电力变压器的保护

电力变压器的保护李薇薇1、变压器的故障①油箱内的故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。②油箱外的故障：主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。2、变压器的不正常运行状态主要有：①由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；②由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。③大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式的过励磁故障3、变压器的保护方式。（1）瓦斯保护①瓦斯保护作用：反应变压器油箱内的各种故障以及油面的降低②瓦斯保护基本原理：反应油箱内部所产生的气体或油流而动作。③瓦斯保护分类：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。（2）纵差动保护或电流速断保护作用：反应变压器绕组、套管及引出线上的故障。上述各保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。（3）反应外部相间短路时引起的过电流和作为变压器的后备保护①过电流保护②复合电压起动的过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器上③负序电流及单相式低电压起动的过电流保护④阻抗保护（4）外部接地短路时，对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，增设零序方向元件。当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压跳开后，中性点不接地的变压器(低压侧有电源)仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护，中性点装放电间隙加零序电流保护等。（5）过负荷保护（6）过励磁保护（7）其它保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设作用于信号或动作于跳闸的装置。瓦斯保护1、瓦斯保护基本原理：在变压器油箱内部发生故障(包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻的接地短路)时，由于故障点电流和电弧的作用，将使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，它们将从油箱流向油枕的上部。当严重故障时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障的上述特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置。安装位置：安在油箱和油枕之间的连接管道上。1-罩2-顶针3-气塞4-永久磁铁5-开口杯6-重锤7-探针8-开口销9-弹簧10-挡板11-永久磁铁12-螺杆13-干簧触点（重瓦斯）14-调节螺杆15-干簧触点（轻瓦斯）16-套管17-排气口瓦斯保护的评价: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，须与差动保护配合共同作为变压器的主保护。差动保护1、变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。2、变压器差动保护与线路差动保护的区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图所示的双绕组变压器，应使电力变压器的纵联差动保护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。1、变压器纵差保护的基本原理GKII2IIIII2IIIkIIIrIIII22kIrIII2内部短路时，无论是单电源，还是双电源，保护都能正确测量到短路点电流。G～变压器纵差动保护单相原理接线图rI1、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法（1）励磁涌流：在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。（2）产生励磁涌流的原因因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。变压器励磁涌流的影响及措施励磁涌流：就是变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时的暂态励磁电流。励磁涌流波形的特点2）含有很大成分的非周期分量，使曲线偏向时间轴的一侧；3）含有大量的高次谐波，其中二次谐波所占比重最大；4）涌流的波形削去负波之后将出现间断，图中α称为间断角。1）初始值很大，可达额定电流的6~8倍；（3）励磁涌流的特点：①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。③励磁涌流的波形出现间断角。（4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施：采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护；②利用二次谐波制动原理构成的差动保护；③利用间断角原理构成的变压器差动保护；④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。措施：1）接入速饱和变流器2）采用以二次谐波制动原理构成的纵联差动保护3）采用鉴别波形间断角原理构成的差动保护4）采用差动电流速断保护2、不平衡电流产生的原因（1）稳态情况下的不平衡电流①变压器两侧电流相位不同电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。变压器接线组别的影响。，dY的相位差两侧电流之间存在着它们接线组别的变压器常用的3011,相位补偿方法：1）通过电流互感器二次接线进行相位补偿。AYIBYICYIAdIBdICdIaYIbYIcYIarIbrIcrIadIbdIcdI。，倍数值增大了相位补偿后3解决办法：通过选择电流互感器变比解决。553..NddTANYYTAInIn②电流互感器计算变比与实际变比不同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。【实例分析1】由电流互感实际变比与计算变比不等产生的不平衡电流分析在表8-2中，变压器型号、变比、Y,d11接线。计算由于电流互感器的实际变比与计算不等引起的不平衡电流。计算结果如表8-2。由表8-2可见，由于电流互感器的实际变比与计算变比不等，正常情况将产生0.21A的不平衡电流。解决办法采用自耦变流器，或利用差动继电器的平衡线圈予以补偿。③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。两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流解决问题的方法：整定计算时，引入同型系数。产生不平衡电流原因变压器两侧的额定电压不同两侧电流互感器的型号不同饱和特性和励磁电流也不同④变压器带负荷调节分接头变压器带负荷调整分接头，是电力系统中电压调整的一种方法，改变分接头就是改变变压器的变比。整定计算中，差动保护只能按照某一变比整定，选择恰当的平衡线圈减小或消除不平衡电流的影响。当差动保护投入运行后，在调压抽头改变时，一般不可能对差动保护的电流回路重新操作，因此又会出现新的不平衡电流。不平衡电流的大小与调压范围有关。变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流调整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。解决办法调压系数取值提高保护动作电流，即在整定计算时，引入调压系数。取调压范围的一半。（2）暂态情况下的不平衡电流暂态过程中不平衡电流的特点：①暂态不平衡电流含有大量的非周期分量，偏离时间轴的一侧。②暂态不平衡电流最大值出现的时间滞后一次侧最大电流的时间（根据此特点靠保护的延时来躲过其暂态不平衡电流必然影响保护的快速性，甚至使变压器差动保护不能接受）。减小不平衡电流的措施（1）减小稳态情况下的不平衡电流变压器差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器差动保护专用的D级电流互感器；当通过外部最大稳态短路电流时，差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。（2）减小电流互感器的二次负荷这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电流互感器的励磁电流。减小二次负荷的常用办法有：减小控制电缆的电阻(适当增大导线截面，尽量缩短控制电缆长度)；采用弱电控制用的电流互感器(二次额定电流为lA)等。（3）采用带小气隙的电流互感器这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互感器不容易饱和。因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。同时也改善了电流互感器的暂态特性。（4）减小变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流采用相位补偿②数值补偿变压器星形侧电流互感器变比变压器三角形侧电流互感器变比③软件校正微机保护中采用软件进行相位校正（5）减小电流互感器由于计算变比与标准变比不同而引起的不平衡电流采用数值补偿①采用自耦变流器。②利用BCH型差动继电器中的平衡线圈。③在变压器微机保护的软件中采用补偿系数使差动回路的不平衡电流为最小。（6）由变压器两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流在差动保护的整定计算中加以考虑。（7）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流在变压器差动保护的整定计算中考虑。在稳态情况下，变压器的差动保护的不平衡电流可由下式决定（8）减小暂态过程中非周期分量电流的影响①差动保护采用具有速饱和特性的中间变流器，②选用带制动特性的差动继电器或间断角原理的差动继电器等，利用其它方法来解决暂态过程中非周期分量电流的影响问题。和差式比率制动式差动保护原理1.双绕组变压器比率制动的差动保护原理。（1）和差式比率制动的动作判据①差动电流：（4）内部故障灵敏度校验在系统最小运行方式下，计算变压器出口金属性短路的最小短路电流（周期分量），同时计算相应的制动电流，由相应的比率制动特性查出对应与的起动电流则灵敏系数要求Ksen2.0变压器比率差动保护程序逻辑框图变压器差动保护程序逻辑原理在程序逻辑框图中D1=Iact0、D2=KrelId/Ibrk为比率制动系数整定值，D3为二次谐波制动系数整定值。可见比率差动保护动作的三个判据是“与”的关系(图8-14中的与门Y2)，必须同时满足才能动作于跳闸。而差动速断保护是作为比率差动保护的辅助保护。其定值为D4=Iact.s，在比率差动保护不能快速反映严重区内故障时，差动速断保护应无时延地快速出口跳闸。因此这两种保护是“或”的逻辑关系(图8-14中的或门H3)。比率差动保护在TA二次回路断线时会产生很大的差电流而误动作，所以必须经TA断线闭锁的否门再经与门Y3才能出口动作。当TA断线时与门Y3被闭锁住，不能出口动作。对于容量较小的变压器，当其过电流保护的动作时限大于0.5s时，可在电源侧装设电流速断保护。它与瓦斯保护配合，以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。电力变压器电流速断保护保护动作电流：（１）按大于变压器二次侧母线短路时流过保护的最大短路电流max.krelactIKI（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流TNactII)5~3(信号保护灵敏系数：actksenIIK)2(min.Ksen≥2变压器相间短路后备保护及过负荷保护变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护或负序电流保护等。过电流保护保护的起动电流按躲过变压器的最大负荷电流整定3、变压器的最大负荷电流的确定（1）对并联运行的变压器，应考虑切除一台变压器后的负荷电流。当各台变压