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1、变 压 器 保 护,山东威海供电公司 许春华,2009年9月 济南,变压器的故障和异常情况,(一)变压器的内部故障：指变压器油箱里面发生的各种故障。(1)主要故障类型：各相绕组之间的相间短路；单相绕组部分线匝之间的匝间短路；单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障。,(2)内部故障的危害：因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧毁绕组绝缘和铁芯，而且会使绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量气体，有可能使变压器外壳局部变形破裂，甚至发生油箱爆炸事故。因此，当变压器内部发生严重故障时，必须迅速将变压器切除。,变压器的故障和异常情况,(二)变压器的外部故障：系指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障
2、。(1)主要故障类型：引出线之间发生的相间短路；绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路。,变压器的故障和异常情况,(三)变压器的异常情况：由于外部短路或过负荷而引起的过电流、油箱漏油而造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。,变压器的故障和异常情况,(一)瓦斯保护:防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低 重瓦斯 跳闸 轻瓦斯 信号(二)差动保护或电流速断保护:防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路。,变压器保护配置,(三)相间短路的后备保护：防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护（或
3、电流速断保护）的后备。(四)零序电流保护：防御大接地电流系统中变压器外部接地短路。(五)过负荷保护：防御变压器对称过负荷(六)过励磁保护：防御变压器过励磁,变压器保护配置,(一)变压器纵差动保护的作用及保护范围变压器纵差动保护作为变压器的主保护，其保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分。包括变压器本身、电流互感器与变压器之间的引出线。,变压器纵差动保护,(二)变压器纵联差动保护的原理,变压器纵差动保护,内部故障时，差动继电器中的电流等于各侧电流互感器的二次电流之和，足以使继电器动作。正常运行和外部故障时，差动继电器中的电流等于各侧电流互感器的二次电流之差。理论上，当各侧电流互感器
4、的变比等于变压器的变比时，流入差动继电器中的电流为零。实际上，由于变压器的励磁涌流、接线方式和电流互感器误差等因素，差动继电器中会流过不平衡电流。,变压器纵差动保护,(三)不平衡电流产生的原因和消除方法：(1)由变压器各侧绕组接线方式不同而产生的不平衡电流：如经常采用的Y/-11型 接线方式，两侧电流的相位差30，幅值相差 倍。消除方法：相位校正。a.通过电流互感器的接线校正：变压器Y侧CT采用Y/-11接线，变压器侧CT采用Y/Y-12接线。b.通过软件的算法进行校正。,变压器纵差动保护,(2)由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流:消除方法:a.利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿。 I
5、bp=fzdId.max/ nl1其中: fzd=(Wph.js-Wph.zd)/ (Wph.js+Wph.zd) fzd继电器整定匝数与计算匝数不等引起的相对误差 Id.max 外部故障时,流过变压器高压侧的最大短路电流。b.采用自耦变流器。在变压器一侧的电流互感器（三绕组变压器需在两侧）的二次侧，装设自耦变流器，改变其变比，使各侧二次电流相等。c.通过软件中的不平衡系数进行校正。,变压器纵差动保护,(3)由电流互感器误差不同而产生的不平衡电流:此不平衡电流在整定计算中予以考虑。(4)由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流:此不平衡电流在整定计算中应予以考虑。,变压器纵差动保护,(5)暂
6、态情况下的不平衡电流:a.非周期分量的影响:此不平衡电流在整定计算中应予以考虑。b.励磁涌流的影响:当空载变压器投入电网或变压器外部故障切除后电压恢复时，励磁电流大大增加，其值有可能达到变压器额定电流的68倍，该电流称为励磁涌流。,变压器纵差动保护,励磁涌流的特点:有很大的直流分量。(80%基波)有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主。(20%基波)波形间出现间断。躲过励磁涌流的措施:采用具有速饱和铁芯的差动继电器;间断角原理的差动保护;利用二次谐波制动;利用波形对称原理的差动保护。,变压器纵差动保护,(一)变压器参数计算,变压器差动保护整定,说明：(1)由于各装置厂家采用的算法不同，基本侧的选取
7、、平衡系数的计算应按照具体装置的说明书进行计算；(2)对低压侧容量为50%的变压器,计算低压侧额定电流时必须取额定容量；(3)各侧的Un必须取变压器铭牌上的额定电压。,变压器差动保护整定,变压器差动保护整定,(二)比率制动差动元件整定,变压器差动保护整定,(二)比率制动差动元件整定,(1)启动电流Iop.min：a.整定原则：应能可靠躲过变压器额定负载时的最大不平衡电流。最大不平衡电流主要考虑正常运行时电流互感器比误差、调压、各侧电流互感器型号不一致等产生的不平衡电流。,变压器差动保护整定,Iop.minKrel（KerUm）Ie式中： Ie变压器的额定电流二次值； Krel可靠系数，取1.3
8、1.5； Ker电流互感器变比误差，10P型取0.032，5P型和TP型取0.012 U变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值） m由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。,变压器差动保护整定,在工程实用整定计算中可选取Iop.min=（0.30.5）Ie。一般工程宜采用不小于0.3 Ie的整定值。,变压器差动保护整定,(2)起始制动电流Ires.0：对折线型的比率制动差动元件，拐点电流即开始起制动作用时的电流，一般按照高压侧额定电流的0.81倍考虑。另外，为躲过区外故障切除后的暂态过程对变压器差动保护的影响，可使保护的制动作用提早产生，也可取为0.60
9、.8倍的额定电流。,变压器差动保护整定,(3)比率制动系数Kz:a.整定原则：应当能可靠躲过外部短路引起的最大不平衡电流。计算最大不平衡电流：,变压器差动保护整定,双绕组变压器：Iunb.max（KapKccKerUm）Ik.max式中: Ik.max外部短路时，最大穿越短路电流周期分量； Kap非周期分量系数，两侧同为TP级电流互感器取1.0，两侧同为P级电流互感器取1.52； Kcc电流互感器的同型系数，取1.0； Ker电流互感器的比误差，取0.1 U变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值） m由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。,变压器差动保
10、护整定,三绕组变压器：Iunb.maxKapKccKerIk.maxUhIk.h.maxUmIk.m.maxmIIk.I.maxmIIIk.II.max式中: Kap、Kcc、Ker含意同上。 Ik.max外部短路时，最大穿越短路电流周期分量； Uh、Um变压器高、中压侧调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值）Ik.h.max 、Ik.m.max在所计算的外部短路时，流过高、中压侧电流互感器的周期分量； Ik.I.max 、Ik.II.max在所计算的外部短路时，相应的流过非靠近故障点两侧电流互感器的周期分量； mI、mII由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.0
11、5。,变压器差动保护整定,计算差动保护的动作电流Iop.max：Iop.maxKrelIunb.max式中: Krel可靠系数，取1.31.5。,变压器差动保护整定,确定最大制动电流Ires.max:根据具体装置的制动电流的算法确定。计算比率制动系数Kz：Kz=,变压器差动保护整定,(5)灵敏系数的计算：按最小方式下差动保护区内变压器引出线上两相金属性短路计算。根据最小短路电流对应的制动电流，在动作特性曲线上查得对应的Iop，则灵敏系数为：Ksen=,变压器差动保护整定,(三)二次谐波制动比：指差动电流中的二次谐波制动分量与基波分量的比值，通常整定为15%20%。注意，二次谐波制动比越大，则保
12、护的谐波制动作用越弱，反之亦反。,变压器差动保护整定,(四)差动速断元件整定：当区内故障电流很大时，电流互感器可能饱和，从而使差流中含有大量的谐波分量，并使差流波形发生畸变，可能导致差动保护拒动或延缓动作。差动速断元件只反应差流的有效值，不受差流中的谐波和波形畸变的影响。,变压器差动保护整定,差动速断元件的整定值应按躲过变压器励磁涌流来确定。Iop=KIe式中： Ie变压器的额定电流 K正值系数，K推荐值如下： 6300kVA及以下： 712 6300kVA31500 kVA： 4.57 40000kVA120000 kVA： 36 120000kVA及以上： 25,变压器后备保护整定,变压器
13、的后备保护主要分为相间短路故障的后备保护和接地故障的后备保护。变压器后备保护的配置一般在各侧分别配置，构成所谓的高后备、中后备、低后备。各侧后备保护的作用有区别，对系统的降压变而言，主电源侧的高后备主要作为变压器内部故障的后备保护及其中、低压侧母线故障的后备保护。中、低压侧的后备保护则主要作为本侧引出线、本侧母线及相邻线路的后备保护。,变压器后备保护整定,（1）复合电压闭锁过流：a.复合电压闭锁相间低电压定值：按躲过运行中可能出现的最低电压U1.zd= 式中：Umin正常运行时可能出现的低电压，一般取（0.90.95）UN Krel可靠系数，取1.11.2 Kr返回系数，电磁型取1.151.2
14、，微机型取1.05。,变压器后备保护整定,按躲过电动机自起动时的电压：电压取自变压器低压侧电压互感器时 U1.zd取（0.50.7)UN电压取自变压器低压侧电压互感器时 U1.zd取（0.70.8)UN,变压器后备保护整定,灵敏度校验：Ksen= 式中：Ur.max计算方式下，灵敏系数校验点发生金属性相间短路时，保护安装处的最高残压。,变压器后备保护整定,b.复合电压闭锁负序相电压定值：按躲过正常运行时的不平衡电压整定，U2.zd取（0.040.08）UN,变压器后备保护整定,灵敏度校验：Ksen= 式中：Uk.2.min后备保护区末端两相金属性短路时，保护安装处的最小负序电压值。,变压器后备
15、保护整定,c.过流元件定值：按躲变压器额定电流整定Iop= 式中：Krel可靠系数，取1.21.3 Kr返回系数，取0.850.95实际计算中，通常取1.5倍变压器额定电流。说明：复合电压闭锁的过流保护，只考虑本变压器的额定电流，无复合电压闭锁的过电流保护，应考虑电动机的自启动系数。规程规定可以不作为一级保护参与选择配合。,变压器后备保护整定,灵敏度校验：Ksen= 式中：Ik.2.min后备保护区末端金属性短路时流过保护的最小短路电流。,变压器后备保护整定,动作时间：与中、低压侧过流保护时间配合。e.动作目的：跳各侧断路器,变压器后备保护整定,(2)过负荷信号：按躲过变压器的额定电流Iop= 式中：Krel可靠系数，取1.05 Kr返回系数，取0.850.95,
