第八章电力变压器保护

I set
Iunb
Iunb.max
Ik.m ax
I set
动作区 制动区
动作方程 Id > Krel f (Ires ) 特性上方为动作区； 特性下方为制动区。
I k . max
BCHBCH-1型差动继电器的制动特性即如上图所示 外部故障时，不平衡电流大，但是定值也大，不会误动 内部故障时，穿越电流小，定值也小，能灵敏动作。
· Iβ · IB1
∆
· Iγ · IC1
∆
&∆ I A2 & I∆
· IC2
∆
B2
&Υ &Υ I A2 − IB2 & & IΥ −IΥ
B2
C2
· IA2
∆
· IB2
∆
&∆ IC2
&Υ &Υ IC2 − I A2
n
TA1
· IA2
Y
· IB2
Y
· IC2
Y Y
&Y &Y &∆ I A1 − I B1 I A1 = nTA1 nTA 2
三、变压器应装设的保护 – 主保护 瓦斯保护 • 防御变压器油箱内各种短路故障和油面降 低 纵差动保护或电流速断保护 • 防御变压器绕组、套管及引出线上的故障
8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态 8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态
三、变压器应装设的保护 – 外部相间短路的后备保护 • 过电流保护 • 低电压起动的过电流保护 • 复合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 • 阻抗保护
θ set 一般取65°
并增加反应波宽的辅助判据
关键：间断角的测量。
6、变压器纵差动保护的整定计算原则
①躲过外部故障时候流过继电器的最大不平衡电流：
Iset = Krel (∆f za + ∆U + 0.1KnpKst )Ik.max
Krel :可靠系数，取1.3
Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）
8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态 8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态
三、变压器应装设的保护 – 外部接地短路的后备保护
变压器中性点接地运行 零序电流保护
自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器 应增设零序方向元件 中性点不接地的变压器 零序过电压保护
中性点经过放电间隙接地的变压器 间隙电流保护和零序电压保护
第八章 电力变压器的继电保护
主讲教师：王艳
电自教研室
8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态 8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态
一、变压器的故障 1.油箱内部故障
（1）各相绕组之间的相间短路 （2）单相绕组的匝间短路 （3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障
2.油箱外部故障
（1）引出线的相间短路 （2）绝缘套管闪络或破坏、引出线通过外壳发生的单相接 地短路
3I kY. max
对Yd11接线的变压器 I k .max =
nTA1
或
I k∆.max
nTA2
I kY. max 为归算到Y侧的变压器最大外部短路电流
I k∆.max 为归算到△侧的变压器最大外部短路电流
②躲过TA二次断线时引起的最大差电流：
Iset = Krel I L.max Krel ：可靠系数，取1.3
区内端部故障时， Ik min.r : 区内端部故障时，流过继电器的最小差动电流
Ksen : 要求大于2 要求大于2
不满足要求时，采用具有制动特性的差动继电器。 不满足要求时，采用具有制动特性的差动继电器。
三、具有制动特性的差动继电器
1、制动特性的提出
外部故障时穿越电流越大，不平衡电流越大。 Iunb = f (Ik ) 问题：为防止误动，定值 会比较大，内部故障时， 灵敏度比较低。 分析： 定值固定不变，防止误动 必然牺牲灵敏度。 解决办法： 对差动继电器引入一个制动电流，动作电流随制动电流增大而 增大。
对于三相变压器： 不能保证三相都在电压最高时合闸，所以至少有两相会产 生不同程度的励磁涌流。
②变压器的饱和磁通
变压器越易饱和，励磁涌流越大。
（4）单相变压器励磁涌流的特点： ①含有很大的非周期分量； ②波形偏向时间轴一侧，并出现间断； ③含有大量的高次谐波分量，以二次谐波为主。 励磁涌流对差动保护的影响： 励磁涌流数值很大，差动保护难以从数值上 躲过，需要励磁涌流鉴别方法，在发生涌流时闭 锁保护。
· IC2
Y Y
两侧测量相电流，通过软件计算 消除相位差。
· IA1
Y
· IB1
· IC1
Y ⇒∆
n · Iα · I n
∆ A1
T
&∆ I A2 & I∆
B2
&Υ &Υ I A2 − IB2 & & IΥ −IΥ
B2
C2
&∆ IC2
· Iβ ·∆ IB1 · IA2
∆
&Υ &Υ IC2 − I A2
8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态 8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态
二、变压器的不正常运行状态 – – – – – 外部相间短路引起的过电流 外部接地短路引起的过电流和中性点过电压 负荷超过额定容量引起的过负荷 漏油等原因引起的油面降低 大容量变压器的过励磁故障
8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态 8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态
3、由变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流
分接头位置改变之后，变压器变比改变，由于TA变比 不能随之调整，就会产生不平衡电流。
nTA2 nT ≠ nTA1 3
Iunb.max = ∆UIk.max
∆U : 电压调节范围的一半
Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）
4、由电流互感器变换误差产生的不平衡电流
8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态 8.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态
三、变压器应装设的保护 – 过负荷保护 – 过励磁保护 – 变压器的其他非电量保护 • 油温高保护、冷却器故障保护、压力释放 保护等
8.2 变压器纵差动保护
一、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
− Φ m cos(ωt + α ) ：稳态磁通分量 Φ m cos α + Φ r ： 暂态磁通分量
设 α = 0 及 Φ r > 0 ,磁通在合闸半周之后达到最大值。
φmax = 2Φ m + Φ r
u、Φ
2Φm + Φr
Φ
Φm
Φr
t
u
Iµmin
Iµ.max
Iµ
iµ
− Φm cosωt
u = U m sin ωt
（5）防止差动保护在出现励磁涌流时误动的措施： ①采用具有速饱和铁芯的差动继电器 ②采用涌流鉴别措施闭锁差动保护
逻辑简图：
差动元件 涌流鉴别元件
&
跳闸
(a)利用二次谐波鉴别 判据： I 2 ≥ KI1
I1 、2 I
： 差动电流中基波、二次谐波分量幅值
二次谐波制动比，躲过各种励磁涌流情况下最小 K： 二次谐波含量。（0.15～0.20） 不足：故障暂态电流二次谐波比较大时，保护延时较长； 带故障变压器空载合闸时，可能会闭锁保护 (b)利用间断角 判据： θ ≥ θ set
I L. max ：变压器的最大负荷电流（折算到二次）
对Yd11接线的变压器 I L. max =
Y 3I L. max
nTA1
或
∆ I L.max
nTA2
Y I L. max 为归算到Y侧的变压器最大负荷电流
∆ I L.max 为归算到△侧的变压器最大负荷电流
③灵敏度校验： 灵敏度校验：
Ik min.r Ksen = Iset
nTA1
& I′ 1
*
* I′′ & 1
′ ′′ I1′ = I2
& IJ I-I
' ' I1 I2 = nTA1 nTA2
nT
& & I′′ − I′′ 1 2
nTA2 I′ & 2
*
& I′′ * 2
nTA2 = nT nTA1
8.2 变压器纵差动保护
一、变压器纵差动保护的基本原理
nTA1
& I′ 1
n
TA1
· IA2
Y
· IB2
Y Y B1
· IC2
Y Y C1
&∆ I A2
30 &Υ & IC2 − IΥ2 A
o
&Υ I A2
& &Υ IΥ2 − IB2 A
· I
Y A1
· I
· I
&∆ IB2
&Υ IC2
n · Iα ·∆ IA1 n
TA2
T
&∆ IC2
&Υ &Υ IB2 − IC2
&Υ IB2
I µ = (4 ~ 8) I N
称之为励磁涌流。
（2）励磁涌流产生的原因： 电压突然上升后，磁通不能突变，产生暂态磁通，可 能导致变压器严重饱和，产生很大的励磁电流。 设 u = U m sin(ωt + α )
dφ u= dt φ = −Φ m cos(ωt + α ) + Φ m cos α + Φ r
θ
φ = −Φ m cos ωt + Φ m + Φ r
t
（3）影响涌流大小的因素： ①合闸时电压初相角α，剩磁大小与方向
如果 Φ m cos α + Φ r = 0 ，合闸时磁通就进入稳态，则不会出现 励磁涌流；反之暂态磁通越大，励磁涌流就会越大。 假设 Φ r = 0 ，对于单相变压器：
α = 0o 时合闸， 电压为零，励磁涌流现象最严重。 α = 90o 时合闸，电压最高，不会产生励磁涌流现象。
采用中间变流器进行补偿
• •
I&1
&′ I1
W2 Wb Wd
TS
TS ——中间变流器 Wb ——平衡线圈 Wd ——差动线圈
& I2
• •
&′ I2
&' &' 正常运行和外部故障时，使 (W +Wd )I1 +Wd I2 = 0 b
' ' (W +Wd )I1 = Wd I2 b
平衡线圈只能取整数匝，所以仍有不平衡电流，但其值 大为降低
&Υ I A2 & IΥ
· Iγ ·∆ IC1 · IB2
∆
∆ ⇒Y
· IC2
∆
&∆ &∆ I A2 − IC2 &∆ &∆ I B2 − I A2 & & I∆ −I∆
C2
B2
B2
&Υ IC2
TA2
2、TA计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流
nTA2 nT nTA2 = = nT 或 nTA1 3 nTA1
很难完全满足,会产生不平衡电流：
Y ∆ Y Y 3I1 I1 nTA1nT 3I1 3I1 Iunb = − = (1− ) = ∆f za nTA1 nTA2 nTA1 nTA2 3 nTA1
Iunb.max = ∆f za Ik.max
Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）
减小方法 –电磁式：采用中间变流器进行补偿 –数字式保护：计算补偿
I′
理想特性 1TA 2TA
& & Iunb = Iµ1 − Iµ2
计算公式：
Iunb I
Iunb.max = 0.1KnpKst Ik.max
Kst : 同型系数，两侧TA同型时取0.5，不同型时取1。
Knp : 非周期分量系数，考虑暂态过程中不平衡电流更大，
一般取1.5～2。 Ik.max，外部短路时流过TA的最大短路电流（二次值）
二、变压器差动保护不平衡电流分析 1、三相变压器接线产生的不平衡电流
将对应相TA连接构成差动回路时：
&∆ I A2
30o
&Υ I A2
&∆ IB2
&Υ IC2
& Id.C
&Υ IB2
&∆ IC2
由于存在相位差，无论如何选择 TA变比，差电流不可能为零。
解决办法： 选择两侧同相位的电流量 构成差动回路。
· IA1
Y
·Y IB1
· IC1
Id Id Id
n · Iα · IA1
∆
T
Y ∆ 3I A1 I A1 = nTA1 nTA 2
· Iβ · IB1
∆
· Iγ · IC1
∆
n
TA2
· IA2
∆
· IB2
∆
· IC2
∆
nTA2 nT = nTA1 3
微机式保护：
n
TA1
· IA2
Y
· IB2
Y Y
*
* I′′ & 1
Fra Baidu bibliotek
& IJ I-I
nT
& & I′′ − I′′ 1 2
按相实现的变压器纵差动保 护，其电流互感器变比的选择原 则是：两侧电流互感器变比的比 值等于变压器的变比。
nTA2 I′ & 2
*
& 2 * I′′
内部故障时
nTA1
& I′ 1
* * I′′ & 1
& &" &" I d = I1 + I 2
措施： 减小TA二次负载，增加速饱和中间变流器。
5、励磁涌流
（1）励磁涌流的概念 不考虑其它不平衡电流： I&d = I&1 + I&2 = I&µ I&1 , I&2 归算到同一电压等级 差动电流完全是励磁电流。 变压器正常运行时：I µ = (0.02 ~ 0.05) I N 外部故障时： 更小 电压突然增加时（如空载合闸、故障消失电压恢复）：
& IJ I-I
nT
& & I′′ − I′′ 1 2
& & I '2 I '1 & = + = I k' nTA1 nTA2
nTA2 I′ & 2
*
& 2 * I′′
动作判据
I d ≥ I set = K rel I unb max
外部故障或正常时，差电流为不平衡电流，不动作 内部故障时，差电流为故障电流，动作