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1、1/84,电力变压器的继电保护,第一节 电力变压器的故障类型，不正常运行状态和应加装的保护,第二节 变压器的瓦斯保护,第三节 变压器的电流速断保护,第四节 变压器纵联差动保护,第五节 变压器相间短路的电流和电压保护,第六节 变压器的零序电流保护,2/84,第一节 电力变压器的故障类型，不正常运行状 态和应加装的保护,变压器故障,油箱内部故障,油箱外部故障,相间短路,绕组的匝间短路,单相接地短路,引线及套管处会产生各种相间短路,接地故障,变压器的不正常状态,过电流,油面降低,过励磁,3/84,变压器应装设如下保护：,(1) 为反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸
2、式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。,(2) 为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。,(3) 为反应外部相间短路引起的过电流，作为瓦斯、纵差保护(或电流速断保护)的后备，应装设过电流保护。,(4) 为反应大接地电流系统外部接地短路，应装设零序电流保护。,(5) 为反应过负荷应装设过负荷保护。,(6) 为反应变压器过励磁应装设过励磁保护。,4/84,第二节 变压器的瓦斯保护,瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间
3、短路。,由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。,工作原理：,5/84,瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它安装在油箱与油枕之间的连接管道上，如右图所示。,为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有11.5的升高坡度，通往继电器的连接管具有24的升高坡度。,为什么变压器是斜着的？,6/84,开口杯挡板式瓦斯继电器，其内部结构如右图所示。正常运行时，上、下开口杯2和l都浸在油中，开口杯和附件在油内的重力所产生的力矩小于平衡锤4所产生的力矩，因此开口杯向上倾，干簧触点3断开。,7/
4、84,少量的气体上升后逐渐聚集在继电器的上部，迫使油面下降。而使上开口杯露出油面，此时由于浮力的减小，开口杯和附件在空气中的重力加上杯内油重所产生的力矩大于平衡锤4所产生的力矩，于是上开口杯2顺时针方向转动，带动永久磁铁10靠近干簧触点3，使触点闭合，发生“轻瓦斯”保护动作信号。,油箱内部发生轻微故障时：,8/84,大量气体和油流直接冲击挡板8，使下开口杯l顺时针方向旋转，带动永久磁铁靠近下部干簧的触点3使之闭合，发出跳闸脉冲，表示“重瓦斯”保护动作。当变压器出现严重漏油而使油面逐渐降低时，首先是上开口杯露出油面，发出报警信号，继之下开口杯露出油面后亦能动作，发出跳闸脉冲。,油箱内部发生严重故
5、障时：,9/84,上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延时发出报警信号。下面的触点表示“重瓦斯保护”，动作后起动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。,瓦斯保护的原理接线：,10/84,主要优点：,主要缺点：,因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。,动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。,瓦斯保护评价：,不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。,11/84,第三节 变压器的电流速断保护,变压器的电流速断保护是反应电流增大而瞬时动作的保护。装于变压器的电源侧，对变
6、压器及其引出线上各种型式的短路进行保护。为保证选择性，速断保护只能保护变压器的部分，它适用于容量在10MVA以下较小容量的变压器, 当过电流保护时限大于0.5s时，可在电源侧装设电流速断保护，其原理接线如下图所示。,12/84,1. 电流速断保护的整定计算,(1) 按躲开变压器负荷侧出口d3短路时的最大短路电流来整定, 即 Iop=KrelIdmax (7-1),(2) 躲过励磁涌流。根据实际经验及实验数据，一般取 Iop=(34)IN （7-2） 按上两式条件计算，选择其中较大值作为变压器电流速断保护的起动电流。,13/84,2. 灵敏度校验,按变压器原边d2点短路时，流过保护的最小短路电流
7、校验, 即,3. 变压器电流速断保护评价：,缺点:,优点：,接线简单，动作迅速。,只保护变压器的一部分。,14/84,第四节 变压器纵联差动保护,三、暂态情况下的不平衡电流及减小其影响的措施,五、带制动特性的差动保护,六、二次谐波制动的差动保护,一、变压器纵联差动保护的原理,二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流及减 小不平衡电流的措施,四、BCH2型差动继电器,15/84,一、变压器纵联差动保护的原理,纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。对双绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如右图所示。,16/84,为了保证纵联差动保护的正确工作，应使得在正常运行和外部故障时，
8、两个二次电流相等，差回路电流为零。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。 应使,适当选择两侧电流互感器的变比。,结论：,纵联差动保护有较高的灵敏度。,17/84,二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流及减小不平衡电流的措施,在正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳态不平衡电流Ibp。,差动保护的动作电流应大于最大不平衡电流，以保证保护范围外部短路时差动保护不动作。不平衡电流增大，将使保护的灵敏度降低。,18/84,1由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流,由于变压器常常采用Y,dll的接线方式, 因此, 其两侧电流
9、的相位差30。此时，如果两侧的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，会有一个差电流流入继电器。如何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，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形。,19/84,(b),(c),(a),20/84,将该侧电流互感器的变比加大 倍，以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等，故此时选择变比的条件是,当电流互感器采用上述联接方式以后，在互感器接成三角形侧的差动一臂中，电流又增大了 倍。如何保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中应没有电流？,21/84,2由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流,变压器两侧电流互感
10、器有电流误差I，在正常运行及保护范围外部故障时流入差回路中的电流不为零，为什么？,为什么在正常运行时，不平衡电流很小 ？,为什么当外部故障时，不平衡电流增大？,原因：,电流互感器的电流误差和其励磁电流的大小、二次负载的大小及励磁阻抗有关，而励磁阻抗又与铁芯特性和饱和程度有关。 当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍数不同时都会使电流互感器励磁电流的差值增大。,22/84,（1）在选择互感器时，应选带有气隙的D级铁芯互感器，使之在短路时也不饱和。 （2）选大变比的电流互感器，可以降低短路电流倍数。 （3）在考虑二次回路的负载时，通常都以电流互感器的 10误差曲线
11、为依据，进行导线截面校验，不平衡电流会更小。最大可能值为：,减少这种不平衡电流影响的措施：,23/84,3由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流,两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足,或,的关系？,很难满足上述关系。,24/84,利用平衡线圈Wph来消除此差电流的影响。 假设在区外故障时 ，如下图所示，则差动线圈中将流过电流（ ），由它所产生的磁势为Wcd( )。为了消除这个差动电流的影响，通常都是将平衡线圈Wph接入二次电流较小的一侧， 应使,减少这种不平衡电流影响的措施：,Wcd( )=Wph 或 Wcd = (WcdWph ),25/84,4带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流,
12、在电力系统中为什么采用带负荷调压的变压器会产生不平衡电流？,改变分接头的位置不仅改变了变压器的变比，也破坏了变压器两侧电流互感器变比的比等于变压器变比的条件，故会产生不平衡电流。,原因：,调整分接头产生的最大不平衡电流为,26/84,在稳态情况下需要被消除的不平衡电流有电流互感器误差，变压器调节分接头及平衡线圈的计算匝数与整定匝数不一致产生的不平衡电流，即,要保证差动保护在正常运行及保护范围外部故障时不误动，差动保护的动作电流要躲开最大不平衡电流进行整定。,总结：,27/84,三、暂态情况下的不平衡电流及减小其影响的措施,1外部短路时的不平衡电流,在变压器差动保护范围外部发生故障的暂态过程中，
13、为什么在差回路中将产生暂态不平衡电流？,原因：,变压器两侧电流互感器的铁芯特性及饱和程度不同。,28/84,在差回路中接入速饱和中间变流器SBH，如右图所示。速饱和变流器是一个铁芯截面较小，易于饱和的中间变流器。直流分量使速饱和变流器饱和。这时，交流分量电流难于转换到速饱和变流器的副边，差动继电器不会动作。,减少这种不平衡电流影响的措施：,29/84,引入一个非周期分量的影响系数Kfz。外部短路时的暂态不 平衡电流，在接入一级速饱和变流器时为,式中 Knp非周期分量的影响系数， 取 1.52,在接入两级速饱和变流器时，非周期分量的影响系数取1。,计算变压器差动保护回路暂态不平衡电流,30/84
14、,2由变压器励磁涌流 所产生的不平衡电流,变压器的励磁电流 仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡，在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，它的影响就更小。,31/84,但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流(又称为励磁涌流)。,32/84,变压器的励磁涌流 ，其数值最大可达额定电流的68倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波分量。,33/84,励磁涌流具有以下特点：,(1)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；,(2)包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；,(3)波形之间出现间断，如图所示，在一个周期
15、中间断角为。,34/84,在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有：,(1)采用具有速饱和铁心的差动继电器；,(2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别；,(3)利用二次谐波制动等 。,35/84,1. 组成：,四、BCH2型差动继电器,电磁型电流继电器,三柱铁芯：两边柱铁芯截面较小，是中间柱铁芯截面的一半，易于饱和。,差动线圈Wcd：接于变压器差动保护的差回路，当安匝磁势达到一定值时，二次线圈感应的某一电势值使电流继电器起动。,两个平衡线圈Wph1、Wph2,短路线圈Wd,工作线圈W2。,36/84,差动线圈接于变压器差动保护的差回路，当安匝磁势达到一定值时，二次线圈感应的某一电势值使电流继
16、电器起动。,平衡线圈的作用是消除变压器两侧电流互感器的计算变比与实际变比不一致所产生的不平衡安匝磁势。,短路线圈的作用是提高差动继电器躲过励磁涌流的能力。,37/84,2BCH一2型差动继电器构成的变压器差动保护的整定计算,(1)确定基本侧 。将变压器两侧电流互感器流入差回路的电流中较大的一侧作为基本侧，计算步骤如表所示。,38/84,(2)确定差动保护的动作电流,躲过变压器的励磁涌流,躲外部短路时的最大不平衡电流,平衡线圈的圆整误差，其值为,躲开电流互感器二次断线产生的最大不平衡电流,取以上三条件计算结果中的最大值作为变压器差动保护一次动作电流。,39/84,(3)计算变压器差动保护基本侧差动线圈匝数 基本侧继电器的动作电流为 基本侧差动线圈的计算匝数,继电器实际动作电流和一次动作电流分别为,差动线圈的实际匝数 。,40/84,(4)计算非基本侧平衡
