第9章 变压器保护

外部短路引起的过电流；
外部短路引起的中性点过压； 过负荷； 油面降低； 油温升高； 过励磁。
第9章 变压器保护
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变压器应装设的继电保护装置 一般装设以下保护：
1.瓦斯保护
2.纵差动保护或电流速断保护 3.相间后备保护 4.接地后备保护 5.过负荷保护 6.过励磁保护 7.其他保护，如冷却器故障、压力释放等
第9章 变压器保护
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BCH-2型继电器特点：带有短路线圈Wk
短路线圈Wk使直流助磁曲线更陡，加强了躲避励磁 涌流的能力。同时改变短路线圈Wk抽头位置，可以 调节直流助磁特性。 D1-D2 C1-C2 I K.act B1-B2 I K.act.0
主变Y侧 主变△侧
主变Y侧
主变△侧不变换
第9章 变压器保护
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！无论哪种相位补偿方式应保证差动电流中不含零序成分
外部发生接地故障时，零序电流仅流过变压器高压侧， 不去除零序电流则会产生差动电流，导致保护误动
XL0 XT0
中性点
3I 0
接地主变
变压器高压侧发生接地故障时，尽管差动电流中不含零 序电流，但由于有正序、负序故障电流，差动保护可以 动作，灵敏度有所降低。
整定动作电流时考虑调压范围的一半。
调压范围的一半
最大外部故障电流
I unb.max
I k.max U nTA
第9章 变压器保护
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励磁电流及励磁涌流
励磁电流属于不平衡电流。 励磁电流较小，2～10％额定电流，整定时很容易躲过。 变压器空载合闸或外部故障切除时，电压突变， 变压器产生励磁涌流，对差动保护影响很大。 如何躲避励磁涌流影响， 是研究变压器差动保护面临的主要难点之一。
第9章 变压器保护 23 2013-8-6
※励磁涌流产生的原因
根据能量守恒定律，铁芯中的磁通不能突变。
当电压突变时
,u
aper
aper非周期分量
暂态磁通
变压器 .m =2 m+ sur
per+aper+ sur
+ m
- m
per周期分量 稳态磁通
第9章 变压器保护
T/2
第9章 变压器保护
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9.3 变压器的差动保护
一、变压器纵差动保护的原理 变压器纵差动 保护与输电线路 纵联差动保护的 基本原理相同。 核心问题仍是
TA1
KD
不平衡电流问题
第9章 变压器保护
TA2
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二、不平衡电流及相应措施
分析不平衡电流形成原因
采取技术措施
计算不平衡电流大小 减小不平衡电流
动作电流倍数
I K.act I K.act.0
1
直流分量含量
o
第9章 变压器保护
I K.dc K I K.act
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直流助磁特性作用：躲避励磁涌流 发生励磁涌流时，由于差动电流中直流分量较大，
动作电流提高很多，躲过了励磁涌流。 直流助磁特性缺点：
发生内部故障时，由于短路初瞬直流分量可能较大， 动作电流提高很多，差动保护无法动作， 要等到非周期分量衰减后、动作电流回落，保护才动作。
永久磁铁 干簧触点
FJ3-80型气体继电器的结构图
第9章 变压器保护 6 2013-8-6
罩
顶针 气塞 排气口
套管
重锤 开口杯 探针 开口销 调节杆 磁铁 干簧触点 弹簧
干簧触点
磁铁 挡板
螺杆
第9章 变压器保护
QJ1-80型气体继电器结构图
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轻瓦斯动作于信号 轻瓦斯动作后应检查变压器油样，
第9章 变压器保护
第9章 变压器保护
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9.1 电力变压器的故障不正常运行状态 及其相应的保护方式 变压器的故障类型 油箱内部故障： 绕组匝间，绕组相间，中性点接地侧的接地短路。 油箱外部故障： 套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。
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第9章 变压器保护
变压器的不正常工作情况
对于Y，d11型变压器，正常运行时d侧电流超 前Y侧电流300，形成不平衡电流。 对策：相位补偿 方法1.“外转角”
将变压器各侧二次电流调整为同相 在保护外将相位补偿过来
变压器Y侧电流互感器的二次绕组接成三角形， d侧的三个电流互感器接成星形。
第9章 变压器保护
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A
B
C
一次电流
3. 二次谐波闭锁（制动）
差动电流中二次谐波含量较高时闭锁差动保护；或自动提高动作电流， 二次谐波越大，动作电流提高越多。
4.波形间断角鉴别
差动电流波形中间断角达到一定值（如600）以上时，闭锁差动保护。
第9章 变压器保护 29 2013-8-6
空载合闸或外部故障切除时，
励磁涌流产生原因
电压突变，磁通不能突变，
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TA励磁特性不一致
TA励磁电流
TA误差
差动保护不平衡电流 变压器差动保护特点为： TA同型系数取1
TA 变比
TA励磁电流差异
不平衡电流经验公式
I unb Kst Ker I1 / KTA
取1
同型 系数
第9章 变压器保护
TA误差 10％
一次 电流
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变压器各侧电流不同相
Y I A1
Y Y I A2－I B2 IY Y I C2
A2
Y侧
Y I C1 I
A1
Y Y I B2－I C2 Y I B2 Y Y I C2－I A2
同相
Y I B1
不同相
I A2 I B1 I B2 I C2
△侧
I C1
一次电流
T
sur
sur剩磁
ωt
per
u
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.m

i
.m ωt
im
ωt
im
im
半周波后磁通 达到最大
由于铁芯饱和 电流激增
第9章 变压器保护
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励磁涌流录波（空载合闸）
第9章 变压器保护
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励磁涌流幅值可达5-10倍额定电流，与短路电流相当。 差动保护以动作电流躲过，会导致内部故障拒动 励磁涌流随着磁通中非周期分量一起衰减，最后消失，
经过变流器可以滤除差动电流中非周期分量
K
Wd
W2 KD
第9章 变压器保护
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速饱和铁芯：变流器铁芯容易饱和。差动电流中非 周期分量不能变换至二次侧，全部用于铁芯励磁， 使铁芯迅速饱和。减小电流变送比，相当于提高动 作电流。 直流助磁特性： 差动电流中直流分量较大时自动提高动作电流
产生暂态磁通，铁芯严重饱和，
励磁电流激增
含有很大非周期分量，波形严重不对称
励磁涌流波形特点
含有较大二次谐波分量 波形具有间断角 直流助磁，识别波形不对称 识别波形不对称
防止励磁涌流影响方法
第9章 变压器保护
二次谐波闭锁（制动） 间断角鉴别
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不平衡电流产生原因 TA励磁特性不一致 变压器各侧电流不同相 TA变比标准化 调整分接头 励磁电流及励磁涌流
第9章 变压器保护
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※防止励磁涌流引起纵差保护误动的措施 1.采用带速饱和变流器的差动继电器
BCH、DCD系列老式电磁型继电器，当差动电流中直流分量含量较高时 自动提高动作电流（即具有“直流助磁”特性），防止保护误动。
2. 波形不对称识别
微机保护可以识别差动电流的正负半周是否对称，当电流波形严重不 对称时判为励磁涌流情况，闭锁差动保护。
二次电流
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纵差动保护电流相量图
第9章 变压器保护
采用相位补偿接线后，对于TA接成三角形的 一侧，流入差动臂的电流增加了，应对该侧的 TA变比进行修正。 变压器星形侧电流互感器变比
KTA(Y ) 3ITN (Y ) 5
变压器三角形侧电流互感器变比
K TA ( )
I TN ( ) 5
励磁电流回到正常值，涌流衰减时间为秒级。
差动保护以动作时间躲过，故障切除时间过长
必须研究励磁涌流与短路电流的波形区别， 利用电流波形识别励磁涌流，
当发生励磁涌流时闭锁差动保护，防止误动。
第9章 变压器保护 27 2013-8-6
※励磁涌流的波形特点
1.含有较大的非周期分量；波形偏于时间轴一侧， 严重不对称。 2.含有大量高次谐波，其中以二次谐波成分为主。 3.波形存在间断角。
6.3 733 Y 733/5 1000/5=200 733/200=3.67
300/5=60 207.8/60=3.46
3.67-3.46=0.21
第9章 变压器保护
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TA变比标准化问题解决方法： 电流二次回路串入自耦变流器，微调二次电流
老式电磁型差动继电器（如BCH、DCD系列）：
第9章 变压器保护 4 2013-8-6
9.2 变压器的瓦斯保护
瓦斯保护是变压器的主保护之一。
瓦斯保护的主要元件是瓦斯（气体）继电器，
安装位置在油箱与油枕的连接导管中。
瓦斯 继电器 油枕
第9章 变压器保护
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放气阀 探针 上开口杯 永久磁铁 干簧触点 支架 下开口杯
挡板 平衡锤 进油挡板
Y Y Y I A1、I B1、I C1 Y Y Y 二次电流 I A2、I B2、I C2 IY
KD1 KD2
A1
KD3
一次电流
I A1、I B1、I C1 二次电流 I 、I 、I
A2 B2 C2
a
b
c
外转角接线
第9章 变压器保护
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使用平衡绕组Wbal,同时在整定时考虑ΔfI1，
Δf为平衡线圈选取误差，取0.05 微机型变压器保护： 软件算法中引入补偿系数平衡二次电流采样值
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第9章 变压器保护
调整分接头
变压器调整分接头时一侧额定电流改变，
而另一侧电流不变，产生不平衡电流
解决方法：计算变压器额定电流以中间的分接头为准，
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第9章 变压器保护
方法2.“内转角”
变压器各侧电流互感器均接成星形。
在保护内部采用软件算法进行相位补偿
PST1200采用
IA (IA IB ) / 3 IB (IB IC ) / 3 I (I I ) / 3
判别故障类型、程度 通常气体容积的整定范围为250～300CM3
重瓦斯动作于跳闸，同时发出信号
一般油流流速整定范围为0.6～1.5m/s
第9章 变压器保护
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瓦斯保护的主要优点是结构简单，灵敏性高， 能反应变压器油箱内的各种故障。特别是能反应 轻微匝间短路。它也是油箱漏油或绕组、铁芯烧 损的唯一保护。 瓦斯保护不能反应变压器套管和引出线的故 障，需与纵差动保护一起作为变压器的主保护。
C C A
RCS978采用
IA (IA I0 ) IA (IA IC ) / 3 IB (IB I0 ) IB (IB IA ) / 3 IC (IC I0 ) IC (IC IB ) / 3
综上所述，整定用 Iunb.max ( KST 10 0 0 U f ) I L.max
第9章 变压器保护 31 2013-8-6
电磁型差动继电器 以前苏联BCH系列（国产对应型号为DCD）为代表
笨重、灵敏度低、内部故障时延时较多、调试复杂
共同特点：带有速饱和铁芯的变流器 变流器：差动电流不直接流入继电器线圈，
技术措施 比率制动 相位补偿 系数补偿 （平衡线圈）
1
整定计算考虑
KST 10 0 0 I k.max KST 10 0 0 I L.max
0.05
Iunb.max fI k.max I unb.max UI k.max
波形不对称识别 二次谐波 间断角
调压范围一半
平衡线圈匝数必须为整数引起 的误差，微机保护可不考虑
为提高接地故障灵敏度，联络变可设专门的零序电流差 19 第9章 变压器保护 动保护（简称零差）。 2013-8-6
TA变比标准化
观察算例：
电压侧（kV） 额定电流 电流互感器 接线方式 电流互感器 计算变比 电流互感器 实际变比 差动臂的电流 不平衡电流 38．5 120 Δ
3 120 / 5 207.8 / 5
躲过不平衡电流影响
整定差动保护动作值 降低动作值，提高灵敏度
第9章 变压器保护
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变压器差动保护不平衡电流产生的原因有：
TA励磁特性不一致 变压器各侧电流不同相 TA变比标准化 调整分接头 励磁电流及励磁涌流 变压器差动保护 特殊问题 差动保护共同问题
第9章 变压器保护