电力系统继电保护-6 电力变压器保护综述

《电力系统继电保护-6 电力变压器保护综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统继电保护-6 电力变压器保护综述（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电力系统继电保护 6 电力变压器保护 6.1 电力变压器的故障类型和不 正常工作状态 变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝 间短路是比较常见的故障形式；而变压器油箱内发生相间 短路的情况比较少。 变压器短路视频 6.2 变压器纵差动保护 6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理和接线方式 （图6-1：双绕组 单相变压器纵差动 保护的原理接线图 ） 6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理和接线方式 图6.2 双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图 （）接线图；（）对称工况下的相量关系 6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理和接线方式 电力系统中常常采用三绕组变压器。图63所示的是 Y，

2、d11接线方式三绕组变压器纵差动保护单相示意 图，接入纵差动继电器的差电流为： 三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择 ：d侧互感器用Y接线方式；两个Y侧互感器则采用d 接线方式。 （图6-3：三绕组变压器纵差动 保护接线单相示意图） 6.2.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法 1 计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流 变压器两侧的电流互感器都是根据产品目录选取的标准变比，其规格种类是 有限的。变压器的变比也是有标准的，三者的关系很难完全满足式(6-4)，令 变比差系数为： 根据式(6-3)可得： 由式(6-11)知，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： 6.

3、2.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法 2 由变压器带负荷调节分接头而产生的不平衡电流 改变分接头的位置，实际上就是改变压器的 变比。电流互感器的变比选定后不可能根 据运行方式进行调整，只能根据变压器分 接头未调整时的变比进行选择。因此，由 于改变分接头的位置产生的最大不平衡电 流为： （变压器保护仿真图1） 6.2.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法 3 电流互感器传变误差产生的不平衡电流 （图6-4：电流互感器等效电路） 6.2.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法 曲线1-铁芯的基本磁化曲线(通常简称为磁化曲线)； 曲线2-励磁电流随时间的变化曲线； 曲线3-励磁电流按照

4、曲线2变化时的磁滞回线； S点-饱和点。 （图6-5a：励磁电流中无直流偏移 时的电流互感器铁芯的磁滞回线） （图6-5b：励磁电流 中有直流偏移时曲线 ） 6.2.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法 剩磁-电流互感器一次侧电流消失后，励磁电流也相应地变为零。由于磁滞回 线的磁滞现象，铁芯中将长期存在残留磁通，称为剩磁。 10误差曲线-电流互感器误差达到10时，一次电流与二次负载电阻之间的 关系曲线。 通常都以电流互感器的10误差曲线来选择电流互感器的型号。 6.2.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法 电流互感器的暂态误差非周期 分量的存在大大增加了电流互感器 的饱和程度，由此产生

5、的误差称为 电流互感器的暂态误差。差动保护 是瞬时动作的，必须考虑非周期分 量引起的暂态不平衡电流。 下图为变压器外部故障时的暂态电流和纵差 动保护暂态不平衡电流的录波图。 故障初始：电流互感器不饱和，不平衡 电流不大；几个周波后：电流互感器开 始饱和，不平衡电流逐渐达到最大值； 随着一次电流非周期分量的衰减：不平 衡电流又逐渐下降并趋于稳态不平衡电 流。 结论：暂态不平衡电流比稳态不平衡电 流大许多倍，且含有很大的非周期分量 ，其特性完全偏于时间轴的一侧。 （变压器内 部结构图） 图6.6 纵差动保护的暂态不平衡电流 （）外部短路电流；（）纵差动保护暂态不平衡电流 6.2.2 变压器差动保护

6、的不平衡电流及克服方法 4 变压器励磁电流产生的不平衡电流 将变压器参数折算到二次侧后，单相变压器 等效电路如图6-7表示。显然，励磁回路相当 于变压器内部故障的故障支路。励磁电流 全 部流入差动继电器中，形成不平衡电流，即 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；变压 器空载投入或外部故障切除电压恢复时：变 压器电压从零或很小的数值突然上升到运行 电压。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。 图6.7 双绕组单相变压器等效电路 图6.8 Imax与变压器

7、额定容量ST 的关系曲线 6.2.2 变压器差动保护的不平衡电流及克服方法 5 减小不平衡电流的主要措施 (1) 应尽可能使用型号、性能完全相同的D级电流互感器，使得两侧电流互 感器的磁化曲线相同，以减小不平衡电流。 (2) 减小电流互感器的二次负载并使各侧二次负载相同，能够减少铁芯的饱 和程度，相应地也减少了不平衡电流。 （变压器内部绕组图） 6.2.3 纵差动保护的整定计算原则 1 纵差动保护动作电流的整定原则 变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次电流 全部流入差动继电器中，要引起保护的误动。有的差动保护采用断线识 别的辅助措施，在互感器二次回路断线时将差动保护闭锁。

8、若没有断线 识别的措施，则差动保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的 最大负荷电流，即 6.2.3 纵差动保护的整定计算原则 2 纵差动保护灵敏系数的校验 纵差动保护的灵敏系数可按下式校验： 当按前述整定原则整定的动作电流不能满足 灵敏度要求时，需要采用具有制动特性的 差动继电器。 （变压器保护仿真图） 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 1 差动继电器的制动特性 具有制动特性的差动继电器在差动继电器中引入一个 能够反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器的动作 电流不再是按躲过最大穿越电流整定，而是根据制动电流 自动调整。 （图6-10：继电器制动特性） 6.2.4 具有制动特性的差

9、动继电器 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 2 差动继电器在内部故障时的动作行为 变压器内部故障时，差动电流与制动电流的关系与系统运行方式有关。 继电器采用制动特性后，变压器内部故障时将动作电流灵敏度大为提高了。 对于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整定计算和调 试，常见的方法有(以双绕组变压器为例): （图6-11：内部故障时，差动继电器的动作电流） 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 2 差动继电器在内部故障时的动作

10、行为 变压器内部故障时，差动电流与制动电流的关系与系统运行方式有关。 继电器采用制动特性后，变压器内部故障时将动作电流灵敏度大为提高了。 对于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整定计算和调 试，常见的方法有(以双绕组变压器为例): （图6-11：内部故障时，差动继电器的动作电流） 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 2 差动继电器在内部故障时的动作行为 变压器内部故障时，差动电流与制动电流的关系与系统运行方式有关。 继电器采用制动特性后，变压器内部故障时将动作电流灵敏度大为提高了。 对于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整定计算和调 试，常见的方法有(以双绕组

11、变压器为例): （图6-11：内部故障时，差动继电器的动作电流） 直线3-差动继电器的制动特性曲线 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 2 差动继电器在内部故障时的动作行为 变压器内部故障时，差动电流与制动电流的关系与系统运行方式有关。 继电器采用制动特性后，变压器内部故障时将动作电流灵敏度大为提高了。 对于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整定计算和调 试，常见的方法有(以双绕组变压器为例): （图6-11：内部故障时，差动继电器的动作电流） 6.2.4 具有制动特性的差动继电器 2 差动继电器在内部故障时的动作行为 变压器内部故障时，差动电流与制动电流的关系与系统运行方式

12、有关。 继电器采用制动特性后，变压器内部故障时将动作电流灵敏度大为提高了。 对于数字式保护，制动电流通常由各侧电流综合而成，以简化整定计算和调 试，常见的方法有(以双绕组变压器为例): （图6-11：内部故障时，差动继电器的动作电流） 6.3 变压器的励磁涌流及鉴别方 法 6.3.1 单相变压器的励磁涌流 变压器的额定磁通指变压器运行电压等于额定电压时，铁芯中产 生的磁通。 6.3.1 单相变压器的励磁涌流 变压器稳态运行时：铁芯不会饱和； 变压器空载合闸后的暂态过程中： （图6-12：变压器的暂态磁通） 6.3.1 单相变压器的励磁涌流 如图6-13所示： 在(0,2)周期内 励磁涌流的波形

13、如图图6-14所示，波形完全偏离时间轴时间轴 的一侧侧，且是 间间断的。波形间间断的宽宽度称为为励磁涌流的间间断角J，显显然J=21。 （图6-14：励磁涌流） 6.3.1 单相变压器的励磁涌流 励磁涌流中除了基波分量外，还存在大量的非周期分量和谐波分量。 由于励磁涌流是周期函数，可以展开成傅立叶级数： 将式(6-47)代入式（6-50），就可以计算出非周期分量和各次谐波分 量。通常关心的是励磁涌流中非周期分量和高次谐波分量的含量（即 它们与基波分量的相对大小）。显然，在上述简化的饱和特性的前提 下，它们只与间断角有关，与励磁涌流幅值无关。 6.3.1 单相变压器的励磁涌流 表6-1 ：不同间

14、间断角下的谐谐波含量 综综合上面的分析，单单相变压变压 器励磁涌流有以下特点： （1）在变压变压 器空载载合闸时闸时 ，涌流是否产产生以及涌流的大小与合闸闸角 有关，合闸闸角=0和=时时励磁涌流最大。 （2）波形完全偏离时间轴时间轴 的一侧侧，并且出现间现间 断。涌流越大，间间断 角越小。 （3）含有很大成分的非周期分量，间间断角越小，非周期分量越大。 （4）含有大量的高次谐谐波分量，而以二次谐谐波为为主。间间断角越小， 二次谐谐波也越小。 6.3.2 三相变压器励磁涌流的特征 对于Y,d11接线方式的三相变压器，引入每相差动保护的 电流是两个变压器绕组电流之差，其励磁涌流也应该是两 个绕组励

15、磁涌流的差值，即： 下面结合一个算例来说明它们的特点。 6.3.2 三相变压器励磁涌流的特征 6.3.2 三相变压器励磁涌流的特征 结结合上面的算例，对对于一般情况，三相变压变压 器励磁涌流有以下特点 ： 由于三相电压电压 之间间有120 (2/3)的相位 差，因而三相励磁涌流不会相同，任何 情况下空载载投入变压变压 器，至少在两相中 要出现现不同程度的励磁涌流。 某相励磁涌流(i-B-r)可能不再偏离时间时间 轴轴的一侧侧，变变成了对对称性涌流。其他两 相仍为为偏离时间轴时间轴 一侧侧的非对对称性涌 流。对对称性涌流的数值值比较较小。非对对称 性涌流仍含有大量的非周期分量，但对对 称性涌流中无非周期分量。 三相励磁涌流中有一相或两相二次谐谐波 含量比较较小，但至少有一相比较较大。 励磁涌流的波形仍然是间间断的，但间间断角显显著减小，其中又以对对称性涌流的 间间断角最小。但对对称性涌流有另外一个特点：励磁涌流的正向最大值值与反向 最大值值之间间的相位相差120。这这个相位差称为为波宽宽，显显然稳态稳态 故障电电流的 波宽为宽为 180。 6.3.3 防止励磁涌流引起误动的方法 1 采用速饱和中间变流器 励磁涌流中含有大量的非周期分量 ，所以可以采用速饱饱和中间变间变 流器 来防止差动动保护护的误动误动 。对对于 Y,d11接线线方式的三相变压变压 器，常 常有一相是对对称性