變電二次設(shè)備原理與認知

1、變電二次設(shè)備原理與認知(一) 主講：張勇變電站繼電保護及二次回路的相關(guān)知識 變壓器的結(jié)構(gòu)及變壓器保護的配置 變壓器保護的基本原理 變壓器保護的調(diào)試方法及注意事項,目錄,#1變壓器,電流互感器,#1變高壓側(cè)開關(guān),220kV母線電壓互感器,高壓配電線路,220kV母線,110kV母線,發(fā)電廠一次設(shè)備簡圖,系統(tǒng)介紹,220kV變電站一次設(shè)備簡圖,當電力系統(tǒng)中的電力元件或其本身發(fā)生故障或異常時，能夠及時向值班員發(fā)出告警信號或直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的設(shè)備,什么是 繼電保護裝置？,可靠性 選擇性 速動性 靈敏性,電力系統(tǒng)對繼電保護的基本要求,計量,保

2、 護 A 柜,保 護 B 柜,直流電源,測控,二次回路簡述,220kV母線,10kV母線,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。,變 壓 器,主變虎踞創(chuàng)效益,銀線條條連四方,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,變壓器的故障,引出線間相間短路,外部故障,變壓器故障,內(nèi)部故障,引出線單相接地短路,繞組相間短路,繞組與鐵芯間的短路,繞組斷線故障,繞組引線與外殼單相接地,繞組匝間短路,過電流； 過負荷； 油面降低； 過勵磁 其它,異常狀態(tài),

3、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,（二）變壓器保護的配置,回憶一下，想一想,電量保護/非電量保護,電量保護 由電氣量反映的故障動作或發(fā)信號的保護。 保護的判據(jù)是電量：電流、電壓、頻率、阻抗等。,非電量保護 由非電氣量反映的故障動作或發(fā)信號的保護。,保護的判據(jù)是非電氣量，如瓦斯保護（通過油速整定）、溫度保護（通過溫度高低）、壓力保護等。,4.1.1 電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備和線路，應裝設(shè)短路故障和異常運行的保護裝置。電力設(shè)備和線路短路故障應有主保護和后備保護，必要時可增設(shè)輔助保護。 4.1.1.1 主保護 主保護

4、是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設(shè)備和線路故障的保護。,4.1.1.2 后備保護 主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。后備保護可分為遠后備和近后備兩種。 a）遠后備是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護實現(xiàn)后備。 b）近后備是當主保護拒動時，由該電力設(shè)備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)的保護。,4.1.1.3 輔助保護 為了補充主保護和后備保護的功能而增設(shè)的簡單保護。 失靈保護 三相不一致保護 充電、過流保護,4.1.1.4 異常運行保護 異常運行保護是反應被保護電力設(shè)備或線路異常運行狀態(tài)的保護。,變壓器保

5、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.縱差保護的卡線 變壓器兩側(cè)都裝設(shè)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,現(xiàn)場案例,J,高壓側(cè),低壓側(cè),變壓器正常運行或外部故障時，則流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流。此時，縱差保護不應動作。TA極性接反會造成什么后果呢？,110kV柘城變#2主變保護綜自改造,3.

6、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. 各側(cè)電流互感器的誤差產(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。,變壓器繞組接線組別對差動保護的影響,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30。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

7、個差電流流入繼電器。,Y/-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？,nl1,nl2,A,B,C,a,b,c,I-I,I-I,相位補償法,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,用軟件對高壓側(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,用軟件對低壓側(cè)電流進行移相,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

8、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)。,思考題,已知變壓器的接線組別為Yn/-11,電壓變比為n，低壓側(cè)a、b、c電流分別為Ia，Ib，Ic，試寫出高壓側(cè)A、B、C三相的數(shù)學表達式。,例題,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510倍額定電流。,1.勵磁涌流 變壓器的勵磁電流 正常情況下：(0.020.05)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：510 IN 勵磁涌流,決定勵磁涌流大小的因素,1、電壓合閘角； 2、電源電壓； 3、剩磁； 4

9、、其它（如：變壓器的結(jié)構(gòu)、鐵芯材料等）。,勵磁涌流波形圖,變壓器的勵磁涌流,圖1 勵磁涌流波形,圖2 波形中的間斷角,間斷角,勵磁涌流波形的特點,1、偏于時間軸的一側(cè)，涌流中含有很大的直流分量； 2、波形是間斷的，且間斷角很大，一般大于60； 3、含有很大的二次諧波分量； 4、在同一時刻三相涌流之和近似等于零； 5、勵磁涌流是衰減的。,勵磁涌流波形圖,差動保護躲勵磁涌流措施,利用涌流的各種特征量 1、二次諧波制動原理 2、間斷角原理 3、波形對稱原理,iB閉鎖保護，iB開放保護 i：間斷角，B：閉鎖角,思考一下,變壓器差動保護壓板在變壓器充電試運行時應該在何時投入和退出。,變壓器過勵磁,在運行

10、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(shè)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件，當差流中的五次諧波分量大于某一值時，將差動保護閉鎖。,過勵磁：勵磁電流超過額定勵磁電流時叫過勵磁。,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 （

11、6）其它,1、提高內(nèi)部故障的動作靈敏度 2、可靠躲過外部故障的不平衡電流,比率制動特性差動元件配置目的,(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：,差動元件的比率制動曲線,三段折線式差動,（3）差動電流速斷元件,為什么設(shè)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(shè)置了涌流閉鎖元件，但是判斷“波形畸變”或諧

12、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(shè)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),12-門檻值，可根據(jù)不平衡電

13、流的大小確定。,30-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。,J,高壓側(cè),低壓側(cè),1、正常運行時,2、TA斷線時（高壓側(cè)一相斷線為例）,發(fā)生TA斷線怎么辦？,TA斷線閉鎖原理,1、正常運行時,Ia+Ib+Ic=0,2、正常運行時,TA二次回路中一相、兩相斷線,3、TA二次回路斷線閉鎖判據(jù),Ia+Ib+Ic+3I01,3I02,1、2門檻值，根據(jù)不平衡電流大小整定 3I0另一個TA的三倍零序電流值，TA二次值,（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,復合電壓閉鎖的（方

14、向）過電流保護,作為變壓器和相鄰元件（包括母線或線路）保護的后備和變壓器內(nèi)部故障時主保護的后備。,復合電壓閉鎖的過電流保護原理接線圖,U,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 功率方向元件的基本原理,g動作區(qū),a,90a,g落在 方向上最靈敏,靈敏角一般為-30或-45,復合電壓閉鎖（方向）過流保護動作原理框圖,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

15、接地運行變壓器零序電流保護原理框圖,WBH-801變壓器保護零序功率方向元件動作特性,方向指向母線時的動作區(qū)（陰影側(cè)）,70,方向指向變壓器時的動作區(qū)（陰影側(cè)）,110,3U0,3U0,3I0,3I0,方向指向變壓器,方向指向系統(tǒng),零序電流（方向）保護,最大靈敏角為255即-105 ,零序阻抗角為75 則最大靈敏角為75,注意：方向元件所用的零序電壓固定為自產(chǎn)零序電壓，用自產(chǎn)零序電流時，TA的正極性在母線側(cè)，用變壓器中性點的零序電流時，TA的正極性端在變壓器側(cè)。,2、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

16、，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30電流，利用電流可以構(gòu)成間隙電流保護。,1、接線原理,間隙保護,間隙,間隙電流0,3U0,圖片,2、動作方程,1,t,0,信號,出口,0為流過擊穿間隙的電流（二次值）；3U0為TV開口三角形電壓，I0P為間隙保護動作電流，通常整定100A（一次值），UOP為間隙保護動作電壓，通常整定為180V,阻抗保護,相間阻抗保護通常用于 330kV500kV 大型聯(lián)絡(luò)變壓器、升壓及降壓變壓器，作為變壓器引線、母線及相鄰線路相間故障的后備保護。 當電流

17、、電壓保護不能滿足靈敏度要求或根據(jù)網(wǎng)絡(luò)保護間配合的要求，變壓器的相間故障后備保護可采用相間阻抗保護。 接地阻抗保護作為繞組、引線的接地故障的后備保護或相鄰元件接地故障的后備保護。在中性點直接接地的電網(wǎng)中，當零序電流保護的靈敏度不能滿足要求時，可采用接地阻抗保護，它的主要任務是正確反映電網(wǎng)的接地短路。 相間阻抗保護和接地阻抗保護可實現(xiàn)偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。對阻抗保護的各時限可以通過相應保護投退控制字進行投退。,阻抗保護的動作特性,WBH-801相間阻抗特性曲線,RCS-978相間阻抗特性曲線,電量保護的配置,主保護：差動保護（比率差動、差動速段） 后備保護：復壓（方向）過流、零序方向過

18、流、間隙過流、間隙過壓 阻抗保護,非電量保護,瓦斯保護、壓力保護、溫度保護、油位保護及冷卻器全停保護,1. 氣體繼電器 安裝在變壓器油箱和油枕的通道上。,一、變壓器氣體保護（瓦斯保護）,4.3.2 0.40.8MVA油浸式變壓器，均應裝設(shè)瓦斯保護。當殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，應瞬時動作于信號；當殼內(nèi)故障產(chǎn)生大量瓦斯時，應動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。 帶負荷調(diào)壓變壓器充油調(diào)壓開關(guān)，亦應裝設(shè)瓦斯保護。,變壓器瓦斯保護,瓦斯繼電器,瓦斯繼電器,變壓器內(nèi)部故障時，在故障點產(chǎn)生有電弧的短路電流，造成油箱內(nèi)局部過熱并使變壓器油分解、產(chǎn)生瓦斯氣體，進而造成噴油、沖動氣體繼電器進而帶動繼電器的輔助觸電

19、閉合，瓦斯保護動作。,根據(jù)氣體的顏色判斷故障性質(zhì) （1）灰色或黑色，易燃。通常是絕緣油炭化造成的，也可能是接觸不良或局部過熱導致。 （2）淺灰色，可燃。有異常臭味，可能是變壓器內(nèi)紙質(zhì)燒毀所致，有可能造成絕緣損壞。 （3）黃色，不易燃燒。木質(zhì)制件燒毀所致。 （4）無色，不可燃。無味，無故障。,一、變壓器氣體保護（瓦斯保護）,（1）變壓器在加油、濾油時，會將空氣帶入變壓器內(nèi)部，若沒能及時排出，則當變壓器運行后油溫逐漸上升，形成油的對流，將內(nèi)部儲存的空氣逐漸排出，使氣體繼電器動作。其動作次數(shù)與變壓器內(nèi)部儲存的氣體多少有關(guān)。 （2）遇到上述情況時，應根據(jù)變壓器的音響、溫度、油面以及加油、濾油工作情況做

20、綜合分析。如變壓器運行正常，可判斷為進入空氣所致，否則應取氣做點燃試驗，判斷是否變壓器內(nèi)部有故障。 一般規(guī)定，大修后的變壓器，其氣體繼電器在48小時后投跳閘。,主變壓器新裝或大修后投入運行為什么有時氣體繼電器會頻繁動作？遇到此類問題應怎樣判斷和處理？,（1）優(yōu)點 能反應油箱內(nèi)各種故障，且動作迅速、靈敏性高、接線簡單。 （2）缺點 不能反應油箱外的引出線和套管上的故障。 故氣體保護不能作為變壓器唯一的主保護，須與差動保護或電流速斷保護配合共同作為變壓器的主保護。,2、變壓器氣體保護的評價,變壓器其它非電量保護,壓力釋放 溫度 油位 冷卻器全停,變壓器保護柜（南瑞繼保RCS-978）,打印機,壓板,變壓器保護柜(許繼WBH-801A),打印機,壓板,500kV變壓器保護柜,空氣開關(guān),端子排,電流電壓回路,直流回路,從簡單做起,一些年輕人去拜訪蘇格拉底，詢問他怎樣才能擁有博大精深的學問和智慧。蘇格拉底沒有正面回答，而是告訴大家先回去每天做20個俯臥撐，一個月后再說。英氣勃發(fā)的年輕人們笑了：“20個俯臥撐？這還