第七章_電力變壓器的繼電保護(hù)

1、根本要求學(xué)習(xí)內(nèi)容思考題第七章 變壓器保護(hù)Power Transformer Protection本 章 基 本 要 求了解變壓器可能產(chǎn)生的故障類(lèi)型和不正常運(yùn)行狀態(tài)，掌握變壓器應(yīng)有的保護(hù)方式。熟悉掌握變壓器縱差保護(hù)的根本工作原理。掌握在差動(dòng)保護(hù)中產(chǎn)生不平衡電流的原因及減小不平衡電流的措施。了解電流、電壓保護(hù)在變壓器中的應(yīng)用。第七章 變壓器保護(hù)第一節(jié) 電力變壓器的故障類(lèi)型，不正常運(yùn)行狀態(tài)和應(yīng)加裝的保護(hù)第二節(jié) 變壓器的差動(dòng)保護(hù)第三節(jié) 變壓器的后備保護(hù)一 電力變壓器的故障類(lèi)型，不正常運(yùn)行狀態(tài)變壓器故障 油箱內(nèi)部故障 油箱外部故障 相間短路 繞組的匝間短路 單相接地短路 引線(xiàn)及套管處會(huì)產(chǎn)生各種相間短路

2、接地故障 變壓器的不正常狀態(tài)由于外部短路故障引起的過(guò)電流油箱內(nèi)部油面降低過(guò)勵(lì)磁變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)： (1) 為反響變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低，對(duì)于及以上的油浸式變壓器和戶(hù)內(nèi)以上變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。(2) 為反響變壓器繞組和引出線(xiàn)的相間短路，以及中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引線(xiàn)接地短路及繞組匝間短路，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。 (3) 為反響外部相間短路引起的過(guò)電流和作為瓦斯、縱差保護(hù)(或電流速斷保護(hù))的后備，應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)或負(fù)序過(guò)流保護(hù)。 (4) 為反響大接地電流系統(tǒng)外部接地短路，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。(5) 為反響過(guò)負(fù)荷應(yīng)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。 (6) 為反響變壓

3、器過(guò)勵(lì)磁應(yīng)裝設(shè)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。 主保護(hù)后備保護(hù)主要優(yōu)點(diǎn)：主要缺點(diǎn)：因此瓦斯保護(hù)可作為變壓器的主保護(hù)之一，與縱差動(dòng)保護(hù)相互配合、相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)快速而靈敏地切除變壓器油箱內(nèi)、外及引出線(xiàn)上發(fā)生的各種故障。 動(dòng)作迅速、靈敏度高、安裝接線(xiàn)簡(jiǎn)單、能反響油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障。瓦斯保護(hù) 不能反響油箱以外的套管及引出線(xiàn)等部位上發(fā)生的故障。 由于短路點(diǎn)電弧的作用，將使變壓器油和其他絕緣材料分解，產(chǎn)生氣體。氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，利用氣體的數(shù)量及流速構(gòu)成瓦斯保護(hù)。輕瓦斯保護(hù),動(dòng)作于信號(hào);重瓦斯保護(hù),動(dòng)作于跳閘.工作原理：一、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理二、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)中引起不平衡電流的原因及減小不平衡電流的措施

4、第二節(jié) 變壓器的差動(dòng)保護(hù)三、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定原那么一、變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反響被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的相量差。對(duì)雙繞組變壓器實(shí)現(xiàn)縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線(xiàn)如下圖。為了保證縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的正確工作，應(yīng)使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等，差回路電流為零。在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，流入差回路的電流為短路點(diǎn)的短路電流的二次值，保護(hù)動(dòng)作。 由于受不平衡電流Iunb影響，正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部短路時(shí)差回路中的電流不為零?；蚨⒆儔浩骺v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部短路穩(wěn)態(tài)情況下流入縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)差回路中的電流叫穩(wěn)態(tài)不平衡電流Iunb。差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作

5、電流應(yīng)大于最大不平衡電流，以保證保護(hù)范圍外部短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。不平衡電流增大，將使保護(hù)的靈敏度降低。1由變壓器勵(lì)磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流 變壓器的勵(lì)磁電流IL僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，通過(guò)電流互感器反響到差動(dòng)回路中不能被平衡。正常情況下，此電流很小，一般不超過(guò)額定電流的2%10%。在外部故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁電流減小，它的影響就更小。但是當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，那么可能出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流(又稱(chēng)為勵(lì)磁涌流)。 （a )-mmuu,0t（b)u2m +stu,00U,uU,u00如果空載合閘時(shí)，正好在u=0時(shí)接通，那么鐵芯中該具有磁通-m。但由于鐵芯中的磁通不能突

6、變，將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量其磁通為+m。半個(gè)周期后鐵芯中的磁通就到達(dá)了2m。如果鐵芯中有剩余磁通s。那么總的磁通將為2m+ s，那么變壓器鐵芯嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流將急劇增大，稱(chēng)為變壓器的勵(lì)磁涌流IL。+m變壓器的勵(lì)磁涌流，其數(shù)值最大可達(dá)額定電流的68倍，同時(shí)包含有大量的非周期分量和高次諧波分量。 勵(lì)磁涌流的大小和衰減時(shí)間與外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向，電源容量的大小，回路阻抗以及變壓器容量的大小等都有關(guān)。勵(lì)磁涌流具有以下特點(diǎn)：(1)包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè)；(2)包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主；(3)波形之間出現(xiàn)間斷，如下圖，在一個(gè)周期中間斷角為。

7、在變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中防止勵(lì)磁涌流影響的方法有： (1)采用具有速飽和鐵心的差動(dòng)繼電器； (2)利用二次諧波制動(dòng)而躲開(kāi)勵(lì)磁涌流；(3)用比較波形間斷角來(lái)鑒別短路電流和勵(lì)磁涌流； 2由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流由于變壓器常常采用Y,dll的接線(xiàn)方式, 因此, 其兩側(cè)電流的相位差30。此時(shí)，如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線(xiàn)方式，那么二次電流由于相位不同，會(huì)有一個(gè)差電流流入繼電器。通常都是將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形。如何消除這種不平衡電流的影響？ 由變壓器兩側(cè)相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流nl1nl2ABCabcI-II-I303

8、0當(dāng)電流互感器采用上述聯(lián)接方式以后，在互感器接成三角形側(cè)的差動(dòng)一臂中，電流又增大了 31/2 倍。如何保證在正常運(yùn)行及外部故障情況下差動(dòng)回路中應(yīng)沒(méi)有電流？ 由變壓器兩側(cè)相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流 將該側(cè)電流互感器的變比加大 倍，以減小二次電流，使之與另一側(cè)的電流相等，故此時(shí)選擇變比的條件是 由變壓器兩側(cè)相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流3由兩側(cè)電流互感器的誤差引起的不平衡電流 變壓器兩側(cè)電流互感器有電流誤差I(lǐng)，在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部故障時(shí)流入差回路中的電流不為零，為什么？原因：電流互感器的電流誤差和其勵(lì)磁電流的大小、二次負(fù)載的大小及勵(lì)磁阻抗有關(guān)，而勵(lì)磁阻抗又與鐵芯特性和飽和程度有關(guān)。 當(dāng)被保護(hù)變壓器

9、兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同，變比不同，二次負(fù)載阻抗及短路電流倍數(shù)不同時(shí)都會(huì)使電流互感器勵(lì)磁電流的差值增大。 為什么在正常運(yùn)行時(shí)，不平衡電流很小 ？鐵芯飽和、勵(lì)磁電流很小，不平衡電流很小為什么當(dāng)外部故障時(shí)，不平衡電流增大？短路電流很大，使兩側(cè)電流迅速飽和,勵(lì)磁電流很大，不平衡電流很大原因：4由計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流 兩側(cè)的電流互感器、變壓器是不是一定滿(mǎn)足 或的關(guān)系？很難滿(mǎn)足上述關(guān)系。 因此，差動(dòng)回路將有電流流過(guò)，此時(shí)可采用具有速飽和鐵心的差動(dòng)繼電器，利用平衡電流Wpb來(lái)消除此差動(dòng)電流的影響。例:以一臺(tái)Y,dll的接線(xiàn)的容量為，電壓為的變壓器為例。計(jì)算變壓器上下側(cè)的二次回路電流，計(jì)算

10、結(jié)果如下：額定電壓(kV)115kV側(cè) (高壓)10.5kV側(cè)(低壓)額定電流(A)變壓器接線(xiàn)方式Y(jié)TA接線(xiàn)方式Y(jié)TA計(jì)算變比nTA.jsTA實(shí)際變比nTA.sj流入差回路的電流 (A)4由計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流 Wcd( )=Wph利用平衡線(xiàn)圈Wph來(lái)消除此差電流的影響。假設(shè)在區(qū)外故障時(shí) ，如以下圖所示，那么差動(dòng)線(xiàn)圈中將流過(guò)電流 ，由它所產(chǎn)生的磁勢(shì)為Wcd( )。為了消除這個(gè)差動(dòng)電流的影響，通常都是將平衡線(xiàn)圈Wph接入二次電流較小的一側(cè)， 應(yīng)使減少這種不平衡電流影響的措施：5帶負(fù)荷調(diào)變壓器的分接頭產(chǎn)生的不平衡電流在電力系統(tǒng)中為什么采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器會(huì)產(chǎn)生不平衡電流？ 改

11、變分接頭的位置不僅改變了變壓器的變比，也破壞了變壓器兩側(cè)電流互感器變比的比等于變壓器變比的條件，故會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。原因：調(diào)整分接頭產(chǎn)生的最大不平衡電流為在穩(wěn)態(tài)情況下：10% 電流互感器容許的最大相對(duì)誤差Ktx 電流互感器的調(diào)整系數(shù)取1u 由負(fù)荷調(diào)壓引起的相對(duì)誤差fza 由于所采用的互感器變比或平衡線(xiàn)圈線(xiàn) 圈的實(shí)際值與計(jì)算值不同時(shí)所引起的相 對(duì)誤差。 保護(hù)范圍外部最大短路電流歸算到二次 側(cè)的值。v 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算的原那么 整定原那么 在正常運(yùn)行情況下為防止電流互感器二次回路 斷線(xiàn)時(shí)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，保護(hù)裝置的起動(dòng) 電流應(yīng)大于變壓器的最大負(fù)荷電流I。當(dāng) 負(fù)荷電流不能確定時(shí)，可采用

12、額定電流IN， 并引入可靠系數(shù)Krel，Krel。Iset = KrelI 躲開(kāi)保護(hù)范圍外部短路時(shí)最大不平衡電流IsetJ = KrelIv 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算的原那么 整定原那么 無(wú)論上述哪一個(gè)原那么考慮起動(dòng)電流都必須能夠 躲開(kāi)變壓器勵(lì)磁涌流的影響。 當(dāng)差動(dòng)保護(hù)采用波形鑒別式二次諧波制動(dòng)的原那么構(gòu)成時(shí)，它本身就具有躲開(kāi)勵(lì)磁涌流的性能，一般無(wú)需另外考慮。 另一種方式采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器來(lái)躲避勵(lì)磁涌流的影響。v 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算的原那么 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)I 保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，流過(guò)繼電器的 最小短路電流 單側(cè)電源供電時(shí)，系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，Ksen2。當(dāng)

13、不能滿(mǎn)足要求時(shí)需采用具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器。第三節(jié) 變壓器的后備保護(hù)為反響變壓器外部故障引起變壓器繞組過(guò)電流以及變壓器內(nèi)部故障時(shí)作為差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)應(yīng)設(shè)過(guò)電流保護(hù)。為滿(mǎn)足靈敏度要求，可裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)、低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，負(fù)序過(guò)電流保護(hù)，甚至阻抗保護(hù)。 變壓器的過(guò)電流保護(hù) 起動(dòng)電流按躲開(kāi)變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流I來(lái)整定。 變壓器的過(guò)電流保護(hù) 并列運(yùn)行的變壓器應(yīng)考慮突然切除一臺(tái)時(shí)出現(xiàn)的 過(guò)負(fù)荷。當(dāng)各臺(tái)變壓器容量相同時(shí)可按下式計(jì) 算：1DL2DLIt信號(hào)跳1DL跳2DL+-n 并列運(yùn)行變壓器的最 小臺(tái)數(shù);IN 每臺(tái)變壓器的額定電流。啟動(dòng)電流：過(guò)電流保護(hù)

14、裝置應(yīng)裝于變壓器的電源側(cè)，保護(hù)動(dòng)作后，跳開(kāi)變壓器兩側(cè)斷路器。 變壓器的過(guò)電流保護(hù) 對(duì)降壓變壓器應(yīng)考慮低壓側(cè)負(fù)荷電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí) 的最大電流，其起動(dòng)電流按下式進(jìn)行選?。篕rel = 1.21.3 Kss= 1.52.5 Kre = 0.85其中：其動(dòng)作時(shí)限與定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)相同。 按上述條件選擇的起動(dòng)電流其值一般較大，往往不能滿(mǎn)足作為相鄰元件后備保護(hù)的要求，為此采取下述各種保護(hù)方式以提高靈敏度。 低壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 只有當(dāng)電流元件和電壓元件同時(shí)動(dòng)作后，才能起動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)延時(shí)后，通過(guò)出口繼電器動(dòng)作于跳閘。2DL1DLYHLH+-abc電壓回路斷線(xiàn)信號(hào)跳1DL跳2DLIII信號(hào)UUUt當(dāng)過(guò)電流保

15、護(hù)不能滿(mǎn)足靈敏度要求時(shí)，怎么辦？時(shí)不動(dòng)作，因而電流元件的啟動(dòng)電流可按躲開(kāi)變壓器的額定電流整定。不再考慮自起動(dòng)系數(shù)。 低壓測(cè)量元件的作用是保證外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)自起 2DL1DLYHLH+-abc電壓回路斷線(xiàn)信號(hào)跳1DL跳2DLIII信號(hào)UUUt 低壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 低壓測(cè)量元件的啟動(dòng)值應(yīng)小于正常運(yùn)行情況下母線(xiàn)上可能最低工作電壓值。同時(shí)，外部故障切除后自啟動(dòng)過(guò)程中保護(hù)必須返回。 2DL1DLYHLH+-abc電壓回路斷線(xiàn)信號(hào)跳1DL跳2DLIII信號(hào)UUUt 低壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)低壓測(cè)量元件的啟動(dòng)值按照運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)選?。篣 最大運(yùn)行方式下，相鄰元件末端三相金屬 性短路時(shí)，保護(hù)安裝處的最大電壓。UN 變壓器額定線(xiàn)電壓； 低壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù) 將三個(gè)低電壓繼電器改由一個(gè)負(fù)序電壓繼電器由過(guò)電壓繼電器4接于負(fù)序電壓過(guò)濾器上組成和一個(gè)接于線(xiàn)電壓上的低電壓繼電器5組成。1DL2DLLHYHabc電壓回路斷線(xiàn)信號(hào)跳1DL跳2DL信號(hào)U2過(guò)濾器IIIU U2t123456 7 -8 9 -+復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)的電流元件和低電壓元件的整定同低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)。負(fù)序電壓繼電器的動(dòng)作電壓根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為 Uset=(0.060.12) UN靈敏度