继电保护原理 刘学军第二版 变压器保护

同型—— Kst=0.5 不同型——Kst=1
Ibp.
CT
=Kst∙fer∙
I / nl1
d.max
其中Kst =1
2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流： Y.d11 接线方式——两侧电流的相位差30°。
消除方法：相位校正。
变压器Y侧CT（二次侧）：Δ形。 变压器Δ侧CT（二次侧）：Y形。
h(m )
若是双绕组变压器，则:
I op . cal K rel I unb . max 1 . 3 ( K ts f er U f er ) I k . max
保护动作电流计算值取上述三条件最大值。
10.4
电力变压器的瓦斯保护
一、 瓦斯继电器的构成和动作原理
当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧 使变压器油和其它绝缘材料分解，从而产生大量的可燃性 气体，人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体。 故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，流速越快， 气流中还夹杂着细小的、灼热的变压器油。它们将从油箱
4、三绕组变压器后备保护配置
对于三绕组变压器的后备保护，当变压器油箱内部 故障时，应断开各侧断路器，
当油箱外部故障时，只应断开近故障点侧的变压器 断路器，使变压器的其余两侧继续运行。
1）对单侧电源的三绕组变压器:
应设置两套后备保护，分别装于电源侧和负荷侧。 保护带两级时限，以较小的时限跳开变压器断路器 QF3，以较大的时限断开变压器各侧断路器。
B、外加电压过高或频率降低
过励磁
C、外部短路或过负荷
过电流
10.2 电力变压器的纵差保护
一、变压器纵差保护的基本原理 按比较被保护的变压器两 侧电流的大小和相位的原 理实现的。 被保护元件两端安装 变比不同的LH； 二次侧同极性端用导线 联接
LJ并接于两LH连线间
(1)正常运行和外部短路时: 流过差动继电器的电流为
10.4
电力变压器电流速断保护
对于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速断保护。 对变压器及其引出线上各种型式的短路进行保护。
保护动作电流:
１）按大于变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短 路电流 2) 躲过变压器空载投入时的励磁涌流
取上述两条件较大值为整定值。
要求在保护安装处K2点发生两相金属性短路进行 校验： ≥2
动作电流：
躲开B最大负荷电流
最大负荷电流确定
并列变压器 可靠系数，取1.2~1.3
返回系数，取0.85 或高压侧（升压变）DL 近后备——跳两侧DL
动作结果：远后备——跳低压侧（降压变）DL
对降压变压器应考虑电动机的自起动电流。
过电流保护的动作电流为
I op
K relKst
K re
Ie T
保护装置的灵敏度校验
rel
IN
③ 躲开外部短路时流经保护的最大不平衡电流：
I op . cal K rel I unb . max K rel ( I unb . 1 I unb . 2 I unb . 3 )
根据经验，可靠系数取1.3。其中：
I unb . 1 K unp K ts f er I k . max
瓦斯保护能反应油箱内部的各种故障，如铁芯过 热烧伤、油面降低等，但差动保护对此无反应。 又加变压器绕组发生少数线匝的匝间短路，虽 然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过 热产生强烈的油流向油枚方向冲击，但表现在相 电流上其量值却并不大，因此差动保护没有反应， 但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应， 但瓦斯保护不能反应油箱外的套管及引出线上的 故障，而差动保护能够反映 。
适用：2000KVA以下变压器
反映变压器电源侧引出线、套管及绕组 的相间短路；与重瓦斯保护配合作为主保护。 缺点：只可切除变压器电源侧及油箱内部发生 的各种故障；负荷侧套管及引出线相间短路 保护不到，只能由后备保护动作
10.5
电力变压器相间短路后备保护
区外故障：过电流保护——远后备 区内故障：近后备
在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有： (1)采用具有速饱和铁心的差动继电器； (2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别； (3)利用二次谐波制动 。
确定动作电流计算值 ① 躲开励磁涌流： I op . cal K rel I L . max ② 躲开TA二次回路断线影响：
I op . cal K
= 0 （理论值）
= （实际值）
由于电流互感器特性、变比等因素，流过继 电器的电流为不平衡电流 。
(2)变压器内部故障时: 流入差动继电器的电流为
（双端供电）
（单端供电）
该电流大于KD的动作电流时，KD动作，使DL1、 DL2同时跳闸，将故障变压器退出工作。
差动保护是不带时限，动作迅速的保护。
二、由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，
三相短路开始瞬间一般会短时出现一个负序电压， U2动作
不对称短路：
出现负序电压，U2动作
定值确定： 1）电流元件
躲开变压器Ie。B（不须考虑自起动系数Kzq）
可靠系数，取1.2 返回系数，取0.85
2）低压元件 3）负序电压元件 躲开正常时的不平衡电压
低压元件灵敏度 ：
＞ 1.2 ＞ 1.2
负序电压元件灵敏度
必须适当选择各侧电流互感器的变比
正常运行或外部故障时
所以两侧的CT变比应不同，且应使 即：
或
=
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。
三、变压器纵联差动保护的特点
（不平衡电流产生的因素及其防止措施）
1. 电流互感器型号不同而产生的不平衡电流 (1)原因：高压侧——套管式LH 低压侧——线圈式LH (2)解决办法：应按误差的要求选择两侧的电流互 感器 ，确定差动保护的动作电流时，引入一个同 型系数 。
接线图
信号
（二）低电压起动的过电流保护
组成： 1~3KA——完全星形接线 1~3KV——线电压 原理过程：
短路——跳1QF、2QF KS发信号 适用：双侧电源变压器或多台并列运行变压器
特点：为提高保护装置灵敏度，可采用两套低电压继电 器（高、低压侧线电压）→接线复杂
整定：
电流元件——躲开变压器额定电流（不考虑Kst） 电压元件——70%Ue。x（保护安装侧额定线电压） 时间元件——阶梯原则
两臂电流：i1=1730/400=4.32A i2= *158/60=4.55A
不平衡电流:Ibp=i2-i1=4.55-4.32=0.23A
4.由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流: 改变分接头→改变nB→破坏 产生新的不平衡电流.
nl2/ nl1= n
B
的关系.
(CT二次侧不允许开路,即nl2,
只有电压测量元件和电流测量元件同时动作后 才能起动时间继电器，经预定的延时发出跳闸脉冲。
3、复合电压起动的过电流保护
原理接线
负序电压继电器U2（反映不对称故障）
输入——Ua、Ub、Uc 输出——Umn 原理— 输入正序电压：Umn=0 U2接点闭合
输入负序电压
U2接点断开
时间元件：阶梯原则
正常：U2接点闭合，不动作 对称短路：
最大值出现在短路后几个周波. 引入非周期分量函数Kfzq.
Ibp.CT=Kfzq∙fer∙Kst∙Id.max/ nl1
2) 由励磁涌流产生的不平衡电流:
（1）励磁涌流：
变压器空载合闸（副边开路，原边投入电网称空载合闸） 时的暂态励磁电流只存在变压器电源侧。通过电流互感器 反应到差动回路中不能被平衡，
可见,差动臂中的电流同相位了,但
为使正常运行或区外故障时, Ir=0,则应使
高压侧电流互感变比加大√3倍. 该项不平衡电流消除。
3.计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流:
CT的变比是标准化的. 如:600/5, 800/5, 1000/5, 1200/5. 所以,很难完全满足
或
即Ir≠0,产生Ibp.
单侧电源三绕组变压器后备保护配置图
2）对于多侧电源的三绕组变压器，应在三侧都装 设后备保护。
5、变压器的过负荷保护
至信号
～
变压器过负荷电流三相对称，过负荷保护装置只采用一个 电流继电器接于一相电流回路中，经过延时后发出信号。
1)对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。 2)对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧 和无电源侧。 3)对三侧有电源的三绕组升压变压器，三侧均应装设。 4)对于双绕组降压变压器，装于高压侧。 5)仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧的容量相等， 只装于电源侧；若三侧的容量不等，则装于电源侧及容量 较小侧。 6)对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。 装于各侧过负荷保护，经过同一时间继电器作用于信号。
U
I unb . 2 U h I k . h . max U
m
I k . m . max
I unb . 3 f er . 1 I k . 1 . max f er . 2 I k . 2 . max
——高、中压侧调压分接头调压范围的一半； K ts ——两侧TA同型系数，型号相同取0.5，不同取1； f er ——TA的最大误差，取10%； f er ——计算误差，初次计算取0.05； I k . max ——流经保护的最大外部短路电流；
第10章 电力变压器的继电保护
10.1 概述
1. 变压器的故障：
各相绕组之间的相间短路
油箱内部故障
单相绕组部分线匝之间的匝间短路 单相绕组或引出线通过外壳 发生的单相接地故障
引出线的相间短路
油箱外部故障
绝缘套管或引出线通过外壳发 生的单相接地短路
2. 变压器不正常工作状态： A、油箱漏油造成油面降低
过负荷保护电流确定：
时间元件 —— 6~10s
（考虑：比过流保护大2Δt；大于电动机 自起动时间）
对于全绝缘与分级绝缘的解释： （1）分级绝缘就是变压器的靠近中性点部分绕组的主绝缘， 其绝缘水平比端部绕组的绝缘水平低，而与此相反，一般变 压器首端与尾端绕组绝缘水平一样叫全绝缘。 （2）从变压器的绝缘角度来说，电力系统中运行的变压器 分为全绝缘和分级绝缘变压器，对于全绝缘变压器其中性点 绝缘水平与相线端绝缘水平相同，但对于分级绝缘变压器其 中性点绝缘水平比相线端低得多(我国110KV变压器中性点用 35KV级绝缘，220KV变压器中性点用110KV级绝缘，330KV 变压器中性点用154KV级绝缘)。 （3）分级绝缘和全绝缘的最简单区别在于如果变压器中性 点瓷瓶是A.B.C三相瓷瓶长度的一半则为分级绝缘.如果一样 则为全绝缘。
（2）产生原因：
在稳态工作情况下，铁心中的磁通应滞后于外加电压90度。
u,φ 0
u
φm φ
-φm
ωt
u,φ
u 0
2φ m+ φ
φ
s
Φs（剩磁）
ωt
若 =0 瞬间空载投入变压器，铁心中应该 具有磁通 -Φm 但是由于铁心中的磁通不能突变，必须产生一个非周 期分量的磁通+Φm ，将 -Φm抵消。
如果不计非周期分量的衰减，则经半个周期以后，总磁通将达到
一、保护作用
二、安装地点 一般装于电源侧 动作跳两侧DL，或按先后秩序跳闸。 三、种类
过电流保护（降压变压器）Iop1—— 灵敏度低
带低电压起动的过电流保护Iop2 灵敏度高
复合电压起动的过电流保护Iop3
（一）过电流保护
特点ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ不带电压闭锁
适用：降压变压器
安装：电源侧
接线：大接地电流系统——三相三继电 小接地电流系统——两相两继电 或两相三继电器 （用于提高Y/Δ变压器后故障短路时保 灵敏度）
例：一台31.5MVA，两侧电压分别为10.5KV（Δ） 和115KV（Y），Y/Δ-11接线的变压器
两侧额定电流：I1e=31.5MVA/ I2e=31.5MVA/ *10.5KV=1730A *115KV=158A
选择LH变比：低压侧 nL1=2000/5=400 高压侧 nL2= *158/5≈300/5=60
Φmax=2Φm+Φs
φ φ φ 0
s m
2φ
m
+φ
s
IL
励磁涌流iL
3）特点：变压器正常运行——励磁涌流iL≤3~6%Ie 空载合闸——励磁涌流iL≥6~8 Ie Ibp↑↑ ① ② ③ 有很大的非周期分量分量. 有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主.(20%基波) 波形间出现间断;在一个周期中间断角为α。
流向油枕的上部。当严重故障时，油会迅速膨胀并产生大量的气 体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。
瓦斯保护是利用变压器油受热分解所产生的热 气流和热油流来动作的保护。
变压器安 装示意图
安装位置：安 在油枕之间的 连接管道上。
2、瓦斯保护的接线
KG上接点：闭合后延时发出“轻瓦斯动作信号” KG下接点：动作后经KS启动出口继电器KCD， 使变压器各侧断路器跳闸。
nl1不能改变),
此不平衡电流在整定计算中应予以考虑. 由以上分析可知,稳态情况下,
Ibp由三部分组成.
Ibp= Ibp.T+ Ibp. +Ibp. ΔU
CT
5.暂态情况下的不平衡电流: 1)、 非周期分量的影响: 比稳态Ibp 大,且含有很大的非周期分量,持续时间比 较长(几十周波).
变压器两侧电流互感器的铁芯特性及饱和程度不同。