电力变压器的继电保护

一、变压器电流速断保护原理接线图
安装 在电 源侧
二、电流速断保护的整定计算：
1、动作电流
（1）按躲过变压器负荷侧母线短路时流过保护 装置的最大短路电流整定：
Iact K I rel k1.max
➢式中 K rel —取1.3～1.4；
（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流。
Iact (3 ~ 5)ITN
➢对于变压器的纵联差动保护，各侧电流互感 器的变比不相等，因此电流互感器的型号肯 定不同，故：
Kst 1
➢对策： 1）选用具有高饱和倍数差动保护专用的D级TA，并 在流过T的外部短路电流为最大的条件下按TA10％ 误差曲线选择其型号；
2）合理选择TA二次连接导线的截面积以减小二次 负载阻抗，并尽量使差动保护各侧差动臂的阻抗相 等，以减小不平衡电流；
二、变压器继电保护的配置 1、瓦斯保护（气体保护）：反应变压器油箱内 部短路故障以及油面降低。
➢800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA以上 的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。
重瓦斯保护：动作于跳开变压器各电源侧断路器。 轻瓦斯保护：动作于发出信号。
2、纵差保护或电流速断保护：反应变压器绕组、 套管及引出线发生的短路故障。
6、其它保护 ➢电压为500KV及以上的变压器，应装设过励磁保 护。
➢对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系 统故障，应装设相应的保护装置。
第二节 变压器的瓦斯保护
一、瓦斯保护的构成原理：反应变压器油箱内部 故障产生瓦斯气体的特征构成。
➢反应变压器油箱内各种短路故障，特别是绕组 的相间短路和匝间短路，并且是变压器铁芯烧 损的唯一保护方式，是变压器油箱内部各种故 障的主保护。
选择比计算值大并且最接近的实际值最为实选结果。
d：确定变压器各侧TA变比，选择基本侧。
KTA
I N1 5
各TA二次侧电流：
I N2
Kcon I NT KTA
选TA二次电流最大的一侧作为基本侧。
（2）计算变压器各侧外部短路时归算到基本侧的 最大短路电流。
（3）确定BCH-1型差动继电器制动绕组的接入方式： 保证保护区外部短路时制动作用最大，保护区内部 短路时制动作用最小（P138)。
电流互感器等效电路
➢变压器正常运行或保护区外部故障时，归算至TA二次
侧的电流相等： I1 I1
➢则流入差动回路的不平衡电流为：
Iunb I2 I2 (I1 I1) (I1 I2) I2 I1
➢引入电流互感器的同型系数 Kst 两侧电流互感器型号相同时， Kst 0.5 两侧电流互感器型号不同时， Kst 1
二、瓦斯保护的工作原理
1、气体继电器的结构
1—罩；2—顶针；3—气 塞； 4—永久磁铁；5—开口杯； 6—重捶；7—探针；8— 开口销； 9—弹簧；10—挡板； 11—永久磁铁；12—螺杆； 13—干簧触点（重）； 14—调节杆；
2、气体继电器的工作原理
a)变压器正常运行时
上下两对触点都断开， 不发出信号
Ir 0 式中：I r －流入差动继电器的电流。
2、变压器纵联差动保护单相原理图
3、期望：变压器正常运行和外部故障时
I r＝0
则：两侧电流互感器的变比关系
U1 U1
KT
I1 I1
I
2＝
I1 KTA1
I
2＝
I1 KTA2
Ir＝I2 I2 0
KTA2 KTA1
KT
二、变压器纵联差动保护的稳态不平衡电流及对策
主； （3）波形之间出现间断。
➢对策： （1）采用具有速饱和铁芯的差动继电器； （2）利用二次谐波制动； （3）利用间断角鉴别内部短路电流和励磁涌流
波形的差别来构成差动保护。
不平衡电流的产生原因
减轻和消除方法
1变压器两侧电流相位不同 a.互感器的接法和变比；
b.速饱和变流器；
c.二次谐波制动；
2励磁涌流的影响
（1）躲开变压器空载投入时的励滋涌流：
Iact Krel I NT
（2）躲开电流互感器二次侧断线产生的不平衡电流：
Iact Krel ILmax
（3）躲开外部短路时的最大不平衡电流：
Iact Krel Iunbmax
K rel —可靠系数，取1.3；
取以上结果中的最大值作为 Iact。
➢当无制动作用时，按（3）整定的差动继电器动作 动作电流图解法：
3、气体继电器的安装 ➢安装在油箱与油枕 之间的连接管道上。
➢为什么变压器是斜着的？ 为了不妨碍气体的流通，变压器安装时 应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有 1％～1.5％的升高坡度，通往继电器的连接 管具有2％～4％的升高坡度。
三、瓦斯保护的原理接线图
四、对瓦斯保护的评价： ➢主要优点：
Iunb.max (Ker Kst U fs )Ikw.max
三、暂态情况下的不平衡电流及对策 1、暂态过程中短路电流非周期分量的影响及对策
➢导致外部故障时TA二次侧不平衡电流的瞬时值 比稳态时大，因此差动保护要躲过外部短路暂态 过程中的不平衡电流。
➢对策：在差动回路中 接入速饱和变流器。
(非周期分量影响系数Knp)
第6章 电力变压器的继电保护
第一节 电力变压器的故障类型及其保护
一、变压器的故障：油箱内故障和油箱外故障。
➢内部故障：绕组的相间短路、匝间短路、接地短路、 铁芯烧毁等。
➢外部故障：套管和引出线上发生的相间短路和接 地短路。
➢不正常运行状态：外部相间短路、接地短路引起 的过电流和零序过电压，过负荷，油面降低，过电 压，过励磁等。
3）采用铁芯气隙小的TA，以减小铁芯剩磁对不平 衡电流的影响。
➢变压器纵联差动保护中，由于各侧TA型号不同 而引起的稳态不平衡电流最大值：
Iunb2.max Ker Kst Ikw.max
Ker—电流互感器10％误差系数，取0.1； Ks—t 电流互感器同型系数，对于变压器纵联差动
保护取1；
I kw.m—ax外部短路时流过变压器的最大短路电流。
➢按以上方法计算，根据产品目录选取与之相邻
且较大的标准变比。由于实选变比与计算变比不
可能完全相同，在差动回路中引起不平衡电流的
最大值为：
Iunb1.max fs Ikw.max
f s —由于所选电流互感器或平衡绕组匝数与计算
值不同而产生的相对误差系数。
➢当该不平衡电流大于额定值的5%时，必须进行 补偿，常用的补偿措施有以下几种：
d.波形鉴别；
e.平衡线圈补偿。
3计算变比与实际变比不同
4两侧电流互感器型号不同
5变压器带负荷调整分接头
四➢、制变动压电器流纵的差作动用保：使护的两整个定边柱原则的铁（芯具饱有和磁，力加制大动 继电的器差的动动保作护安）匝（区外故障时）。
1、BCH-1型差动继电器结构
2、带有制动绕组的变压器差动保护原理接线 ➢制动绕组的接入原则：保护区外短路时制动作 用最大，而保护区内部短路时制动作用最小。
注意TA极性连接
3、TA实选变比与计算变比不等而产生的不平衡电流。
➢变压器星形侧电流互感器的变比：
KTA1
3IT .N (Y ) 5
➢变压器三角形侧电流互感器的变比：
➢变压器变比：
KTA2
IT.N () 5
KT
IT .N () IT .N (Y )
➢两侧电流互感器变比关系：
KTA2 KTA1
3
KT
(A侧有电源，B侧无电源时：制动绕组接在B侧。)
区外：制动最大 区内：无制动
➢继电器的最小动作电流 I act0 ：制动绕组中无电流 时，为使差动继电器动作，需要在差动绕组中通 入的最小电流。
➢制动特性曲线：动作电流 I act 与制动电流 Ibrk 的关
系曲线。
差动继电器的制动特性曲线
3、具有磁力制动的差动继电器的整定 a、当无制动作用时，差动继电器的动作电流整定：
➢稳态不平衡电流：在正常运行及保护范围外部稳 态短路情况下流入纵差保护差动回路中的电流。 ➢为了保证动作的选择性，必须保证：
I I actr unbmax
1、变压器正常运行时的励磁电流产生的不平 衡电流（影响可忽略）。
2、由变压器各侧电流相位不同而引起的不平衡电流。 对策：将变压器Y侧的电流互感器 接，将变压器三 角形接线侧的电流互感器Y接。
1）将自耦变流器（或称自耦变压器）UT接于电 流较小的差动臂中变换其电流进行补偿。
2）利用具有速饱和铁芯的差动继电器的平衡绕组 进行磁动势补偿。（ Wb 接入二次电流较小的一侧）
4、由各侧电流互感器型号不同而引起的不平衡电流。
➢电流互感器输出的二次电流为
I2 I1 I1
同理： I2 I1 I2
I act I act2
2
a
3
1
I act0
I unbmax
I kwm ax
I kw
具有制动特性的差动继电器的整定图解法
➢区内故障时提高保护灵敏度的作用机理：
仅A侧有电源 A、B侧均有电源 仅B侧有电源
结论：
在变压器差动保护区内部故障时，带制动 特性差动继电器的动作电流在 Iact0 ～Iactc 之间变化。比无制动特性差动继电器的动 作电流 Iact2 小得多，所以制动特性差动保 护的灵敏度比无制动特性差动保护高。
➢综合考虑暂态和稳态的不平衡电流，其最大值为
Iunb.max (Ker Kst Knp U fs )Ikw.max
2、变压器空载合闸的励磁涌流所产生的不平衡 电流及对策。
➢励磁涌流具有以下特点： （1）包含有很大成分的非周期分量，涌流偏向
时间轴的一侧； （2）包含有大量的高次谐波，且以二次谐波为
5、由变压器带负荷调整分接头（改变KT）而引起的