第八章電力變壓器的繼電保護(hù)

8.1電力變壓器的故障類型和

不正常工作狀態(tài)一、變壓器的故障

1.油箱內(nèi)部故障（1）各相繞組之間的相間短路（2）單相繞組的匝間短路（3）單相繞組或引出線通過(guò)外殼發(fā)生的單相接地故障（4）鐵芯燒損危害：油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生的電弧將引起絕緣物質(zhì)的劇烈汽化，可能引起油箱爆炸。2.油箱外部故障（1）引出線的相間短路（2）絕緣套管閃絡(luò)或破壞、引出線通過(guò)外殼發(fā)生的單相接地短路二、變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)外部相間短路引起的過(guò)電流外部接地短路引起的過(guò)電流和中性點(diǎn)過(guò)電壓負(fù)荷超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷漏油等原因引起的油面降低大容量變壓器的過(guò)勵(lì)磁故障三、變壓器的保護(hù)配置主保護(hù)瓦斯保護(hù):防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低；瓦斯保護(hù)有重、輕之分，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開(kāi)變壓器各電源側(cè)的斷路器，輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)；縱差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù):防御變壓器繞組、套管及引出線上的各種故障?？v差動(dòng)保護(hù)不能反映繞組匝數(shù)很少的匝間短路故障，油面降低等，因此存在一定的保護(hù)死區(qū)。而瓦斯保護(hù)不能反映油箱外部的短路故障。因此，縱差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)共同構(gòu)成變壓器的主保護(hù)。外部相間短路的后備保護(hù)：①過(guò)電流保護(hù)、②低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、③復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、④負(fù)序電流及單相式低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、⑤阻抗保護(hù)外部接地短路的后備保護(hù):①變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行、②零序電流保護(hù)、③自耦變壓器和高、中壓側(cè)中性點(diǎn)都直接接地的三繞組變壓器、④應(yīng)增設(shè)零序方向元件、⑤中性點(diǎn)不接地的變壓器、⑥零序過(guò)電壓保護(hù)、⑦中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)放電間隙接地的變壓器、⑧間隙電流保護(hù)和零序電壓保護(hù)三、變壓器的保護(hù)配置①過(guò)負(fù)荷保護(hù)

②過(guò)勵(lì)磁保護(hù)③變壓器的其他非電量保護(hù)

④油溫保護(hù)、冷卻器故障保護(hù)、壓力釋放保護(hù)等；8.2變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，應(yīng)使TA變比選取原則IL·I·HI·H'·IL'IdnTnTAHnTAL一、變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理

判據(jù)：內(nèi)部故障時(shí)：IL·I·HI·H'·IL'IdnTnTAHnTAL變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流正常情況下，變壓器勵(lì)磁電流很小，通常為額定電流的（2~5）%。它使差動(dòng)回路中的不平衡電流增加很少。在電壓突然增加時(shí)，例如在空載投入變壓器或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，則可能產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，這種暫態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)的勵(lì)磁電流通常稱為勵(lì)磁涌流。其數(shù)值最大可達(dá)額定電流的4~8倍。。二、變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流勵(lì)磁涌流（%）例1例2例3例4基波100100100100二次諧波36315023三次諧波76.99.410四次諧波96.25.4-五次諧波5---直流66806273勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)：有很大成分的非周期分量；有大量的高次諧波，尤以二次諧波為主；波形經(jīng)削去負(fù)波后出現(xiàn)間斷。影響勵(lì)磁涌流特征的因素有：⑴合閘時(shí)電壓的初相角α①對(duì)于單相變壓器而言，當(dāng)α=0°時(shí)合閘，涌流最嚴(yán)重。當(dāng)α=90°時(shí)合閘，將不產(chǎn)生涌流。②對(duì)于三相變壓器而言，三相電壓的相角互差120°，所以無(wú)論電壓初相角是多少總會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。⑵鐵芯中剩磁的大小和方向、⑶變壓器鐵芯的飽和磁通防止勵(lì)磁涌流影響的方法：①采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器②采用間斷角原理的差動(dòng)保護(hù)③利用二次諧波制動(dòng)④利用波形對(duì)稱原理的差動(dòng)保護(hù)Y0/Δ-11（YNd11）接線方式正常運(yùn)行時(shí)示意圖

由于存在相位差，無(wú)論如何選擇TA變比，差電流不可能為零。三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流Y0/Δ-11（YNd11）接線方式正常運(yùn)行時(shí)示意圖三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流解決辦法：選擇兩側(cè)同相位的電流量構(gòu)成差動(dòng)回路。

Y0/Δ-11（YNd11）接線方式正常運(yùn)行時(shí)示意圖三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流Y0/Δ-11（YNd11）接線方式三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流

對(duì)于微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)，可將YNd11接線變壓器的兩側(cè)TA均采用星形接線，由軟件實(shí)現(xiàn)TA變比和相位的調(diào)整；計(jì)算變比與實(shí)際變比不同產(chǎn)生的不平衡電流要實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)，低、高壓兩側(cè)電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比，即但實(shí)際上由于電流互感器變比在制造上的標(biāo)準(zhǔn)化，不容易滿足這個(gè)條件，因而就會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。或[例]某Y/d-11變壓器容量為，變比為，選擇電流互感器的變比，并計(jì)算額定運(yùn)行條件下的不平衡電流。115kV10.5kV一次額定電流TA接線TA計(jì)算變比TA實(shí)際變比二次電流不平衡電流158A1730A△Y1730/5=346300/5=602000/5=400Iunb=4.55–4.32=0.23(A)計(jì)算變比與實(shí)際變比不同產(chǎn)生的不平衡電流方法：利用差動(dòng)繼電器的平衡線圈進(jìn)行磁補(bǔ)償....Wb—平衡線圈Wd—差動(dòng)線圈中間變流器但是由于平衡線圈匝數(shù)的選擇必須取整數(shù)，即采用平衡線圈后仍要考慮剩余的不平衡電流；其中：在整定計(jì)算中不平衡電流按下式計(jì)算：平衡線圈的計(jì)算匝數(shù)差動(dòng)線圈的整定匝數(shù)平衡線圈的整定匝數(shù)區(qū)外短路的最大短路電流平衡線圈的計(jì)算匝數(shù)與整定匝數(shù)不等的相對(duì)誤差三相電流互感器接線系數(shù)電流互感器變換誤差產(chǎn)生的不平衡電流理想特性1TA2TA考慮非周期分量的影響時(shí)：其中：非周期分量影響系數(shù)電流互感器同型系數(shù)電流互感器的幅值誤差，取10%5.變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生的不平衡電流或當(dāng)分接頭位置變化時(shí)，變壓器的變比改變?nèi)∽儔浩髡{(diào)壓范圍的一半變壓器差動(dòng)保護(hù)的最大不平衡電流：躲開(kāi)保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大不平衡電流整定；三、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定原則

靈敏系數(shù)校驗(yàn)無(wú)制動(dòng)定值高，保護(hù)的靈敏度低；為了提高靈敏度，采用具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器；四、具有制動(dòng)特性的BCH-1型差動(dòng)繼電器

(一般取)無(wú)制動(dòng)（一）比率制動(dòng)特性

動(dòng)作判據(jù)

--最小動(dòng)作電流--拐點(diǎn)電流--比率制動(dòng)特性的斜率五、比率制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)電流與制動(dòng)電流的選取正方向：各側(cè)電流均以指向變壓器為正(1)差動(dòng)電流例如雙繞組變壓器：差動(dòng)電流與制動(dòng)電流的選取正方向：各側(cè)電流均以指向變壓器為正(2)制動(dòng)電流平均電流制動(dòng):復(fù)式制動(dòng):指所有側(cè)中最大的電流指除最大電流側(cè)外所有側(cè)電流之和最大電流制動(dòng):1.最小動(dòng)作電流

按躲過(guò)變壓器在正常運(yùn)行條件下產(chǎn)生的不平衡電流整定

式中

--可靠系數(shù)，取--變壓器高壓側(cè)的額定電流--高壓側(cè)電流互感器的變比（二）比率制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)保護(hù)的定值整定一般整定在（）倍變壓器的額定電流；2.拐點(diǎn)電流3.制動(dòng)特性的斜率

三折線比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)IdIresK1K2OIres.maxIop.maxIop.0Ires.1Ires.0計(jì)算方法和前面相同(1)最小動(dòng)作電流(2)第一拐點(diǎn)電流(3)第二拐點(diǎn)電流一般情況：(4)制動(dòng)特性斜率變壓器差動(dòng)電流速斷保護(hù)在變壓器差動(dòng)保護(hù)中，配有二次諧波制動(dòng)元件防止勵(lì)磁涌流引起保護(hù)誤動(dòng)。但當(dāng)縱差保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重短路故障時(shí)，TA可能出現(xiàn)飽和使二次電流波形發(fā)生畸變，則二次電流中含有大量諧波分量，從而誤判為勵(lì)磁涌流，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)或延遲動(dòng)作。因此，為了保證與加快大型變壓器內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作的可靠性，需設(shè)置差動(dòng)電流速斷保護(hù)。

差動(dòng)速斷保護(hù)的定值應(yīng)按躲過(guò)變壓器最大勵(lì)磁涌流或外部短路最大不平衡電流整定，其值可達(dá)4-10倍額定電流；當(dāng)區(qū)內(nèi)（特別是變壓器繞組端部）故障時(shí)差流達(dá)到差動(dòng)速斷定值時(shí)，速斷元件快速動(dòng)作出口，跳開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器；微機(jī)變壓器縱差保護(hù)邏輯圖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器8.3變壓器相間短路的后備保護(hù)（一）過(guò)電流保護(hù)（二）低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)（三）復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)（四）負(fù)序過(guò)電流保護(hù)（一）過(guò)電流保護(hù)1.單相原理接線主要應(yīng)用于降壓變壓器，裝設(shè)在主電源側(cè)，可以設(shè)定兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限切除分段開(kāi)關(guān)，長(zhǎng)時(shí)限切除變壓器兩側(cè)開(kāi)關(guān)。起動(dòng)電流：躲過(guò)變壓器的最大負(fù)荷電流整定（1）對(duì)并列運(yùn)行的變壓器（2）對(duì)降壓變壓器

2.整定計(jì)算定值一般較大，可能不滿足后備保護(hù)的要求；可靠系數(shù)，取返回系數(shù)，取電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)系數(shù)（二）低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)1.單相原理接線主要應(yīng)用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器以及大容量的降壓變壓器。（1）起動(dòng)電流。按大于變壓器的額定電流整定（2）動(dòng)作電壓。按小于正常運(yùn)行時(shí)母線上可能出現(xiàn)的最低工作電壓，且外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)的過(guò)程中應(yīng)能返回。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)2.整定計(jì)算當(dāng)電壓互感器發(fā)生斷線時(shí)，低電壓繼電器將會(huì)誤動(dòng)；（三）復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)1.原理接線1.負(fù)序過(guò)電繼電器和過(guò)電流繼電器配合作為各種不對(duì)稱短路的保護(hù)；2.低壓繼電器和過(guò)電流繼電器配合作為三相對(duì)稱短路的保護(hù)；負(fù)序電壓繼電器的動(dòng)作電壓，可按躲開(kāi)正常運(yùn)行時(shí)的最大不平衡電壓整定。通常取

2.整定計(jì)算3.優(yōu)缺點(diǎn)由于負(fù)序電壓繼電器的整定值小，在不對(duì)稱短路時(shí)靈敏系數(shù)高；對(duì)于大容量變壓器，額定電流很大，當(dāng)在相鄰元件末端兩相短路時(shí)短路電流小可能靈敏度不滿足要求；(四)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)1.原理接線提高不對(duì)稱短路時(shí)的靈敏度，一般用于63MVA及以上的升壓變壓器。動(dòng)作電流的整定原則：（1）躲變壓器正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流濾過(guò)器的最大不平衡電流，一般為；（2）躲線路一相斷線時(shí)引起的負(fù)序電流；（3）與相鄰元件上的負(fù)序電流保護(hù)在靈敏度上配合；變壓器相間短路后備保護(hù)的配置原則1.對(duì)于單側(cè)電源的變壓器，后備保護(hù)裝設(shè)在電源側(cè)，作為縱差保護(hù)、瓦斯保護(hù)的后備或相鄰元件的后備；2.對(duì)于多側(cè)電源的變壓器，主電源側(cè)后備保護(hù)應(yīng)作為縱差保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備，且能對(duì)變壓器各側(cè)的故障滿足靈敏度要求；其它各側(cè)后備保護(hù)只作為各側(cè)母線和線路的后備保護(hù)，動(dòng)作后跳開(kāi)本側(cè)斷路器；2.整定計(jì)算8.4變壓器接地短路的后備保護(hù)（一）中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)（二）部分變壓器中性點(diǎn)接地的零序電流電壓保護(hù)（三）中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地的零序電流電壓保護(hù)一、中性點(diǎn)接地方式110kV及以上系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地，接地點(diǎn)的數(shù)量和位置的選擇：從系統(tǒng)角度看：1)防止過(guò)電壓；2)限制短路電流；3)保證運(yùn)行方式變化時(shí)，零序電流大小分布變化較小。從變壓器角度看：1)自耦變壓器中性點(diǎn)直接接地；2)全絕緣中性點(diǎn)可直接接地、可不接地；3)分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)絕緣水平很低的直接接地；水平較高的可直接接地，也可在不失去接地點(diǎn)時(shí)不接地。（一）中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)跳QF跳QF1、QF2全部采用零序電流保護(hù)，有選擇性要求時(shí)可增加零序方向元件。（一）中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)跳QF跳QF1、QF2零序電流取自主變中性點(diǎn)側(cè)，主變未并網(wǎng)時(shí)發(fā)生單相接地也有零序電流。（一）中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)跳QF跳QF1、QF2通常采用兩段式，Ⅰ段和相鄰零序Ⅰ段配合，Ⅱ和相鄰零序后備段配合；（一）中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)跳QF跳QF1、QF2每段設(shè)兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限動(dòng)作縮小故障范圍，長(zhǎng)時(shí)限動(dòng)作斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。按與相鄰元件的零序電流保護(hù)Ⅰ段配合相鄰元件的零序電流保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作電流1.零序一段整定原則按與相鄰元件的零序電流保護(hù)后備段配合相鄰元件的零序電流保護(hù)后備段動(dòng)作電流2.零序二段整定原則對(duì)于高、中壓側(cè)中性點(diǎn)均直接接地的自耦變壓器和三繞組變壓器，應(yīng)在高、中壓側(cè)均裝設(shè)兩段式零序電流保護(hù)的基礎(chǔ)上分別增設(shè)零序功率方向元件，方向指向本側(cè)母線，分別作為變壓器高、中壓側(cè)繞組和相鄰元件接地故障的后備保護(hù)；（二）部分變壓器中性點(diǎn)接地的零序電流電壓保護(hù)當(dāng)變電站有兩臺(tái)及以上的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，為了盡量保持零序網(wǎng)絡(luò)的阻抗和零序電流的分布不變，從而保證零序電流保護(hù)的靈敏度不變、且限制電流水平，通常將一部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，而另一部分不接地運(yùn)行。（二）部分變壓器中性點(diǎn)接地的零序電流電壓保護(hù)

配置兩種接地保護(hù)：一種用于中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器，采用兩段式零序電流保護(hù)，另一種用于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器，保護(hù)的配置與變壓器的中性點(diǎn)絕緣水平等有關(guān)；當(dāng)變壓器接地時(shí)可采用“（一）中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)”的方法當(dāng)變壓器不接地時(shí)采用零序電壓保護(hù)。零序電壓繼電器的動(dòng)作電壓按躲過(guò)部分變壓器接地電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)安裝處可能出現(xiàn)的最大零序電壓整定。一般取180V。動(dòng)作時(shí)間取－0.5s1.中性點(diǎn)全絕緣變壓器跳QF1跳QF2.分級(jí)絕緣變壓器為保證變壓器的安全，應(yīng)先切除不接地變壓器，后切除接地變壓器2.分級(jí)絕緣變壓器零序電流保護(hù)設(shè)有兩個(gè)時(shí)限，時(shí)限跳開(kāi)分段斷路器，時(shí)限跳開(kāi)本變壓器2.分級(jí)絕緣變壓器