护的构成原理521纵差保护构成原理差动电流速断纵差保护相位和幅值校正变压器纵差保护构成原理纵差动保护基本原理TA断线闭锁差动元件比率特性曲线220kV变压器保护配置图第一纵差保护（二次谐波制动）第二纵差保护（波形对称原理制动）521纵差保护构成原理差动电流速断纵差保护相位和幅值校正变压器纵差保护构成原理纵差动保护基本原理TA断线闭锁差动元件比率特性曲线变压器纵差保护的构成原理J高压侧低压侧'2I1I'1I2I0'22IIIJ1、正常运行或外部故障基尔霍夫第一定律代表的物理意义：变压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应动作。0.I变压器纵差保护的构成原理J高压侧低压侧'2I1I'1I2I0'22KJIIII2、内部故障0IΣ结论：内部故障时，只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。简化的现场案例J高压侧低压侧'2I1I'1I2I变压器正常运行或外部故障时，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应动作。TA极性接反会造成什么后果呢？521纵差保护构成原理差动电流速断纵差保护相位和幅值校正变压器纵差保护构成原理纵差动保护构成原理TA断线闭锁差动元件比率特性曲线为什么要进行相位和幅值校正？答：变压器正常运行时，若不计传输损耗，则流入功率应等于流出功率。但由于两侧的电压不同，其两侧的电流也不相同。变压器接线的联接组别不同，其流入变压器的电流与流出变压器的电流相位不可能相同。缺点：第一次投运的变压器，若某相差动TA的极性接错，分析及处理相对较麻烦。另外，实现差动元件的闭锁也比较困难。纵差保护-相位校正1、改变差动TA接线方式进行相位补偿纵差保护-相位校正Y△主变差动保护装置Y/△-11IcibIa30OIBICIA以D侧电流为基准，用Y侧移相2、利用软件进行相位补偿ahchCHchbhBHbhahAHIIIIIIIIIahIbhIchIblIalIclIahIbhIchIBHIAHICHI相位校正方法一:以d侧电流相位为基准，用Y侧电流进行移相用软件对高压侧电流进行移相纵差保护-相位校正Y△主变差动保护装置Y/△-11IcibIa30OIBICIA以Y侧电流为基准，用D侧移相ahIbhIchIblIalIclI333blclClalblBlclalALIIIIIIIIIALIBLICLIblIalIclI方法二:以Y侧电流相位为基准，用d侧电流进行移相用软件对低压侧电流进行移相纵差保护-幅值校正Y△主变差动保护装置Y/△-11IcibIa30OIBICIA以D侧电流为基准，用Y侧幅值校正差动TA接线为Y/Y，利用软件进行幅值校正纵差保护-幅值校正Y△主变差动保护装置Y/△-11IcibIa30OIBICIA以Y侧电流为基准，用D侧移相差动TA接线为Y/Y，利用软件进行幅值校正动动脑筋YN,d11的变压器，当高压侧区外发生单相接地故障时，差动保护有没有可能误动？分析原因。思考题已知变压器的接线组别为Yn/Δ-11,电压变比为n，低压侧a、b、c电流分别为Ia，Ib，Ic，试写出高压侧A、B、C三相的数学表达式。例题IAIBICIbIaIcnnnIIIIIIIIIbcabca3)(3)(3)(CBA思考题已知高压侧电流分别为IA，IB，IC，试写出低压侧a、b、c电流Ia，Ib，Ic三相的数学表达式。例题3)(3)(3)(cbaIIIIIIIIIACCBBAnnnIAIBICIbIaIc521纵差保护构成原理差动电流速断纵差保护相位和幅值校正变压器纵差保护构成原理纵差动保护构成原理TA断线闭锁差动元件比率特性曲线比率制动曲线比率制动式纵差动保护的动作值随着外部短路电流的增大而自动增大。灵敏可靠，优点显著，应用广泛。差动电流或动作电流制动电流拐点电流起动电流动作区制动区制动线斜率K制动区0dzIdIzdI0zdI1、提高内部故障的动作灵敏度2、可靠躲过外部故障的不平衡电流比率制动特性差动元件配置目的不平衡电流1.稳态不平衡电流1）变压器有励磁电流2）变压器有载调压3）两侧差动TA的变比误差2.暂态不平衡电流1）短路电流中的非周期分量2）空投变压器的励磁涌流折线式比率差动dzI0dzI1zdI0zdI2zK1zK动作区制动区0zdI动作区制动区dzI0dzIKZIZddzI0dzI动作区制动区KZIZd一段折线式二段折线式三段折线式起动电流起动电流起动电流拐点电流制动斜率制动斜率制动斜率拐点电流521纵差保护构成原理差动电流速断纵差保护相位和幅值校正变压器纵差保护构成原理纵差动保护构成原理TA断线闭锁差动元件比率特性曲线J高压侧低压侧'2I1I'1I2I0'22IIIJ1、正常运行时0IΣ2、TA断线时（高压侧一相断线为例）发生TA断线怎么办？421纵差保护构成原理差动电流速断纵差保护相位和幅值校正变压器纵差保护构成原理纵差动保护构成原理TA断线闭锁差动元件比率特性曲线转励磁涌流配置目的变压器差动速断元件是纵差保护的辅助保护，由于变压器差动保护中设置有涌流判别元件，因此，受电流波形畸变及电流中谐波的影响很大。当区内故障电流很大时，差动TA可能饱和，从而使差流中含有大量的谐波分量，并使差流波形发生畸变，可能导致差动保护拒动或延缓动作。差动电流速断元件防止区内故障TA饱和产生高次谐波致使差动保护拒动或延缓动作。差动电流速断元件整定原则差动速断元件只反映差流的有效值，不受差流中的谐波及波形畸变的影响。整定值按躲过变压器励磁涌流来确定。通常取变压器额定电流的4-8倍。变压器纵差保护二变压器纵差保护需要解决的问题一变压器纵差保护的构成原理321问题变压器过励磁纵差保护需要解决的问题空投变压器的励磁涌流提高可靠性措施空投变压器的励磁涌流图1励磁涌流波形图2波形中的间断角间断角α励磁涌流波形图空投变压器的励磁涌流励磁涌流波形的特点1、偏于时间轴的一侧，涌流中含有很大的直流分量；2、波形是间断的，且间断角很大，一般大于60°；3、含有很大的二次谐波分量；4、在同一时刻三相涌流之和近似等于零；5、励磁涌流是衰减的。励磁涌流波形图利用涌流的各种特征量1、二次谐波制动原理2、间断角原理3、波形对称原理躲励磁涌流波形措施321问题变压器过励磁纵差保护需要解决的问题空投变压器的励磁涌流提高可靠性措施变压器过励磁变压器运行时，电源电压升高或频率降低原因五次谐波分量大大增加特点五次谐波制动闭锁措施5155%100KIIKz为五次谐波制动定值为基波电流为五次谐波电流515KII321问题变压器过励磁纵差保护需要解决的问题空投变压器的励磁涌流提高可靠性措施1、严防TA二次回路接触不良或开路；2、严格执行反措要求；3、确保差动TA二次电缆各芯线之间及各芯线对地绝缘；4、差动保护用TA的选择；5、合理的整定值。提高可靠性措施安装调试之后，应仔细检查TA二次回路的螺丝，且在螺丝上应有弹簧垫或防震片。选择变压器纵差保护