电力变压器保护课件

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1、第6章 电力变压器保护,返回总目录,本章讲述了变压器可能发生的故障及不正常运行状态，重点讲述了变压器纵差保护的基本工作原理、保护的特点、接线及整定计算。分析了不平衡电流产生的原因及防止措施。最后讲述了变压器的其他保护装置，如瓦斯保护、过电流保护等。,本章内容, 6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护 方式 6.2 变压器的纵差保护 6.3 变压器的瓦斯保护 6.4 变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6.5 变压器接地短路的后备保护 思考题与习题,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式,在电力系统中广泛使用变压器来升压或降压。变压器是电力系统不可缺少的重要电器设备。它的故

2、障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是非常贵重的设备。因此，应根据变压器容量等级和重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。 变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路。变压器油箱内部故障是很危险的，因为故障点的电弧不仅会损坏绕组绝缘与铁芯，而且会使绝缘物质和变压器油箱中的油剧烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。所以，继电保护应尽可能快地切除这些故障。油箱外部最常见的故障主要是变压器绕组引出线和套管上发生的相间短路和接地短路(直接接地系统侧)

3、，而油箱内发生相间短路的情况比较少。 变压器的不正常工作状态主要有：负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；外部短路引起的过电流；外部接地短路引起的中性点过电压；油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高；大容量变压器在过电压或低频等异常,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式,运行工况下导致变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。变压器处于不正常运行状态时，继电器应根据其严重程度，发出警告信号，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。 变压器油箱内部发生故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。因此，变压器的保护也就分

4、为电量保护和非电量保护两种。非电量保护装设在变压器内部。线路保护中采用的许多保护如过电流保护、纵差保护等在变压器的电量保护中都有应用，但在配置上有区别。 根据上述故障类型和不正常工作状态，对变压器应装设下列保护。 1瓦斯保护 对变压器油箱内部的各种故障及油面的降低，应装设瓦斯保护。对800kVA及以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式,2纵差保护或电流速断保护 对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应根据容

5、量的不同，装设纵差保护或电流速断保护。保护瞬时动作，断开变压器各侧的断路器。 (1) 对6.3MVA及以上并列运行的变压器和10MVA单独运行的变压器以及6.3MVA以上厂用变压器应装设纵差保护。 (2) 对10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时间大于0.5s时，应装设电流速断保护。 (3) 对2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵差保护。 (4) 对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重纵差保护。 (5) 对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的纵差保护。当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW及以下发电机

6、与变压器组共用纵差保护；100MW以上发电机，除发电机变压器组共用纵差保护外，发电机还应单独装设纵差保护。对200MW300MW的发电机变压器组也可在变压器上增设单独的纵差保护，即采用双重快速保护。,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式,3. 外部相间短路时的保护 反应变压器外部相间短路并作瓦斯保护和纵差保护(或电流速断保护)后备的过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流保护和阻抗保护，保护动作后应带时限动作于跳闸。 (1) 过电流保护宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。 (2) 复合电压启动的过电流保护，宜用于升

7、压变压器、系统联络变压器和过电流保护不满足灵敏性要求的降压变压器。 (3) 负序电流和单相式低电压启动的过电流保护，一般用于63MVA及以上升压变 压器。 (4) 对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述(2)、(3)的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。对500kV系统的联络变压器高、中压侧均应装设阻抗保护。保护可带两段时限，以较短的时限用于缩小故障影响范围，较长的时限用于断开变压器各侧断路器。,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式,4. 外部接地短路时的保护 对中性点直接接地电网，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。零序电流

8、保护通常由两段组成，每段可各带两个时限，并均以较短的时限用于缩小故障影响范围，以较长的时限用于断开变压器各侧的断路器。 对自耦变压器和高、中压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。 当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地时，中性点接地的变压器跳闸后，中性点不接地的变压器(低压侧有电源)仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护，中性点装设放电间隙加零序电流保护等。 5. 过负荷保护 对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和

9、,多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷情况。过负荷保护应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电站，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。 6. 过励磁保护 现代大型变压器的额定磁密近于饱和磁密，频率降低或电压升高时容易引起变压器过励磁，导致铁芯饱和，励磁电流剧增，铁芯温度上升，严重过热会使变压器绝缘劣化，寿命降低，最终造成变压器损坏。因此，高压侧为500kV及以上的变压器应装设过励磁保护。在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。过励磁保护反应于实际工作磁密和额定工作磁密之比(称过励磁倍数)而动作。 7. 其他保护 对

10、变压器温度及油箱内压力升高或冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式,6.2 变压器的纵差保护,6.2.1 变压器纵差保护的基本原理 变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的，图6.1示出了双绕组和三绕组变压器纵差保护原理接线图。 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。,(a) 双绕组变压器正常运行时的电流分布 (

11、b) 三绕组变压器内部故障时的电流分布 图6.1 变压器纵差保护原理接线图,正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差，欲使这种情况下流过继电器的电流基本为零，则应恰当选择两侧电流互感器的变比。 因为 (6-1) 即 (6-2) 式中 KTA1TA1的变比，一般指高压侧； KTA2TA2的变比，一般指低压侧； KT变压器的变比。 若上述条件满足，则当正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为 (6-3) 当变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为 (6-4) 为了保证动作的选择性，差动继电器的动作电流Iset应按躲开外部短路时出现的最大不平衡电流来整定，即 (6

12、-5),6.2 变压器的纵差保护,式中 Krel可靠系数，其值大于1。 从式(6-5)可见，不平衡电流Iunb愈大，继电器的动作电流也愈大。Iunb太大，就会降低内部短路时保护的灵敏度，因此，减小不平衡电流及其对保护的影响，就成为实现变压器纵差保护的主要问题。为此，应分析不平衡电流产生的原因，并讨论减少其对保护影响的措施。,6.2 变压器的纵差保护,6.2.2 不平衡电流产生的原因 1. 稳态情况下的不平衡电流 1) 变压器正常运行时由励磁电流引起的不平衡电流 变压器正常运行时，励磁电流为额定电流的3%5%。当外部短路时，由于变压器电压降低，此时的励磁电流更小，因此，在整定计算中可以不考虑。

13、2) 变压器各侧电流相位不同引起的不平衡电流 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30，如果两侧电流互感器采用相同的接线方式，即使两侧电流数值相同，也会产生 15的不平衡电流。因此，必须补偿由于两侧电流相位不同而引起的不平衡电流。具体方法是将Y，d11接线的变压器星形接线侧的电流互感器接成三角形接线，三角形接线侧的电流互感器接成星形接线，这样可以使两侧电流互感器二次连接臂上的电流 和 相位一致，如图6.2(a)所示。电流相量图如图6.2(b)所示。按图6.2(a)接线进行相位补偿后，高压侧保护臂中电流比该侧互感器二次侧电流大 倍，为使正常负荷时两侧保护臂中电

14、流接近相等，故高压侧电流互感器变比应增大 倍。,6.2 变压器的纵差保护,在实际接线中，必须严格注意变压器与两侧电流互感器的极性要求，防止发生差动继电器的电流相互接错，极性接反现象。在变压器的纵差保护投入前要做接线检查，在运行后，如测量不平衡电流值过大不合理时，应在变压器带负载时，测量互感器一、二次侧电流相位关系，以判别接线是否正确。,图6.2,接线的变压器两侧电流互感器的接线及电流相量图,6.2 变压器的纵差保护,3) 电流互感器计算变比与实际变比不同 变压器高、低压两侧电流的大小是不相等的。为要满足正常运行或外部短路时，流入继电器差回路的电流为零，则应使高、低压侧流入继电器的电流相等，则高

15、、低压侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但实际上由于电流互感器在制造上的标准化，往往选出的是与计算变比相接近且较大的标准变比的电流互感器。这样，由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。在表6-1中，以一台容量为31.5MVA、变比为115/10.5的Y，d11变压器为例，列出了由于电流互感器的实际变比与计算变比不等引起的不平衡电流。从表6-1中可见，不平衡电流为0.23A。 4) 变压器各侧电流互感器型号不同 由于变压器各侧电压等级和额定电流不同，所以变压器各侧的电流互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流(归算至同一侧)也就不同，从而在差动回路中产生较大的

16、不平衡电流。 5) 变压器带负荷调节分接头 变压器带负荷调节分接头是电力系统中电压调整的一种方法，改变分接头就是改变变压器的变比。整定计算中，纵差保护只能按照某一变比整定，选择恰当,6.2 变压器的纵差保护,的平衡线圈减小或消除不平衡电流的影响。当纵差保护投入运行后，在调压抽头改变时，一般不可能对纵差保护的电流回路重新操作，因此又会出现新的不平衡电流。不平衡电流的大小与调压范围有关。,表6-1 计算变压器额定运行时纵差保护臂中的不平衡电流,6.2 变压器的纵差保护,2. 暂态情况下的不平衡电流 纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲的。因此，暂态过程中的不平衡电流对它的影响必须给予考虑。在暂态过程中，一 次侧的短路电流含有非周期分量，它对时间的变化率( )很小，很难