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1、2 2电力变压器保护电力变压器保护North China Electric Power University变压器保护变压器保护主要内容主要内容2.1 变压器的故障类型和不正常工变压器的故障类型和不正常工作状态作状态2.2 变压器的纵差动保护变压器的纵差动保护2.3 变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护2.4 变压器接地短路的后备保护变压器接地短路的后备保护变压器保护变压器保护2.1 变压器的故障类型和变压器的故障类型和不正常工作状态不正常工作状态2.1.12.1.1变压器故障和不正常运行状态变压器故障和不正常运行状态 (1)(1)油箱内部故障油箱内部故障1)1)各相绕组之间的相间
2、短路；各相绕组之间的相间短路； 2)2)单相绕组部分线匝之间的匝间短路；单相绕组部分线匝之间的匝间短路； 3)3)单相绕组和铁心间绝缘损坏引起的接地短路。单相绕组和铁心间绝缘损坏引起的接地短路。(2)(2)油箱外部故障油箱外部故障1)1)引出线的相间短路；引出线的相间短路；2)2)绝缘套管闪烁或破坏、引出线通过外壳绝缘套管闪烁或破坏、引出线通过外壳发生的单相接地短路。发生的单相接地短路。1.1.变压器故障变压器故障(1)(1)外部相间短路引起的过电流；外部相间短路引起的过电流；(2)(2)外部接地短路引起的过电压；外部接地短路引起的过电压；(3)(3)负荷超过额定容量引起的过负荷；负荷超过额定
3、容量引起的过负荷；(4)(4)漏油等原因引起的油面降低；漏油等原因引起的油面降低；(5)(5)过励磁。过励磁。2.1.12.1.1变压器故障和不正常运行状态变压器故障和不正常运行状态 2.2.变压器异常运行状态变压器异常运行状态1.1.瓦斯保护：反应变压器油箱内各种短路故障和油面瓦斯保护：反应变压器油箱内各种短路故障和油面降低。降低。 2.2.纵差动保护或电流速断保护：反应变压器绕组、套纵差动保护或电流速断保护：反应变压器绕组、套管及引出线上的故障。管及引出线上的故障。2.1.22.1.2变压器应装设的保护变压器应装设的保护 3.3.相间短路的后备保护相间短路的后备保护(1)(1)过电流保护；
4、过电流保护；(2)(2)低电压起动的过电流保护；低电压起动的过电流保护；(3)(3)复合电压起动的过电流保护；复合电压起动的过电流保护；(4)(4)负序电流及单相式低电压起动的过电流保护；负序电流及单相式低电压起动的过电流保护；(5)(5)阻抗保护。阻抗保护。2.1.22.1.2变压器应装设的保护变压器应装设的保护 4.4.接地短路的后备保护接地短路的后备保护(1)(1)零序电流保护及方向零序电流保护；零序电流保护及方向零序电流保护；(2)(2)零序电压保护；零序电压保护；(3)(3)间隙电流保护。间隙电流保护。5.5.过负荷保护过负荷保护6.6.过励磁保护过励磁保护7.7.变压器的其他非电量
5、保护变压器的其他非电量保护 (1)(1)油温高保护；油温高保护；(2)(2)冷却器故障保护；冷却器故障保护；(3)(3)压力释放保护等。压力释放保护等。变压器保护变压器保护2.2 变压器的纵差动保护变压器的纵差动保护2.2 变压器的纵差动保护变压器的纵差动保护2.2.1 变压器纵差动保护的基本原理变压器纵差动保护的基本原理2.2.2 变压器差动保护的不平衡电流变压器差动保护的不平衡电流2.2.3 变压器励磁涌流及其鉴别方法变压器励磁涌流及其鉴别方法2.2.4 微机型比率制动特性的变压器差微机型比率制动特性的变压器差动保护动保护2.2.5 变压器分侧差动保护变压器分侧差动保护2.2.6 变压器零
6、序电流差动保护变压器零序电流差动保护2.2.1 变压器纵差动保护的基本原理变压器纵差动保护的基本原理正常运行或外部故障时，应使TA变比选取原则ILIHIHILIdnTnTAHnTAL判据：内部故障时：2.2.1 变压器纵差动保护的基本原理变压器纵差动保护的基本原理ILIHIHILIdnTnTAHnTAL2.2.2 变压器差动保护的不平衡电流变压器差动保护的不平衡电流一、稳态运行条件下的不平衡电流 正常运行或故障后已达稳态，差动电流中只有工频分量；忽略变压器的励磁电流(25%)1. 三相电力变压器保护的接线(1) Y/Y-12接线双绕组三相变压器正常运行或外部故障时(2) Y/-11接线两绕组三
7、相变压器1. 三相电力变压器保护的接线 由于存在相位差，无论由于存在相位差，无论如何选择如何选择TATA变比，差电流不变比，差电流不可能为零。可能为零。(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线解决办法：解决办法： 选择两侧同相位的电流量构成差动回路。选择两侧同相位的电流量构成差动回路。(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线负序分量：(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线零序分量：(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护
8、的接线(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线负序分量：(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线零序分量：(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线零序分量：(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线常规变压器保护接线方式：(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线常规变压器保护接线方式：侧电流互感器计算变比取为：侧电流互感器计算变比取为：(2) Y/-11接线两绕组三相变压器1. 三相电力变压器保护的接线微机变压器保护接线方式： 常规变压器保护接线方式复杂，T
9、A极性容易接错；星形侧TA断线判断困难。 微机变压器保护中各侧均采用星形接线方式，由内部计算完成相位的转换。(3) 三绕组变压器差动保护接线 常规保护中：Y侧电流互感器接成型，而侧电流互感器接成Y型。1. 三相电力变压器保护的接线(3) 三绕组变压器差动保护接线 常规保护中：Y侧电流互感器接成型，而侧电流互感器接成Y型。1. 三相电力变压器保护的接线变压器正常运行和外部故障时满足：(3) 三绕组变压器差动保护接线 对照上面二式，可得电流互感器选择原则：1. 三相电力变压器保护的接线2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流难以完全满足造成。对于Y/d-11变压器：设变压器星形侧一次电流
10、为三角侧一次电流为，TA的变比为，TA的变比为 TA的一次额定电流为：10、12.5(12)、15、20、25、30、40、50、60、75的十进位倍数，保护用TA一次额定电流为1505000A。2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流例某Y/d-11变压器容量为31.5MVA，变比为115/10.5，选择电流互感器的变比，并计算额定运行条件下的不平衡电流。115kV10.5kV一次额定电流TA接线TA计算变比TA实际变比二次电流 不平衡电流158A1730AY1730/5=346300/5=602000/5=4001730/400=4.32Iunb = 4.55 4.32 = 0.
11、23(A)(1) 采用自耦变流器进行补偿改变自耦变流器的变比，使从而流入继电器的电流近似为零2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施：装设于小电流一侧(2) 采用中间变流器平衡线圈进行补偿2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施：TS 中间变流器Wb 平衡线圈Wd 差动线圈流入继电器的电流满足磁势平衡条件： 平衡线圈加在二次电流较小的一侧(H侧)。(3) 微机保护中采用平衡系数进行补偿2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施：按照 构成差动电流会有不平衡电流 引入平衡系数：保证正常运行或外部故障时，差电流
12、为零。(3) 微机保护中采用平衡系数进行补偿2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施：按照 构成差动电流会有不平衡电流 引入平衡系数：此时不平衡电流与电流互感器变比选取无关。(3) 微机保护中采用平衡系数进行补偿2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施：Iunb = 4.550.9485 4.32 = -0.004(A)两绕组变压器举例：Iunb = 4.55 4.32 = 0.23(A)补偿前：(3) 微机保护中采用平衡系数进行补偿2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施：三绕组变压器举例： 容量S31
13、.5MVA，变比110kV/38.5kV/11kV，接线方式Y/Y/-12-11 计算变压器各侧额定电流： 110kV侧：35kV侧：10kV侧：(3) 微机保护中采用平衡系数进行补偿2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施： 容量S31.5MVA，变比110kV/38.5kV/11kV，接线方式Y/Y/-12-11选择TA变比 ：110kV侧：200/535kV侧： 500/510kV侧： 2000/5三绕组变压器举例：(3) 微机保护中采用平衡系数进行补偿2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施： 容量S31.5MVA，变比110
14、kV/38.5kV/11kV，接线方式Y/Y/-12-11平衡系数：三绕组变压器举例：(3) 微机保护中采用平衡系数进行补偿2. TA计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流减小不平衡电流的措施： 假设在正常运行时该变压器满载运行，中压侧的容量为20MVA，低压侧的容量为11.5MVA，则有高压侧电流为165.3A，中压侧电流为300A，低压侧电流为603.6A。 在微机保护中整定时不再考虑该因素产生的不平衡电流，可以认为三绕组变压器举例：3. 变压器有载调压产生的不平衡电流调压的范围：假定Y/d-11变压器的电流互感器计算变比和实际变比一致4. 由电流互感器传变误差产生的不平衡电流 由于电流
15、互感器励磁电流的存在，电流互感器存在传变误差，电流互感器的二次电流为：变压器差动回路中流过的电流为：实际上两侧TA特性不完全相同，则不平衡电流不为零4. 由电流互感器传变误差产生的不平衡电流 考虑两侧误差方向相同，最严重情况为一侧无误差；一侧有最大误差(10%)：电流互感器的同型系数同型时取0.5，不同型时取1二、暂态运行条件下的不平衡电流1. 暂态情况下互感器变换误差 计及非周期分量的影响，引入非周期分量系数：非周期分量系数，取值1.52。 外部故障时，除了工频分量之外还有非周期分量，该分量不易传送到互感器二次侧，成为励磁电流，导致互感器饱和传变误差增大。2. 励磁电流产生的不平衡电流 电力变压器正常运行时，用于建立磁场的励磁电流很小(25%In)，不考虑其对差动保护的影响； 变压器在空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，可能产生很大的暂态励磁电流（励磁涌流48In）,一般不能从定值躲励磁涌流。 综合考虑稳态和暂态条件下的不平衡电流，不考虑励磁涌流的影响，变压器差动保护中的不平衡电流按下式计算：
