變壓器保護原理

變壓器保護原理主講：劉娟liujuan1606@163.com

變壓器的故障和保護配置

變壓器是一種靜止電器，它把一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的交流電能。繞組的相間短路繞線的匝間短路繞組引線與外殼發(fā)生單相接地短路鐵芯燒損引出線間的各相間短路故障引出線單相接地故障過電流；過負荷；油面降低；過勵磁其它異常狀態(tài)繞組的相間短路繞線的匝間短路繞組引線與外殼發(fā)生單相接地短路鐵芯燒損瓦斯保護差動保護引出線間的各相間短路故障引出線單相接地故障差動保護過電流；過負荷；油面降低；過勵磁其它異常狀態(tài)（二）變壓器保護的配置瓦斯保護容量在0.8MVA及以上的油浸式變壓器和戶內(nèi)0.4MVA及以上的變壓器應裝設瓦斯保護反映變壓器內(nèi)部故障和漏油造成的油面降低，同時還反應開焊故障縱差保護或電流速斷保護10MVA及以上容量、6.3MVA及以上并聯(lián)運行的變壓器或工業(yè)企業(yè)的重要變壓器裝設差動保護用來反映變壓器繞組的相間短路、繞組的匝間、中性點接地側(cè)繞組的接地故障以及引出線故障反應相間短路故障的后備保護根據(jù)變壓器的容量和在系統(tǒng)中的作用，可分別采用過電流、復合電壓起動的過電流（方向）保護、阻抗保護用作變壓器外部相間故障和作為變壓器內(nèi)部繞組、引出線相間短路的后備保護反應接地故障的后備保護中性點直接接地：用零序（方向）保護作為變壓器外部接地故障和中性點直接接地側(cè)繞組、引出線接地故障的后備保護中性點不接地：可用零序電壓保護、中性點的間隙零序電流保護作為變壓器接地故障的后備保護過負荷用來反映容量在0.4MVA及以上變壓器的對稱過負荷。過負荷保護只需要用一相電流延時作用于信號過勵磁保護在超高壓變壓器上才裝設過勵磁保護過勵磁保護具有反時限特性以充分發(fā)揮變壓器的過勵磁能力非電量變壓器本體和有載調(diào)壓部分的油溫保護；壓力釋放保護，啟動風冷過載閉鎖帶負荷調(diào)壓的保護?；貞浺幌?，想一想變壓器一般應裝設哪些保護？瓦斯保護能不能代替差動保護？差動保護能不能代替瓦斯保護？變壓器保護原理接地保護相間后備保護變壓器保護原理縱差動保護非電量保護變壓器縱差動保護一、變壓器縱差動保護的工作原理及保護范圍二、變壓器縱差動保護的特殊問題三、數(shù)字縱差動保護的基本元件變壓器縱差動保護

一、變壓器縱差保護的原理及保護范圍1.縱差保護的接線變壓器兩側(cè)都裝設電流互感器，其二次繞組按環(huán)流法接線。2.工作原理：比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位。

正常運行和外部短路時內(nèi)部短路時3.保護范圍

主保護保護區(qū)是構(gòu)成差動保護的各側(cè)電流互感器之間包圍的部分。包括變壓器本身、電流互感器與變壓器之間的引出線。

正常運行時不平衡電流變壓器不平衡電流產(chǎn)生的原因1.變壓器勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流；2.變壓器兩側(cè)接線不同產(chǎn)生的不平衡電流；3.

由電流互感器變比誤差產(chǎn)生的不平衡電流；4.由計算變比與標準變比不同產(chǎn)生的不平衡電流；5.帶負荷調(diào)整變壓器分接頭位置改變產(chǎn)生的不平衡電流。二、變壓器差動保護的特殊問題勵磁涌流

當變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復中由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和。此時的勵磁電流可達5～10倍額定電流。1.勵磁涌流變壓器的勵磁電流正常情況下：(0.02~0.05)IN電壓突然增加（空載投入變壓器或外部故障切除后電壓恢復）時：5~10IN→勵磁涌流在穩(wěn)態(tài)的情況下鐵心中的磁通應滯后于外加電壓90°，在電壓瞬時值u=0瞬間合閘，鐵芯中的磁通應為-Φm。但由于鐵心中的磁通不能突變，因此將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通+Φm，這樣經(jīng)過半個周期后鐵心中的磁通將達到2Φm。(1)產(chǎn)生勵磁涌流的原因（a)-φmφmuφu,φ0ωt（b)u2φm

+φsφωtu,φ0出現(xiàn)勵磁涌流時，變壓器保護應不應該動？勵磁涌流，對變壓器差動保護有什么影響？有什么方法消除其影響？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；

(2)勵磁涌流的特點偏于時間軸的一側(cè)，在一個周期內(nèi)正半波與負半波不對稱波形經(jīng)削去負波后出現(xiàn)間斷。勵磁涌流是衰減的

(3)數(shù)字式變壓器保護躲過勵磁涌流的實現(xiàn)1）二次諧波制動原理。二次諧波制動原理是利用流過差動元件差電流中的二次諧波電流作為制動量，區(qū)分出差流是內(nèi)部短路還是勵磁涌流，實現(xiàn)勵磁涌流閉鎖的。2）間斷角原理：按間斷角原理構(gòu)成的差動保護，是根據(jù)差動電流波形是否有間斷角及間斷角的大小來區(qū)分故障電流與勵磁涌流的。3）波形原理：采用波形對稱算法，將勵磁涌流同變壓器故障電流區(qū)分開來。和應涌流:當電網(wǎng)中空投一臺變壓器時，在相鄰的并聯(lián)或級聯(lián)運行變壓器中產(chǎn)生的。過勵磁：勵磁電流超過額定勵磁電流時叫過勵磁。

變壓器過勵磁

在運行中，由于電源電壓的升高或頻率的降低，可能使變壓器過勵磁。變壓器過勵磁后，其勵磁電流大大增加，使變壓器縱差保護中的不平衡電流大大增加，可能導致縱差保護誤動。對于超高壓大型變壓器，為防止過勵磁動行時縱差保護誤動，設置過勵磁閉鎖元件。變壓器過勵磁時，勵磁電流中的五次諧波分量大大增加，所以可以采用五次諧波制動元件作為變壓器縱差保護的過勵磁閉鎖元，當差流中的五次諧波分量大于某一值時，將差動保護閉鎖。什么情況下會出現(xiàn)勵磁涌流？如何消除？回憶一下，想一想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的接線方式,因此,其兩側(cè)電流的相位差30o。此時，如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，會有一個差電流流入繼電器。Y/Δ-11聯(lián)接變壓器兩側(cè)接線不同產(chǎn)生的不平衡電流2．由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流通常都是將變壓器星形側(cè)的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個電流互感器接成星形。如何消除這種不平衡電流的影響？相位補償法

微機變壓器保護中可以由軟件來實現(xiàn)相位校正，因此變壓器兩側(cè)TA可以均接成星形。（內(nèi)轉(zhuǎn)角）相位校正方法一:

以d側(cè)電流相位為基準，用Y側(cè)電流進行移相

方法二:以Y側(cè)電流相位為基準，用d側(cè)電流進行移相問題:YN,d11的變壓器，當高壓側(cè)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時，差動保護有沒有可能誤動？分析原因。消除零序電流進入差動元件的措施

對于YN，d接線而且高壓側(cè)Y側(cè)中性點接地的變壓器，當高壓側(cè)線路上發(fā)生接地故障時，（對縱差保護而言是區(qū)外故障），高壓側(cè)Y側(cè)有零序電流流過，而且由于變壓器低壓側(cè)繞組為d聯(lián)結(jié)，在變壓器的低壓側(cè)d接線外無零序電流輸出，兩側(cè)零序電流不能平衡，這樣若不采取相應措施，縱差保護將誤動。對于Y側(cè)移相的變壓器縱差保護無論是用軟件還是用差動TA的三角形接線實現(xiàn)，由于從Y側(cè)通入各相差動元件的電流已經(jīng)是相應的兩相電流之差了，故已將零序電流濾去了，所以沒必要再采取其他措施了。

消除零序電流進入差動元件的措施

對于軟件在變壓器d側(cè)進行移相的變壓器縱差保護，應對Y側(cè)的零序電流進行補償，Y側(cè)流入各相差動元件的電流:

將兩個大小不等的電流折算成作用完全相同電流的折算系數(shù)，將該系數(shù)稱作為平衡系數(shù)。

根據(jù)變壓器的容量，接線組別、各側(cè)電壓及各側(cè)差動TA的變比，可以計算出差動兩側(cè)之間的平衡系數(shù)。幅值校正設有三繞組變壓器，其接線為Y，y，d11，其各側(cè)的額定電壓及差動TA的變比，分別為Uh，nh，Um，nm，Ul，nl，若以變壓高壓側(cè)為基準側(cè)，則各側(cè)流入差動保護某相的電流分別為式中

SN——變壓器額定容量（kVA），取最大容量側(cè)的容量

Km,kl——接線系數(shù)，星形時為1，三角形時為。設以高壓側(cè)電流為基準，計算其它兩側(cè)平衡調(diào)整系數(shù)Kb

引入平衡系數(shù)后差動電流的計算方法為

例：平衡系數(shù)的計算3.變壓器縱差動保護的基本元件（1）裝置啟動元件（2）比率制動式差動保護元件（3）差動速斷保護元件（4）勵磁涌流判別元件（5）TA斷線閉鎖元件（6）其它(2)比率制動式縱差動保護比率制動式縱差動保護的動作值隨著外部短路電流的增大而自動增大。靈敏可靠，優(yōu)點顯著，應用廣泛。差動電流或動作電流制動電流拐點電流起動電流動作區(qū)制動區(qū)制動線斜率K制動區(qū)動作電流的選取:制動電流的選取:動作方程：例：第一次試驗，差動保護動作時測得高壓側(cè)電流為0.27A，中壓側(cè)電流為0.3A；第二次試驗，差動保護動作時測得高壓側(cè)電流為0.455A，中壓側(cè)電流為0.6A，求制動斜率K差動元件的比率制動曲線動作區(qū)制動區(qū)三段折線式差動（3）差動電流速斷元件為什么設置差動速斷元件？

（3）差動電流速斷元件

在空投變壓器和變壓器區(qū)外短路切除時會產(chǎn)生很大的勵磁涌流，為了防止縱聯(lián)差動誤動作設置了涌流閉鎖元件，但是判斷“波形畸變”或諧波分量“需要時間，這樣造成變壓器內(nèi)部嚴重故障時差動保護不能迅速切除的不良后果，此外變壓器內(nèi)部嚴重故障時如果TA飽和，TA二次電流保護的波形將發(fā)生嚴重畸變，并含有大量的諧波分量，從而使涌流判別元件誤判斷成勵磁涌流，致使差動保護拒動，造成變壓器嚴重損壞。為克服縱差保護上述缺點，設置了差動速斷元件。它的動作電流整定值很大，比最大勵磁涌流值還大，依靠定值來躲勵磁涌流。這樣差動速斷元件可以不經(jīng)勵磁涌流判據(jù)閉鎖，也不經(jīng)過過勵磁判據(jù)、TA飽和判據(jù)的閉鎖。所以對于變壓器內(nèi)部的嚴重故障只要差動電流大于電流定值就可以快速跳閘。

（5）差動保護的TA斷線閉鎖TA二次回路斷線閉鎖判據(jù)ε1ε2---門檻值，可根據(jù)不平衡電流的大小確定。3Ⅰ0---另一個TA的三倍零序電流值，TA二次值目前，在微機型保護裝置中，還有采用根據(jù)電流變化情況、變化趨勢及電流量值大小來判斷TA斷線。（6）其它a.分側(cè)差動b.零序比率差動c.工頻變化量差動

相間后備保護一、過電流保護二、低電壓啟動的過電流保護三、復合電壓閉鎖的（方向）過電流保護四、阻抗保護反應外部故障引起的變壓器繞組過電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護的后備和變壓器內(nèi)部故障時主保護的后備。

一、過電流保護過流元件的動作判據(jù)其工作原理與線路定時限過電流保護相同。保護動作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。過電流保護按躲過可能出現(xiàn)的最大負荷電流整定，起動電流比較大，對于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器，靈敏度往往不能滿足要求。低電壓起動的過電流保護

過電流保護二、低電壓啟動的過電流保護

二、低電壓啟動的過電流保護原理：電壓回路斷線——發(fā)信號短路——跳各側(cè)斷路器并發(fā)信號適用：雙側(cè)電源變壓器或多臺并列運行變壓器特點：為提高保護裝置靈敏度，可采用兩套低電壓繼電器（高、低壓側(cè)線電壓）→接線復雜復合電壓啟動的過電流保護三、復合電壓閉鎖的過電流保護過流元件的動作判據(jù)復合電壓閉鎖元件的動作過流元件的動作&復合電壓閉鎖過流復合電壓閉鎖元件的動作判據(jù)復合電壓閉鎖的方向過電流保護1.功率方向元件的基本原理接線方式接入繼電器電流Ⅰg接入繼電器電壓UgA相功率方向元件ⅠAUBCB相功率方向元件ⅠBUCAC相功率方向元件ⅠCUABⅠg動作區(qū)a90°－aⅠg落在方向上最靈敏靈敏角一般為-30°或-45°2、以正序電壓為極化量方向元件的基本原理現(xiàn)在微機型的復合電壓閉鎖的方向元件過流保護中，方向元件一般采用以正序電壓為極化量的方向元件，該方向元件用0°接線方式，用同名相的正序電壓與相電流作相位比較，用于保護正方向短路的正方向元件，其最大靈敏角取為45°。它的動作方程為：方向指向變壓器方向指向系統(tǒng)變壓器接地保護反應接地故障，作為變壓器主保護的接地近后備保護和相鄰元件的接地故障遠后備保護。反應的電氣量：零序電流零序電壓1.變壓器中性點直接接地時的零序電流保護中性點直接接地運行變壓器零序電流保護原理框圖

二、變壓器中性點間隙保護和零序電壓保護為了避免系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，中性點不接地的變壓器由于某種原因中性點電壓升高成中性點絕緣的損壞，在變壓器中性點安裝一個放電間隙，放電間隙的另一端接地。當中性點電壓升高至一定值時，放電間隙處將流過一個電流。該電流由于是在相當于中性點接地的線上流過，所以3Ⅰ