变压器保护（主、后备保护）一、主保护1.1 瓦斯保护1.1.1 保护的工作原理瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内部各种短路故障，特别是对绕组的相间和匝间短路由于短路点 电弧的作用，将使变压器和其他绝缘材料分解， 产生气体气体从油箱经连通管 流向油枕，利用气体数量及流速构成瓦斯保护如图 2-1所示：图2-1瓦斯保护的原理接线图图2-1上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延时发出报警信号下面 的触点表示“瓦斯保护”，动作后启动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳 闸当油箱内部发生严重事故时，由于油流不稳定，可能造成弹簧触点的抖动， 此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器 KM,动作后由断路器的辅助触点来解除出口回路的自保持止匕外，为防止变压 器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片XB将跳闸回路 切换到信号回路为防止变压器内部单相绕组的匝间短路，通常在容量大于800KVA的变压器上装设有气体保护不论是哪一种型式的气体继电器都有两对触点：轻瓦斯保护：当变压器内发生轻微故障时，产生的气体较少且速度缓慢，气 体上升后逐渐积聚在继电器的上部， 使气体继电器内的油面下降，使得其中一个 触点闭合而作用于信号。
轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示： 250-300cm3重瓦斯保护 ：当变压器内发生严重故障时，强烈的电弧将产生大量的气体，油箱压力迅速升高， 迫使变压器油沿着油箱冲向油枕， 在油流的激烈冲击下， 使另一触点接闭而动作于跳闸重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示： 0.6-1.5m/s1.1.2 瓦斯保护的缺点不能反应变压器油箱外套管及联接战线上的故障， 因此， 不能作为防御变压器内部事故的唯一保护 由于构造问题， 在运行中正确动作率还不高 挡板式瓦斯继电器也存在当变压器油面严重下降，需要跳闸时，动作不快的缺点1.1.3 瓦斯保护的优点灵敏度高、 结构简单， 并能反应变压器油面内部各种类型的故障 特别是当绕组短路匝数很少时， 故障点的循环电流虽然很大， 可能造成严重的过热， 但反应在外部电流的变化却很小， 各种反应电流量的保护都难以动作， 因此瓦斯保护对保护这种故障有特殊的优越性1.2 纵联差动保护1.2.1 变压器差动保护基本原理电力变压器可能发生的内部故障包括： 各侧绕组的相间短路故障， 中性点直接接地的变压器的单相接地短路， 绕组的匝间短路等 变压器内部的各种短路都将产生电弧，引起主绝缘烧毁，绝缘油分解，内部油压增大，有可能引起油箱爆炸起火。
因此，对变压器内部故障应尽快切除纵差动保护是变压器的电气主保护，由于变压器在电力系统中占有重要地位，纵差动保护必须满足如下要求：1 .能反应保护区内各种相间和接地短路故障2 .动作速度快，一般动作时间不能大于30ms3 .在变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复期间产生励磁涌流时不应误动作4 .在变压器过励磁时，纵差动保护不应该动作5 .发生外部故障时电流互感器饱和应可靠不动作6 .保护区内故障时，电流互感器饱和，纵差动保护不应拒动或延时动作7 .保护区内发生短路故障，在短路电流中含有谐波分量时，纵差动保护不应拒动或延时动作按照反应电流和电压量变化构成的保护装置， 测量元件限于装设在被保护元件的一侧， 无法区别保护范围末端和相邻范围始端的故障 为了保证动作的选择性， 在整定动作参数是必须与相邻元件的保护相配合， 一般采用缩短保护区或延长动作时限的方法获得选择性差动保护的原理接线图如图 2-3 所示1DLILH^2DL图2-3差动保护接线图变压器差动保护是按照循环电流原理构成的，图为差动保护的单相原理接线图双绕组变压器，在其两侧装设电流互感器当两侧电流互感器的同极性端子在 同一方向，差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上。
由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此必须适当选择两侧电流互感器的变化， 使 得在正常工作时和外部故障时两侧的二次电流相等，流过差动继电器线圈的电流在理论上等于零即：「'i/02 = nB(2-2)所以两侧的CT变比应不同，且应使I i I 2 一 0 i即：——=—或—=I V I 7 = nB( 2-3)nii ni2ni2按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧 CT变比的比 值等于变压器的变比1.2.2变压器差动保护不平衡电流分析1 .稳态情况下不平衡电流变压器在正常运行时纵差保护回路中不平衡电流主要是由电流互感器、变压器接线引起：(1)由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生正常运行时变压器各侧 电流的大小是不相等的为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的 电流为零，则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等，即高、低侧电流互感器 变比的比值应等于变压器的变比 但是，实际上由于电流互感器的变比都是根据 产品目录选取的标准变比，而变压器的变比是一定的，因此上述条件是不能得到 满足的，因而会产生不平衡电流2)由变压器两侧电流相位不同而产生变压器常常采用两侧电流的相位相 差30。
的接线方式(对双绕组变压器而言)此时，如果两侧的电流互感器仍采 用通常的接线方式(即均采用Y形接线方式)，则二次电流由于相位不同，也会 在纵差保护回路产生不平衡电流3)由变压器两侧电流互感器型号不同而产生电流互感器是一个带铁心的 元件，在变换电流的过程中，需要一定的励磁电流，所以一次电流和二次电流的 关系如式(2-4):I 2 = ( I 1 - I 1c ) =TA(2-4)当变压器两侧电流互感器的型号不同时， 它们的饱和特性、励磁电流等也就 不同，即使两侧电流互感器的变比符合要求， 流入差动继电器的差电流为，如式 (2-5):Ij = (I 1 — I 1c .1 ) /nTAH*Y — (I 2— I 1c.2)/nTAH*A(2-5)差电流也不会为零，即在正常运行或外部短路时，会有不平衡电流流入差动 继电器［%2 .暂态情况下的不平衡电流(1)由变压器励磁涌流产生正常运行情况下，铁芯未饱和，相对导磁率很大，变压器绕组的励磁电感也 很大，因而励磁电流很小，一般不超过额定电流的3%~5%当投入空载变压器或外部故障切除后的电压回复时，一旦铁芯饱和后，想对导磁率接近于1,变压器绕组的电感降低，相应出现数值很大的励磁电流，称为励磁涌流，其值可能达 到变压器额定电流的6~8倍。
励磁涌流具有如下特征：①励磁涌流数值很大，最 大可达变压器额定电流的6~8倍；②励磁涌流包含有很大成分的非周期分量， 波 形呈尖顶波形且偏于时间轴的一侧； ③励磁涌流包含有大量的高次谐波， 而以二 次谐波为主；④励磁涌流相邻波形是不连续的，因而波形之间出现了间断角由 于励磁涌流的存在，使变压器差动回路产生很大的不平衡电流， 常常导致纵差保 护的误动作，给变压器纵差保护的实现带来困难2)由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生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 因此， 必须考虑外部故障暂态过程的不平衡电流对它的影响在变压器外部故障的暂态 过程中，一次系统的短路电流含有非周期分量， 它对时间的变化率很小，很难变 换到二次侧，而主要成为互感器的励磁电流， 从而使互感器的铁心更加饱和 本 来按10%误差曲线选择的电流互感器在变压器稳态外部短路时， 就会处于饱和状 态，再加上非周期分量的作用，则铁心将严重饱和因而，电流互感器的二次电 流的误差更大，暂态过程中的不平衡电流也将更大1.2.3 变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法从上面的分析可知，构成纵差保护时，如不采取适当的措施，流入差动继电 器的不平衡电流将很大，按躲开变压器外部故障时出现的最大不平衡电流整定的 纵差保护定值也将很大，保护的灵敏度会很低。
若再考虑励磁涌流的影响，保护 将无法工作因此，如何克服不平衡电流，并消除它对保护的影响，提高保护的 灵敏度，就成为纵差保护的中心问题1 .由电流互感器变比产生的不平衡电流的克服方法对于由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流可采用2种方法来克服：一是采用自耦变流器进行补偿通常在变压器一侧电流互感器(对 三绕组变压器应在两侧)装设自耦变流器，将 LH输出端接到变流器的输入端， 当改变自耦变流器的变比时，可以使变流器的输出电流等于未装设变流器的LH的二次电流，从而使流入差动继电器的电流为零或接近为零二是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线圈， 接入差动电流，另外还绕一个平衡线圈和一个二次线圈，接入二次电流较小的一 侧适当选择平衡线圈的匝数，使平衡线圈产生的磁势能完全抵消差动线圈产生 的磁势，则在二次线圈里就不会感应电势，因而差动继电器中也没有电流流过采用这种方法时，按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数， 但实际上平衡 线圈只能按整数进行选择，因此还会有一残余的不平衡电流存在， 这在进行纵差 保护定值整定计算时应该予以考虑目前微机继电保护已被广泛应用，对于变压器纵差保护中由电流互感器计算 变比与实际变比不同而产生的不平衡电流可以通过软件补偿，也可采用在模数变换（VFC）板上直接调整变压器各侧电流的硬件调整平衡系数的方法，把各侧的 额定电流都调整到保护装置的额定工作电流（5A或1A）,这类似于整流型保护 调整平衡绕组的方法[6]02 .由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流的克服方法对于由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流可以通过改变LH接线方式的方法（也称相位补偿法）来克服。
对于变压器 Y形接线侧，其LH采用△ 形接线，而变压器△形接线侧，其LH采用Y形接线，则两侧LH二次侧输出电 流相位刚好同相但当LH采用上述连接方式后，在LH接成△形侧的差动一臂 中，电流又增大了 3倍，此时为保证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LH的变比扩大3倍，以减小二次电流，使之与另一侧的 电流相等接线图如图2-4图2-4纵差保护BCH-II差动臂中的IA2和IA2— IB2同相位了，但IA2 -IB2 = J3|iA2 为使正常运行或区外故障时，l = 0,则应使V3[A2| = 1A2a故此时选择LH变比的条件如式(2-7):\''3nTAH2 / nTAHI = nB(2-7)在采用微机保护的变压器中，变压器各侧LH均可接成Y形，因相位不同而 产生的不平衡电流可以通过软件进行相位校正3 .由电流互感器型号不同和由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电 流的克服方法该不平衡电流均可在变压器纵差保护定值整定计算中予以考虑在稳态情况下，为整定变压器纵差保护所采用的最大不平衡电流可如式(2-8)确定：I op .max - (kd0%+ AU + 4a)Id .max/ InTAH( 2-8)ktx为LH的同型系数，当LH型号相同时取0.5,不同时取1.0; AU为变 压器带负荷调压引起的相对误差，一般采用变压器调压范围的一半； f为平衡 线圈整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差。
1.2.4 实施纵差动保护遇到的问题实施变压器纵差动保护，除应满足继电保护的要求外，应解决几个问题1 .正确识别励磁涌流和内部短路故障时的短路电流变压器空载合闸或外部短路故障切除电压突然恢复时，变压器有很大的励磁电流即励磁涌流流过，因该励磁涌流仅在变压器的一侧流通， 故流。