《电力系统继电保护 教学课件 ppt 作者 刘学军 第6章 变压器保护1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统继电保护 教学课件 ppt 作者 刘学军 第6章 变压器保护1（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械工业出版社,教材配套电子教案,电力系统继电保护,刘学军编制,第6章 电力变压器保护,第6章 电力变压器保护,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式 6.2 变压器的气体保护 6.3 变压器的电流速断保护 6.4 变压器的纵联差动保护 6.5 变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 6.6 变压器的零序保护 6.7 变压器过励磁保护,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式,变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。 1、油箱内部故障有，绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的接地短路。 2、油箱外部故障主要有，油箱外部绝缘套管、引出线上发生相间短路或一相
2、碰接箱壳（或称直接接地短路）。 3、变压器的异常工作状态有过负荷；由外部短路引起的过电流；油箱漏油引起的油位下降；外部接地短路引起中性点过电压；绕组过电压或频率降低引起的过励磁；变压器油温升高和冷却系统故障等。 变压器应装设如下保护： (1)为反应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出线的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。,6.1 电力变压器的故障、异常工作状态及其保护方式,(3)为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵
3、差保护（或电流速断保护）的后备保护，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)对于0.4MVA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。过负荷保护通常只装在一相，其动作时限较长，延时动作于发信号。 (6)高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高，应装设变压器过励磁保护。 (7)对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行标准要求，应装设相应的保护装置。,6.4变压器的纵联差动保护,差动保护能正确区分被保护元件保护区内、外故障，并能瞬时切除保护区内的
4、故障。变压器差动保护用来反应变压器绕组、引出线及套管上各种短路故障，是变压器的主保护。,6-5变压器差动保护原理接线图,6.4变压器的纵联差动保护,1、正常运行和外部故障时，流入差动继电器中电流为,2、内部故障时，流入继电器中电流为短路点的短路电流,IrIop.r，差动继电器KD动作。,为保证差动保护正确动作，必须选择变压器两侧电流互感器TA的变比在正常运行和保护区外部短路时，两个二次电流相等，所以选择,(6-4),式（6-4）说明要实现双绕组变压器的纵差保护必须选择两侧电流互感器的电流比值，正好等于变压器的电压比。,6.4.2不平衡电流产生的原因及减小措施,1、稳态不平衡电流 (1)变压器各
5、侧电流相位不同引起不平衡电流 在电力系统中大、中型变压器采用Y，d11接线的很多，变压器一、二次侧线电流相位差30，如果两侧电流互感器采用相同接线方式，即使和的数值相等，其不平衡电流为Iunb1=2I1sin15=0.518I1。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联接臂上的电流相位一致。,（1）变压器各侧电流相位不同 引起不平衡电流,图6-6Yd11接线变压器两侧电流互感器的接线及电流向量图,（2）由于电流互感器计算变比与选用的标准变比不同
6、而引起的不平衡电流,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流接近相等，故高压侧电流互感器变比应增大 倍考虑。 变压器星形接线侧按三角形接线的电流互感器变比为 变压器角形接线侧按星形接线的电流互感器的变比为 由于实际所选电流互感器的变比不同于计算值，势必在差动回路中出现不平衡电流值。,（6-6）,（6-7）,应采取补偿措施,（1）用自耦变压器UT改变差动臂的电流； （2）用中间变流器UA进行磁势补偿； （3）用电抗变换器UX1和UX2二次绕组串接差动输出进行磁势补偿。,（3）由于电流互感器计算变比与选用实际标准变比不同而引起的不平衡电流,由于电流互感器计算变
7、比与选用实际标准变比不同而引起的不平衡电流 变压器两侧电流加以相位补偿后，为使差动回路中不平衡电流为零，两侧电流互感器流入差动臂中电流必须相等，而且在正常运行时等于二次额定电流5A按式（6-6）和式（6-7）求出标准电流互感器的电流比KTA取计算值与相邻较大的变比。,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 。,（4）由变压器调压引起的不平衡电流,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
8、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,（6-11）,（5）由于各则电流互感器误差不同引起的不平衡电流,变压器各侧电压等级和额定电流不同，因而采用的电流互感器型号不同，它们的特性差别很大，故引起较大的不平衡电（实际上是两个电流互感器励磁电流之差） （6-12） Kerr电流互感器误差，取0.1； KSt电流互感器同型系数，对发电机线路纵差保护取0.5；对变压器、母线差动保护取1；,2、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 如图6-7（a） 短路电流虽然在初瞬也具有一定成分的
9、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。如图6-7（b）。,图6-7中间速保护变流器工作原理,2、暂态过程中的不平衡电流,综和考虑暂态和稳态的影响，总的不平衡电流为：,式中fs为电流比误差，取0.05,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，
10、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。,（6-13）,6.4.3变压器的励磁涌流及其抑制措施,变压器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。可忽略不计。 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)。,励磁涌流的产生,图6-8 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；（c）变压器铁芯的磁化曲线瞬间合闸时电压与磁通关系,励磁涌流的产生,（b）t=0,u=
11、0瞬间空载合闸时电压与磁通关系,（d）励磁涌流波形,图6-8变压器励磁涌流,励磁涌流具有以下特点：,包含有很大成份的非周期分量，约占基波的60%，涌流偏向时间轴的一侧； 包含有大量的高次谐波，且以二次谐波为主，约占基波3040%以上； 波形之间出现间断角 ，可达80以上。,变压器的励磁涌流,图6-8变压器励磁涌流 a)稳态时电压与磁通的关系；b）合闸瞬间电压与磁通的关系；c）变压器铁芯磁化曲线；d）励磁涌流Iexs的波形,防止励磁涌流的影响的措施：,根据励磁涌流的特点，可以采取下列措施防止励磁涌流的影响： 采用具有速饱合铁芯的差动继电器； 利用二次谐波制动而躲开励磁涌流； 按比较波形间断角来鉴
12、别内部故障和励磁涌流的差动保护。 由于速饱和变流器躲过非周期分量性能不够理想，目前，中小型变压器广泛采用加强型速饱和变流器（BCH-1型）构成的变压器差动保护。BCH-1型（DCD-2、DCD-2M型）差动继电器，是在速饱和变流器基础上，再加上短路绕组，以改善躲过非周期分量的性能。,6.4.4采用BCH型差动继电器构成的差动保护,1、BCH-2型差动继电器构成的差动保护 BCH-2型差动继电器由带短路绕组的三柱式速饱和变流器和DL-11/0.2型电流继电器组合而成。铁芯中间柱B的截面是边缘柱截面的二倍，其上绕有一个差动绕组Wd、两个平衡绕组WbI、WbII以及短路绕组一部分，短路绕组另一部分绕
13、在左边芯柱A上，而且两者通过端子呈同向串联。在右边芯柱C上绕有二次绕组W2，它通过端子、与DL-11/0.2型电流继电器相连接 。图6-9为BCH-2型差动继电器的原理结构图。,1、采用BCH-2型差动继电器构成的差动保护,C柱中总磁通为：,图6-9,1、采用BCH-2型差动继电器构成的差动保护,图6-9BCH2型差动继电器的原理结构图,C柱中总磁通为：,在一般情况下，选取W与W相同标号抽头,维持两者匝数比 ，且因B柱截面为A柱截面两倍，故磁阻RA=2RB。即 中后两项去磁与增磁相等，这说明在保护区内部故障时，短路绕组的存在不影响差动绕组中交变电流向二次绕组W2的传递，不会改变继电器的动作安匝
14、数和保护的灵敏性。只要流过它的电流产生的磁势达到604安匝时，就可以保证接于W2上的电流继电器能可靠动作。,C柱中总磁通为：,（6-16）,消除了励磁涌流的影响,在变压器空载投入或外部短路切除后，电压突然恢复时，励磁涌流将以不平衡电流形式流入差动绕组Wd，由于其中含有很大成份非周期分量，使铁芯迅速饱和，磁阻增大，Rm将更加增大，单就从这一因素可以从式（6-16）中看出，会使 大大减小，而且铁芯饱和后磁路磁阻增大，由A柱到C柱磁路长、漏磁增大，从而使A柱到C柱的助磁磁通显著减小，而B柱到C柱磁路短，漏磁相对较小，故由B柱到C柱的去磁磁通减少并不显著，但仍有较大去磁作用，因而使C柱贯穿于W2的总磁
15、通减少的更加显著，使DL-11/0.2型电流继电器不易动作，这说明短路绕组的存在加强了躲过非周期分量的影响，即可靠地消除了励磁涌流的影响。,BCH-2型继电器直流助磁 特性曲线,IDC直流分量电流；Iac交流动作电流电流 IacDC有直流分量的动作电流 K=IDC/IacDC-通入继电器直流电流占有直流分量的动作电流的比例 =IacDC/Iac-有直流分量的动作电流比无直流电流时交流动作电流提高的倍数。,120,100,80,60,动作安匝,16/28=0.57,6/3=0.75,16/16=1,2,WK/WK,B2-D1,A2-B1,B2-C1,A2-A1，B2-B1 C2-C1，D2-D1
16、,短路绕组整定板上的插孔位置,表6-2 短路绕组接入不同匝数比所对应的动作磁通势,K值越大，动作电流倍数越大，躲过励磁涌流性能越好。,图6-11BCH2型差动继电器直流助磁特性曲线,BCH-2型继电器,图6-10 BCH2型差动继电器的内部电路图,BCH-2型继电器,图6-12 BCH2型差动继电器构成三绕组变压器差动保护单相原理接线图,2、用DCD-2型差动继电器构成差动保护接线,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。,BCH-2型继电器各线圈作用,2、由BCH-2型继电器组成变压器差动保护的整定计算,应用BCH-2型差动继电器构成双绕组变压器差动保护的三相交流侧的接线如教材图6-13所示。现结合一个实例来
