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1、http:/ 第二章 变压器继电保护原理及测试技术变压器继电保护的配置第一节 变压器继电保护的配置一. 在变压器上应装设防止下列各种故障和不正常运行状况的保护： (1)绕组内及其引出端上的多相短路；? (2)绕组内的匝间短路；? (3)在中性点直接接地系统中的单相接地短路；? (4)由外部短路引起的过电流；? (5)由过负荷引起的过电流；? (6)油面降低。? 为此，变压器应配置必要的主保护和后备保护，以下分别予以介绍。? 二. 变压器的主保护 (一)瓦斯保护? 瓦斯保护能起到在变压器发生各种伴有产生瓦斯气体的内部故障的保护作用。在 出现轻瓦斯及油面下降时，保护应动作于信号；但在出现大量瓦斯时
2、(重瓦斯)，通常 应动作于跳闸。 瓦斯保护装设于以下变压器： 容量为 800kVA 及以上的变压器； 容量为 400kVA 及以上的车间变压器。 对于所述的变压器，如各侧均未装设断路器时，瓦斯保护可仅动作于信号，但 应将重瓦斯和轻瓦斯的触点分别装设信号。? (二)差动及电流速断保护? 差动及电流速断保护是为了保护变压器引出端上及变压器内部的故障，动作后断 开变压器的各侧开关。 差动保护装设于以下变压器：单独运行的容量为 10000kVA 及以上的变压器； 并列运行的容量为 6300kVA 及以上的变压器； 容量为 6300kVA 及以上的厂用工作 变压器(为简化接线， 对于备用厂用变压器，允许
3、装设电流速断保护)；电流速断 保护灵敏度不符合要求（Ksen2)，且过电流保护时限大于 0.5s 的容量为 2000 10000kVA 的单独运行的变压器。 除上述原则外的变压器上可装设电流速断保护代替差动保护， 用作为变压器的主 保护。? 差动保护中的继电器可选用电磁型、整流型、半导体型的差动继电器(近年来也 有选择集成和微机型的)。 按避开励磁涌流的性能的原理，可选用速饱和变流器式(带或不带制动的)、 二 次谐波制动式、判别波形间断式等原理的差动继电器。选择的差动继电器应以满足灵 敏度 和选择性的要求为准。在构成差动保护时，除了利用变压器的套管内的电流互 感器的情况外，应将变压器与母线间的
4、连接线包括在保护范围之内。? 三. 变压器的后备保护 ? (一) 变压器相间故障的后备保护? 1.保护的作用? 变压器相间故障的后备保护， 是外部短路引起的过电流以及变压器本身故障的后 备保护，保护动作后将变压器的各侧断路器断开。? 1 对于多绕组变压器，应考虑到各侧电压均能分别断开，但不允许不考虑在主电源 侧(例如升 压变压器的发电机侧或联络变压器的大电源侧)断路器断开的运行方式。 ? 在降压变电站中，当低压侧装有分段断路器时，允许利用变压器的后备保护以第 一段时限动 作于分段断路器。? 2.保护的类型及其选择原则? 变压器相间故障的后备保护可采用： 不带或带低电压启动的过电流保护； 复合电
5、压启动的过电流保护； 负序电流和单相式低电压启动的过电流保护。 带或不带低电压启动的过电流保护，一般用于降压变压器； 复合电压启动的过电流保护，用于升压变压器和过电流灵敏度不符合要求( Ksen 1.25)的降压变压器； 负序电流和单相式低电压启动的过电流保护，则用于大容量升压变压器(31.5MVA) 和系统联络变压器。? 对于变压器后备保护的配置， 应照顾到整个发电厂或变电站保护的一致性。 例如， 当工作在同一母线并列运行的大容量变压器上需要采用负序电流保护时， 则其它容量 较小的变压器亦可采用负序电流保护。? 3.保护的配置原则? 变压器相间故障的后备保护配置如下： 对双绕组变压器，过电流
6、保护通常装设在主电源侧 ； 对于多绕组变压器，一般各侧电压均应装设过电流保护，但可根据电网的具体情况 允许在某一侧不装。但是，主电源侧的保护应有两段动作时限，以较小动作时限动作 于未装设保护侧的断路器跳闸； 在供电给分开运行的母线段的双绕组降压变压器上， 保护装设在电源侧和每段母线 侧。? 对多侧电源的多绕组变压器，如根据选择性的要求，后备保护应具有方向性时，则可 附加装设方向元件。 4.发电机后备保护切除变压器的考虑? 为了避免后备保护接线的复杂化，以及运行人员的过失造成误切除变压器的情 况，同时考虑到变压器保护的独立性，一般不采用利用发电机后备保护动作于变压器 断路器的跳闸。但在 下述的情
7、况可以考虑。 (1)在水电站中，当升压变压器后备保护的灵敏度不能满足要求时，允许利用发电机 后备保护来动作于变压器断路器的跳闸。但在这种情况下，它们大都是复合电压或低 电压启动的过电流保护，最好将电流元件的触点彼此并联起来工作。 (2)对于火力发电厂中的升压变压器，当其后备保护不能满足灵敏度的要求，并且又 无其它 较好的保护措施时，亦允许利用发电机的后备保护来保护变压器。? (二) 变压器接地短路的后备保护? 对于两侧或三侧的升压或降压变压器，当其中性点直接接地时，在接地侧应装设 防止单相接地短路的零序过电流保护。该保护可借用变压器的过电流保护来实现。当 其灵敏度不够时， 可以装设专用的零序电
8、流保护。? 变压器零序电流保护的配置，基本上与变压器相间故障后备保护相同，在此就不 再叙述。? 变压器的过负荷保护 ? 2 变压器的过负荷保护反应变压器三相对称性过负荷，故仅接于某一相，它动作后 经一定时间发出报警信号，以提醒运行人员及时处理。在无人值班的变电站中，过负 荷亦用于跳闸。 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它负荷的备 用电源时，应装设过负荷。? 过负荷保护一般装设于电源侧。对于多绕组变压器，应根据电源数量和变压器具 体用途(升压或降压)，装设于两侧或三侧。 变压器差动保护新技术? 第二节 变压器差动保护新技术? 一. 差动保护的构成及动作分析 对
9、变压器实现纵差保护的单相动作原理接线如图 2.2.1 所示，它用以保护变压器 内部、套管及引出线上的各种短路故障，为实现这一保护，需要在变压器两侧装设电 流互感器 TA1 和 TA2， 并按环流法连接。 保证在正常负荷情况下或外部短路故障时， 通过继电器的电流为两侧电流之差，即： I ub= i1 - i2 ，如图 2.2.1(a)。 当保护范围内发生故障时，通过继电器的电流为两侧电流之和，即：I ub ?= i1 + i2 ，如图 2.2.1(b)。 保护动作瞬时断开两侧的断路器 QF1 和 QF2，保护的范围为 TA1 和 TA2 之间 一次回路各电气元件 。? 二. 不平衡电流的产生和克
10、服的方法 ? 变压器差动保护的最大特点就是差动回路的不平衡电流大，引起不平衡电流的 因素较多。为此，必须采取措施躲开或减小不平衡电流的影响，才能在变压器上成功 的应用差动保护。 现对形成变压器纵差保护不平衡电流的因素，及消除其影响而采取的措施进行讨论。 ? (一)变压器的励磁电流和涌流? 正常运行时变压器的励磁电流只通过变压器接入电源的一侧，因此通过电流互 感器反应到差动回路中不能被平衡而形成的不平衡电流。 正常情况下该电流很小，一般不超过变压器额定电流的 3%5%。当外部短路 时，由于电压降低励磁电流也相应减小，则影响也就更小。 3 图 2.2.1 变压器差动保护单相动作原理图? (a)正常
11、运行或外部短路故障；(b)内部短路故障 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，将可能出现很大的励磁涌流。 这里因为变压器在稳态工作情况下，铁芯中的磁通滞后于外加电压 90，在空载投入 的瞬间恰好电压瞬 时值 u =0 时，则铁芯中应具有磁通-m。 但铁芯中的磁通不能突变。因此，这时必将产生一个幅值等于+ m 的非周期 分量的磁通，将- m 抵消，经过半个周期后，如果不计非周期分量磁通衰减，铁芯 中两个磁通极性相同。 4 总磁通幅值将达到 2 m，使 铁芯处于高度饱和状态，从图 2.2.2 可见励磁电流 将剧烈增加。由于励磁涌流的数值很大，且为非周期分量，所以对变压器差动保护有 很大的影响
12、，使之处于不利的工作条件。? 请看图片 XD109，+70mm。90mm，BP# 图 2.2.2 变压器励磁涌流的产生及变化曲线? (a)铁芯中的磁通变化；(b)变压器铁芯的磁化曲线； (c)励磁涌流的变化曲线；(d)励磁涌流的波形图 1.励磁涌流的特点? (1)励磁涌流数值大。变压器空载投入时，其励磁涌流峰值可达变压器额定电流的 6 8 倍以 上。对于较小容量的变压器倍数较大，大容量的倍数较小。? (2)励磁涌流中含有大量的高次谐波分量，并在最初瞬间波形完全偏于时间轴一侧。 涌流的 波形为尖顶波并以二次谐波为主。具有衰减慢的特点。? (3)励磁涌流衰减时间与电力系统的时间常数有关。对于小容量
13、的变压器，它衰减较 快；对于大容量变压器，它衰减较慢。? 2.变压器励磁涌流的分析结论 (1)在变压器励磁涌流中的高次谐波以 2 次谐波为最大。如以基波为百分之百，则 2 次谐波占 4 0%50%，这是变压器励磁涌流最明显的特点，可利用 2 次谐波制动原 理，构成变压器差动保护。? (2)在变压器励磁涌流中，具有较大的直流分量。但当在变压器内部发生短路时，由 于具有一定的直流分量(暂态过程开始部分)，因而对以直流分量作为唯一制动量的差 动保护装置， 将会延缓其动作时间。对于三相变压器，三相中往往有一相直流分量 极小或无直流分量，因此势必增大保护的定值，降低保护灵敏度。总之，差动继电器 单纯采用
14、直流分量制动是不够 理想的。(3)励磁涌流有明显的间断角。差动保护为了 躲过励磁涌流影响，要充分利用涌流间断角这一特征。? (4)克服励磁涌流引起的差动保护误动的方法是延长保护的动作时间，以此来躲过励 磁涌流影响，但将失去保护装置最可贵的特性快速性，当然是不可取的。 5 3.为了提高变压器差动保护的灵敏度，目前采用了各种抑制励磁涌流对差动保护影响 的办法。 常用的有以下几种： (1)采用带有速饱和特性变流器的变压器差动保护。例如用电磁式 DC-11 型电流继电 器与 FB-1 型速饱和变流器组成的差动保护。? (2)带有短路线圈的直流助磁特性的差动保护。例如 BCH-2 型差动继电器。? (3
15、)带有制动和助磁特性的差动保护。例如 BCH-1 型差动继电器。(4)带有 2 次谐波制 动的差动保护。例如 BCD-32A、JCD-62 型等。 (5)按间断角原理进行制动的差动保护。例如 JCD-2A、JCD-4A 型等。? (二)变压器的不平衡电流? 1.变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 对于 YN，d11 接线的变压器，两侧电流之间存在着 30的相位差。如不采取措 施，势必会在差动回路中引起较大的不平衡电流，影响保护的性能。 对此，通常采用相位补偿的方法来解决。即将变压器星形侧的电流互感器二次 侧接成三角形，变压器三角侧的电流互感器二次侧接成星形，以此来校正两侧电流互 感器二次
16、侧的相位。 当然，电流互感器二次侧采用其它的接线方法也同样能得到校正相位的目的。 但不是接线复杂，就是存在零序电流的影响，所以不宜采用。 图 2.2.3(a)所示为 YN，d11 接线变压器的纵差保护原理接线图。根据电流相位 关系作出相量图，如图 2.2.3(b)、(c)。 I CY 为变压器星形侧的一次电流， I A、IB、IC 为变压器三角形侧的一 次电流，三角形侧电流分别超前星形侧同相电流 30。 变压器三角形侧的电流互感器的二次电流 Ia、 Ib、Ic分别与其一次电流 IA、IB、 IC同相。 星形侧的电流互感器的二次相电流 IaY ?、 IbY、 IcY 分别与其一次电流 IAY、IBY、 ICY 同相，而二次侧的线电流则为 IaY=( I aY- IbY)、IbY=(IbY- IcY)、I cY = ( Ic
