1、.,變壓器的故障以及不正常運(yùn)行工況,一、變壓器的故障分類 變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種 內(nèi)部故障：變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障 主要包括： 1、各相繞組之間發(fā)生的相間短路 2、單相繞組部分線匝之間發(fā)生的匝間短路 3、單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障等,.,外部故障：變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生 的各種故障 主要包括： 1、絕緣套管閃絡(luò)或破碎而發(fā)生的單相接地(通過外殼) 短路 2、引出線之間發(fā)生的相間故障等,變壓器的故障以及不正常運(yùn)行工況,.,變壓器的故障和保護(hù)配置,二、變壓器的不正常運(yùn)行工況 主要包括： 1、由于外部短路或過負(fù)荷引起的過電流 2、油箱漏油造成的油

2、面降低 3、變壓器中性點(diǎn)電壓升高 4、由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵(lì)磁等,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,一、 瓦斯保護(hù)： a、0.4MVA及以上戶內(nèi)油浸式變壓器 b、0.8MVA及以上油浸式變壓器 保護(hù)范圍 范圍包括：變壓器本體，有載調(diào)壓等部分 基本要求 a、內(nèi)部故障和漏油造成的油面降低。 b、變壓器油溫、繞組溫度過高及油箱壓力過高和冷卻系統(tǒng)故障。 c、繞組的開焊故障以及匝數(shù)很小的短路故障。 當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)； 當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,常見的瓦斯保護(hù)： 1、本體輕瓦斯：一般要求發(fā)告警信號(hào) 2、本

3、體重瓦斯： 要求跳主變各側(cè)開關(guān) 3、調(diào)壓重瓦斯： 要求跳主變各側(cè)開關(guān) 4、壓力釋放: 要求跳主變各側(cè)開關(guān) 5、油溫高: 發(fā)告警信號(hào)或者延時(shí)跳開主變各側(cè)開關(guān) 6、油位低 ： 一般要求發(fā)告警信號(hào),.,變壓器的繼電保護(hù)配置,二、差動(dòng)保護(hù)： 適用范圍 a、10MVA容量及以上的單獨(dú)運(yùn)行的變壓器 b、6.3MVA容量及以上的并聯(lián)運(yùn)行的變壓器 c、重要變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不符合要求時(shí) 保護(hù)范圍 變壓器內(nèi)部繞組的相間短路故障 變壓器內(nèi)部繞組的匝間短路故障 基本要求 a、 應(yīng)能躲過勵(lì)磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流； b、在變壓器過勵(lì)磁時(shí)不應(yīng)誤動(dòng)作； c、在電流回路斷線時(shí)應(yīng)發(fā)出斷線信號(hào)，并有條件的閉鎖

4、差動(dòng)保護(hù)； d、在正常情況下，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍應(yīng)包括變壓器套管和引出線，如不 能包括引出線時(shí)，應(yīng)采取快速切除故障的輔助措施。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,變壓器一次接線 變壓器內(nèi)橋,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,變壓器一次接線 變壓器外橋,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,變壓器一次接線 變壓器擴(kuò)大內(nèi)橋,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作方程,額定電流 中壓側(cè)的平衡系數(shù) 低壓側(cè)的平衡系數(shù),.,變壓器的繼電保護(hù)配置,2、分相差動(dòng)保護(hù) 分相差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流制動(dòng)電流取自自藕變壓器高壓側(cè)、自藕變壓器中壓側(cè)、公共繞組的電流CT。 關(guān)于自藕變壓器 自耦變壓器是只有一個(gè)繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用

5、時(shí)，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當(dāng)作為升壓變壓器使用時(shí)，外施電壓只加在繞組的部分線匝上。通常把同時(shí)屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，其余部分稱為串聯(lián)繞組，同容量的自藕變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高時(shí)這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級(jí)的提高和輸送容量的增大，自藕變壓器由于其容量大、損耗小、造價(jià)低而得到廣泛應(yīng)用。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,自藕變壓器,1、中壓側(cè)電壓從繞組抽頭中引出，與高壓側(cè)電壓 有直接的電的聯(lián)系。 2、高壓側(cè)與中壓側(cè)的公用部分，稱為公共繞組。 3、為了平衡3次諧波，低壓側(cè)采用電磁耦合方式 接線上采用三角

6、形接線。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,和普通雙繞組變壓器相比，自耦變壓器有以下主要特點(diǎn)： （1)由于自耦變壓器的計(jì)算容量小于額定容量所以在同樣的額定容量下，自耦變壓器的主要尺寸較小，有效材料(硅鋼片和導(dǎo)線)和結(jié)構(gòu)材料(鋼材)都相應(yīng)減少，從而降低了成本。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應(yīng)減少，故自耦變壓器的效率較高。同時(shí)由于主要尺寸的縮小和質(zhì)量的減小，可以在容許的運(yùn)輸條件下制造單臺(tái)容量更大的變壓器。 (2)由于自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值比雙繞組變壓器小，故電壓變化率較小，但短路電流較大。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,(3)由于自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯(lián)系，當(dāng)高壓側(cè)過電壓時(shí)會(huì)引起低壓側(cè)嚴(yán)重過電

7、壓。為了避免這種危險(xiǎn)，一、二次都必須裝設(shè)避雷器，不要認(rèn)為一、二次繞組是串聯(lián)的，一次已裝、二次就可省略。 (4)在一般變壓器中。有載調(diào)壓裝置往往連接在接地的中性點(diǎn)上，這樣調(diào)壓裝置的電壓等級(jí)可以比在線端調(diào)壓時(shí)低。而自耦變壓器中性點(diǎn)調(diào)壓側(cè)會(huì)帶來所謂的相關(guān)調(diào)壓?jiǎn)栴}。因此，要求自耦變壓器有載調(diào)壓時(shí)，只能采用線端調(diào)壓方式。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,平衡系數(shù)的計(jì)算 中壓側(cè)的平衡系數(shù) 公共繞組的平衡系數(shù),分相差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作方程,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,平衡系數(shù)的計(jì)算 中壓側(cè)的平衡系數(shù) 公共繞組的平衡系數(shù),零序差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作方程,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,變壓器CT接線 1、微機(jī)保護(hù)要求主變各側(cè)接線為Y接線

8、，相位調(diào)整由軟件完成（新品保護(hù)可以選擇） 2、原則上主變的CT極性同時(shí)指向主變和母線都可以滿足要求，但是現(xiàn)代的微機(jī)保護(hù)差動(dòng)與后備保護(hù)有些同屬一臺(tái)裝置，且公用同一組CT，由于后備保護(hù)具有方向功能，因此必須確定CT極性。 大多數(shù)主變保護(hù)要求CT極性以指向母線為極性端 3、對(duì)于內(nèi)橋式接線，差動(dòng)保護(hù)要求橋開關(guān)電流作為主變一側(cè)來接入保護(hù)。 4、對(duì)于低壓側(cè)帶分支的情況，低壓2側(cè)作為主變其中的一側(cè)來處理,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,關(guān)于主變激磁涌流的一些說明 變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，勵(lì)磁涌流將流入差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)回路，若差動(dòng)保護(hù)不能夠躲過這一電流，就會(huì)誤動(dòng)作。因此，當(dāng)前變壓器差動(dòng)保護(hù)的核心

9、問題是如何正確地識(shí)別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流。 勵(lì)磁涌流是由于變壓器鐵芯磁通飽和所引起的沖擊電流，其大小與變壓器等值阻抗、合閘初相角、剩磁大小、繞組接線方式、鐵芯結(jié)構(gòu)及材質(zhì)等因素有關(guān)。 在變壓器的鐵芯磁通未飽和時(shí)，勵(lì)磁繞組電感很大，勵(lì)磁電流很小甚至可忽略不計(jì)；而當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，由于磁鏈不能突變，會(huì)產(chǎn)生自由直流分量，導(dǎo)致變壓器鐵芯磁通飽和，變壓器勵(lì)磁繞組電感降低，將出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流，也就是我們所說的勵(lì)磁涌流。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,激磁涌流的特點(diǎn) 1、勵(lì)磁涌流幅值很大且衰減，含有非周期分量，當(dāng)合閘初相角改變時(shí)， 對(duì)各相別的勵(lì)磁涌流影響不同。 對(duì)于中小變壓器：勵(lì)

10、磁涌流可以達(dá)到額定電流的10倍以上，且衰減很 快。 對(duì)于大型變壓器：勵(lì)磁涌流一般不超額定電流的4-5倍，衰減慢，有 時(shí)可達(dá)到1分鐘。 2、波形呈間斷特性：短路電流波形對(duì)稱并且連續(xù)，勵(lì)磁涌流不連續(xù)。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,短路電流,對(duì)稱激磁涌流,不對(duì)稱激磁涌流,w、d 分 別 為 差 動(dòng) 電 流 的 波 寬 與 間 斷 角。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,對(duì)稱涌流：波形不連續(xù)，出現(xiàn)間斷，波形上 下對(duì)稱。 嚴(yán)重情況下w.max =120 j.max =50.8 非對(duì)稱涌流：波形偏于時(shí)間軸一側(cè)，波形上出 現(xiàn)間斷， 嚴(yán)重情況下w.max =155.4 j.max =80,w、d 分 別 為 差 動(dòng) 電

11、 流 的 波 寬 與 間 斷 角。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,分析和實(shí)踐表明 1、Y/ -11, Y0/ -11接線的勵(lì)磁涌流中，差動(dòng)回路中有一相對(duì)稱涌流，另外兩相呈非對(duì)稱性涌流，且這兩相非對(duì)稱性涌流其中一相為正極性，另一相呈負(fù)極性,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,分析和實(shí)踐表明 2、大容量變壓器在某些情況下涌流中的二次諧波含量?jī)H為7%，而在有串補(bǔ)電容的高壓系統(tǒng)或含有電力電纜的高壓系統(tǒng)中的變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)的故障電流，其二次諧波含量可超過15%,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,1、基于面積的波形對(duì)稱原理 S1=AB曲線與DC曲線構(gòu)成的構(gòu)成的面積 S2=AB直線與DC直線構(gòu)成的構(gòu)成的面積 S+= AB曲線

12、與X軸所構(gòu)成的面積 S- = DC曲線與X軸所構(gòu)成的面積 K=|S1-S2|/MAX（ S+， S- ）,區(qū)分變壓器的勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路的幾種方法,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,對(duì)主變的差流求導(dǎo)之后所得到的波形進(jìn)行波形對(duì)稱性分析。從而區(qū)分是否為故障狀態(tài)的一種方法。 基本思路是：在一周波加一點(diǎn)的數(shù)據(jù)窗內(nèi)，首先用向前微分法 求得差流的導(dǎo)數(shù)波形，目的是去除直流分量，之后將差流導(dǎo)數(shù)波形的前半波和后半波做比較 k=1，2，3.n 一周采樣點(diǎn)為2n,2、電流導(dǎo)數(shù)波形對(duì)稱原理,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,將一周波數(shù)據(jù)窗內(nèi)的波形用適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ亟M為兩個(gè)部分。比較通過這兩部分波形的相關(guān)性實(shí)現(xiàn)涌流與故障的區(qū)分。,3、電流

13、波形相關(guān)法原理,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,4、間斷角原理,采 用 測(cè) 量 差 動(dòng) 電 流 的 間 斷 角 與 導(dǎo) 數(shù) 波 寬判 別 勵(lì) 磁 涌 流，判 據(jù) 如 下： d間斷角定值 w65 或 w140 時(shí)，判為變壓器內(nèi)部故障，開放比率差動(dòng)保 護(hù),.,變壓器的繼電保護(hù)配置,關(guān)于CT極性以及相位校正 TA接線方法 變壓器各側(cè)電流互感器采用星形接線（也可采用常規(guī)接線），二次電流直接接入本裝置，均以母線側(cè)為極性端。以母線指向變壓器為正方向指向。 采用微機(jī)保護(hù)時(shí)TA的相位校正 變壓器各側(cè)TA二次電流相位由軟件自校正，采用在Y側(cè)進(jìn)行校正相位。例如對(duì)于Y0/-11的接線，其校正方法如下：,.,變壓器的繼電保

14、護(hù)配置,三、過激磁保護(hù) 過激磁的產(chǎn)生 變壓器過激磁是設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行中常遇到的現(xiàn)象。產(chǎn)生過激磁的原因很多，主要為： (1)鐵心結(jié)構(gòu)上原因 目前都采用硅鋼片作為鐵心導(dǎo)磁材料，鐵心為全斜45接縫的疊片方式，接縫分兩處并有一搭接距離. 使有效厚度減少了 ，導(dǎo)致實(shí)際截面降低 ，故在接縫處有過激磁出現(xiàn)。 (2)恒磁通調(diào)壓的變壓器帶有負(fù)載時(shí)，為保持不同負(fù)載下的輸出電壓為恒定值就必須補(bǔ)償阻抗壓降，必須通過分接位置的變換或增加外施電壓。當(dāng)外施電壓大于分接電壓時(shí)或增加外施電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生過激磁。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,(3)自耦變壓器采用中點(diǎn)調(diào)壓方式時(shí)，在鐵心中有過激磁現(xiàn)象。自耦變壓器的電壓比越接近，過激磁越嚴(yán)

15、重。一般是電壓比大于等于2時(shí)的自耦變壓器才能采用中點(diǎn)調(diào)壓方式。 (4)空載變壓器在合閘瞬間的過渡過程有過激磁。當(dāng)鐵心中有剩磁通時(shí)，且在外施電壓過零時(shí)的瞬間合閘，過激磁最大，是最不利的空載合閘狀態(tài)。這是變壓器固有特性所引起的瞬時(shí)過激磁現(xiàn)象。當(dāng)fn=50Hz時(shí)，在0.01s內(nèi)磁通達(dá)最大值。 現(xiàn)正發(fā)展電子型電壓達(dá)峰值時(shí)合閘的斷路器以減少合閘瞬間過激磁。 (5)三相三柱式鐵心，Yyn0接法變壓器，由于負(fù)載不平衡引起中點(diǎn)電壓浮動(dòng)，此時(shí)鐵心中也會(huì)過激磁。 .,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,(6)發(fā)電機(jī)甩負(fù)載時(shí)會(huì)在變壓器與發(fā)電機(jī)聯(lián)接端子上出現(xiàn)過電壓，并引起過激磁。當(dāng)fn=50Hz時(shí)，磁通可在0.02s內(nèi)達(dá)最大值

16、。 (7)在中點(diǎn)接地系統(tǒng)中，在單相接地故障的異常工況下，健全相的相電壓會(huì)增加，110kV及以上系統(tǒng)，此電壓會(huì)增加1.3倍。故障期間，鐵心會(huì)過激磁。 (8)當(dāng)電網(wǎng)頻率低于額定頻率時(shí)，當(dāng)感性電壓不變時(shí)，頻率的降低會(huì)引起鐵心中磁通的增加，會(huì)有過激磁。 .,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,鐵心中產(chǎn)生過激磁時(shí)會(huì)影響： 1、空載損耗會(huì)增加； 2、變壓器的噪聲水平將增加； 3、空載電流中高次諧波含量增加； 4、涌流會(huì)大于空載電流，引起較大的機(jī)械力； 5、過激磁時(shí)雜散磁通會(huì)離開主磁路，引起結(jié)構(gòu)件中附加損耗； 6、鐵心的溫升會(huì)增加； 7、過激磁的同時(shí)還有過電壓，絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受住這一過電壓。 因此，在IEC761標(biāo)準(zhǔn)

17、上對(duì)過激磁能力有一規(guī)定，在設(shè)計(jì)時(shí)要保證變壓器能具有一定的過激磁能力。 在運(yùn)行中，要保持一定的過激磁水平。 如不具有過激磁能力或承受較大過激磁能力，會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,E=4.44FBSW B工作磁感應(yīng)強(qiáng)度E交流輸入電壓 W匝數(shù);F交流輸入電壓頻率 S磁芯有效截面積.,=BS=,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,過勵(lì)磁倍數(shù)計(jì)算公式：,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,a、定時(shí)限變壓器過激磁保護(hù)： 定時(shí)限過激磁保護(hù)通常分為二段，第一段為信號(hào)段，第二段為跳閘段過激磁保護(hù)的第一段動(dòng)作值N一般可取為變壓器額定勵(lì)磁的1.151.2倍 第二段為跳閘段，可整定N=1.251.35倍,1、過激磁

18、保護(hù)可配置：定時(shí)限過激磁保護(hù)，反時(shí)限過激磁保護(hù),b、反時(shí)限變壓器過激磁保護(hù)： 其動(dòng)作特性見圖形 N=1.1-1.4,曲線1：制造廠提供的過勵(lì)磁曲線； 曲線2：整定的過勵(lì)磁曲線,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,四、反映相間短路的后備保護(hù)： 適用范圍 a、35kV66kV及以下中小容量的降壓變壓器，宜采用過電流保護(hù) b、110kV330kV變壓器，過電流保護(hù)不能滿足靈敏性要求時(shí)，宜采用復(fù)合電壓起動(dòng)的 過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)。 c、330kV500kV變壓器 ，當(dāng)電壓電流不能滿足靈敏度要求時(shí)，變壓器的相間故障可選 擇阻抗保護(hù)通常配置為全阻抗、偏移圓特性。 偏移阻抗一般裝設(shè)在主變的高壓側(cè)，反向偏移比為正向

19、動(dòng)作阻抗的5%-10%。 保護(hù)范圍 變壓器引線、母線、相鄰線路的相間故障的后備保護(hù) 基本要求 a、單側(cè)電源變壓器，相間短路后備保護(hù)宜裝于電源側(cè)。 b、多側(cè)電源變壓器，相間短路后備保護(hù)宜裝于變壓器各側(cè) c、具有PT斷線檢測(cè)功能，當(dāng)斷線時(shí)可有選擇的閉鎖或開放相關(guān)的保護(hù) d、為保證方向元件的可靠性，方向電壓采用90度接線，并且可選擇相應(yīng)側(cè) e、每側(cè)保護(hù)按段配置，每段按要求可配置多個(gè)時(shí)限。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,3、反映相間短路的后備保護(hù)： 適用范圍 a、35kV66kV及以下中小容量的降壓變壓器，宜采用過電流保護(hù) b、110kV330kV變壓器，過電流保護(hù)不能滿足靈敏性要求時(shí)，宜采用復(fù)合電壓起動(dòng)

20、的 過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)。 c、330kV500kV變壓器 ，當(dāng)電壓電流不能滿足靈敏度要求時(shí)，變壓器的相間故障可選 擇阻抗保護(hù)通常配置為全阻抗、偏移圓特性。 偏移阻抗一般裝設(shè)在主變的高壓側(cè)，反向偏移比為正向動(dòng)作阻抗的5%-10%。 保護(hù)范圍 變壓器引線、母線、相鄰線路的相間故障的后備保護(hù) 基本要求 a、單側(cè)電源變壓器，相間短路后備保護(hù)宜裝于電源側(cè)。 b、多側(cè)電源變壓器，相間短路后備保護(hù)宜裝于變壓器各側(cè) c、具有PT斷線檢測(cè)功能，當(dāng)斷線時(shí)可有選擇的閉鎖或開放相關(guān)的保護(hù) d、為保證方向元件的可靠性，方向電壓采用90度接線，并且可選擇相應(yīng)側(cè) e、每側(cè)保護(hù)按段配置，每段按要求可配置多個(gè)時(shí)限。,.,變壓器的繼電保護(hù)配置,3、接地保護(hù)： 適用范圍： 1、對(duì)于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的變壓器，裝設(shè)零序（接地）保護(hù)。 2、根據(jù)絕緣方式：分為分級(jí)絕緣變壓器 ，全絕緣變壓器。 分級(jí)絕緣變壓器 ： 為限制此類變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的中性點(diǎn)過電壓，在變壓器 中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)放電間隙。此時(shí)應(yīng)裝設(shè)用于中