变压器保护类型与原理介绍

53
Ilmax 计算时应作以下考虑：
1） 对于并列运行的变压器，应考虑一台变压器突然切除时，
所出现的过负荷。
按下式计算：
Ilmax＝
n
n
1
It.n
2）对于降压变压器应考虑低压侧电动机自启动的影响。
Ilmax＝Kss It.n
Kss 为自起动系数，： 6～10KV侧取1.5 ~ 2.5，
35KV侧取1.5 ~ 2 。
4.56A
侧
U T.n
10.5KV
I T.n
ST.n 1732A 3UT.n
Y
KTA
I T.n
5
1732 5
K
来自百度文库 TA
2000 5
I2
1732 2000 5
4.33A
Iu n b I2 Y I2 4 .5 6 4 .3 3 0 .2 3 A 17
2. 微机型变压器差动保护的相位补偿及电流平衡调整
8
（3）过负荷保护 （4）过励磁保护
(5) 开关量保护 （６）通风保护 （７）冷却系统故障保护
9
第三节 变压器差动保护
一、变压器纵联差动保护的基本原理
10
一、变压器纵联差动保护的基本原
理
1. 正 常 及 外 部 故 障 时
IrI2 － I2 K 1TA I1－ I1 Iunb
11
一、变压器纵联差动保护的基本原理
31
双绕组变压器
内部故障时
Ir I2 I2 K 1TA
I1I1
Ik kTA
32
双绕组变压器
取：动作分量 IopI2 I2 IhIL
制动分量Ire s I2 I2 21 2IhIL
差动保护的动作条件：
I2I2 I2I2 2
IhIL IhIL 2
33
2）对于三绕组变压器
动作电流：
IopIhImIL
54
2. 动作时限的整定
动作时限按阶梯形原则整定。
3. 灵敏度 Ks 校验
Ks
I k min Iop
要求 Ks ≥1.2。
55
二、低电压起动的过电流保护
采用低电压起动可以提高电流元件 的灵敏度 低电压起动的构成: 电流元件、低电压元件、时间元件。
56
变压器 保护装置
k2
U u ,v ,w
U u ,v ,w
KTA2 KTA1 /
＝IT.n
3
IY T.n
KT
16
例：
ST.n31500KVA,
I T .n
TA接线 方式 计算变 比 标准变 比 二次电 流 不平衡
Y侧
UY T.n
115KV,
IY T.n
ST.n 158A 3UTY.n
KTYA
3ITY.n 274, 55
K
Y TA
300 5
I2Y
3158 300 5
6
2. 电力变压器的后备保护
（1）对于外部相间短路引起的变压 器过电流，应采用下列保护
1）过电流保护； 2）复合电压起动的过电流保护； 3）负序电流及单相式低电压起动的
过电流保护； 4）阻抗保护。
7
（2）对于变压器内部、外部接地短 路
1）零序电流保护； 2）零序过电压保护； 3）间隙零序电流保护等。
49
本节主要内容:
一、过电流保护 二、低电压起动的过电流保护 三、微机型复合电压起动的方向过电流保护 四、微机型变压器阻抗保护 五、变压器相间短路后备保护的配置原则
50
变压器相间短路的后备保护
变压器相间短路的后备保护是用来 反应变压器外部故障而引起的变压器 绕组过电流，同时也作为差动保护和 瓦斯保护的后备保护。
25
4．减小励磁涌流影响的措施
（1）采用具有速饱和铁芯的差动继电器。 （2）采用二次谐波制动的差动保护。 （3）利用间断角闭锁的差动保护。
26
（三）各侧电流数值不等引起的 不平衡电流
1．计算变比与标准变比不完全符合 如：Iu n b ＝ 4 .5 6 － 4 .3 30 .2 3 A 整定计算时应考虑平衡系数，如：
变压器保护类型与原理介绍
变压器的不正常运行状态： 过电流、中性点过电压，过
负荷、油位降低、温度过高、冷 却系统故障、过励磁等。
2
三、变压器保护配置
电力变压器的主保护
气体保护 纵联差动保护 电流速断保护
3
（1）气体保护 反应变压器油箱内的各种故障
及异常的一种保护。
装设原则：
容量在800kVA及以上的油浸式变 压器和400kVA及以上的车间内油浸式 变压器，应装设气体保护。
①计算变压器各侧的一次额定电流
I 1n
Sn 3U n
②计算变压器各侧TA二次计算电流
I2cK I1 T nAK conI1 In 1n5K con5K con
20
2.2幅值补偿
③计算电流平衡调整系数 K b
设以高压侧二次额定电流为基准，则：
高压侧平衡系数为
K bh 1
中压侧平衡系数为
K bm
I nm .c I nh.c
故障电流分开。 判据如下：
set
set
通常取：
set 140 set 65
39
（三） 差动速断保护
只要任一相差动电流大于差动 速断的整定值，保护瞬时动作。
动作判据为： Id Is.set
I d 为变压器差动电流， I s .se t 为差动电流速断保护定值。
40
（四）电流互感器断线监视
4
（2）纵联差动保护或电流速断保护 作用：反应变压器绕组、套管及
引出线上的各种短路故障。 装设原则：根据变压器容量的不
同装设。
电流速断保护：用于10000kVA以下，其 过电流保护的动作时限大于0.5s的变压 器。
5
纵联差动保护：用于: 1）容量为10000kVA及以上单独运行的变 压器； 2）容量为6300kVA及以上并列运行的变 压器或厂用变压器及企业中的重要变压器； 3）容量为2000kVA及以上的变压器，且 其电流速断保护的灵敏性不能满足要求时。
IY T.n
,
I T.n
若取
KTA IT.n 5
则：变压器Y侧，电流为 35 A
变压器 侧，电流为 5A
15
1.3相位补偿后，电流互感器变比
的采选用相择位补偿后，取：
变压器三角形侧电流互感器的变比为
K
TA
I T .n 5
变压器星形侧电流互感器的变比为
K
Y TA
3I
Y T.n
5
或按下列条件选择TA变比
当各侧电流互感器都采用星形接线时， 利用软件对变压器星形侧电流 进行相位和幅值的补偿。
18
2.1相位补偿
设：星形侧三相电流采样值分别为
则：用作差动保护计算的三相电流为
IU IUY IVY IV IVY IW Y IW IW Y IU Y
I
Y U
I
Y V
I
Y W
19
2.2幅值补偿
电流平衡调整系数 K b
2.变压器励磁涌流的影响及减小影响的措施；
3.各侧电流数值不等引起的不平衡电流
二、微机型变压器差动保护
1.比率制动的纵差保护
2.励磁涌流鉴别的原理
3.差动速断保护
43
第四节 变压器的电流速断保护
一、变压器电流速断保护的装设原则 二、变压器电流速断保护的整定原则
44
一、变压器电流速断保护的装设原则
1. 二次谐波闭锁原理 采用：三相差动电流中二次谐波电流与基 波电流的比值，作为励磁涌流闭锁的判据。
闭锁判据为： Id。 .2 K2.resIop.1
K 2 .res 整定范围为0.1～0.3，通常取0.15 实用中：
38
2.间断角识别原理
根据：励磁涌流波形有间断角的特点‘ 采用：波形比较技术将变压器的励磁涌流和
165A
I2Y
3165 300 5
4.76A
Iu n b 4 .7 6 4 .3 3 0 .4 3 A
29
三、变压器纵联差动保护的构成及原理
（一）比率制动的纵差保护 1.和差式比率制动的差动保护
30
1）对于双绕 组变压器
正常及外部故障时
IrI2 － I2 K 1TA I1－ I1 Iunb
10000KVA以下的小容量变压器，当过 电流保护的动作时限大于0.5秒且灵敏度满 足要求时，在电源侧装设电流速断保护。
接线：
电源侧为直接接地系统时，保护采 用完全星形接线；
电源侧如为非直接接地系统， 采用 两相不完全星形接线
45
二、变压器电流速断保护的整定原则
1.动作电流的整定值 以下两个条件计算，选择其中较大者。 （1）躲过变压器负荷侧母线上k1点短 路时，流过保护的最大短路电流计算。 即：
来自高
来自低
k1
压 侧 TV
压 侧 TV
图 8－ 13 变 压 器 低 电 压 启 动
过电流保护单相原理接线图
57
1） 电流元件的起动值 Iop 按躲开变压器额定电流整定。
即： Iop
Krel Kre
It.n
灵敏度校验：作为近后备保护时，Ks ≥1.3；
作远后备保护时， Ks ≥1.2。
58
2） 低电压元件的动作电压整定值： 应按躲开正常运行时母线上可能出现的最低工作电压，
制动电流： 方法1：取变压器各侧电流中最大的电流。
Iresm axIh,Im,Il 34
三绕组变压器
动作电流：
IopIhImIL
方法2：取三个制动电流量中的最大值。
制动电流：
Ire。 1s 1 2IhImIL
1 Ire。 2 s 2
IhILIm
Ire。 3 s 1 2 ILImIh
I r em s I r。 1 e a ， I s rx 。 2 e ， s I r。 . 3 es 35
2.
内
部
故
障
时
Ir I2 I2 K 1TA
I1I1
Ik kTA
12
二、变压器纵差保护的特殊问题
（一）因各侧相位不同产生的不平衡电流 及相位补偿 1．常规型变压器差动保护的相位补偿 1.1因相位不同而产生的不平衡电流 1.2相位补偿
13
相位补偿
14
1.3相位补偿后，电流互感器变比的
选择 设变压器两侧额定电流分别为
Iop KrelIk.max
46
（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流，根 据实践经验，一般取动作电流大于3～5倍 的变压器额定电流。即:
Iop (3~5)It.n
47
2. 灵敏度校验
取保护安装处(ｋ2点) 两相短路时
的最小短路电流校验。
Ks
I (2) k .min I op
2
48
第五节 变压器相间短路 的后备保护
比率制动式差动保护的动作特性
I
36
动作判据为：
I
Iop.m in
Iop Iop.m inK1IresIres.0 Iop.m inK1Ires.1Ires.0K2IresIres.1
IresIres.0 Ires.0IresIres.1 IresIres.1
37
（二）励磁涌流鉴别的原理
51
常用的后备保护主要有：
过电流保护 低电压启动的过电流保护 复合电压启动的方向过电流保护 负序过电流保护及阻抗保护
52
一、过电流保护
1.起动电流的整定
电流元件的起动电流按躲过变压器 可能出现的最大负荷电流整定
Iop
Krel Kre
Ilmax
K r e l 为 1.2～1.3
K r e 为 0.85
同时外部故障切除后、电动机自起动的过程中它必须返回 的条件整定。
通常采用 Uop 0.7Ut.n
灵敏度 Ks 要求同电流元件，即：
Ks
Uop U K .max
59
三、微机型复合电压起动的方向过电流 保护
复合电压:负序电压加全电压 负序电压----反映不对称短路 全电压----反映对称短路
60
微机型复合电压起动的方向过电流保护
低压侧平衡系数为
K bl
I nl .c I nh.c
21
（二）变压器励磁涌流的影响 及减小影响的措施
1.励磁涌流的影响 I e x s
变压器的励磁涌流是指在变压器空载合 闸或者外部故障切除后电压恢复时，可能出 现的较大的励磁电流。
22
（二）变压器励磁涌流的影响 及减小影响的措施
1.励磁涌I流e x s 的影响
I1 I2 Im
Ir
Iunb
Im KTA
23
2．产生励磁涌流的原 因
铁芯中的磁通不能突变 铁芯中出现一个暂态磁通 铁芯中的磁通将达到最大值
2m s
铁芯严重饱和，励磁电流将剧烈增大
24
3．励磁涌流的特点
（1）包含有非周期分量 （2）幅值大，但衰减快 （3）包含有高次谐波分量 （4）波形之间有间断
Kb4.56/4.33
27
（三）各侧电流数值不等引起的 不平衡电流
2．各侧TA的型号不同
整定计算时考虑同型系数
型号相同
Kst 0.5
型号不同
K st 1
28
（三）各侧电流数值不等引起的 不平衡电流
3．变压器带负荷调整分接头
设：变压器由115KV改在110KV抽头位置,
则:
IY T.n
31500 3110
对侧 U u ,v ,w
相间功率方向
整定
本侧
U u ,v ,w
负序过电压 ≥1
低电压
跳闸 &
t
本侧
I u ,v ,w
当任一相差动电流大于0.1In（TA二次 额定电流）时，启动TA断线判别程序。 判据：本侧三相电流中一相无电流，而 本侧其它两相和另一侧各相电流与启动 前电流相等，判为是TA断线。
41
5．差动保护程序框图
告警 告警信号
闭锁闭保护锁保护
TA断线信号 42
小结：
一、变压器纵差保护的特殊问题
1.因各侧相位不同产生的不平衡电流及相位补 偿；