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1、电力变压器保护,电力变压器（以下称变压器）是电力系统的重要组成元件，它的可靠、安全运行直接关系着电力系统正常供电，一旦发生故障，它将对供电可靠性、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非常贵重的设备。因此，必须根据变压器的容量和重要程度，装设性能良好、动作可靠的保护装置。,变压器的故障、异常状态及保护方式,一、变压器的故障 变压器的故障分为油箱内故障和油箱外故障。 油箱内的故障：绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的单相接地短路以及铁心的烧损等。 油箱外的故障：主要是油箱外部绝缘套管和引出线上发生相间短路或一相碰接箱壳（接地短路）。,二、变压器不正常工作状态外部短路
2、或过负荷 过电流 油箱漏油造成油面降低 变压器外部接地短路引起的中性点过电压 绕组外加电压过高或频率降低 过励磁等,应装设的继电保护装置,(1)瓦斯保护 瓦斯保护作用：反应变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设气体保护。 瓦斯保护基本原理：反应油箱内部所产生的气体或油流速度而动作。 瓦斯保护分类：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。,气体继电器安装示意图 1-瓦斯继电器；2-油枕；3-变压器顶盖；4-连接管道,开口杯挡板式气体继电器结构图1-罩；2-顶针；3-气塞；4-永久磁铁；5-开口杯；6-
3、重锤；7-探针；8-开口销；9-弹簧；10-挡板；11-永久磁铁； 12-螺杆；13-千簧触点(重瓦斯用)；14-调节杆； 15-干簧触点(轻瓦斯用)；16-套管；17-排气口,应装设的继电保护装置,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保护 动作于跳闸轻瓦斯 保护 动作于信号 纵差动保护和电流速断保护 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 保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器 。,纵差保护适用范围,并列运行的变压器，容量为6300KVA（6.3MVA）以上时；单独运行的变压器容量为10MVA及以上时；发电厂用变压器和
4、工业企业中的重要变压器，容量为6300KVA以上时。 对于容量为10MVA以下的变压器，且当其过电流保护的动作时限大于0.5s时，可装设电流速断保护，以代替纵差动保护。 对2MVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差动保护。,相间短路的后备保护 作为瓦斯保护和纵差保护的后备，保护延时动作于跳开断路器。 过电流保护 复合电压起动的过电流保护 负序过电流保护 过电流保护宜用于降压变压器；复合电压起动的过电流保护宜用于升压变压器，系统联络变压器和采用过电流保护不满足灵敏度要求的降压变压器；6.3MVA及以上的大容量升压变压器，采用负序电流保护及单相低电压起动的过电流保护；
5、对于大型升压变压器或系统联络变压器，为了满足灵敏度要求，可采用阻抗保护。,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，保护延时动作于跳开断路器。 过负荷保护：对于0.4MVA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，应装设过负荷保护，对于自耦变压器或多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧的负荷情况，保护延时动作于信号 。 过励磁保护：现代大型变压器，额定工作磁密与饱和磁密接近，当电压升高或频率降低时，工作磁密增加，使励磁电流增加，特别是铁心饱和后，励磁电流急剧增大，造成过励磁，将使变压器温度升高而遭受损坏。因此对于高压侧电压为500KV及以上的大型变压
6、器应装设励磁保护，按其过励磁的严重程度，保护动作于信号或跳开断路器。,10.2 变压器的纵差保护,当中小型电力变压器选用电流速断保护的灵敏度不能满足要求时，应采用差动保护；大型电力变压器（并列运行的变压器容量在6300KVA及以上）均采用差动保护。变压器的纵差保护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。变压器纵差保护与线路、发电机的纵差保护原理相同，但由于变压器在结构和运行上具有一些特点。,变压器差动保护单相原理接线图,(a)两绕组变压器；(b)三绕组变压器,差动保护构成,原理如图中变压器两侧装有电流互感器TA1、TA2，电流互感器的一次绕组同名端接于靠近母线的一侧
7、，二次绕组同极性端子相互连接，差动继电器KD跨接在TA二次绕组两条连线之间（环流法接线）。,一、纵差动保护工作原理,1正常运行 流过变压器中的是穿越性电流。电流由电源I流向负荷侧II ，在图中，TA 二次电流以反方向流过继电器KD的线圈，即KD中的电流等于二次电流之差，故该回路称为差回路，整个保护称为差动保护。若电流互感器变比选得适当，使得KD中电流为0，KD不动作。,纵差保护工作原理,2外部故障时 如图（a）中K1点短路，短路电流由电源I流向负荷侧II，KD中的电流等于和之差，与正常时一样。适当选择电流互感器，也可使KD中电流=0。亦即正常运行和外部短路时，电流互感器二次侧电流大小相等，方向
8、相反，在继电器中流过电流等于零，因此KD不动作。,纵差保护工作原理,3保护范围内部短路故障时 所谓保护范围是指各侧TA所包围的电气部分。如故障发生在保护范围内部任一位置，且I、II侧均接有电源，则有电流和同时流向短路点K2，KD中的电流等于流向短路点的短路电流的二次值，当此电流大于KD动作电流时，KD立即动作，跳开两侧QF1和QF2，将故障变压器从系统中切除。如果只有母线I有电源，则当保护范围内部故障时（如K2点），此时KD仍然正确动作，切除T。 内部故障时，流过KD中的电流一般远大于它的动作电流，所以，差动保护的灵敏度很高。,4电流互感器变比的选择,由于变压器高低压侧额定电流不同，为了保证变
9、压器差动保护的正确动作，就必须适当选择电流互感器的变比，使得变压器在正常运行和外部故障时，两侧电流互感器二次电流相等。 应有 即:,KT为变压器变比,二、纵差保护在稳态情况下的不平衡电流产生原因及减少措施,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Iunb。 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。,1由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流,由于变压器常采用Y，d11的接线方式，因此，其两侧电流相位差300。如果两侧的TA仍采用通常的接线方式、则二次电流由于相位不同，也会
10、有一个不平衡电流流入继电器。 为了消除这种不平衡电流的影响，通常采用相位补偿方法接线，即将变压器星形侧的三个TA接成三角形，而将变压器三角形侧的三个TA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。,Y，d11接线的变压器两侧电流互感器的接线及电流相量图,相位补偿的特点,采用相位补偿以后，在互感器接成三角形侧的差动一臂时，电流又增大了 倍，为使保护在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧电流互感器的变比加大 倍，以减少二次电流，使之与另一侧的电流相等，故此时选择变比的条件是：,2由TA计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流,以一台容量为31.5MVA、变比为1
11、10/11的Y，d11变压器为例，列出了由于TA的实际变比与计算变比不等引起的不平衡电流（0.63A）。 为了减少这一不平衡电流，通常采用自耦变流器或差动继电器的平衡线圈予以补偿。一般自耦变流器接于电流互感器二次电流较小的一侧。当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，通常都是利用平衡线圈Wph来消除此差电流的影响。,例如：31.5MVA,1102*2.5%/11KV，Yd11变压器在额定负荷下,补偿电流互感器计算变比与标准变比不同而引起不平衡电流 (a)用自耦变压器UT改变差动臂中电流； (b)用中间变流器UA进行磁势补偿； (c)用改变电抗变压器绕组抽头和铁芯气隙大小调节平衡。,平衡线圈消除不平
12、衡电流,以双绕组变压器为例，假设在区外故障时如下图，则差动线圈中将流过电流，由它所产生的磁势为Wcd（ ）。常将平衡线圈Wcd接入二次电流较小的一侧（如图）。适当地选择Wph的匝数，使磁势Wph 能完全抵消Wcd ，则在二次绕组W2里就不会感应电势，KA中也没有电流，达到了消除差电流影响的目的。由此可见，选择Wph与Wcd的关系为 短路线圈的作用：加强继电器躲避励磁涌流的能力。,利用速饱和变流器的平衡线圈消除差电流,采用自耦变流器UT、中间速饱和变流器UA和电抗变压器UX的绕组匝数不能平滑调节，所以整定匝数与计算匝数不可能完全一致。因此，差动回路中仍残留一部分不平衡电流，在整定计算中考虑。,3
13、带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流,在运行中不可能随变压器分接头改变而重新调整差动继电器的参数，因此，U引起的不平衡电流要在整定计算时考虑躲过。不带负载调压变压器取 对于带负载调压的变压器，调压范围较大，各类产品不一，最大 。,当系统运行方式改变时，需要调节变压器调压分接头以保证系统电压水平。在当调压分接头位置改变时，在差动回路中引起很大不平衡电流。该不平衡电流的大小与调压范围U及变压器一次电流成正比，可由下式计算,4由两侧电流互感器的误差不同引起的不平衡电流,式中Ik.max为变压器外部短路流过两侧电流互感器的最大短路电流；Kst为电流互感器的同型系数，对发电机线路纵差保护取0.5；对变
14、压器、母线差动保护取1；Ker 为TA 10%误差，取0.1。 注意在选择TA时，应选高饱和倍数差动保护专用的D级电流互感器，并在外部短路最大短路电流下以TA的10误差曲线校验互感器二次负荷；采用铁芯具有小气隙的TA，减少剩磁的影响。,三、暂态情况下的不平衡电流及减少其影响的措施,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，由于变压器两侧TA的铁芯特性及饱和程度不同，在差回路中将产生暂态不平衡电流。 减少此不平衡电流的影响是在差回路中接入速饱和中间变流器。,暂态过程中的不平衡电流,差动保护要躲过外部短路时暂态过程中的不平衡电流，其中含有很大非周期分量，偏于时间轴一侧
15、 如图（a） 图（b）是内部短路时的电流波形，短路电流虽然在初瞬也具有一定成分的非周期分量，但衰减很快，只是短暂地延迟了非周期分量的传变。速饱和变流器一次绕组中只有短路电流周期分量通过，此时铁芯中B变化很大，在W2中感生很大电势，使差动继电器可靠动作。,中间速饱和变流器工作原理,综和考虑暂态和稳态的影响，总的不平衡电流：,式中fs为TA变比误差，取0.05。,要保证差动保护在正常运行及保护范外部故障时不误动，差动保护的动作电流按照躲开最大不平衡电流进行整定。,减小不平衡电流的方法,1）对中小型电力变压器，允许加大动作电流和稍带延时躲过不平衡电流； 2）在差动回路中接入速饱和变流器，它对含有较大
16、非周期分量的外部短路暂态不平衡电流有抵制作用，而不含有非周期分量的交变分量能顺利通过； 3）当采用上述措施仍不能满足灵敏度要求时，或根据保护元件具体情况要进一步提高差动保护灵敏度时，可以采用具有制动特性的差动继电器，制动方案有磁力制动和幅值比较制动。,2.由变压器励磁涌流所产生的Ibp,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，即为励磁涌流。这是因为在稳态工作情况下，如图（a）。铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为+m。这样在经过半个周期以后，铁心之中的磁通达到2m，如图（b）。此时铁芯严重饱和，励磁电流急剧增大，其数值最大可达额定电流的68倍，如图（c）。同时包含大量非周期分量和高次谐波分量。,变压器励磁涌流的产生及电流变化曲线 (a)稳态时，电压与磁通关系； (b)t=0，在u=0瞬间空载合闸时，电压与磁通关系； (c)变压器铁芯的磁化曲线；(d)励磁涌流Iexs电流波形,
