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1、第六章 变压器的继电保护,第一节 变压器的故障类型 不正常运行状态及其保护方式,变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的元件，因此需要根据变压器容量和重要程度装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。,变压器安装保护的必要性：,1. 变压器内部故障,油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁心烧损等。,油箱外部故障：套管和引出线上发生相间短路和接地短路。 油箱内部故障非常危险，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，还会使变压器油绝缘分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。,2. 变压器不正常运行状态主要包
2、括：,由于变压器外部相间短路引起的过电流（相间短路过电流）,由于变压器外部接地短路引起的过电流和中性点过电压（接地短路过电流、中性点过电压）,由于负荷超过额定容量引起的过负荷（过负荷）,由于漏油等原因而引起的油面降低（油面降低）,在过电压或低频率等异常运行方式下，发生变压器的过励磁（过励磁）,变压器的不正常运行时怎么办？ 变压器不正常运行时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。,3. 保护方式,瓦斯保护,特点：动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。反应油箱内的各种故障，不反应油箱外部的故障。,对变压器油箱内的各种故障、应装设瓦斯保护，它反
3、应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。,装设范围：800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器。,纵差动保护或电流速断保护（重点）,特点：反应变压器油箱内外故障,对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差动保护或电流速断保护。,纵差动保护范围：6300kVA以上并列运行的变压器；10000kVA以上单独运行的变压器；容量为6300kVA以上的发电厂厂用变压器和工业企业中的重要变压器。,电流速断的保护适用：10000kVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5s时。,纵差动保护和电流速断动作
4、后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。,外部相间短路时，应采用的保护,外部相间短路引起的变压器过电流，应采用保护：,a、过电流保护：用于降压变压器，保护的整定值考虑在事故状态下可能出现的过负荷电流。,b、复合电压（负序电压和线电压）起动的过电流保护：用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上。,c、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：用于大容量升压变压器和系统联络变压器。,d、阻抗保护：对升压变压器和系统联络变压器当采用b、c的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，采用阻抗保护。,外部接地短路时，应采用的保护,a、中性点直接接地电力网内，应装设零序电流保护,b、自耦变压器和高、中压
5、侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件 。,过负荷保护,对400kVA以上的变压器，当数台并列运行或单独 运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过 负荷的情况，装设过负荷保护。,过励磁保护,高压侧电压为500kV及以上的变压器，对频率降低和 电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过 励磁保护。（在变压器过励磁允许的范围内，保护作用于信号，超过允许值，可动作于跳闸）,其它保护,对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障， 应装设可作用于信号或动作于跳闸的保护装置。,第二节 变压器纵差动保护（重点）,主要是变压器内 部绕组故障、外部 套管及引出线故障,构成
6、变压器纵差动保护的基本原则,双绕组变压器,-,高压侧,低压侧,为变压器两侧的一次电流 参考方向均由母线指向变压器,、 分别为两侧电流互感器的变比。,则流入差动继电器KD的电流为：,因此纵差动保护的动作判据为：,为相应的电流互感器二次电流,设变压器的变比为： 忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时一次侧有：,-,高压侧,低压侧,正常运行和区外故障时流入差动继电器KD的电流为：,由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为确保纵差动保护的正常工作，必须适当选取电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流大小相等，即应使：,-,高压侧,低压侧,差动电流可表示为：,电流互感器的变比，满足:
7、,则有：,正常运行和变压器外部故障时，差电流为零，保护不会动作；,基本原则,要实现单相双绕组变压器的纵差保护，必须适当的选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比 ，即,实际电力系统都是三相变压器（或三相变压器组），那么它是如何选择电流继电器的变比？它是如何接线的？,实际中变压器常采用Y，d11的接线方式，因此，其两侧电流的相位不一致。 采用什么方法使两侧相位一致？,三角形侧一次电流,两侧电流的相位相差,若两侧电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，也会有一个差电流流入继电器，为消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形
8、侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后，即可把二次电流的相位校正过来。,解决问题：,-,-,-,变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形,变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形,星形侧差动臂二次电流,要使A相的继电器在正常运行及外部故障时不动作，需满足：,由于：,而,流入三个差动继电器的差动电流为：,又由于：,即有：,所以,按相差动,、 、 是流入三个差动继电器的差电流。这样就可以消除两侧电流相位不一致的影响。 由于 侧采用了两相电流差，相当于变压器的变比增加了 倍，因此电流互感器变比的选择应该满足：,数字式差动保护，也可以将星形侧的三相电流直接接入保护装置内，由计算机的软件实现相位调
9、整功能，以简化接线。,三绕组变压器各侧电流互感器 的接线方式和变比如何选择？ 参照Y,d11双绕组变压器的方式进行调整，即侧互感器用Y接线方式；两个Y侧互感器则采用接线方式。,三绕组变压器,电力系统中常常采用三绕组变压器。三绕组变压器的纵差动保护原理与双绕组变压器是一样的。,接入纵差动继电器的差电流为：,高压侧,中压侧,低压侧,正常运行时由高压侧、中压侧同时向低压侧提供功率,设变压器的13侧和23侧的变比为 和 ，考虑到正常运行和区外故障时变压器各侧电流满足：,三绕组的三相变压器电流 互感器变比的选择应满足：,变压器高中压侧采用星形接线,低压侧采用三角形接线,高压侧电流折算到低压侧,中压侧电流
10、折算到低压侧,2. 差动保护的不平衡电流及 减小不平衡电流的方法,变压器的纵差保护同样需要躲开流过差动回路中的不平衡电流，产生不平衡电流的原因和消除方法：,由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流,由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流,由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流,由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流,1）由计算变比与实际变比不同 而产生的不平衡电流,由于两侧电流互感器都是根据产品目录选取标准变比，而变压器的变比也是一定的，因此，三者之间很难满足: 的要求，此时差动回路中将有不平衡电流流过。,令变比差系数为：,理论上应有：,则由：,在正常运行和外部故障时有：,可得:,上式即
11、为由计算变比与实际变比不同而在差动回路产生的不平衡电流。,设Ik.max为区外故障时最大的穿越电流，则由电流互感器和变压器变比不一致产生的最大不平衡电流为：,如无特殊说明，变压器各侧电流都是折算到二次侧,最大不平衡电流：,2）由变压器带负荷调整分接头 而产生的不平衡电流,调整变压器分接头是常用的调压方法，改变分接头也就是改变了变压器的变比nT，分接头的改变，就会产生一个新的不平衡电流。应在纵差保护的整定值中予以考虑。,由此产生的最大不平衡电流为:,U为由变压器分接头改变引起的相对误差，考虑到电压可以正负两个方向进行调整，一般取可调整范围的一半。,3）由电流互感器传变误差 而产生的不平衡电流,由
12、于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性，励磁电流也不同，故在差动回路中产生的不平衡电流就很大。（根据第四章，电流互感器误差不会超过10%，最大可能值 ） 采用电流互感器同型系数 （同型号取0.5，不同型号取1，对于变压器一般取1 ）。,对于变压器的纵差动保护，两侧电流互感器的变比不一样，互感器的型号肯定不同，故 。,在进行不平衡电流计算时，还要引入一个非周期分量 ，来反应非周期分量的影响，因此，电流互感器传变误差产生的不平衡电流为：,一般取,4）由变压器励磁涌流ILY所产生的 不平衡电流,变压器的励磁电流I仅流经变压器的某一侧，故通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡掉，正常情况下此电流
13、很小，一般不超过额定电流的2%-10%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，影响就更小。,正常运行和外部故障时变压器不会饱和，励磁电流一般不会超过额定电流的25，对纵差动保护的影响常常略去不计。 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压。,励磁涌流的最大值可达额定电流的68倍。,在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励磁电流称为励磁涌流。,励磁涌流的特点：,包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧,包含有大量的直流及高次谐波，而以二次谐波为主；,波形之间出现间断，一个周期中间断角为。
14、,防止励磁涌流影响的方法：,采用具有速饱和铁芯的差动继电器,鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别,利用二次谐波制动等（利用带比率制动的差动继电器）,3. 减小不平衡电流的主要措施,(1) 计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿,令:,由计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流为 。电流互感器变比选定后，n就是一个常数，所以可以用 将这个不平衡电流补偿掉。此时引入差动继电器的电流为:,n就是需要补偿的系数,(2) 减少因电流互感器性能不同 引起的稳态不平衡电流,应尽可能使用型号、性能完全相同的电流互感器，使得两侧电流互感器的磁化曲线相同，以减小不平衡电流。 另外，减小电流互感器的二次负载，能
15、够减少铁芯的饱和程度，相应地也减少了不平衡电流。,(3) 减少电流互感器的暂态不平衡电流,根据电流互感器暂态不平衡电流中有大量的非周期分量、电流特性完全偏离时间轴一侧的特点，通常采用在差动回路中接入具有速饱和特性的中间变流器的方法。,速饱和铁芯,由于非周期分量使速饱和铁芯迅速饱和，从而使非周期分量传递到二次侧大为减少。,.躲开保护范围外部短路时流过继电器的最大不平衡电流，此时继电器的起动电流应为: （二次侧）,其中,3. 变压器纵差动保护的整定计算原则,外部短路故障时最大短路电流；,由于电流互感器计算变比和实际变比 不一致引起的相对误差。,起动电流的整定原则,保护外部短路时流过继电器的最大不平衡电流,由变压器分接头改变引起的相对误差，一般可取调整范围的一半；,0.1电流互感器容许的最大稳态相对误差；,Kst电流互感器同型系数，取为1；,Knp非周期分量系数，取1.5-2。当采用速饱和变流器时，由于有躲非周期分量的性能，取为1。,当变压器纵差保护采用波形鉴别或
